四十年创造的神话 奥迪quattro四驱系统

万变不离其宗 聊聊三种托森差速器

1、 托森A型（蜗轮蜗杆齿轮结构，蜗轮蜗杆垂直排列）

托森A型差速器由空心轴、差速器外壳、后轴蜗杆、前轴蜗杆、蜗轮轴(6个)和直齿圆柱齿轮(12个)、蜗轮(6个)等组成。空心轴和差速器外壳通过花键相连而一同转动。每个蜗轮轴上的中间有一个蜗轮和两个尺寸相同的直齿圆柱齿轮。蜗轮和直齿圆柱齿轮通过蜗轮轴安装在差速器外壳上。其中三个蜗轮与前轴蜗杆啮合，另外三个蜗轮与后轴的蜗杆相啮合。与前、后轴蜗杆相啮合的蜗轮通过直齿圆柱齿轮相啮合，前轴蜗杆和驱动前桥的差速器前齿轮轴为一体，后轴蜗杆和驱动后桥的差速器后齿轮轴为一体。

当直线行使时，蜗轮和蜗杆系统内部没有相对运动，前后驱动轴与差速器壳体以相同的转速旋转。而当转向时，前后轴出现转速差，这时托森内部的蜗轮与蜗杆开始相对运动。转向时后轴转速低于前轴，因此后轴多余的转速通过后轴上的蜗杆传递给后轴蜗轮，后轴蜗轮又通过同轴直齿齿轮传递给前轴蜗轮、最后通过前轴蜗杆抵达前轴，如此实现前后轴差速。而扭矩分配是利用蜗轮蜗杆高摩擦力矩实现的。前轮附着力低而后轮附着力高，附着力低的前轴传递给蜗轮、蜗杆力比较小，因此蜗轮与蜗杆之间的摩擦力也就低，蜗轮与蜗杆相对滑动更容易。而附着力的高的后轴则正好相反，后轴的蜗轮与蜗杆相互运动需要克服更大的摩擦力，因此后轴就蜗轮与蜗杆系的滑动量比较小差速器壳体上的传递过来的扭力也就更多的传递给了阻力大的一方。正是由于这种特性，作用在轴上的阻力(也就是车轮的附着力)越大，蜗轮和蜗杆之间摩擦力也就越大，扭矩也更多的传递给了附着力大的一方。不过托森的缺点是不可能实现100：0这样的极端传动比例，如果有一端轴的阻力过低托森也没法将扭矩传递给阻力大的一方了，这时候就需要电子系统介入来分配扭矩。

2、 托森B型（平行齿轮结构，或称蜗轮蜗杆平行排列）

托森B型差速器是基于托森A型差速器原理而来，托森A型差速器结构复杂、构件繁多，所以重量与体积过大，B型托森在设计之初用这种平行齿轮结构来替代传统的蜗轮蜗杆机构，即采用蜗轮蜗杆平行排列的方式，部件数量得到简化，同时传动效率更高。虽然这两代托森差速器的核心部件不同，但是它们在传动原理上没有区别。托森B型差速器严格来说只是托森A型差速器的简化版，在正常行驶情况下的扭矩分配依然是50：50，但是EDL电子差速锁的配备使得装有托森B型差速器的车辆在轮胎打滑时能够获得更好的限滑效果。

托森B型差速器由于采用齿轮的平行排列，所以较托森A型差速器来说接触面积更大，锁止的能力更强，因此滑动的范围会更小。在正常行驶状态下，前轴会带动差速器壳体和后轴共同旋转，越到前轴或者后轴打滑时，打滑轴由于转速的增加会带动壳体内部的齿轮组旋转，但是由于差速器内部的平行齿轮机构是大齿轮带动小齿轮单向传动，因此打滑时平行齿轮结构中的小齿轮会相互锁死，于是打滑轴的转矩会向非打滑轴定向传递，从而实现对打滑现象的限制。

3、托森C型（行星轮齿轮结构）

托森C型差速器在结构上做了调整，整体结构类似于AT变速箱中的行星齿轮组。中心太阳轮连接前轴、外部的齿圈连接后轴，行星蜗轮通过齿轮架从变速箱获得驱动力。托森C型的工作原理与A型相同，最大的改变就是简化了结构并且实现正常行驶时的扭矩前40：后60不对等分配，同时扭矩调节范围较前两代托森差速器更大，还可以与ESP等电子辅助程序共同匹配。

在托森C型差速器中，太阳轮与行星轮的结构被采用，实现了前后轴扭矩不对等的分配，从图中我们不难看出，托森C型差速器壳体内的齿轮结构结合的更加紧密，因此打滑范围较前两代更小，换言之，扭矩的分配范围更大，传动效率更高。至于原理，与前两代一样，输入轴带动差速器壳体与后轴共同旋转，在遇到打滑时，行星轮会锁死并反向传递扭矩，从而实现对打滑轴扭矩的限制。

虽然三种托森差速器在内部构造上不同，但是它们的机械原理都是逆向普通开放式差速器而来，都是利用扭矩在主动与从动齿轮单向传递的特性研发而来。其中B型、 C型托森差速器在结构上比A型更为简化，因此重量更轻，体积更小，同时平行齿轮组与行星齿轮组的应用让托森差速器能获得更大范围的扭矩分配，同时也可以承受更大的扭矩输出。

更轻、更小、更高效 第七代quattro四驱系统

第七代奥迪quattro四驱系统最大的改变在于采用一套带有多片离合器的冠状齿轮中央差速器，与之相配合的是前轴开放式差速器与后轴运动型差速器，其中后轴的运动型差速器通俗点说其实就是一组开放式差速器两端安装有两组多片离合器。这样设计的一大好处是让后桥两端可以实现主动的轴间扭矩传输，目前奥迪 RS5装配的便是这套四驱系统。

冠状齿轮中央差速器

这种差速器最大的优点是体积小、重量轻的同时有着更高的动力分配比。虽然冠状齿轮也是纯机械结构，但依靠多片离合器的控制，它比托森差速器有着更大的扭矩比例调节范围，而且前后的扭矩分配也更加灵活。冠状齿轮中央差速器的工作原理其实就是通过多片离合器改变“力臂”长短来实现扭矩的分配调节。从变速箱输出的动力输入到冠状齿轮差速器行星齿轮架上，通过行星齿轮向前后冠状齿轮传递动力，前后冠状齿轮分别配单组和多组摩擦片。

车辆正常行驶状态下，通过前后冠状齿轮与差速器行星齿轮不同的作用半径实现前后桥40:60的扭矩分配，前后冠状齿轮与行星齿轮相对静止；当前桥或后桥车轮打滑时，冠状齿轮与行星齿轮发生相对旋转，挤压打滑一侧冠状齿轮压紧摩擦片，使因打滑流失的动力部分通过差速器壳体传递至未打滑的驱动桥，这种扭矩的传递依然会根据托森差速器的原理定向传递，而前后摩擦片组的数量也决定了扭矩分配的范围：根据车辆前后桥附着力情况，前轮的动力在15%-70%之前自动分配，后轮的动力则在30%到85%之间自动分配。

因此RS5在动态行驶中会与奥迪其它车型有很大的不同，尤其在弯道行驶中，RS5的前后轴，与后轴的左右半轴都会主动根据车辆行驶状态进行扭矩分配。直线行驶中车辆前后轴的扭矩输出略偏向后轮，营造出偏向于后驱车调教的驾驶感受；转弯时外侧车轮会分配到更多的扭矩，同时外后侧车轮会得到比外前侧车轮更多的扭矩。由此，RS5在弯道中的循迹性与灵活性会大大增加，较奥迪其它车型，RS5在弯道中的速度也会更快。与宝马xDrive的电控多片离合器不同，宝马的多片离合器虽然能在0~100%之间无级分配扭矩，但是却不能像奥迪quattro一样做到实时。简单来讲，装配xDrive的车型在弯道中虽然前后轴会产生转速差，但是如果达不到电控机构的临界值，多片离合器只会起到差速的作用，不会重新对前后轴进行扭矩分配。反观奥迪所有配备托森中央差速器的车型，均可以实时限滑、实时分配扭矩，同时机械结构更加稳定、可靠。

带有两组多片的后桥运动型差速器

奥迪的运动型后差由两部分构成，一个是传统的开放式差速器，另一个是在开放式差速器输出轴上各增加了一组传动齿轮，这两组齿轮通过电控多片离合器与各自的输出轴连接。右转向时，输入轴上一半的扭矩通过传统方式经开放式分配给两侧的输出轴，经开放式差速器分配的扭矩是右大左小，形成了与右转弯所需的力矩相反的左转力矩。因此就需要放大齿轮组参与放大左侧输出扭矩，此时左侧的电控离合器吸合，将左放大齿轮组与输入轴接通。传动轴上剩下的另一半扭矩将通过左侧的齿轮传递给左输出轴，与之前开放式差速器输出的扭矩共同作用在左侧车轮上。之前开放式差速器上分配的扭矩与电控扭矩放大器分配的扭矩相加后的综合扭矩分配是右大左小的，形成了左转力矩。简单的说这个系统就是在普通车辆的基础上将扭矩留出了一份，并将这份扭矩分配给了需要的一侧车轮。

不过在这里要提及一下托森差速器在弯道中的特性，汽车在转弯时由于前后车轮的运动轨迹不等长，所以也会造成转速差。此时动力分配不平均，不过可以通过转向角度和车轮转速计算出是否在正常转向的转速差范围的。然而托森差速器的灵敏度是固定不变，那么在匹配托森差速器时，必须要考虑转向带来的转速差问题，因为此时不能让蜗杆齿轮咬死，否则会损坏传动系统，降低传动效率，甚至产生转向制动。那么蜗杆齿轮的齿形斜度必须依据转弯时的前后车轮转速差来匹配，也就是说在转弯时托森差速器不会发生锁死情况。

为横置发动机而生

奥迪横置发动机平台的车型采用了一套名为“瀚德“的四驱系统，这套系统负责分配前后桥动力的是电-液控制的多片离合器。这套四驱系统的中央差速器安装位置比较靠后，位于后轴的前端，其扭矩输出端直接与后轴的开放式差速器相连接，因此这种中央差速器的结构十分紧凑。

这套四驱系统的中央差速器的扭矩是通过油压对离合器片的作用来实现分配，油压的高低决定了分配扭矩的大小，而油压则是通过ECU控制电磁阀产生的，从某种意义上来说，它与托森差速器那种纯机械式的控制不同，电子化辅助的程度比较高。

在实际工作状态中，这套四驱系统和奥迪所宣传的全时四驱还是有很大不同的，因为绝大多数横置发动机并采用瀚德四驱系统的奥迪车在正常行驶状态中几乎都是以前驱为主，因此说这是一套适时四驱系统会更合适，只有在车轮出现打滑时，ECU控制的电磁阀会通过油压来调整前后轴的扭矩分配，但是后桥只能获得0~50% 的扭矩，响应速度慢，而且这种中央差速器不具备任何锁止能力，也没有采用托森差速器的奥迪车那样优秀的四驱特性，因此只有像TT、Q3一类的紧凑车型才会配备这种四驱系统，而这些车型尾部的“quattro“标识则更像一种宣传的噱头，无法与真正的奥迪quattro相比。

特殊份子的出现

如果发动机的安装位置会影响到四驱系统的形式的话，那么对于中置四驱的奥迪R8，它又会采用什么样的四驱系统呢？R8的四驱系统应该是奥迪quattro这些四驱系统当中最为特殊的，它采用了一套以液力耦合器为中央差速器的四驱系统，这套四驱系统最大的特点是抗冲击性能强、动力损失小并且可以做到以后驱为主的驱动方式。

液力耦合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上,涡轮装在输出轴上。发动机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。液体进入涡轮后会推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。

为此，奥迪R8一般情况下都是以后驱为主，前轴在一般情况下只分配到15%的动力，不过在后轮遇到打滑时，前轮最多也只被分配到30%的动力。在安装位置上，这套中央差速器同样被安装在后轴牙包的前端，前轴采用开放式差速器的设计。所以说，这套四驱系统的结构是非常简单的，动力损失小、偏向后驱的调教很符合R8跑车的定位，这套四驱系统可以承受像急加速这样巨大的冲击，只不过，这套四驱系统也不是真正的奥迪quattro。

奥迪Q系列的诞生

奥迪量产的三款SUV当中，只有Q5和Q7采用了以托森中央差速器为核心的quattro全时四驱系统。这两款车型在四驱结构上有相似的地方也有不同的地方。相同点：1、Q5和Q7都是采用了第六代托森C型中央差速器，并配以EDL电子差速锁；2、两款SUV在前后轴都采用了开放式差速器的设计。不同点：Q7具备分动箱结构。Q7由于具备分动箱结构，变速箱输出的动力会先经过分动箱再传到前后两轴，从某种程度来讲，能够减小其变速箱承受的冲击（分动箱可以承受750Nm的扭矩）。Q7的托森中央差速器可以在15:65~85:35这个范围内实时调节扭矩输出，EDL电子差速锁可以很快、很有力地对打滑车轮实施制动。虽然Q7的中央差速器不能完全锁止，也不能0~100%调节扭矩，但是它凭借机械结构的稳定性与可靠性还是具有不错的越野性能。

奥迪Q5四驱结构

奥迪Q7四驱结构

那么Q5比Q7差在哪里呢？由于Q5不具备分动箱结构，所以变速箱输出的动力会直接在托森中央差速器中进行分配，并传递给前后两轴，但是由于变速箱承受不了打滑后所产生的转矩，否则会因过热而造成损伤，所以EDL电子差速锁在车轮打滑时就不能像Q7一样快而有力地制动，因为那样会增加变速箱的负荷。Q5会通过比Q7更长时间的轮胎打滑来让扭矩流失，动力损失相应的也会比Q7大，越野性能更是不及Q7。

相比之下，Q5更加适合城市生存以及轻度的越野，Q7严格来讲虽然也不适合高强度越野，但是其高效、可靠的纯机械式分动箱及中央差速器结构依然使其具备不错的多路况行驶能力。

结语：奥迪quattro四驱系统，历经三十多年的发展，从简单的开放式差速器结构逐渐衍变成能适用于各种底盘、车型的全能四驱系统。虽然quattro纯机械的结构稳定、可靠、便于维护，但是其扭矩调节范围始终是制约quattro性能的短板。在当今四驱系统盛行并且多样化的时代，奥迪quattro仍然有很长的路要走。