簡(jiǎn)述

縱置引擎4WD系統(tǒng)歷史悠久，起源于四輪機(jī)械式驅(qū)動(dòng)形式，前后扭矩分配進(jìn)化為固定分配的中央差速器，之后隨著采用電子控制多片離合器式的案例增多，逐漸演變?yōu)樘剿髑昂笈ぞ胤峙渥顑?yōu)化的時(shí)代。而CX-60采用縱置引擎布局的AWD系統(tǒng)，既保留了基于后輪驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)——中性轉(zhuǎn)彎性，又平衡了AWD特有的穩(wěn)定性，提供了更高維度的人馬一體感。低附著路的強(qiáng)勁牽引力帶來(lái)的穩(wěn)定行駛自不必說(shuō)，在高速公路上的直行穩(wěn)定性以及隨心所欲的操控性能。該AWD的水平已經(jīng)大幅超越了基于前輪驅(qū)動(dòng)的i-ACTIV AWD，作為在轎車中擁有世界頂級(jí)牽引力性能的AWD，可將動(dòng)力系統(tǒng)的輸出毫無(wú)保留地傳遞到路面。

另外，混合動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)與AWD的綜合控制，在減速時(shí)可從四個(gè)輪胎回收更多的能量。通過(guò)針對(duì)各種行駛環(huán)境優(yōu)化四輪的驅(qū)動(dòng)力分配，在廣泛的駕駛場(chǎng)景中，提供可令客戶安心的行駛動(dòng)力和低耗油量帶來(lái)的高經(jīng)濟(jì)性。此外，還支持4缸及6缸縱置發(fā)動(dòng)機(jī)和地板電池配置等，旨在實(shí)現(xiàn)輕量化、緊湊和高傳動(dòng)效率。

圖1 CX-60 AWD布局配置

AWD系統(tǒng)

2.1 空間
馬自達(dá)所追求的“人馬一體”中，重要項(xiàng)目之一就是“提供理想的駕駛定位”。特別是作為縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的CX-60。包括AWD系統(tǒng)在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件的小型化，最大限度地減少中心隧道向車室內(nèi)的伸出，從而最大限度地增加腳下附近的空間，這是作為最重要項(xiàng)目進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。如圖2所示。

圖2 CX-60駕駛員位置首先，關(guān)于從主驅(qū)動(dòng)軸分支驅(qū)動(dòng)力的“傳動(dòng)單元”(T/F)，選擇了在目標(biāo)軸間距離上能夠?qū)崿F(xiàn)最輕量化和高效率的2軸齒輪式。如圖3所示。

另外，在“前置緩沖單元”(FDU)方面，通過(guò)采用軸承單元，減小軸承部，達(dá)到前后長(zhǎng)度及與發(fā)動(dòng)機(jī)的偏移量最小。如圖4所示。另外，通過(guò)分別設(shè)定T/F和FDU的減速比，實(shí)現(xiàn)2級(jí)減速，降低了傳動(dòng)軸的最高旋轉(zhuǎn)，使軸徑最小化。另外，新開(kāi)發(fā)的8速AT單元內(nèi)部的功能部件(閥體、電動(dòng)油泵等)在單元開(kāi)發(fā)之初就采用了考慮空心傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了輕量、緊湊的設(shè)計(jì)。如圖5與6所示。

圖4 FDU結(jié)構(gòu)形式

圖5 變速器和傳動(dòng)軸截面圖

圖6 動(dòng)力總成軸測(cè)圖
2.2 高效率
自第一代CX-5以來(lái)，馬自達(dá)為了提高AWD車型的實(shí)用油耗，持續(xù)致力于降低AWD單元的阻力。CX-60作為支持高扭矩的AWD，除了在CX-5、CX-30中采用的旋轉(zhuǎn)阻力降低技術(shù)外，還新開(kāi)發(fā)了旨在降低高齒輪摩擦損失的高齒輪齒面平滑化技術(shù)。
(1) 關(guān)于齒面平滑技術(shù)
一般來(lái)說(shuō)，齒輪是通過(guò)在齒面上涂覆復(fù)合材料，同時(shí)使齒輪對(duì)嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的相對(duì)齒形。其結(jié)果，齒面咬合前進(jìn)方向上有筋，阻礙了齒面油膜的形成，高扭矩時(shí)齒輪的摩擦損失增大。該技術(shù)通過(guò)去除包裹工序中產(chǎn)生的筋紋，使齒面丁狀化(形成許多小凹坑)，提高油膜形成性，從而降低高扭矩時(shí)齒輪的摩擦損耗。如圖7所示。

圖7 齒輪齒面粗糙度
(2) 關(guān)于齒面平滑技術(shù)的損失降低效果
通過(guò)齒面平滑技術(shù)，在高扭矩時(shí)可將差速器齒輪的摩擦損失降低約35%，有助于降低車輛油耗和CO2排放量。如圖8所示。

圖8 損失降低曲線圖

AWD系統(tǒng)的功能

3.1 更高人馬一體為目標(biāo)

CX-60方面，在保留后輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)方式所具有的良好操控性的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用電子控制多片離合器式AWD來(lái)擴(kuò)大穩(wěn)定行駛領(lǐng)域，旨在提供更高次元的人馬一體感，主要集中在以下要點(diǎn)上。如圖9所示。
①AWD特有的穩(wěn)定性(lowμ road&high-speed stability)；

②擴(kuò)大能夠維持中性轉(zhuǎn)向特性的領(lǐng)域(high speed, high G & reassuring performance)；

③雪上和越野的高越野性(行駛場(chǎng)地?cái)U(kuò)展)；

④接近2wd的實(shí)用油耗(續(xù)航里程)。

圖9 路況示意

另外，通過(guò)AWD扭矩分配的優(yōu)化，顛覆了以往RWD和4WD只能在轉(zhuǎn)彎性和穩(wěn)定性之間權(quán)衡的常識(shí)，通過(guò)突破轉(zhuǎn)彎性和穩(wěn)定性的兼顧。如圖10所示。實(shí)現(xiàn)了整體動(dòng)力學(xué)的進(jìn)化。作為在轎車領(lǐng)域具有世界頂級(jí)牽引性能的AWD，開(kāi)發(fā)出了將動(dòng)力系統(tǒng)的輸出傳遞到不同路面的系統(tǒng)，使之進(jìn)化到大大超過(guò)以往基于前輪驅(qū)動(dòng)的i-ACTIV AWD的水平。

圖10 AWD車型穩(wěn)定&轉(zhuǎn)向模型

轉(zhuǎn)向潛力就越大的前輪驅(qū)動(dòng)與AWD不同，前置扭矩分配的區(qū)域越多，穩(wěn)定性越高，但由于轉(zhuǎn)向不足，轉(zhuǎn)彎性下降，很難確定分配比。另外，通過(guò)離合器傳遞扭矩的電子控制多片離合器式的扭矩分配在結(jié)構(gòu)上需要輸出側(cè)比輸入側(cè)轉(zhuǎn)速慢，因此包括轉(zhuǎn)彎狀態(tài)在內(nèi)，前軸側(cè)的轉(zhuǎn)速必須慢。為了在最小化離合器拖拽損失等耗油量影響的同時(shí)實(shí)現(xiàn)理想的車輛行為和穩(wěn)定性，主要集中在以下2點(diǎn)：①通過(guò)前后齒輪比差實(shí)現(xiàn)AWD扭矩傳遞的最大化；②前后扭矩分配對(duì)后輪驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)的最優(yōu)化。

3.2 通過(guò)前后傳動(dòng)比差最大化

AWD扭矩傳遞通過(guò)前差速器/變速器傳動(dòng)比的組合，設(shè)定了在前后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生微小旋轉(zhuǎn)差的傳動(dòng)比。如圖11所示。這樣一來(lái)，通過(guò)始終保持前后差轉(zhuǎn)，就可以將目標(biāo)扭矩迅速、準(zhǔn)確地傳遞到前輪胎，以最小限度的扭矩分配實(shí)現(xiàn)了車輛穩(wěn)定性的提高。如圖11所示。

圖11 .前/后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速速差示意
3.3 前后扭矩分配

對(duì)后輪驅(qū)動(dòng)應(yīng)有的轉(zhuǎn)彎性和AWD，為了在最小化耗油量影響的同時(shí)實(shí)現(xiàn)真正的穩(wěn)定性，以上述前后齒輪比差設(shè)定為前提，根據(jù)制驅(qū)動(dòng)力及輪胎負(fù)荷狀態(tài)優(yōu)化了扭矩分配。在輪胎摩擦圓內(nèi)行駛時(shí)，可根據(jù)加減速嚴(yán)密地控制扭矩分配，以確保AWD的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)彎時(shí)則可通過(guò)前輪到后輪的扭矩分配變化來(lái)控制俯臥姿勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了以后輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的純樸的操縱性。另外，在高速、高G和低μ路等盤旋時(shí)超過(guò)輪胎摩擦圓的場(chǎng)景下，除了通過(guò)檢測(cè)輪胎前后打滑來(lái)控制打滑外，還通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)向過(guò)度或轉(zhuǎn)向不足來(lái)控制驅(qū)動(dòng)分配。使車輛行為穩(wěn)定化如圖12。另外，在再生制動(dòng)時(shí)，通過(guò)與再生協(xié)調(diào)制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)同向前扭矩分配的控制，在確保車輛穩(wěn)定性的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)更多的能量回收。

圖12 AWD系統(tǒng)扭矩分配比率

實(shí)現(xiàn)前述扭矩分配的控制系統(tǒng)，如圖13所示。通過(guò)在動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊(PCM)內(nèi)配置AWD控制邏輯，可快速檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)扭矩信息，計(jì)算出目標(biāo)前后驅(qū)動(dòng)扭矩分配比，對(duì)AWD的多片離合器單元進(jìn)行扭矩指示。另外，還將與后述的Mi-Drive和動(dòng)力相位控制系統(tǒng)(KPC)相結(jié)合，通過(guò)在PCM內(nèi)綜合確定車輛運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并向各單元下達(dá)指示，實(shí)現(xiàn)了理想的車輛行為和穩(wěn)定性。

圖13 AWD控制系統(tǒng)
3.4 馬自達(dá)智能Drive Select (Mi-Drive)

從CX-60開(kāi)始采用并進(jìn)化的Mi-Drive根據(jù)行駛場(chǎng)景設(shè)定了“NORMAL”、“SPORT”、“OFF-ROAD”、“TOWING”加上“EV”等5種模式。針對(duì)基礎(chǔ)“NORMAL”，還根據(jù)各行駛模式各自的特點(diǎn)優(yōu)化了AWD扭矩分配，在行駛條件大不相同的不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)了“人馬一體行駛”。

(1) 運(yùn)動(dòng)

最大限度地發(fā)揮汽車的動(dòng)態(tài)性能潛力，提高動(dòng)力系統(tǒng)的響應(yīng)性。同時(shí)通過(guò)提高操舵穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)勁的行駛。

(2) 越野

在未鋪設(shè)路面或深雪等惡劣路況行駛時(shí)，通過(guò)將AWD和牽引力控制系統(tǒng)(TCS)等行駛系統(tǒng)的特性改為注重牽引力，實(shí)現(xiàn)了更高的行駛舒適性。

(3) 拖車

在拖車的牽引和摩托車承載等裝載時(shí)，結(jié)合對(duì)重量增加狀態(tài)優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)的輸出特性，對(duì)拖車牽引狀態(tài)優(yōu)化AWD，從而提高了直行穩(wěn)定性。

CX-60的AWD性能

通過(guò)前文所述的AWD系統(tǒng)，不僅在雪上等低μ道路上可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁牽引力下的穩(wěn)定行駛，在高速行駛時(shí)也可實(shí)現(xiàn)直行穩(wěn)定性和滑行時(shí)隨心所欲的操控性能。

4.1 低μ路起步加速性能

圖14表示在低u路起步加速時(shí)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。在起步加速后立即將扭矩分配到前輪側(cè)，將動(dòng)力系統(tǒng)的輸出毫無(wú)保留地傳遞到路面，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的車輛加速度。

圖14 低附路面彈射測(cè)試曲線

4.2 low mu road cycle stability

在圖15中表示在低μ路徑上轉(zhuǎn)彎時(shí)的舵角和偏航率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。CX-60的舵角和偏航率的關(guān)系呈線性，即使在低μ路徑下也保持了中性轉(zhuǎn)向特性。

圖15 低附路面轉(zhuǎn)向特性

另外，在圖16中表示轉(zhuǎn)彎加速時(shí)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。在虛線踩下油門的時(shí)機(jī)之后，競(jìng)爭(zhēng)車型表現(xiàn)出了較強(qiáng)的轉(zhuǎn)向不足傾向，而CX-60則通過(guò)后輪驅(qū)動(dòng)，一邊轉(zhuǎn)向一邊加速。在雪上也提供了駕駛員隨心所欲的行為可控性。

圖16 偏航運(yùn)動(dòng)控制油門踏板

結(jié)束語(yǔ)

充分利用電子控制多片離合器式AWD系統(tǒng)，作為高性能全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的大功率始終優(yōu)化分配到前后輪，實(shí)現(xiàn)了凌駕于以往以前輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的i-ACTIV AWD的操控穩(wěn)定性和牽引力性能。直到高速和高G區(qū)域都能實(shí)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)AWD才能實(shí)現(xiàn)的隨心所欲的自然車輛行為，從而提供了更高水平的人馬一體感。