簡述

縱置引擎4WD系統(tǒng)歷史悠久，起源于四輪機械式驅(qū)動形式，前后扭矩分配進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)動的驅(qū)動方式的特點——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。低附著路的強勁牽引力帶來的穩(wěn)定行駛自不必說，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)動的i-ACTIV AWD，作為在轎車中擁有世界頂級牽引力性能的AWD，可將動力系統(tǒng)的輸出毫無保留地傳遞到路面。

另外，混合動力系統(tǒng)通過動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)與AWD的綜合控制，在減速時可從四個輪胎回收更多的能量。通過針對各種行駛環(huán)境優(yōu)化四輪的驅(qū)動力分配，在廣泛的駕駛場景中，提供可令客戶安心的行駛動力和低耗油量帶來的高經(jīng)濟性。此外，還支持4缸及6缸縱置發(fā)動機和地板電池配置等，旨在實現(xiàn)輕量化、緊湊和高傳動效率。

圖1 CX-60 AWD布局配置

AWD系統(tǒng)

2.1 空間
馬自達所追求的“人馬一體”中，重要項目之一就是“提供理想的駕駛定位”。特別是作為縱置發(fā)動機的CX-60。包括AWD系統(tǒng)在內(nèi)的驅(qū)動系統(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，這是作為最重要項目進行開發(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)動軸分支驅(qū)動力的“傳動單元”(T/F)，選擇了在目標軸間距離上能夠?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，通過采用軸承單元，減小軸承部，達到前后長度及與發(fā)動機的偏移量最小。如圖4所示。另外，通過分別設定T/F和FDU的減速比，實現(xiàn)2級減速，降低了傳動軸的最高旋轉(zhuǎn)，使軸徑最小化。另外，新開發(fā)的8速AT單元內(nèi)部的功能部件(閥體、電動油泵等)在單元開發(fā)之初就采用了考慮空心傳動軸的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了輕量、緊湊的設計。如圖5與6所示。

圖4 FDU結(jié)構(gòu)形式

圖5 變速器和傳動軸截面圖

圖6 動力總成軸測圖
2.2 高效率
自第一代CX-5以來，馬自達為了提高AWD車型的實用油耗，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)
一般來說，齒輪是通過在齒面上涂覆復合材料，同時使齒輪對嚙合來實現(xiàn)目標的相對齒形。其結(jié)果，齒面咬合前進方向上有筋，阻礙了齒面油膜的形成，高扭矩時齒輪的摩擦損失增大。該技術(shù)通過去除包裹工序中產(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
通過齒面平滑技術(shù)，在高扭矩時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

CX-60方面，在保留后輪驅(qū)動為基礎(chǔ)的驅(qū)動方式所具有的良好操控性的基礎(chǔ)上，通過采用電子控制多片離合器式AWD來擴大穩(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上。如圖9所示。
①AWD特有的穩(wěn)定性(lowμ road&high-speed stability)；

②擴大能夠維持中性轉(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(行駛場地擴展)；

④接近2wd的實用油耗(續(xù)航里程)。

圖9 路況示意

另外，通過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，通過突破轉(zhuǎn)彎性和穩(wěn)定性的兼顧。如圖10所示。實現(xiàn)了整體動力學的進化。作為在轎車領(lǐng)域具有世界頂級牽引性能的AWD，開發(fā)出了將動力系統(tǒng)的輸出傳遞到不同路面的系統(tǒng)，使之進化到大大超過以往基于前輪驅(qū)動的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實現(xiàn)理想的車輛行為和穩(wěn)定性，主要集中在以下2點：①通過前后齒輪比差實現(xiàn)AWD扭矩傳遞的最大化；②前后扭矩分配對后輪驅(qū)動基礎(chǔ)的最優(yōu)化。

3.2 通過前后傳動比差最大化

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

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

對后輪驅(qū)動應有的轉(zhuǎn)彎性和AWD，為了在最小化耗油量影響的同時實現(xiàn)真正的穩(wěn)定性，以上述前后齒輪比差設定為前提，根據(jù)制驅(qū)動力及輪胎負荷狀態(tài)優(yōu)化了扭矩分配。在輪胎摩擦圓內(nèi)行駛時，可根據(jù)加減速嚴密地控制扭矩分配，以確保AWD的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)彎時則可通過前輪到后輪的扭矩分配變化來控制俯臥姿勢。實現(xiàn)了以后輪驅(qū)動為基礎(chǔ)的純樸的操縱性。另外，在高速、高G和低μ路等盤旋時超過輪胎摩擦圓的場景下，除了通過檢測輪胎前后打滑來控制打滑外，還通過檢測轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足來控制驅(qū)動分配。使車輛行為穩(wěn)定化如圖12。另外，在再生制動時，通過與再生協(xié)調(diào)制動系統(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，還可實現(xiàn)更多的能量回收。

圖12 AWD系統(tǒng)扭矩分配比率

實現(xiàn)前述扭矩分配的控制系統(tǒng)，如圖13所示。通過在動力系統(tǒng)控制模塊(PCM)內(nèi)配置AWD控制邏輯，可快速檢測發(fā)動機所產(chǎn)生的驅(qū)動扭矩信息，計算出目標前后驅(qū)動扭矩分配比，對AWD的多片離合器單元進行扭矩指示。另外，還將與后述的Mi-Drive和動力相位控制系統(tǒng)(KPC)相結(jié)合，通過在PCM內(nèi)綜合確定車輛運動目標并向各單元下達指示，實現(xiàn)了理想的車輛行為和穩(wěn)定性。

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

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

(1) 運動

最大限度地發(fā)揮汽車的動態(tài)性能潛力，提高動力系統(tǒng)的響應性。同時通過提高操舵穩(wěn)定性實現(xiàn)了強勁的行駛。

(2) 越野

在未鋪設路面或深雪等惡劣路況行駛時，通過將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，結(jié)合對重量增加狀態(tài)優(yōu)化動力系統(tǒng)的輸出特性，對拖車牽引狀態(tài)優(yōu)化AWD，從而提高了直行穩(wěn)定性。

CX-60的AWD性能

通過前文所述的AWD系統(tǒng)，不僅在雪上等低μ道路上可實現(xiàn)強勁牽引力下的穩(wěn)定行駛，在高速行駛時也可實現(xiàn)直行穩(wěn)定性和滑行時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路起步加速時的時間序列數(shù)據(jù)。在起步加速后立即將扭矩分配到前輪側(cè)，將動力系統(tǒng)的輸出毫無保留地傳遞到路面，實現(xiàn)了預期的車輛加速度。

圖14 低附路面彈射測試曲線

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)彎加速時的時間序列數(shù)據(jù)。在虛線踩下油門的時機之后，競爭車型表現(xiàn)出了較強的轉(zhuǎn)向不足傾向，而CX-60則通過后輪驅(qū)動，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 偏航運動控制油門踏板

結(jié)束語

充分利用電子控制多片離合器式AWD系統(tǒng)，作為高性能全時四驅(qū)系統(tǒng)，通過將發(fā)動機和電動機的大功率始終優(yōu)化分配到前后輪，實現(xiàn)了凌駕于以往以前輪驅(qū)動為基礎(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)域都能實現(xiàn)后輪驅(qū)動基礎(chǔ)AWD才能實現(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。