四輪驅(qū)動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告一、引言四輪驅(qū)動(dòng)（4WD）技術(shù)通過將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力分配至前后橋，顯著提升車輛在復(fù)雜路況下的牽引力與通過性，廣泛應(yīng)用于越野車輛、高性能跑車及多功能乘用車領(lǐng)域。傳動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)力傳遞的核心載體，其設(shè)計(jì)需兼顧動(dòng)力性、可靠性、燃油經(jīng)濟(jì)性及NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能，同時(shí)適配不同使用場(chǎng)景的功能需求。本報(bào)告從傳動(dòng)系統(tǒng)類型、設(shè)計(jì)要素、關(guān)鍵技術(shù)及驗(yàn)證優(yōu)化等維度，系統(tǒng)闡述四輪驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯與工程實(shí)踐。二、四輪驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)類型分析（一）分時(shí)四驅(qū)（Part-time4WD）分時(shí)四驅(qū)通過手動(dòng)操作分動(dòng)箱切換“兩驅(qū)/四驅(qū)”模式，核心結(jié)構(gòu)為剛性分動(dòng)箱與斷開式前橋（或后橋）。兩驅(qū)模式下，僅單一車橋（多為后橋）接收動(dòng)力，降低傳動(dòng)損耗；四驅(qū)模式下，分動(dòng)箱通過齒輪嚙合將動(dòng)力剛性分配至前后橋（扭矩分配比常為50:50），因無中央差速器，需在鋪裝路面避免高速轉(zhuǎn)向（否則因前后橋轉(zhuǎn)速差導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)過載）。典型應(yīng)用為硬派越野車，如采用機(jī)械分動(dòng)箱的經(jīng)典越野車型，其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、扭矩傳遞直接，極端越野場(chǎng)景可靠性高。（二）適時(shí)四驅(qū)（On-demand4WD）適時(shí)四驅(qū)依賴電子傳感器（輪速、油門、轉(zhuǎn)向角等）與多片離合器式中央差速器（或液壓耦合器）實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)力分配。車輛默認(rèn)以兩驅(qū)行駛，當(dāng)監(jiān)測(cè)到車輪打滑（如前輪轉(zhuǎn)速高于后輪），ECU（電子控制單元）控制離合器結(jié)合，將動(dòng)力傳遞至從動(dòng)橋（多為后橋），扭矩分配比動(dòng)態(tài)調(diào)整（如從90:10至50:50）。優(yōu)勢(shì)為燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)（兩驅(qū)為主）、鋪裝路面兼容性強(qiáng)，缺陷是離合器傳遞扭矩有限（多≤1000N·m），極端越野能力弱。典型車型如城市SUV的四驅(qū)版本，適配濕滑路面與輕度越野。（三）全時(shí)四驅(qū)（Full-time4WD）全時(shí)四驅(qū)通過中央差速器（開放式、限滑式或扭矩矢量式）實(shí)現(xiàn)全天候動(dòng)力分配，前后橋始終接收動(dòng)力。開放式中央差速器（如托森差速器）依靠齒輪嚙合差速，扭矩分配隨工況動(dòng)態(tài)調(diào)整（如奧迪quattro的托森差速器默認(rèn)前40后60，打滑時(shí)自動(dòng)調(diào)整）；限滑差速器（如多片離合器、粘性耦合器）通過摩擦限制差速，提升脫困能力；扭矩矢量差速器則主動(dòng)調(diào)整左右輪扭矩，增強(qiáng)操控性。全時(shí)四驅(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，但公路穩(wěn)定性與越野能力均衡，典型應(yīng)用為高性能車（如保時(shí)捷911Turbo）與高端越野車（如奔馳G級(jí)）。三、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心要素（一）動(dòng)力傳遞路徑規(guī)劃動(dòng)力傳遞路徑需平衡“效率”與“可靠性”：分動(dòng)箱集成化：將分動(dòng)箱與變速器/發(fā)動(dòng)機(jī)集成（如縱置發(fā)動(dòng)機(jī)車型的“發(fā)動(dòng)機(jī)-變速器-分動(dòng)箱”直連布局），縮短傳動(dòng)軸長度，降低振動(dòng)與能量損耗。傳動(dòng)軸與萬向節(jié)設(shè)計(jì)：采用等速萬向節(jié)（如球籠式）確保大角度轉(zhuǎn)向時(shí)動(dòng)力傳遞平順；傳動(dòng)軸需進(jìn)行動(dòng)平衡優(yōu)化，避免高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的共振，越野車型還需預(yù)留傳動(dòng)軸“伸縮量”以適配懸架行程。（二）分動(dòng)箱設(shè)計(jì)分動(dòng)箱是動(dòng)力分配的核心，設(shè)計(jì)需關(guān)注：扭矩分配邏輯：越野車型需剛性分配（如50:50），高性能車需動(dòng)態(tài)分配（如前30后70以增強(qiáng)后驅(qū)特性）；齒輪結(jié)構(gòu)與潤滑：采用斜齒輪降低噪聲，配置強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)（如油泵+油道）確保極端工況（大角度爬坡、涉水）下齒輪冷卻與潤滑；輕量化與強(qiáng)度：殼體采用鋁合金壓鑄，齒輪采用鍛造合金鋼，平衡重量與承載能力。（三）差速器與限滑裝置差速器設(shè)計(jì)需適配場(chǎng)景：開放式差速器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于全時(shí)四驅(qū)的公路巡航（如托森差速器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)），但易因單側(cè)打滑失去動(dòng)力；限滑差速器（LSD）：通過摩擦片/粘性材料限制差速，適配輕度越野與操控需求（如高性能車的機(jī)械式LSD）；差速鎖：越野車型必備，通過機(jī)械鎖止（如牙嵌式）或電子控制（如多片離合器鎖止）實(shí)現(xiàn)前后橋/左右輪剛性連接，徹底解決打滑問題。（四）傳動(dòng)效率優(yōu)化摩擦損耗控制：采用低粘度齒輪油、優(yōu)化齒輪嚙合間隙、使用含鉬涂層降低摩擦；輕量化設(shè)計(jì)：傳動(dòng)軸采用碳纖維復(fù)合材料（減重30%以上），分動(dòng)箱殼體采用鎂合金，降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；電子系統(tǒng)節(jié)能：適時(shí)四驅(qū)的離合器采用“預(yù)緊力控制”，減少非必要?jiǎng)恿鬟f時(shí)的能量損耗。四、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用（一）電子控制系統(tǒng)通過多傳感器融合（輪速、加速度、方向盤轉(zhuǎn)角等）實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)力分配：濕滑路面：ECU監(jiān)測(cè)到車輪打滑后，0.1秒內(nèi)調(diào)整離合器結(jié)合度，將30%-50%扭矩分配至從動(dòng)橋；越野爬坡：分動(dòng)箱切換至“低速四驅(qū)”（扭矩放大2-4倍），同時(shí)差速鎖自動(dòng)鎖止，確保動(dòng)力傳遞至有附著力的車輪。（二）材料與制造工藝高強(qiáng)度材料：分動(dòng)箱齒輪采用滲碳淬火鋼（如20CrMnTi），表面硬度達(dá)HRC60以上，耐磨且抗沖擊；精密加工：齒輪采用剃齒+磨齒工藝，齒形精度達(dá)GB/T____.1-2008的5級(jí)以上，降低嚙合噪聲；輕量化工藝：傳動(dòng)軸采用液壓脹形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“空心+變截面”設(shè)計(jì)，減重同時(shí)提升剛度。（三）NVH優(yōu)化振動(dòng)隔離：分動(dòng)箱與車身間采用液壓懸置，隔絕發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)；噪聲抑制：齒輪采用修形齒（如鼓形齒）降低嚙合沖擊，傳動(dòng)軸包裹隔音氈，分動(dòng)箱殼體設(shè)計(jì)隔音肋；平衡設(shè)計(jì)：傳動(dòng)軸與分動(dòng)箱齒輪系進(jìn)行動(dòng)平衡校準(zhǔn)，剩余不平衡量≤5g·cm，避免高速共振。五、設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化（一）仿真分析CAE仿真：采用ANSYS分析分動(dòng)箱齒輪的應(yīng)力分布，確保疲勞壽命＞10?次循環(huán)；使用ADAMS模擬動(dòng)力傳遞路徑的振動(dòng)特性，優(yōu)化萬向節(jié)角度與傳動(dòng)軸長度；流體仿真：通過CFD模擬分動(dòng)箱潤滑系統(tǒng)，確保齒輪油在-40℃至120℃工況下的流動(dòng)效率，避免局部過熱。（二）臺(tái)架試驗(yàn)動(dòng)力傳遞效率測(cè)試：在傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架上，測(cè)量不同工況（轉(zhuǎn)速、扭矩、溫度）下的效率，目標(biāo)值：全時(shí)四驅(qū)≥85%，適時(shí)四驅(qū)（兩驅(qū)模式）≥90%；可靠性試驗(yàn)：進(jìn)行“溫度循環(huán)”（-40℃至120℃）、“振動(dòng)耐久”（20g加速度，10?次循環(huán)）與“扭矩沖擊”（3倍額定扭矩，1000次沖擊）試驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性。（三）實(shí)車測(cè)試越野測(cè)試：在巖石、泥地、沙地等工況下，測(cè)試車輛的通過性（如接近角、離去角、涉水深度）與脫困能力（如單輪/雙輪打滑時(shí)的動(dòng)力分配）；公路測(cè)試：評(píng)估濕滑路面的穩(wěn)定性（如ESP介入前的車輛軌跡偏差）、高速過彎的操控性（如扭矩矢量差速器的轉(zhuǎn)向響應(yīng)）與NVH性能（車內(nèi)噪聲≤75dB@120km/h）。（四）優(yōu)化迭代根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，優(yōu)化分動(dòng)箱齒輪比（如提升低速扭矩放大倍數(shù)）、調(diào)整離合器控制策略（如縮短響應(yīng)時(shí)間至0.05秒）、改進(jìn)差速鎖的鎖止邏輯（如增加“預(yù)鎖止”功能，提前預(yù)判打滑），直至性能達(dá)標(biāo)。六、案例分析：某硬派越野車分時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)某硬派越野車搭載的機(jī)械分時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，在極端越野場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)悍的通過性，其設(shè)計(jì)邏輯圍繞“可靠傳遞、極端脫困”展開：分動(dòng)箱設(shè)計(jì)：鑄鐵殼體搭配鍛造合金鋼齒輪，提供“2H（后驅(qū)巡航）、4H（高速越野）、4L（低速攀爬）”三種模式。切換至4L時(shí)，扭矩經(jīng)齒輪組放大2.72倍，足以驅(qū)動(dòng)車輛攀爬45°陡坡或拖拽數(shù)噸重物；差速器與鎖止機(jī)構(gòu)：前后驅(qū)動(dòng)橋均采用開放式差速器，輔以手動(dòng)牙嵌式差速鎖——當(dāng)車輛陷入泥地、單輪懸空時(shí)，駕駛員可通過中控臺(tái)按鍵鎖止差速器，使左右車輪剛性連接，動(dòng)力強(qiáng)制傳遞至著地車輪，輕松脫困；傳動(dòng)軸與萬向節(jié)：前傳動(dòng)軸采用雙十字軸萬向節(jié)，適配懸架大行程跳動(dòng)；后傳動(dòng)軸為單十字軸結(jié)構(gòu)，經(jīng)動(dòng)平衡校準(zhǔn)后，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)幅度控制在0.1mm以內(nèi)，確保動(dòng)力傳遞平順；電子輔助協(xié)同：系統(tǒng)集成坡度傳感器、輪速傳感器與車身穩(wěn)定程序，低速四驅(qū)模式下自動(dòng)激活“陡坡緩降”，車輛以5-10km/h的速度穩(wěn)定下坡，無需駕駛員頻繁制動(dòng)。日常通勤時(shí)，駕駛員可切換至2H后驅(qū)模式，傳動(dòng)軸與前橋斷開，傳動(dòng)損耗降低，燃油經(jīng)濟(jì)性比全時(shí)四驅(qū)車型提升15%，兼顧了越野性能與城市實(shí)用性。七、結(jié)論與展望四輪驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需以場(chǎng)景需求為核心：越野車型側(cè)重“剛性傳遞、機(jī)械可靠性”，高性能車側(cè)重“動(dòng)態(tài)分配、操控精準(zhǔn)性”，城市SUV側(cè)重“智能切換、燃油經(jīng)濟(jì)性”。未來趨勢(shì)包括