宝马E83底盘车型xDrive系统功能和部件解析

BMWCHE/2015-11-22/ 分类：技术解析/阅读：

xDrive系统是一种用于控制和调节前桥、后桥驱动扭矩分配的四轮驱动系统。由于动态稳定控制 (DSC) 系统将测量数据提供给xDrive系统使用，因此两个系统之间的关系非常密切。 ...

一、概述

xDrive系统是一种用于控制和调节前桥、后桥驱动扭矩分配的四轮驱动系统。由于动态稳定控制 (DSC) 系统将测量数据提供给xDrive系统使用，因此两个系统之间的关系非常密切。与动态稳定控制系统一样，xDrive系统也受到行驶性能变化的影响。

xDrive系统利用可控的多片式离合器解决牵引力和行驶性能之间的矛盾。该系统不同于以往的四轮驱动系统，不是通过一个固定的变比来分配扭矩的，而是由分动器中的多片式离合器来实现扭矩分配的。E83底盘车型xDrive系统见下图。

E83底盘车型动态稳定控制系统的控制版本为8，其液压回路见下图。

AVHL.左后回流阀 AVHR.右后回流阀 AWL.左前回流阀
AWR.右前回流阀 EvHL.左后进流阀 EvHR.右后进流阀

EWL.左前进流阀 EWR.右前进流阀 HL.左后车轮制动器
HR.右后车轮制动器 HSV.高压换向阀 Pvor.预压传感器

SK.储液腔 sRFP.自吸式回流泵 USV.转换阀
VL.左前车轮制动器 vR.右前车辆制动器

E83底盘车型xDrive系统和动态稳定控制系统的通信流程见下图。

1.分动器控制模块 (vcsG控制表块) 2.分动器离合器的伺服电动机
3.仪表板 4. DSC液压单元 5.动态稳定控制模块(Dsc控制模块)
6.RPA按钮 7.HDC按钮 8. DSC接钮 9.制动液液位传感器
10.车轮转速传感器 (4个) 11.转向角传感器 12.偏转率/横向加速度传感器
13.自动变速器控制模块 14.发动机控制模块PT-CAN.动力总线

E83底盘车型 xDrive系统和动态稳定控制系统电路图见下图。

1.分动器控制模块(VGSG控制模块) 2.伺服电动机
3.仪表板 4.灯光开关控制中心(LSZ) 5.车轮转速传感器
6. Dsc系统的电磁阀(10个) 7.DSC泵电动机 8.车轮转速传感器
9.动态稳定控制模块 10.RPA按钮 11.DSC按钮
12. 制动液液位传感器 13.HDc按钮 14_车轮转速传感器 15.预压传感器
16.车轮转速传感器 17.转向角传感器 18.偏转率/横向加速度传感器
19.自动变速器控制模块 (EGS控制模块)
20.汽油/集油发动机控制模块 (DME/DDE控制模块) 21.设码电阻
22.电动机位置传感器 KL15.15号电源 KL.30.30号电源 KL.31.接地 PT-CAN.动力总线 TxDl.诊断导线

二、系统部件

(一)概述

ATc400分动器装在 E83底盘车型上，ATC500分动器装在 E53底盘 MU车型上，两者的区别在于，ATc500分动器上的传动轴插入到前驱动桥内，ATC400分动器上的传动轴用4个螺栓拧在一个法兰上。此外，ATC500分动器的多片式离合器比 ATC400分动器多装了一片，而且ATc500分动器的前桥输入轴和输出轴之间的距离比 ATC400分动器的大l9mm。xDrive系统的分动器见下图。

1.手动变速器或自动变速器的输人端 2.输出到后桥
3.输出到前桥 4.伺服电动机

5.摩擦片组 6.球面调整杆 7.链条 8.控制盘

(二)动力传输路线

当分动器中的多片式离合器分离时，驱动扭矩不会被传递到前桥上，所有扭矩被传递到后桥主减速上。

当多片式离合器完全闭合时，前桥和后桥的传动轴以相同的转速旋转，此时扭矩是根据每个车桥上可支持的扭矩来分配的。例如车辆以 l挡起步且油门全开时，由于动态下车桥负荷发生转移，后桥上形成较高的车桥负荷，因此后桥会被分配较高的驱动扭矩。这就是说，当前桥、后桥的摩擦系数相同时，可传递的驱动扭矩与车桥负荷分配相一致。多片式离合器闭合时的动力传输路线见下图。

1.手动变速器和自动变速器的输入端
2.输出到后桥主减速器 3.输出到前驱动桥

如果前桥位于摩擦系数较高的平面而后桥位于冰面时，那么驱动扭矩几乎100%传递至前桥，这是因为后桥几乎无法支持任何扭矩。

当在制动器测试台上试车时，对于装配 xDrive系统和自动变速器的车辆，应将变速杆挂入N挡位，确保分动器的多片式离合器保持分离状态；对于装配 xDrive系统和手动变速器的车辆，不要加油门，确保分动器的多片式离合器保持分离状态。

(三) 带电动机位置传感器的伺服电动机

该伺服电动机是直流电动机，其上装有一个霍尔传感器，该传感器用于测量电动机轴的位置和转速。电动机轴的位置与多片式离合器的闭合程度成正比。分动器的伺服电动机见下图。

1.磁环 2.电动机位置传感器(霍尔传感器)

(四)设码电阻

由于加工中存在机械公差，因此多片式离合器锁止扭矩的特性曲线会略有不同。在离合器检测台上测量实际锁止扭矩后，需要在伺服电动机上安装一个电阻，该电阻的数值表示锁止扭矩特性曲线的参考值。分动器的设码电阻见下图。

1.控制盘 2.电动机 3.设码电阻 4.蜗杆传动装置

在每次启动发动机后，分动器控制模块都会测量分动器的编码电阻，然后确定最佳的特性曲线。

(五)调整杆

伺服电动机旋转时，控制盘将调整杆相互推开，球面引起调整杆轴向运动，于是多片式离合器被压紧。带球面和控制盘的调整杆见下图。

(六) 分动器控制模块

E83底盘车型的分动器控制模块装在行李箱饰板下方后部的底板上。E53底盘 Mu车型的分动器控制模块位于后排座椅左侧下面。分动器控制模块见下图。

I.9针插头(未使用) II.6针插头 III.18针插头

分动器控制模块用于调节分动器中多片式离合器的锁止扭矩。分动器控制模块从动态稳定控制模块接收当前所需的离合器扭矩信号，该信号被转換为伺服电动机的指令信号，使伺服电动机按相应转速旋转。

锁止扭矩决定了前桥、后桥上的驱动扭矩分配。所设置的锁止扭矩是根据驾驶员指令和防滑及动态行驶指令计算得出的。

为了能够使伺服电动机的角度位置准确地对应离合器锁止扭矩，同时考虑磨损影响，当发动机关闭后，xDrive系统将进行一次基准运行。在进行基准运行过程中，多片式离合器被完全接合和分离一次。当多片式离合器分离和接合时，分动器控制模块测量伺服电动机在每个角度位置的耗电量，从而计算出多片式离合器闭合过程的开始点与结束点。角度位置由集成在伺服电动机中的霍尔传感器测量。

分动器控制模块计算多片式离合器和液压油的磨损系数。该系数用于在需要时限制锁止担矩，降低摩擦。分动器控制模块内部有一个应急复位装置，该装置用于当动态稳定控制系统失效时控制分动器的多片式离合器，使车辆仍能获得四轮驱动能力。

三、系统功能

(一)分动器控制(TCC)功能

1、概述

对分动器的多片式离合器进行锁止扭矩控制，可以根据行驶状况和道路条件提高或降低前桥的驱动扭矩，从而实现前桥与传动系统的无级耦合。前桥的驱动扭矩增加值等于后桥的驱动扭矩减少值。这就是说，前桥和后桥的驱动扭矩可以动态分配，优点如下：

(1)更好地利用前桥、后桥的车轮侧向力和纵向力。

(2)动态稳定控制系统的制动干预仅在明显较晚且必要时才会起作用，xDrive 系统的驱动扭矩动态分配功能可以使车辆的舒适性得到进一步提高。

(3)与传统差速器和动态稳定控制系统相比，xDrive系统能够在前桥和后桥的摩擦系数差别较大时显著改善驱动扭矩的分配效果。

只有在以下 3 种情况下才会大幅削减或完全中止四轮驱动作用：车辆转弯小且发动机扭矩很小(例如泊车时)，车速高于l80km/h，车辆转向明显不足。

2、预控制

Drive系统根据以下参数计算需要的锁止扭矩：加速踏板角度、发动机扭矩、发动机转速、车速、挡位、转向角。在计算锁止扭矩的同时，还要考虑离合器最大负荷、分动器最大负荷及主减速器最大负荷。

在标准行驶模式下，分动器的多片式离合器以最小打滑状态进行驱动，从而获得持久的四轮驱动能力。驱动扭矩的40%分配在前桥上，60%分配在后桥上。

即使前桥、后桥上的摩擦系数差别较大(例如后桥在冰面上)，xDrive系统也可以利用预控制功能形成极快的响应。此外，由于后轮不会产生打滑，因此 xDrive系统无需像普通差速器车型那样在后桥上进行制动干预。在普通差速器车型上，如果存在驱动打滑，那么后桥制动器将立即进行干预。这样两个后桥制动盘会抵消62%的驱动扭矩，前桥仅剩下38%的驱动扭矩并作为车辆驶过冰面的全部动力。

3、防滑控制/动态行驶控制系统

防滑控制/动态行驶控制系统的任务是在获得最佳牵引力的同时促使或保持车辆稳定。为此需要将车轮转速、偏转率和横向加速度等作为输入信号。当车辆存在转向过度趋势时，分动器的多片式离合器被完全闭合，前桥将得到可支持的最大驱动扭矩。有转向过度趋势时的驱动扭矩分配见下图。

当转向不足时，分动器的多片式离合器在必要情况下完全打开，这样前桥便从驱动链条中分离出来，全部驱动扭矩只会被传输到后桥上。有转向不足趋势时的驱动扭矩分配见下图。

4、轮胎公差逻辑

轮胎公差逻辑程序能够探测前桥、后桥上不同的轮胎胎面圆周。这种探测功能一般用在以下情况：轮胎混装，安装应急备用轮胎，轮胎磨损差别较大。

在预控制模式下使用多片式离合器时，轮胎圆周偏差会导致传动链中扭矩传递误差。轮胎公差逻辑程序可以降低预控制模式下的锁止扭矩，防止出现扭矩传递误差，这不会影响动态行驶和滑行控制模式下锁止扭矩的建立。

5、紧急运行

由于分动器控制模块内装有一个应急行驶调节器，因此即使动态稳定控制模块失灵或某些重要的传感器信号缺失，xDrive系统也能尽量保证四轮驱动能力。

动态稳定控制模块具有分动器多片式离合器控制程序，分动器控制模块作为备用控制装置使用。

如果单个传感器信号失灵，那么 xDrive 系统将计算出替代值并利用扩展的调节阀值执行相关功能。xDrive系统将一直按照这种方式工作，直到无法再提供有效的四轮驱动控制为止。此时，仪表板的 DSC/xDrive指示灯点亮，还能听到一个报警声音。

(二)自动稳定控制(ASC-X)功能和自动差速器制动(ADB-X)功能

无论在普通公路上还是在越野路面上，xDrive系统都能够确保车辆在获得足够转弯稳定性的同时获得最大驱动力，这得益于自动稳定控制程序中有一种区分普通公路和越野路面的识别算法。当 xDrive系统识别到车辆处于越野模式时，将提高车轮打滑的极限值调整点，以便在行驶阻力增加的情况提供足够的牵引力。

在自动稳定控制功能的基础上增加了自动差速器制动功能。当激活自动差速器制动功能时，打滑一侧的车轮被制动到打滑极限值调整点，这样，位于摩擦系数较高一侧路面上的车轮就可以获得更多的驱动扭矩。

即使在动态稳定控制系统关闭的情况下，自动差速器制动功能仍会保持激活状态并完全发挥出来，因为这时发动机功率将不再降低，系统仅对摩擦系数较低的车轮进行制动。

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