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書名：新型寶馬汽車結構·原理與維修
作者名：瑞佩爾
本章字數(shù)： 5305字
更新時間： 2019-01-04 16:14:15

2.2　分動器與驅(qū)動橋

2.2.1　全驅(qū)分動器

2.2.1.1　帶分動器的xDrive全輪系統(tǒng)（VTG）

xDrive是BMW的四輪驅(qū)動系統(tǒng)。這種新研發(fā)的xDrive也將用于其他車型系列。四輪驅(qū)動系統(tǒng)部件見圖2-28。

圖2-28　四輪驅(qū)動系統(tǒng)部件

1—左前驅(qū)動軸；2—前驅(qū)動橋；3—右前驅(qū)動軸；4—萬向軸；5—右后驅(qū)動軸；6—后驅(qū)動橋；7—左后驅(qū)動軸；8—分動器

除了杰出的牽引力之外，研發(fā)時也更加注重動態(tài)行駛。在正常的直線行駛時，前橋和后橋與平常一樣可以得到40～60個百分比的力分配。這樣前橋就不會獲得過多的驅(qū)動力矩，可以以最佳方式執(zhí)行轉(zhuǎn)向任務。

在向內(nèi)打方向盤且彎道行駛穩(wěn)定時，分動器通過電控多片式離合器將80%的力傳輸至后橋。這可以提高車輛的機動性，有效防止轉(zhuǎn)向不足。這確保了本能地、精確地與彎道走向相符的向內(nèi)打方向盤，直至可控制的些許擺尾。

新分動器（ATC 350：ATC=Active Torque Control，主動轉(zhuǎn)矩控制）有一個正齒輪箱用于力傳遞，方便安裝室操作。取消了之前使用的分級電阻。生產(chǎn)允差補償按照內(nèi)部評級進行（圖2-29）。

圖2-29　ATC 350分動器（F01車型）

1—分動器；2—8芯插頭連接；3—分動器控制單元（VTG）

對于X5而言，該新分動器（ATC 450：ATC=Active Torque Control，主動轉(zhuǎn)矩控制）有一根鏈條用于力傳遞。取消了分動器中的獨立式油泵，由此改善了效率。保證油流經(jīng)正齒輪箱獲得足夠的潤滑和冷卻（圖2-30）。

圖2-30　ATC450L分動器（F15車型）

1—分動器；2—8芯插頭連接；3—分動器控制單元（VTG）；4—燃油箱排氣管

分動器控制單元（VTG）安裝在多片式離合器伺服電機的下方。多片式離合器的結構也做了改動。在伺服電機中有一個電動機位置傳感器。電動機位置傳感器識別出伺服電機的位置，將位置告知VTG控制單元。分動器結構見圖2-31。

圖2-31　分動器ATC 350結構

1—前橋連接；2—多片式離合器；3—后橋連接；4—分動器控制單元（VTG）；5—多片式離合器伺服電機

VGT控制單元中的一個溫度傳感器監(jiān)控伺服電動機的功率輸出級，這樣可以避免伺服電動機熱過載。可通過檢查控制信息報告伺服電動機熱過載，分動器臨時進入敞開位置，在此多片式離合器分離。在伺服電動機冷卻后，可以重新操作多片式離合器（條件：DSC必須要求只能為0N·m鎖定力矩）。

通過中央控制臺操作設備（HDC按鈕）控制下坡控制功能。中央控制臺操作設備的下方開關組以電動方式連接在控制器（CON）上。F15車型的控制按鈕如圖2-32所示。

圖2-32　控制面板（F15車型）

1—中央控制臺操作設備；2—DTC按鈕；3—駕駛體驗開關；4—駐車輔助按鈕；5—側(cè)視攝像機按鈕；6—下坡控制按鈕（HDC按鈕）

控制分動器時需要將控制單元聯(lián)網(wǎng)。尤其是FlexRay分動器、動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)和一體式底盤管理系統(tǒng)。VTG控制單元是FlexRay上與總線相連的控制單元。控制連接網(wǎng)絡如圖2-33、圖2-34所示。

圖2-33　分動器電路控制（F0x、F1x）

1—腳部空間模塊（FRM）；2—動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）；3—分動器（VTG）；4—后部配電器；5—下坡控制按鈕（Hill Descent Control=HDC按鈕）；6—控制器（CON）；7—中央信息顯示器（CID）；8—汽車信息計算機（CIC）；9—一體式底盤管理系統(tǒng)（ICM）；10—便捷進入及啟動系統(tǒng)（CAS）；11—中央網(wǎng)關模塊（ZGM）

圖2-34　分動器電路控制（F2x、F3x、F15）

1—分動器（VTG）；2—動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）；3—前乘客側(cè)前部配電器；4—車身域控制器（BDC）或前部車身電子模塊（FEM）；5—機頭（HU-H、HU-B）；6—中央信息顯示器；7—中央控制臺操作設備上的HDC按鈕；8—一體式底盤管理系統(tǒng)（ICM）

VTG控制單元對伺服電動機進行控制。驅(qū)動力矩的分配視各個車橋上可支撐的轉(zhuǎn)矩而定。

此電子控制的多片式離合器把驅(qū)動力矩無級按需分配到前橋上，始終驅(qū)動后橋。因此在脫開的多片式離合器上所有驅(qū)動力矩都在后橋上。

在使用四輪驅(qū)動的標準驅(qū)動模式下，按如下方式分配驅(qū)動力矩：40%分配到前橋上，60%分配到后橋上。

VTG控制單元和伺服電動機不能單獨更換，只能一起更換。

在使用一體式底盤管理系統(tǒng)（ICM）主控制單元中的中央動態(tài)行駛調(diào)節(jié)進行校準時，xDrive之前，動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）為四輪調(diào)節(jié)給出了標準值。標準值取決于車輛的過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向和車輪滑移的趨勢。標準值被發(fā)送至VTG控制單元。

VTG控制單元根據(jù)下列因素調(diào)節(jié)分動器內(nèi)多片式離合器的鎖定力矩：有關需要的鎖定力矩的請求（來自 DSC控制單元）；齒輪油的狀態(tài)（在VTG控制單元中計算出）；多片式離合器的磨損（在VTG控制單元中計算出）；伺服電動機的負荷（在VTG控制單元中計算出）；變速箱油溫（在VTG控制單元中計算出）。

VTG控制單元向DSC控制單元發(fā)送下列信息：實際設定的鎖定力矩；所有計算出的數(shù)據(jù)。

通過診斷系統(tǒng)可使用服務功能更換分動器或帶有VTG控制單元的伺服電動機。

路徑：服務功能>電動機>VTG變速箱控制系統(tǒng)。

2.2.1.2　分動器標識與說明

不同的分動器標記也各不相同。

①分動器ATC350標記如圖2-35所示。

圖2-35　ATC350分動器標記

1—分動器；2—變速箱編號和分級；3—分級（也可是4位）

②分動器ATC450標記如圖2-36所示。

圖2-36　ATC450分動器標記

1—分動器；2—變速箱編號和分級；3—分級（也可是4位）

分動器ATC450是ATC 400（源自上一代車型E83）的后續(xù)開發(fā)產(chǎn)品。通過以下方式提高了效率：印刷電路板和伺服電機集成在分動器VTG控制單元內(nèi)，取消了機械式油泵，通過齒形鏈的供油功能潤滑和冷卻組件，減少了機械執(zhí)行機構的部件，機械公差減小。

分動器ATC 450的機械結構如圖2-37所示。

圖2-37　ATC450結構

1—連接至手動或自動變速箱；2—連接至后橋；3—分動器VTG控制單元（用于啟用片式離合器）；4—連接至前橋

在此通過動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC控制前橋主減速器與后橋主減速器之間的全可變力矩分配。要求作用在分動器片式離合器上的規(guī)定力矩由分動器VTG集成式控制單元進行調(diào)節(jié)。這個過程取決于磨損和運行情況的校正功能，從而確保在整個使用壽命期內(nèi)提供最佳位置精度。通過分動器VTG控制單元內(nèi)不斷進行計算的熱負荷模型可以防止因過熱而造成分動器毀壞。

至前橋的可變力矩分配疊加在至后橋的剛性直通傳動裝置上。

片式離合器處于分離狀態(tài)時，所有驅(qū)動力矩都傳遞至后橋主減速器（0/100%）。系統(tǒng)控制分動器內(nèi)的片式離合器時，在正常情況下驅(qū)動力矩按典型的BMW模式（40%/60%）分配到前橋和后橋上。

DSC內(nèi)的xDrive功能可以根據(jù)行駛情況（例如由于路面摩擦系數(shù)不同）任意改變車橋之間的力矩分配。

分動器VTG控制單元由電機和控制單元印刷電路板組成。該單元通過螺旋齒輪軸5將力矩傳輸?shù)綆Ш淆X的傳動環(huán)4上，傳動環(huán)借助球道系統(tǒng)將力矩轉(zhuǎn)換為軸向力，從而通過一個活塞壓緊摩擦片組2。軸向力越大，可從主變速箱1分到前橋的力矩越大。這個力矩通過鏈條傳動機構7傳遞到前橋法蘭6上，然后繼續(xù)傳遞到前橋。片式離合器完全分離時，所有輸入力矩都通過剛性直通傳動裝置傳輸?shù)胶髽蚍ㄌm3。分動器力矩傳遞如圖2-38所示。螺旋齒輪傳動機構見圖2-39。

圖2-38　分動器ATC 450的工作機構/片式離合器

1—連接至手動或自動變速箱；2—片式離合器；3—連接至后橋；4—帶球道和外嚙合齒的傳動環(huán)；5—螺旋齒輪軸；6—連接至前橋；7—后橋與前橋之間的鏈條傳動機構（片式離合器接合時）

圖2-39　帶球道的螺旋齒輪傳動機構

1—螺旋齒輪傳動機構，通過伺服電機的移動帶動螺旋齒輪轉(zhuǎn)動，從而使球道沿徑向移動；2—球道，調(diào)節(jié)桿的徑向移動轉(zhuǎn)換為活塞軸向移動，從而使片式離合器接合并傳遞力矩

分動器ATC 450采用兩級更換方案（圖2-40）：更換分動器控制單元；更換分動器，包括分動器控制單元。

圖2-40　帶分動器控制單元的ATC 450

1—分動器序列號及分級；2—分動器VTG控制單元

2.2.1.3　分動器緊固件扭矩數(shù)據(jù)

（1）分動器ATC45L

（2）舊型分動器

2.2.1.4　分動器控制單元VTG

分動器使用的控制單元（VTG控制單元）固定在VTG伺服電動機的分動器中。VTG控制單元對VTG伺服電動機進行控制。驅(qū)動力矩的分配視各個車橋上可支撐的轉(zhuǎn)矩而定。

此電子控制的多片式離合器把驅(qū)動力矩無級按需分配到前橋上；始終驅(qū)動后橋。因此在脫開的多片式離合器上所有驅(qū)動力矩都在后橋上。

在使用四輪驅(qū)動的標準驅(qū)動模式下，按如下方式分配驅(qū)動力矩：40%分配到前橋上；60%分配到后橋上。

VTG控制單元和VTG伺服電動機不能單獨更換，只能一起更換。

VTG控制單元根據(jù)下列因素調(diào)節(jié)分動器內(nèi)多片式離合器的鎖定力矩：有關需要的鎖定力矩的請求（來自DSC控制單元）；齒輪油的狀態(tài)（在VTG控制單元中計算出）；多片式離合器的磨損（在VTG控制單元中計算出）；VTG伺服電動機的負荷（在VTG控制單元中計算出）；變速箱油溫（在VTG控制單元中計算出）。

VTG控制單元向DSC控制單元發(fā)送下列信息：實際設定的鎖定力矩、所有計算出的數(shù)據(jù)。

需要時將限制鎖定力矩，以便降低摩擦。這樣可以避免離合器熱過載。通過檢查控制信息可以報告鎖定力矩的范圍。

通過此VTG伺服電動機可分離或接合多片式離合器。通過霍爾傳感器檢測伺服電動機軸的擺動速度和位置。

VTG控制單元中的一個溫度傳感器監(jiān)控VTG伺服電動機的功率輸出級，這樣可以避免伺服電動機熱過載。可通過檢查控制信息報告伺服電動機熱過載，分動器臨時進入敞開位置，多片式離合器分離。在伺服電動機冷卻后，可以重新操作多片式離合器（條件：DSC必須要求只能為0N·m鎖定力矩）。

由于機械部件生產(chǎn)中存在機械公差，因此多片式離合器的鎖定力矩特性線會有輕微偏差。通過分級考慮分動器的機械公差，這樣可確保最佳功能。

在總線端Kl.15斷開時進行一次基準運行。在該基準運行過程中，為VTG伺服電動機的一個規(guī)定角度位置分配一個相應的多片式離合器鎖定力矩。此時還考慮因磨損產(chǎn)生的影響。在該基準運行過程中，多片式離合器被完全接合，然后分離一次。與此同時，在VTG伺服電動機的當時角度位置上測量電流消耗。因此測定多片式離合器關閉過程的開始和結束。角度位置可通過VTG伺服電動機內(nèi)集成的霍爾傳感器檢測。該值被存儲并用作車輛重新啟動時的數(shù)據(jù)。

在VTG控制單元中集成了一個緊急運行調(diào)節(jié)器。當DSC控制單元或重要的傳感器信號失靈時，通過該調(diào)節(jié)器嘗試，盡可能長時間地保持四輪驅(qū)動正常。當各個傳感器信號失靈時，將計算替代值。用替代值驅(qū)動相應的功能，直到四輪驅(qū)動無法繼續(xù)實現(xiàn)合適的控制為止。這可能導致整個四輪驅(qū)動的損失。VTG控制單元結構如圖2-41所示。

圖2-41　分動器電子控制單元

1—分動器；2—分動器控制單元（VTG控制單元）；3—分動器伺服電動機；4—伺服電動機殼體；5—定子；6—回轉(zhuǎn)軸；7—8芯插頭連接；8—線路板；9—VTG控制單元的蓋板；10—塑料外殼

伺服電動機殼體用于定位定子和支承轉(zhuǎn)子（使用兩個球軸承進行單側(cè)支承）。線路板及其部件位于塑料外殼內(nèi)。

分動器（VTG）的控制單元通過一個8芯插頭連接在車載網(wǎng)絡上。VTG控制單元是FlexRay上與總線相連的控制單元。后方配電器通過總線端Kl.30和Kl.30B為VTG控制單元供電。便捷進入及啟動系統(tǒng)（CAS）或前部車身電子模塊（FEM）通過喚醒導線（總線端Kl.15喚醒導線）喚醒VTG控制單元。VTG內(nèi)部連接如圖2-42所示；電路見圖2-43；VTG模塊安裝位置見圖2-44。