儘管踩油門 剩下的真能交給Quattro?
提起Quattro,都知道是奧迪四驅系統的代名詞,其脫困性和安全性口碑在車圈裡幾乎無人不知,但Quattro的能力真的如表面上看上去那麼強悍麼?
網路瘋傳一句話:“油門儘管踩,剩下的交給Quattro”,這真能行?本篇,我們就來聊聊奧迪Quattro的發展歷史和技術。
quattro技術的起源可追溯至1976年至1977年冬天。當時,奧迪工程師們正在對大眾ILTIS四驅越野車和一輛奧迪前驅轎車進行測試。他們驚訝的發現,在直線駕駛時,奧迪前驅車憑藉200馬力帶來的強勁動力,表現遠勝於大眾Iltis,但在經過彎道或冰雪路段時,擁有75馬力的大眾ILTIS卻輕鬆反超奧迪前驅轎車。
底盤研發部門主管約爾克·本辛格(Jorg Bensinger)同時任技術預研發負責人的沃爾特·特雷瑟(Walter Treser) 與工程師們探討後斷定,關鍵原因在於大眾Iltis越野車上應用了四驅技術。於是他們立即向時任奧迪技術總監的費迪南德·皮耶希(Ferdinand Piech)反饋了這一測試結果,並建議將大眾ILTIS越野車的四驅系統移植到奧迪轎車上,而空間和技術基礎都較好的縱置前驅車型奧迪80則有幸成為了最初的母版車型。奧迪四驅原型樣車內部代號為A1,其中A代表All wheel,即四輪驅動,1代表第一款配備四輪驅動的奧迪車型。它在奧迪80的基礎上進行了修改,軸距略有加長,動力裝置為直列五缸渦輪增壓發動機。6個月後,奧迪四驅系統專案正式獲得批准,研發專案代號為EA262。
如何將越野車上結構複雜、體積龐大的四驅機構移植到轎車車型上是當時奧迪工程師的核心任務。為了解決這一難題,奧迪研發小組變速箱設計部門主管弗朗茨·騰格勒(Franz Tengler)想出了一個絕妙方案:安裝一根26.3釐米長的二級傳動軸,向兩個方向傳送能量,它可以將發動機60%的動力傳輸至後軸,並具有自己的防滑差速器,而在尾部,該軸驅動手動鎖緊的內軸差速器的行星齒輪,剩餘的動力沿著空心軸內側由從動軸傳至前軸差速器。也正是這一創舉,讓奧迪開創了quattro時代——經實驗證明,搭載了全新四驅系統的奧迪車型,可以於冰雪路面上輕鬆超越任何對比車型,展現出凌駕於溼滑路面的強勁實力。
1980年,官方命名為奧迪quattro,粉絲稱之為“Ur-quattro”的奧迪第一輛全時四驅轎車首次亮相於日內瓦車展。這輛以奧迪80 Coupé為原型的五座Coupé車型結構緊湊,軸距僅2524mm,總長為4404mm,配備了Fuchs公司提供的6英寸鋁合金輪轂。此外,奧迪quattro採用了五缸渦輪增壓空氣中冷發動機,擁有2,144毫升的排量,最大輸出功率高達147Kw,當發動機轉速為3500轉/秒時最大扭矩可達到285N·m,其百公里加速也僅需7.1秒。
當兩個差速器鎖止,扭矩便可100%地被輸送給前軸或者後軸。初次登場的quattro能在越野環境下獲得極限表現,但也離不開駕駛者的手動控制干預,此時的第一代Quattro為純機械手動四驅系統。在推出第一輛奧迪quattro後,奧迪又相繼開發了多款車型。自1982年起,奧迪推出五款不同的全時四輪驅動的車型:奧迪Coupé、奧迪80/90 以及奧迪100/200。
1980年至1991年,奧迪生產了11,452輛奧迪Ur-quattro。在最初的車型上,奧迪Ur-quattro內飾材料的應用愈發成熟,同時也提升了部分技術,比如新增了數字顯示系統、語音報警功能、剎車防抱死系統與自動巡跡功能等前瞻配置。1987年秋季,奧迪對奧迪quattro再一次進行了技術升級,此次採用託森中央差速器以及排量略大的五缸發動機,在保持147千瓦(200馬力)輸出功率的同時,實現了更大的低速扭矩。1989年,透過安裝新的四閥發動機,奧迪quattro的輸出功率增大至162千瓦(220馬力),同時最大時速提升至230公里/小時。
在奧迪quattro在冰雪領域的突出表現得到了一定的認可之後,為進一步向人們展示奧迪四驅技術的改革與創新,迪南德·皮耶希(Ferdinand Piech)決定讓配備quattro四輪驅動技術的奧迪Quattro賽車,參加世界上最具挑戰性的汽車賽事。在當時大多數製造商都對四驅系統的可靠性和額外增加的重量表示擔憂的情況下,奧迪卻先人一步,大膽嘗試。
1981年,奧迪車隊正式參戰世界拉力錦標賽(WRC),並簽下芬蘭人漢努·米克拉(Hannu Mikkola)以及法國女車手米歇爾·穆頓(Michele Mouton)。此次參賽,奧迪僅派出2輛賽車參加8個WRC比賽,但依然贏得了其中3場。而米歇爾·穆頓(Michele Mouton)也成為歷史上第一位女性WRC冠軍。
1982年,奧迪傳奇賽車手斯蒂格·布隆奎斯特(Stig Blomqvist)加入了車隊。這一次,quattro完美的效能和轉彎駕控性在賽場上得到了淋漓盡致的發揮,奧迪車隊也在十一場拉力賽中獲得七場冠軍。
1984年,WRC錦標賽進入了最瘋狂的B組時代,多達16家制造商參賽,陣勢可謂空前絕後。當時,其他廠商已經意識到了四驅系統在拉力賽場的強勢,並紛紛投入四驅賽車的研發中,奧迪更是針對性地對賽車進行了全面升級。升級後的quattro A2賽車全面輕量化,不僅透過全鋁鑄造發動機,成功減重23千克,車身更是大量採用了凱夫拉材料,整備質量僅有1000千克出頭。憑藉著強悍的實力,quattro A2賽車在這一年仍為賽事主角,在12站比賽中贏得了6次冠軍,甚至多次包攬前三。而奧迪車隊也因卓越的表現在1984年贏得了雙料總冠軍。
到了1985年,忽然發力的對手奧迪果斷加快了新車的研發,並在賽季第八站阿根廷拉力賽以新車“出征”——Sport quattro S1(E2),E2代表“Evolution 2,第二次改型”。
奧迪quattro賽車採用新的2.1升直列5缸發動機,最大輸出功率可達480馬力,並搭載了進氣再迴圈系統,在短時間鬆開油門的情況下渦輪會繼續保持轉速,從而降低遲滯;並且能進入“超增壓”模式,在8000轉/分的轉速時,最大功率高達500馬力。同時,此款車型在空氣動力學方面也有大幅進化,誇張的空氣動力學套件幫助賽車獲得了更大的下壓力,使賽車高速時穩定性更佳。而經過極限輕量化,Sport quattro S1(E2)的整備質量低至1090千克,百公里加速僅需3.1秒。
1986年春天,B組賽接近尾聲——由於賽車效能已超車手可控範圍,在1986年葡萄牙車手Joaquim Santos發生重大比賽事故後,國際賽車運動聯合會FISA決定改變規則,只允許near-series A組賽車參加比賽,奧迪隨即宣佈退出B組賽事。
1988年,奧迪參加了美國TransAm系列賽全年的比賽。奧迪200 quattro TransAm配備了來自拉力賽場的遺產——Sport quattro S1的五缸渦輪增壓發動機,輸出功率達375千瓦(510馬力)。沃爾特·羅爾(Walter Rohrl)與美國車手赫爾利·海伍德(Hurley Haywood)、漢斯·約阿希姆·坎彭(Hans Joachim Stuck)駕駛賽車參賽。最後,奧迪車隊在全年13場比賽中共計贏得了八場比賽,順利斬獲廠商冠軍稱號。
一年後的1989年,奧迪公司參加了IMSA GTO系列賽,參賽車輛為奧迪90 quattro IMSA GTO。這款車裝配五缸發動機,輸出功率高達529千瓦(720馬力)。當年,奧迪車手漢斯·約阿希姆·史塔克(Hans Joachim Stuck)駕駛著這款賽車贏得了13場比賽中的7場,獲得錦標賽第三名,奧迪車隊也位居廠商排行榜第二名。
1990年,奧迪開始參加德國房車冠軍賽(DTM)。漢斯·約阿希姆·史塔克駕駛寬大強勁的V8 quattro在第一年就贏得車手冠軍,次年,弗蘭克·比拉亞也成功奪冠。在奧迪因技術衝突於1992年退出該系列賽事之前,V8 quattro共參加了36場比賽,獲勝18場。
終於,奧迪Quattro強大到被禁賽。
1996年,配備輸出功率達221千瓦(300馬力)、2升四缸發動機的的A4 quattro Supertouring參加了三個洲的七項國家錦標賽,並大獲全勝。由於配備quattro的奧迪賽車實力實在過於強勁,國際汽聯(FIA)不得不出面宣佈,停止quattro技術在拉力賽上使用。
而在此之前,安裝奧迪quattro系統的多款賽車屢次創下驕人戰績:四項拉力賽世界冠軍、三項派克斯峰國際爬山賽冠軍、一項泛美房車錦標賽冠軍、兩項DTM冠軍、十一項國家房車賽冠軍以及一項世界房車錦標賽冠軍。
直到2012年,奧迪四驅賽車——配備混合動力驅動系統的奧迪R18 e-tron quattro才回歸賽場。這款V6 TDI車型使用後輪驅動,搭載了可進行能量回收的飛輪儲能器,為前軸上的兩個電機提供能量。該車型在加速時使用臨時四輪驅動系統,創下了驚人成績:在勒芒24小時耐力賽中三次獲得全勝,在世界耐力錦標賽(WEC)中兩次獲得車手和廠商冠軍。
奧迪quattro其實並不是一種單一技術,而是一套完整的技術體系。橫向來看,奧迪會針對不同產品的功能定位和使用場景,設定不同的quattro版本,並透過quattro技術加持,助力車輛實現全方位的效能提升,讓每一種出行場景都能享受最佳駕駛體驗。縱向來看,隨著未來出行更加註重環保低碳趨勢,奧迪不但致力於推動電動化程序,同時也對其傳統的quattro系統進行了改進,使得quattro系統變得更為智慧和環保。
quattro創新性運用空心軸,更輕巧、更緊湊,更高效
隨著Ur-quattro的亮相,quattro四驅系統也隨之誕生。為了解決轎車的空間侷限,quattro開創性的使用空心傳動軸傳輸動力,這也為quattro四驅技術的問世開闢了道路。
“空心軸”即變速器內一根的中空副軸,透過該空心軸向兩個方向傳輸動力,使整套四驅系統整合在了轎車底盤中,取代了笨重、昂貴,且體積龐大的獨立動力分配器,實現整體車重輕量化、結構緊湊化。由於空心軸帶來了幾乎無張力而又輕巧、緊湊、高效的四輪驅動機制,使得quattro不再只適配於慢速全地形車,同樣也適配於跑車和大規模量產車型。
當兩個差速器鎖止,扭矩便可100%地被輸送給前軸或者後軸。初次登場的quattro能在越野環境下獲得極限表現,但也離不開駕駛者的手動控制干預。
首次應用託森A型中央差速器,quattro變得更“聰明”
託森A型中央差速器的應用,是quattro的一次重要革新。其核心結構是蝸輪蝸桿機構,基於這種機構,使得託森A型中央差速器具備自鎖功能,能夠實現前後輪軸之間驅動力的無級調節輸送。前後軸扭矩全天候全時自動分配,只有在極端嚴酷的情況下才會應用到後軸手動控制差速器鎖。而正常情況下,quattro可在前後軸之間做50:50的扭矩分配,有效避免車輛打滑,不僅響應迅速,且可靠性極高。
首次應用於自動變速箱車型,自動控制時代到來
1988年亮相的奧迪V8根據自動和手動變速箱的差異,分別配備了兩種quattro系統:採用手動變速器的奧迪 V8車型,在裝配中央託森差速器的同時,後軸也首次採用了託森差速器鎖。由此,後軸的鎖止不再依靠人為干預,使其成為了前所未有的、強大且靈活的全天候全時四輪驅動系統。另一種採用自動變速箱的V8車型則配備了帶有電控多片離合器的行星齒輪中央差速器,儘管當一個前輪和兩個後輪同時失去牽引力時車仍無法前行,但新的結構決定了當前軸一旦失去了抓地力,多片離合器會自動鎖死並保證100的扭矩被輸送給後軸,這種前瞻性理念至今仍引領著汽車界的設計潮流。
應用託森B型中央差速器,首次加入“EDL電子差速鎖”功能
1994年,奧迪100(C4)採用了配備託森B型中央差速器的quattro四驅系統,其採用平行齒輪結構,具有自鎖功能,同時可以配備在自動變速箱車型上。此外,奧迪100(C4)的quattro四驅系統首次加入了“EDL電子差速鎖”功能,當單側車輪出現打滑時,“電子差速鎖”可利用液壓控制單元對打滑車輪進行制動,有效增強另外一側車輪的驅動力,讓quattro在“自動化”的路上更上一層樓。
最佳化後的託森A型中央差速器,主動安全性大幅提升
1997年,奧迪工程師將quattro四驅系統的突破點放在了最佳化扭矩感應式A型中央差速器和ESP電子穩定程式與四驅系統的配合上。經過最佳化的A型中央差速器具備更為出色的扭矩分配能力,同時牽引力鎖止值也經過了進一步最佳化。為了奧迪quattro車型能夠應對各種極限路況,quattro全時四輪驅動技術與ESP系統的配合更為緊密。而此番改進也使quattro車型具備了更高的主動安全性。
應用託森C型中央差速器,奧迪Q系列誕生
quattro系統核心部件中央差速器由B型升級到了C型,其結構由平行齒輪結構變為行星齒輪結構,自動鎖止功能的反應時間也更迅速。奧迪Q7和奧迪Q5均搭載配備託森C型中央差速器的quattro系統。
託森C型行星齒輪中央差速器的使用,確保了新系統可以在前後軸做出更為寬泛的扭矩分配。通常情況下,中央差速器以40:60的分配比例將動力傳遞至前後軸,當遇到特殊路況時,前後軸可以根據需要分配實現15%-85%, 65%-35%的扭矩分配。相比此前quattro車型在溼滑路面上,可能遭遇由轉向不足突然變為轉向過度的情況,託森C型中央差速器的quattro系統更加穩定,也可以把更多扭矩輸出給後軸,為車輛帶來安全、精準的後輪驅動的操控感。
應用冠狀齒輪中央差速器
quattro四驅系統採用冠狀齒輪差速器,體積小、重量輕,同時具有更高的動力分配比。雖然冠狀齒輪也是純機械結構,但依靠多片離合器的控制,它比託森差速器有著更大的扭矩比例調節範圍,而且前後的扭矩分配也更加靈活。從本質上來說,冠狀齒輪差速器的工作原理其實是透過改變“力臂”長短來實現扭矩的分配調節。從變速箱輸出的動力輸入到冠狀齒輪差速器行星齒輪架上,透過行星齒輪向前后冠狀齒輪(連線前後軸)傳遞動力,前後冠狀齒輪分別配有單組和多組摩擦片。
正常狀態下,透過前後冠狀齒輪與差速器行星齒輪不同的作用半徑實現前後橋40:60的扭矩分配,前後冠狀齒輪與行星齒輪相對靜止,當前橋或後橋車輪附著力降低(打滑)時,冠狀齒輪與行星齒輪發生相對旋轉,擠壓打滑一側冠狀齒輪壓緊摩擦片,使因打滑流失的動力部分透過差速器殼體傳遞至未打滑的驅動橋,而前後摩擦片組的數量也決定了扭矩分配的範圍:根據車輛前後橋附著力情況,前後軸扭力在15%-85%,70-30%之間自動分配。
最初配置於奧迪中大型汽車的quattro機械驅動系統,歷經多年來的發展與演變,在當下不僅可以透過機械方式啟用,也可透過電子方式啟用,並能根據轉向角感測器,牽引力和穩定性控制,偏航感測器(測量重量如何圍繞其重心左右移動)和車輪感測器向車輪分配扭矩。
奧迪ultra quattro智慧四驅 徹底實現“儘管踩油門 剩下的交給Quattro”
2016年,奧迪在此基礎上更進一步——將奧迪ultra技術融合至quattro技術之中,在保持優越牽引力和動力效能的同時,顯著提升燃油經濟性。如果說機械quatttro更多的是滿足對大排量發動機的高效能需求,那ultra quattro智慧四驅系統則更適用於使用者對日常通勤的公路效能需求。
ultra quattro智慧四驅系統提升能效的關鍵在於電控多片離合限滑差速器與後部主傳動中的牙嵌式耦合器之間的完美配合。正常行駛時,多片式離合器與傳動軸相分離,同時位於後橋差速器的整合式分離器開啟,從而實現前輪驅動,並有效解決了傳統四驅系統(即全時四驅系統)的動力傳輸阻力損失問題,大大提高了燃油經濟性並有效減少CO2排放。在其他條件相同的情況下,ultra quattro系統的百公里平均油耗比常規quattro系統減少了0.3升。與此同時,ultra quattro四驅系統動力傳動系統卻比前代系統減輕了近4公斤(8.8磅)的重量。這也有利於降低油耗,並提升操控效能。
ultra quattro智慧四驅系統,憑藉出色的智慧計算能力,實現了四驅系統“從被動到主動”的跨越。行駛過程中,智慧四驅系統感測器如同“神經系統”,實時監控整車運作狀態,每秒100次檢測150個不同的訊號,並且所有資料都會交由計算機以每秒100次的速度進行模擬預判,判斷出車輛在0.5秒後的抓地情況。如果車輪接近抓地力限值範圍,四驅系統就會隨即啟動。
利用多片式離合器可以徹底斷開的優勢,車輛還可以以前輪驅動的方式行駛,而在需要應急時,ultra quattro智慧四驅系統最大可傳遞100%的動力到前軸或後軸,帶來更強的脫困能力。在繼承原有奧迪quattro優點的基礎上,ultra quattro智慧四驅系統變得更加智慧,實現了高效的動力分配,從智慧、經濟性、脫困能力上進行全面升級。
電氣化未來: e-quattro電動四驅
隨著2018年奧迪首款純電動車型e-tron的誕生,quattro技術進入到了電動時代。電動四驅系統不再需要機械連結部件,只需控制單元和電動馬達及時響應。
一般情況下,奧迪e-tron主要傾向於使用後部電動機,以便取得最高的效率。但如果駕駛者需要電動機提供更高動力時,電動四驅系統便會根據需要將扭矩再分配給前軸,實現出眾的操控表現。電動四驅系統的關鍵是大量控制系統的智慧聯網。中央懸掛控制裝置首次同時集成了quattro驅動系統的操作控制器和車輪選擇扭矩控制。如果在運動駕駛中檢測到轉向不足,系統會輕微制動負荷小的內側車輪,從而將驅動力導向外側車輪。在冰雪路面行駛,快速轉彎過程中即將出現側滑,或當車輛出現轉向不足或轉向過度時,系統均會提前預測,並根據預測分配驅動力矩,在最大程度上保證行駛安全。
電動四驅系統還擁有更快的響應速度,檢測駕駛情況以及電動機輸出的扭矩只需要約30毫秒時間,實現在幾分之一秒內透過連續完全可變調節,使驅動力矩在兩軸之間達到理想分佈。由於電動四驅系統的存在,機械離合器不需要參與,只需簡單地傳輸電力,因此即便摩擦係數突然變化,在極端駕駛狀況下,quattro依然可以提供最佳效能。
此外,奧迪e-tron可以根據不同地形型別改變駕駛特徵。不管是正常巡航、動態過彎或短途越野,駕駛者均可根據駕駛情況、路況或個人喜好,在自動、舒適、動感、高效、個性化、全路況和越野這七種駕駛模式中自由切換,使得電動四驅系統在任何地形和任何天氣條件下都可提供最佳牽引力和操控性。
配備電動扭矩向量控制的電動四驅
奧迪e-tron S車型在啟動系統中還加入了電動扭矩向量控制功能,讓電動四驅系統更為強悍。後驅的雙電機也將不再透過機械差速器控制,而是透過傳動裝置將驅動力直接傳遞至車輪,不但可使駕駛更敏捷、自動轉向效能更強,還能提高轉彎速度,進而增強駕駛樂趣。
常規行駛模式下僅需啟動後驅電機,當驅動系統需要更強勁的動力時,前驅電機將自動開啟,實現即便是駕駛者也幾乎無法察覺的動力 “無縫連線”。當車輛抓地力下降或快速轉彎摩擦力低時,前驅電機也將預先開啟。電動扭矩向量控制功能等創新技術使電動四驅系統如虎添翼,將傳統運動差速器的優秀特性傳承到電動車型。
基於橫置發動機打造的採用瀚德耦合器的四驅系統
與此同時,奧迪同樣針對不同產品的功能定位和使用場景打造了不同的quattro技術。1998年,奧迪開始為旗下緊湊級轎車A3裝備四驅系統,滿足緊湊型產品節省乘坐空間的需求。由於A3採用的是發動機橫置平臺,之前適用於MLB evo平臺和縱置發動機平臺的機械quattro和ultra quattro系統並不適用,第一代A3 quattro、最新一代TT均配備了採用瀚德耦合器的四驅系統。
這套基於橫置發動機佈置方式的四驅系統核心裝置是來自瑞典瀚德(Haldex)的電子液壓多片式“耦合器”。這套系統並沒有差速功能,而是根據需要靈活地分配前後軸的扭矩,在常規情況下基本為前輪驅動,從而確保了燃油經濟性。
透過不斷收集四條輪胎的轉速,如果偵測到前軸打滑,ECU則會立即透過控制多片式耦合器將動力分配至後軸,極端情況下,這套系統甚至可以將100%的扭矩分配至後軸。這套quattro系統體積比託森差速器體積更加小巧,從而節省出了更多的乘坐空間,並且由於瀚德耦合器安裝於後軸前方,從而優化了整車的重量分配。
在搭載橫置發動機的奧迪緊湊型車型上,quattro動力傳動系統採用了配備液壓致動器的電子控制多片式離合器。該系統安裝於後橋,以實現更好的重量分配。奧迪TT、奧迪S1、RS Q3和奧迪RS 3 Sportback等車型的多片式離合器管理更側重動力效能。在低摩擦係數路面上,車輛在運動模式或在關閉電子穩定控制系統情況下,可進行受控漂移。
基於中置發動機打造的四驅系統
奧迪旗下的產品,除去前縱置發動機以及前橫置發動機的佈置方式以外,還有一輛中置發動機的車型——奧迪R8。由於這輛帶有四環標誌的超級跑車與蘭博基尼蓋拉多有著親密的血緣關係,因而它也自然而言地繼承了蓋拉多的四驅系統,同樣取名為quattro。
同其他quattro系統都不同,奧迪R8所採用的quattro四驅系統核心是帶有差速鎖的液力耦合器。其由輸出軸連線至驅動前軸的傳動軸,並內建一個溼式多片離合器,可在所有駕駛模式下將必要的扭矩分配給前輪。扭矩分配沒有固定分配比例:在通常情況下,R8所配備的四驅系統以後輪驅動為主;但在極端情況下,幾乎可將100%的扭矩傳遞到前軸,以強大動力避免R8在過彎時出現甩尾現象。
奧迪quattro問世40年來,一直是奧迪品牌的立身之本,也是奧迪品牌的技術標籤。從quattro的誕生到1980年奧迪quattro車型的問世,再到e-quattro電動四驅的推出,奧迪quattro四驅技術實現了令人印象深刻的成就,特別是在冰雪運動及賽場上,奧迪quattro的表現尤為矚目。透過長圖,我們再加深下奧迪Quattro的發展歷史:
誕生於冰雪,進化於賽道,歷經八代革新,奧迪quattro技術如今憑藉卓越的操控性、穩定性和安全性,已然成為全時四驅系統的代名詞。看到這,你是否相信了這句話“儘管踩油門,剩下的交給Quattro”。