1A2B的4WD之戰!孰優孰劣?

大多數人的用車習慣,可能會覺得在台灣四輪驅動真的有使用的必要嗎?這應該已經是過去的觀念了!尤其是在現在汽車科技越來越發達的狀況之下,4WD不再與高油耗畫上等號時,已慢慢開始被消費者接受了。

現在各家車廠也順應SUV成為主流的趨勢,更是比過去重視4WD車款的市場,但各家都有自己獨到的設計,到底甚麼樣的4WD系統才是最好的呢?

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關於這個問題,當然沒有絕對的答案,尤其是台灣的用車環境,不是一個會下「大」雪的地方,絕大多數都是在柏油路面使用,也應該不會有人想把Sedan房車拿去Off-road吧!所以不會有太大的差異性。但基本上,具備前後驅動比例可變功能的「智慧型」系統,是目前最能夠應付所有道路狀況的設計,而驅動比例的變化,可分為以ESC穩定系統結合煞車功能的被動方式;以及藉由液壓控制主動變更比例的兩種方式。

以下就1A2B目前所使用的四輪驅動系統的設計原理來做敘述。

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M-Benz 4Matic

M-Benz早在1905年就由創辦人Gottlieb Daimler的兒子-Paul Daimler設計出全世界第一部四輪驅動汽車-Dernburg Wagen,這部車搭載8.5升四缸引擎,並具備了50hp的馬力輸出,並且具有330mm的離地高度以及可切換50:50鎖定成固定式驅動比例的功能,在當時屬於軍規用車,並特地由奧地利陸軍來進行了測試,後來才在1907年正式上市販售。

而到了1990年代M-Benz就已發展出可變驅動比例的4Matic系統,使用在市售車款上,在當時藉由電子液壓的控制方式,具備四種模式的驅動比例,不僅純後驅、前後35:65或50:50中差鎖定的驅動比例,還提供了與專業越野車相同的後差速器鎖定的功能。在當時讓一部W124 E系列4Matic車款也能具備專業越野車相同的能力,不過由於後軸差速器具備了左右鎖定的功能,必須有較粗壯的後擔設計,這對於車重與油耗都是不利的,因此後來一般具備四輪驅動功能的房車,就逐漸捨棄這種專業越野車會用的設計,而僅有G Class持續使用。

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最簡單的方式是藉由ESP穩定系統的延伸功能,以控制ABS煞車的方式來控制驅動比例維持循跡,而這是目前各家車廠最廣為使用的方式,M-Benz所開發的ETS循跡控制系統就是一個例子。目前針對一般款的4Matic房車,M-Benz採用前後45:55的標準驅動比例,並在中央差速器加上了一具大約50Nm基本鎖定扭矩的黏性離合器,當前後軸發生較大差異轉速差時,可主動將大部分的扭矩輸往較慢轉速的車軸(也就是未打滑的那一方)。

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橫置引擎4WD系統不論哪家車廠,幾乎都是將多片式離合器設置在後差速器前方,並且由於無法共用變速箱裡的液壓系統,所以都是採用電磁閥驅動的設計,而一般行駛狀況都是以前驅為主。

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而橫置引擎的4Matic車款,則是在後差速器的前方配置了電子多片式離合器,由於使用電磁感應的方式驅動離合器的開合,不僅反應快速,少了黏性耦合液壓油也省去重量以及維護上的麻煩。一般正常行駛主要為前驅配置,只有當狀況需要時則切換成50:50的比例,例如:高速過彎、濕滑路面,甚至於前後輪分別處於抓地力差異極大的抓況時,則會利用煞車以及電磁閥的比例控制,來讓最多接近100%動力輸往未打滑的那一方。

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當有前後極大差異抓地力改變狀況需要時,最高可執行將近100%動力輸往單一車軸的功能,無論哪一家車廠幾乎也都是大同小異。

比較有趣的是Mercedes-AMG的縱置引擎4Matic車款,並未使用此種電磁閥式多片離合器配置,而是使用後驅偏置固定式驅動比例的設計,例如:C 43前後比例為33:67,而GLE 63則為40:60,這樣的設計不僅是可兼具純後驅車的駕駛樂趣,最大的好處是能夠減少中差內離合器的配置,而有減輕重量的效果。不過,新世代4.0升V8雙渦輪動力的E 63車系所使用的4Matic+系統,則改為可變比例的設計,而這主要是因為E 63不再提供純後驅車款的市場考量,所以更在E 63 S車款增加了一個可完全切換成100%純後輪驅動Drift Mode的額外功能。

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BMW xDrive

BMW的四輪驅動是這三家車廠最晚推出的,最早第一部4WD車款為1985年的E30 325iX,它也是採用相當簡單的結構設計,採用前後比例33:67的固定式比例,但當時DTM賽事贏得了大量的目光,讓BMW與M-Benz較專心於開發後輪驅動車款,而325iX的車重比同型後驅款重了降近80kg,因此只有少量推出在一些需求比較大的寒帶國家,所以早期的雙B四輪驅動房車都算是非常稀有的!

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BMW與M-Benz的4WD系統都是由後輪驅動系統修改而來,所以會看到前段中央傳動軸外露的設計,而非像縱置動力系統Audi quattro車款是整個包覆在變速箱之內。

到了1988年,BMW首次將結合ABS煞車功能的四輪傳動系統,搭載在E34 525iX身上,因此它的驅動比例不再是固定式的,除了一般狀況36:64的比例之外,也能依據狀況來進行調整。而一直到1999年的第一代X5,即使是SUV也仍舊維持38:62後驅配置的四輪驅動系統。

自2003年第一代X3推出開始使用電子液壓多片式離合器中央差速器之後,讓四輪驅動的比例切換變得更為精準、快速,包括後來的第二代X5,因而更具有不同一般SUV的操控效果,甚至於在後來的X6車款,更有可增加外側後輪驅動比例的主動式控制,來擁有更強化的運動性能。

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如上圖,早期BMW四輪驅動車款(例如:E60 5 Series)輸往前軸的動力,是由三組齒輪來負責傳遞,因此效率較差。後來的xDrive新系統則改為鍊條帶動,效率提升之後也附加了輕量化的效果。

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如圖所示,藉由鍊條連結兩顆直徑不同的齒輪,可具有前後40:60的驅動比例(左方通往前軸;右方為後軸)。此外,從上圖最新型的xDrive中差系統可以看出,使用更短的鍊條機構,因此重量又減輕了不少。

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下一世代M5預計也要搭載主動式前後驅動比例可變的設計,因而會多出後驅比例更多的4WD Sport模式,並且如同對手E 63 S 4Matic+一樣,提供100%切換純後輪驅動的功能。再加上M Differential後差速器可增加外側輪扭矩輸出的功能,操控性能想必非常突出!

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Audi quattro

在雙B還在DTM房車賽爭得你死我活的時代,Audi Motorsport早在1977年就將焦點放在越野拉力賽中。Audi quattro系統之所以強大,正是因為它一開始就將4WD系統的研發背景放在最嚴苛的越野賽事之中。尤其是在對手沒有很重視的情況下,Audi quattro車款如鴨子划水般地慢慢成長茁壯,如今在下雪氣候比例偏高的歐洲市場,讓Audi成為4WD車款的市場主流。

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不過一開始Audi仍然還是使用前輪驅動的Audi 80來參加越野賽,一直到了1980年才正式推出搭載四輪驅動系統的Audi Rally Quattro賽車參賽,並且一戰成名奪得冠軍,甚至還比亞軍快了將近20分鐘!尤其讓對手驚奇的是:不但不用更換冬季胎,還可以不掛雪鍊輕鬆在雪地裡暢快無阻!

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Audi橫置引擎車款的4WD系統,同樣也是藉由電磁閥來控制驅動比例的切換,然後再利用ABS煞車的作動方式來依狀況需要無段改變驅動比例,並且具備制動內側輪輔助過彎的功能。

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1986年,Audi用Torsen扭力感應式差速器替代了第一代手動鎖定中央差速器,從此晉級至主動式無段分配驅動扭矩的層級,而這奠定了quattro系統強大能力的基礎。並且在1987年由Walter Rohrl駕著當時的WRC常勝賽車-600hp的Audi Sport quattro S1挑戰美國Pikes Peak(派克峰)爬山賽,創下10分47秒85的驚人成績打破當時紀錄,而這成績至今還有很多新世代車款尚未跑進11分內。

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目前Audi縱置引擎車款4WD系統對於驅動比例的設計,直接以不同直徑的比例來配置前後40:60的驅動比例,無須鍊條帶動因此更為快速,適合較嚴苛的路面使用。

至今Audi的縱置引擎車款,不僅同樣具備電子液壓多片式離合器的配置,更由於Audi的變速箱自一開始就以4WD的考量來設計變速箱,連結前差速器的中央傳動軸被配置在變速箱內,主動式驅動比例的作動直接就在中央差速器上進行變更,再加上ABS煞車系統的輔助,因此作動速度能夠大幅領先對手,對於深厚積雪的嚴苛路面,Audi quattro車款更是通行無阻!

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驅動比例的切換「主動式」利用改變油壓系統驅動的方向,來進行無段式變換,後軸最高可有85%;前軸則最高則有70%。

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而已歷經七個世代的變革,如今搭載於新世代A4、A5縱置動力車款的quattro ultra創新技術,更是在節能方面獲得大幅提升,而這也是目前唯一能夠「真正100%」切換成前輪驅動的4WD系統,它藉由電磁閥的控制,讓後差速器的離合器切開,使左右後輪的滾動更為「自由」不會彼此互相干涉,而大幅降低運轉阻力來增進效能。

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上一世代quattro系統的前軸驅動力最高只達70%;而今quattro ultra系統在使用節能模式時,除可斷開連結切換較節能的前輪驅動之外,更能讓後軸的運轉更自由,成為100%真正的純前輪驅動。

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針對縱置引擎車款,Audi也有另外推出運動化防滑差速器的選配,藉由兩側多片式離合器的控制,可以主動對外側後輪施加更多的扭矩輸出,因此可有更突出的過彎性能。
 
經由Audi quattro的精選影片可以證明,它的能耐是沒有馬力輸出與路面摩擦力的限制,即使是一部R8照樣能夠在積雪厚到蓋過輪胎的環境下順暢行駛。而R8之所以厲害,是因為它的前軸系統同樣也配置了多片式離合器LSD來進行精準的左右扭矩輸出。
對於不會積雪的使用環境來說,是很難感受Audi quattro系統強大之處的!
Bear

曾於2002~2004任職於Option改裝車訊編輯,之後轉戰汽車銷售十餘年,擔任總代理新車及超級跑車的銷售業務及公關企劃,藉由過去的工作經驗作貼切的報導,以協助讀者們購車前的參考,是在下的職責以及撰稿方向。