宝马四驱系统XDrive解析毕业设计

宜宾职业技术学院

毕业论文

题目：宝马四驱系统XDrive解析

系部现代制造工程系

专业名称汽车运用技术专业班级汽车11201 班姓名甘立琴学号 2 0 1 0 2 0 0 1 7

指导教师陈丹

2014年9月28 日

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宝马四驱系统XDrive解析

摘要

德国三大汽车品牌，“奔驰，宝马，奥迪”各有各的特色，谈到到宝马，很多人对他的印象应该就是操控、后驱、直列六缸等字眼。但随着国内近年来兴起的SUV热，自第一代宝马X5（E53）大卖之后，宝马X1（E84）、X3（E83）、新一代X5（E70）和X6（E71）这四款“X”家族成员陆续进入中国市场。本文就对宝马四驱系统XDrive做一个简单阐述和分析。

关键词：宝马；四驱系统（XDrive）；解析

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目录

1 前言 (1)

2 四驱系统简介 (2)

2.1什么叫四驱 (2)

2.2分时四驱 (2)

2.3适时四驱 (2)

2.4全时四驱 (3)

3宝马XDrive四驱系统的发展史 (4)

茕桢广鳓鯡选块网羈泪。

3.1宝马智能四驱系统发展史——前世 (4)

3.2宝马智能四驱系统发展史——今生 (5)

4 宝马XDrive四驱系统的结构原理 (7)

4.1XDrive功能结构 (7)

4.2XDrive工作原理 (7)

4.3宝马X6车型动态动力分配系统 (10)

5 案例分析 (12)

5.1故障诊断 ............................................................ 15擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

5.2故障分析 ............................................................ 15贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。

5.3故障排除 ............................................................ 16坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。

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5.4故障总结 ............................................................ 17蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。6宝马XDrive配套相关技术 (15)

6.1DSC:Dynamic Stability Control (15)

6.2DPC:Dynamic Performance Control ........................... 15綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。结论 (16)

致谢 (17)

参考文献 (18)

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1 前言

宝马的四驱系统最早可以追溯到上个世纪80年代，那时作为选配装备在宝马3系和5系车型上。四驱系统的中央分动箱采用粘性锁止机构，可以根据前后轴转速差自动接合，从而实现动力以前后轴37:63的固定比例输出，这套系统为被动式机械控制。

而随着时间的推移，宝马的四驱系统也一直在不断发展，到2003年，宝马对外发布了一套智能全时四驱系统，也就是我们现在熟悉的XDrive四驱系统。这套系统最大的改变也就是中央分动箱采用了一套电控液压多片离合器，配合电子控制系统，可以主动地且更加快速地进行可变动力分配。

2003年底推出的第一代X3就是第一款装备这套系统的车型。也是从那时起，XDrive也就成为宝马四驱系统的代名词，逐渐广泛应用于旗下车型中。现在XDrive四驱系统已经覆盖了整个宝马X系车型上。

与大部分城市SUV一样，宝马XDrive四驱系统的中央差速器采用电控多片离合器，前后均为开放式差速器，带电子辅助功能（可以理解为ESP的一个扩展功能，能对单个车轮进行制动）。作为四驱系统的核心部件——电控多片式中央差速器，可以根据传感器收到的信息（如车轮转速、方向盘角度等等）了解车身状态，进而主动分配前后桥的动力传递。在正常行驶条件下，XDrive智能全时四驱系统大致按照40:60的比例将发动机的动力分配至前后桥。而遇到复杂路况时，四驱系统检测到车身状态的变化，进而通过电脑控制多片离合器的接合来进行前后轴的动力分配。理论上，XDrive全时四驱系统可以将100%的动力传递到前轴或后轴上。不过由于前后桥均为开放式差速器，遇到单侧车轮打滑时，只能依靠电子辅助制动进行左右两侧车轮的动力分配。因此，了解和进一步分析的一些基本原理和作用是十分必要的。

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2 四驱系统简介

2.1 什么叫四驱

四轮驱动顾名思义就是汽车四个车轮都能得到驱动力。这样一来，发动机的动力被分配给四个车轮，遇到路况不好才不易出现车轮打滑，汽车的通过能力得到相当大地改善。常见的四驱系统主要分成三大类：全时四驱，分时四驱，适时四驱。

2.2 分时四驱

分时四驱（PART-TIME 4WD），是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。

分时四驱靠操作分动器实现两驱与四驱的切换。它的优点是结构简单，稳定性高，坚固耐用，但缺点是必须车主手动操作，有些甚至结构复杂，不止是一个步骤，同时还需要停车操作，这样不仅操作起来比较麻烦，而且遇到恶劣路况不能迅速反应，往往错过了脱困的最佳时机；二是因为分时四驱没有中央差速器，所以不能在硬地面（铺装路面）上使用四驱系统，特别是在弯道上不能顺利转弯。

一般情况下，车辆并不是长时间处于四驱状态，正常行使状况下，采用的是两轮驱动，当需要通过恶劣路面时，驾驶员可以通过分动杆把两轮驱动切换成四轮驱动，让四个车轮都提供驱动力，从而提高车辆的通过性能。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

2.3 适时四驱

适时四驱（Real－Time），单纯从字面来理解，就是指只有在适当的时候才

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会的四轮驱动，而在其它情况下仍然是两轮驱动的驱动系统。这个名称是有别于需要手动切换两驱和四驱的分时四驱，以及所有工况下都是四轮驱动的全时四驱而来的。

相比全时四驱，适时四驱的结构要简单得多，这不仅可以有效也降低成本，而且也有利于降低整车重量。由于适时四驱的特殊结构，它更适合于前横置发动机前驱。

前驱平台的车型配备，这使得许多基于这种平台打造的SUV或者四驱轿车有了装配四驱系统的可能。

前驱平台相对于后驱平台本身就有着诸多优势，如更有利于拓展车内空间、传动效率更高、传动系统的噪音更小等等。这些优点对于小型SUV，特别是是发动机排量较小的SUV来说显得尤其重要。

当然，适时四驱的缺点仍然是存在的，目前绝大多数适时四驱在前后轴传递动力时，会受制于结构本身的缺陷，无法将超过50%以上的动力传递给后轴，这使它在主动安全控制方面，没有全时四驱的调整范围那么大；同时相比分时四驱，它在应对恶劣路面时，四驱的物理结构极限偏低。

2.4 全时四驱

全时全轮驱动，简称AWD（All Wheel Drive的简写）。具体的含义是：汽车在行驶的任何时间，所有轮子均独立运动。

全时全轮驱动车辆会比两驱车型(2WD)拥有更优异与安全驾驶基础，尤其是碰到极限路况或是激烈驾驶时。理论上，AWD会比2WD拥有更好的牵引力，车子的行驶是依据它持续平稳的牵引力，而牵引力的稳定性主要由车子的驱动方法来决定，将发动机动力输出经传动系统分配到四个轮胎与分配到两个轮胎上做比较，其结果是AWD的可控性、通过性以及稳定性均会得到提升，即无论车辆行驶在何种天气以及何种路面（湿地、崎岖山路、弯路上）时；驾驶员都能够更好的控制每一个行迹动作，从而保证驾驶员和乘客的安全。

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而在驾驶时，全时全驱的转向风格也很有特点，最明显的就是它会比两驱车型转向更加中性，通常它可以更好的避免前驱车的转向不同和后驱车的转向过度，这也是驾驶安全性以及稳定性的特点之一，其中宝马XDrive就具有此特点。

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3 宝马XDrive四驱系统的发展史

从1985年第一辆搭载四驱系统的325iX面世至今，宝马全时四驱技术已经发展了29年，而在过去的29年内，宝马的智能全时四驱技术为人们在驾驶车辆时提供了更好的驾驶乐趣和更好的安全保证。从起初的前后恒定动力配比到后来更加全面的XDrive智能全时四驱技术，宝马的技术人员通过25年不断地钻研与积累，为我们带来了现在这套公路性能与越野性能两不耽误的XDrive全时智能四驱系统。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。

3.1 宝马智能四驱系统发展史——前世

在细说XDrive智能全时四驱系统之前，我们当然就要先了解下宝马四驱系统的发展历史，这可以追溯到上世纪80年代的宝马3系（E30）和5系轿车（E28、E34）。

1985年的法兰克福车展，宝马推出了BMW M3和BMW 3系敞篷，这两款车型的横空出世抢走了当时同样具有跨时代意义的BMW 325iX车型的风采，而这款BMW 325iX则是当时宝马的第一款四轮驱动车型。从此开起来宝马品牌四驱的先河。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。

当时，BMW 325iX上配备了一套以前37%后63%的固定比例分配动力的四轮驱动系统，这套系统的分动箱与中央差速器内的粘性锁止机构可以根据前后轮的转速差，在需要的时候实现连接，但车轮没有独立的锁止机构。此后的宝马3系、5系、甚至是7系列轿车除了生产传统的后驱版车型外，也都会提供装备四驱驱动系统的“Xi”车型，可供消费者的选择。但这类车型并没有正式进入过中国市场。

1991年，宝马的这套四轮驱动系统首次被应用于BMW 5系车型上，更重要的是在BMW 5系车型上所使用的四轮驱动系统通过电子控制差速锁，实现了动力的可变配比。在日常情况下，这套系统会将发动机输出的动力以36:64的的比

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例分配到车辆的前后桥上。但如果遇到特殊驾驶行为或特殊路况时，系统会根据ABS系统、发动机和制动管理系统所提供的数据适当调整车辆前后桥上的动力配比。

1999年对于宝马来说是十分重要的一年，这一年，宝马推出了一款真正意义上的SUV车型——第一代宝马X5（E53），一款具备公路性能和形似传统越野车的车型。该车有一个独立的中央差速器，通过行星齿轮机构可以将发动机的动力已38：62的比例分配给前后轮，同时标配了DSC动态稳定控制系统ADB-X 自动差速制动系统和HOC下坡控制系统。对车辆打滑车轮的制动靠电脑控制全自动完全，把从打滑车轮上流失的动力输出到有抓地力的轮胎上。

3.2宝马智能四驱系统发展史——今生

在早期时候，宝马的四轮驱动系统并不叫XDrive而是以制动力分配系统的ADB-X命名，它跟奔驰的4MATIC几乎是同时代的产品，并且它在设计和性能上也跟奔驰的4MATIC非常相似，同样采用前、中、后三个开放式差速器，动力通过这三个差速器分配给每个车轮，当有车轮打滑时，也时通过ABS的制动来实现差动限制的。

到了2003年宝马在这套系统的中央差速器上安装上了一套多片离合器，形成了现在的XDrive智能全时四驱系统。它中央差速器上的这套多片离合器由一个液压阀控制，液压阀能产生很大的推力，在电脑的控制下实现多片离合器的分离和结合。当多片离合器分离时，中央差速器按照把动力分配给受阻力小的车轮的原则分配动力，但当车轮打滑时，多片离合器结合，把动力分配到抓地力大的车轮上，增加了车辆在高速行驶时的稳定性。而这套系统也被使用在了2004年推出的第一代BMW X3车型上。

在极端情况下，XDrive系统可以将100%的动力快速的输送至前轴或者输送到后轴上。

目前在售的宝马X1、X3、X5都是基本相同的XDrive系统，而X6车型则

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在此基础上增加了动态动力分配系统。

经过多年的发展，XDrive智能全时四轮驱动系统在2008年实现了进一步的拓展，在2008年推出的BMW X6车型上，XDrive系统首次与动态性能控制系统相配合，实现了车辆后两轮之间的动力分配。在2009年，XDrive系统又在BMWActiveHybrid X6车型上实现了在油-电混合动力车型上的使用。宝马X6车型动态动力分配系统：相比于普通宝马X1、X3和X5的XDrive系统，宝马X6在其基础上增加了一套动态驱动力分配系统（DPC）。该系统可以对车辆的后轮进行独立的动力分配。当车辆右转弯时，左后轮会向道路传递更多的动力，因此动态驱动力分配系统会分配更多驱动力至左后轮。当车辆左转时，动态驱动力分配系统会将更多驱动力输送至右后轮，因此在这种情况下，右后轮会向道路传递更多的动力。而当车辆直线行驶时，动态驱动力分配系统将向两个后轮输送相同的动力，从而获得最佳的牵引力。

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4宝马XDrive四驱系统的结构原理

4.1 XDrive功能结构

XDrive成为智能全轮驱动系统，首先是因为它是由电机控制一组离合器来调节前后扭力分配的中央差速器，不是传统意义上的液力耦合中央差速器LSD （限滑差速器）。其次它能够根据驱动轮的实际需求将扭力由0至100%向前后传动轴无极分配，而不是传统中央差速器LSD的动力分配比例。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

搭载XDrive系统的车辆在原有只能固定分配前后轴扭矩的中央分动箱的中央差速器上加装了一套湿式多片离合器，动力通过这个多片离合器经过两个传动轴分别输出到前后轮轴上。并通过安装在前后轮轴上的差速器，经由半轴将动力传递到车轮上。目前在售的宝马X1、X3、X5都是基本相同的XDrive系统，而X6车型则在此基础上增加了动态动力分配系统。

图4-1宝马Xdrive系统示意图

4.2 XDrive工作原理

汽车四驱技术发展到今天，已不再只由纯机械式中央差速器负责前后轮的动

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力分配这么简单，由ECU行车电脑配合差速器完成动力分配也早已不是什么新鲜事了，最先进的公路四驱几乎可以精确分配每个车轮的动力。XDrive正是这样的四轮启动技术，它就是采用多片离合器来控制动力分配的。

XDrive智能全轮驱动系统宝马专利的XDrive在全轮驱动的灵敏性方面设立了新的标准。其工作就是迅速改变前后轴的扭力分布,提供真实的行车稳定性,驾驶乐趣以及安全性能。XDrive可以完全的调整以及无穷的变化。它会自己计算在拐弯时的转向不足或者是转向过多的情况，并且在任何时候下提供最适宜的扭力给所需要的车轴。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。

前后轴动力分配的多少由ECU精确控制，并且XDrive的多片离合以反应快著称，这使得宝马汽车的操控性能性到了空前大高度。

XDrive的多碟式离合器位于变速箱和万向轴之间，它可以在前后轴之间自由分配驱动力。像所有BMW汽车一样，一根驱动轴通向后轴，而另一根则通向发动机旁边的前轴。电控马达瞬间即可将离合器碟片压在一起。压力越大，通过链式万向轴传至前轴的动力就越大。压力消失时，离合器碟片分离，所有的动力都传至后轴。

在正常驾驶条件下，XDrive系统按照40：60的比例分配发动机动力。在路面情况复杂时，XDrive通过预测车身姿态的改变，电脑控制液压、压合多片离合器，进而进行前后轴的分配。对道路和驾驶条件的变化做出反应，改变纵向驱动力的分配。

行驶过程中，如果系统发现车辆可能转向不足，也就是前轮开始被拖向弯道外侧，就会减少分配给前桥的扭矩，将几乎所有动力都输送至后桥。该系统还不断与动态稳定系统DSC交换信息，从而可以从一开始就识别到车轮打滑。一旦出现车轮打滑，电动机会锁定XDrive的多片式离合器，并通过额外的驱动力矩使这个车轮拥有更好的附着力，同时空转的车轮也会得到刹车装置的有效控制。这就意味着，无论路面如何突然变化，都会有适量的扭矩被输送到抓地性最好的车轮上。所以，智能全轮驱动系统的作用是帮助驾驶舱更好的应对道路状况，尤

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其在湿滑的弯道、附着力差的上坡、冰雪路面上车辆能够稳定的行驶。辔烨棟剛殓攬

宝马四驱车型采用的中央分动器，大致可以分为两种结构，其中原则上传递扭矩在400N·m以下的使用齿轮传统，而传递扭矩在400N·m以上的采用链条传动。至于具体采用车型列表如下：

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表4-1 具体采用车型

表4-1已经谈到，宝马XDrive系统中的中央分动箱由电脑自动控制其内部的多片离合器从而实现对输出至前桥和后桥上的动力进行分配，但该系统不可认为参与控制。

适用于传递扭矩在400N·m以上的链条传动式分动器结构示意图，如图4-2所示：

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图4-2扭矩在400N·m以上的链条传动式分动器结构示意图

适用于传递扭矩在400N·m以下的齿轮传动式分动器结构示意图，如图4-3所示：

图4-3扭矩在400N·m以下的齿轮传动式分动器结构示意图

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4.3宝马X6车型动态动力分配系统

动态驱动力分配系统(Dynamic Performance Control)，这个系统能在两侧驱动车轮之间调节动力分配。后差速器内装有两组行星齿轮与离合器，让后轴能独立传输不同扭力值给左右后轮，并透过计算机系统判断出最正确扭力输出，以创造最佳的动态路线与车身稳定性。与传统差速器仅被动地在弯道路段通过差速齿轮解决左右两轮转速的差异，以及ESP动态稳定系统在侦测到车身动态出现失衡时对单轮施加更大煞车与降低动力输出来修正车身动态的方法相比，DPC的运作原理显然是更趋主动：直接透过左右轮扭力输出的调整，实时修正转向不足或转向过度的状况，达到更佳的过弯循迹性与修正车身动态的应变性能。所以BMW X6全能轿跑车在转弯方面独具优势。转向稳定性也得到了提高，且不会因加速而受到影响。这不仅意味着更加精准的转弯，并且能够通过优化附着力获得更快的横向加速度。与XDrive智能全轮驱动系统配合，动态驱动力分配系统在任何路况下都能保证更高的灵活性和精准性。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。

相比于普通宝马X1、X3和X5的XDrive系统，宝马X6在其基础上增加了一套动态驱动力分配系统（DPC）。该系统可以对车辆的后轮进行独立的动力分配。当车辆右转弯时，左后轮会向道路传递更多的动力，因此动态驱动力分配系统会分配更多驱动力至左后轮。当车辆左转时，动态驱动力分配系统会将更多驱动力输送至右后轮，因此在这种情况下，右后轮会向道路传递更多的动力。而当车辆直线行驶时，动态驱动力分配系统将向两个后轮输送相同的动力，从而获得最佳的牵引力。如图4-4所示：

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图4-4动态驱动力分配系统

D-差速器BE-电子制动辅助ELK-电控磨片离合器分动装置EPD-电控主动行星齿轮动力分配装置

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5案例分析

一辆行驶里程约3万km的2009款宝马X6多功能车。该车由于分动器漏油更换了分动器总成。更换完分动器总成之后根据维修的原则先对车辆进行编程设码，然后通过服务功能对分动器进行磨损值的输入。通过下列路径：服务功能→电动电机→VTG变速器控制系统→VTG控制系统：更换（S2710_VTG84-变速器控制系统：更换）。选择“VTG-SG已经进行了更换，已从旧的控制模块读取了变速器等级”；然后系统提示输入变速器模槽中的变速器等级（MPT零件号码后的数字）。输入后系统提示：设码符合车辆数据（注意：如图所示就是变速器的等级，这个分级一般是3位，也可以是4位）。输入之后，尝试调试多次没有成功。仪表上“4x4”故障报警灯一直点亮着。

5.1 故障诊断

首先通过ISID进行诊断测试，读取故障内容如下：5F3ADSC分动器故障（当前存在）；6428ICM VTG接口（当前不存在）；5225VTG分类缺少（当前存在）；CF80发动机控制信号标准扭矩请求（当前存在）；601D EMF:DSC接口信号无效（当前不存在）；601E EMF:DSC接口信号无效（当前不存在）。

5.2 故障分析

这款X6使用的是新分动器（ATC450：ATC＝ActiveTorqueControl，主动扭矩控制），有一根链条用于力传递。分动器控制模块（VTG）安装在多片式离合器伺服电机的下方。多片式离合器的结构也做了改动。在伺服电机中有一个电机位置传感器。电机位置传感器识别出伺服电机的位置，将位置告知VTG控制模块。VTG控制模块对伺服电机进行控制。驱动力矩的分配视各个车桥上可支撑的扭矩而定。此电子控制的多片式离合器把驱动力矩无级按需分配到前桥上，始终驱动后桥。因此在脱开的多片式离合器上所有驱动力矩都在后桥上。

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