細說Subaru主動控制系統(於2009/12/22更新)

最近不知是否因為胖福的關係, 版上對於Subaru主動安全相關問題的詢問度增加不少,
因此小弟將Subaru主動控制系統做了整理與說明.

1. Subaru主動控制的系統構成
a. Symmetrical All-Whell Drive (AWD)
b. 扭力分配控制系統 : ATS-搭配自排 / VTD-搭配自排 / DCCD-搭配手排, 主要在分配縱向(前後輪)扭力
c. 限滑差速器(LSD), LSD非標準配備, 主要在分配橫向(左右輪)扭力
d. 循跡控制系統(TCS), 能模擬LSD的功能
e. 車身動態控制系統(VDC), 統合主動安全

2.Subaru各類型扭力分配控制系統
a. ATS (Active Torque Split) 動態扭力分配系統會自動根據原廠設定的特定模式來選擇分配扭力比例模式, 如一般狀態 90:10..., 以省油取向, 製造成本低 <--- 搭配Sportshift E-4AT / 4AT變速器
b. VTD (Variable Torque Distribution) 可變扭力分配系統可以依據行車動態狀況自動調整(無段式連續調整)扭力比例, 標準狀態下扭力分配比例 45:55, 一般運動取向, 製造成本高<--- 搭配Sportshift E-5AT / Sportshift E-4AT 變速器(選配)
c. DCCD ( Driver's Control Centre Differential ) 搭配前/中/後LSD, 可手動選擇分配扭力比例模式, 標準狀態下扭力分配比例 35:65, 激烈運動取向, 製造成本最高 <--- 搭配5MT / 6MT變速器
以上各系統會依路況自動做前後分配
d. LSD 黏性限滑差速器, 這是一種透過差速器中的黏性藕合金屬片及一種遇熱很容易膨漲且穩定的油品,當驅動輪打滑且左右輪的轉速差大時, 將部份原本傳到打滑輪的驅 動力轉移到另一輪, 製造成本最低
e. Viscous LSD 機械式縱向(前後傳動軸)扭力控制, 在中央差速器加入機械式LSD <--- 搭配5MT / 4AT變速器


3.Subaru車身動態控制系統(VDC)
現在Subaru全系列車型都導入VDC (Vehicle Dynamic Control)整合各類型扭力分配控制系統, 以強化主動安全, VDC = ATS or VTD or DCCD + Traction Control Systems
在這套系統中,自排變速相是以電子式液壓離合器和行星齒輪式中央差速機構(VTD-AWD only)合作控制動力在前後車軸間的分配,在標準狀態下扭力是以各扭力系統原設定比例分配, VTD/DCCD偏向後軸的分佈方式是為了達到一個比較運動取向的操控感, ATS偏向前軸的分佈方式是為了達到省油. 扭力系統會根據行車的狀況自動調整前後軸的扭力配比, 以便讓各車輪達到最佳的驅動狀態.
另一方面, VDC則是和扭力控制系統和四輪循跡控制系統(Traction Control System)整合, 透過對方向盤轉向角/車身的偏量/側向加速度及個別輪速的監控, 判斷車輛的實際動態與駕駛人的操控是否符合, 當車輛陷於轉向不足(前輪偏滑)的狀態下時, VDC會主動對內側後輪施以煞車以便幫助車輛導回正確路線, 反之, 當車輛處於轉向過度(後輪偏滑)狀態時, VDC則會在外側前輪上施加煞車而將車頭導回正線, 但如果轉向過度的情況嚴重, 則VDC會透過VTD將更多的扭力傳往前車軸, 或甚至直接通知引擎監理系統, 切斷一或多個汽缸的供油降低馬力輸出.
VDC與引擎ECU控制單元的連線讓VDC也兼具了全速域(All Speed Range)皆能作用的循跡控制系統(TCS),無論在任何狀態下, 當系統監測到某個驅動輪因為地面的濕滑而空轉時, 會立刻對其施加煞車力道助其迅速恢復抓力, 或甚至在狀況嚴重時切斷引擎部分汽缸的供油.
在這些機制的輔助下, 雖然New-Forester並沒有配置限滑差速器(LSD), 但縱使已經有三個車輪處於打滑的狀態, 最後一個車輪仍能維持相當程度的驅動力, 給予這輛車不錯的越野能力.

4.AWD & LSD 與主動安全控制
SUBARU是以四輪驅動系統作為車輛動態控制的主軸, 只有在四輪驅動乃至LSD介入仍無法速地恢復車輪的抓力時, TCS才會適時地介入輔助, 其他車廠多是先以TCS來控制車輛動態(通常是先對打滑的車輪施加煞車力), 再開使將多餘的扭力傳輸到還有抓力的車輪, 但是後者的作法將會浪費較多的動力,並且在錯誤的時機轉變車輛的動態而造成不穩定. 在Subaru VDC上, 大量複查的資訊交換由獨立控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)一種能雙向傳輸訊號的高速溝通介面來負責.

TCS
細說Subaru主動控制系統(於2009/12/22更新)

VTD
細說Subaru主動控制系統(於2009/12/22更新)

VDC
細說Subaru主動控制系統(於2009/12/22更新)
註: 1.輪速傳感器 2.VDC控制單元 3.手自排變速器控制單元 4.ECU控制單元 5.中央差速器 6.方向盤操控角度傳感器/橫向G力傳感器/偏航速率傳感器

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這邊再補充說明。

1. Active Torque Split (ATS) AWD, 主動式扭力分配AWD
a. 動作原理 : 在前後軸之間裝有電子控制(稱為主動控制的理由)的多片液壓離合器。
正常狀況下,離合器處於半接合狀態,使得前前後輪之間的扭力分配為90:10(前驅設定)。
當油門加速、煞車减速或者透過傳感器偵測到前輪或者後輪發生滑動時,
電子控制單元會依據原廠設定的邏輯主動調節前後輪的扭力分配,
分配比例範圍為 90:10到50:50(因不同車種或不同期原廠設訂會有不同)。
要注意的是:這些由原廠設定的邏輯所進行的前後軸扭力調整,
有些分配條件會特定在變速器為1檔或是2檔的條件下才會作用(細節要看原廠的設計手冊)。
b.優點:製造成本低、體積小重量輕。
C.缺點:無法分配後輪過大的扭力(多片液壓離合器無法承受過大扭力變化);扭力調整過程會有損失與延遲。

2. Variable Torque Distribution (VTD) AWD, 連續可變扭力分配AWD
a. 動作原理:在前後軸之間裝有電子控制液壓離合器的行星齒輪中央差速器。正常狀況下,
離合器處於全接合狀態,中央差速器同時向前後軸兩端分配扭力,其固定比例為35:65到45:55之間
(因不同車種或不同期原廠設訂會有不同)。
當油門加速、煞車减速或者透過傳感器偵測到前輪或者後輪發生滑動時,
電子控制單元會主動調整中央差速器上的電子控制液壓離合器,即時調整前後輪的扭力分配,
分配比例範圍為10:90到90:10之間。
b.優點:扭力分配範圍大且連續可變, 扭力損失小。
C.缺點:造價比ATS高許多, 功能也比Audi 純機械式托森差速器(Torsen)差一點。

3. Vehicle Dynamics Control (VDC)
VDC就是TCS抓地力控制系统,也就是ABS的升级版,簡單說該系統可以根據駕駛情境與路面狀況,
獨立對各別輪胎進行不同的煞車動作,也因此VDC與AWD没直接關係的功能,
只能從行銷手法包裝成VTD的升级版, 進而增加車輛的主動安全性。

PS. 早期2.5XT版的小福 / Outback 3.0R, 不但把VTD列標配,後軸還配黏液耦合限滑差速器LSD可進一步防止兩後輪打滑,如果以歐洲車要配上VTD-AWD+LSD+VDC以Subaru的車價來說應該要多個一半車價吧,所以我可要好好珍惜手上的Outback 3.0(VTD-AWD + LSD + VDC三重防護安全等級)。

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Q1.Forester 2.5XT的LSD只裝後輪呢?是否代表後輪的左右防滑比前輪重要?
A1.根據原廠資料顯示2008年以前的小福2.5XT標準配備是VTD-AWD(偏後驅設定)+後輪LSD,
因為當時VDC只配備在Outback, 所以小福的橫向扭力控制(左右輪)必須配置LSD來達成,
會優先配備在後輪的原因是2.5TX是採後驅設定偏運動取向, 因此將LSD配置在後輪.

Q2.中置的LSD跟放在前(後)輪中間的LSD是否不同?
A2.AWD車必定有三顆差速器. 如果是採偏前驅設定(穩定取向)一般會在前輪裝置LSD,
如果是採後偏驅設定(運動取向)一般會在後輪裝置LSD, 至於在中央裝置LSD通常能夠提高加速能力.

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Q.關於ATS-AWD 扭力分配

首先定義名詞以免混淆
1. 多片液壓離合器 : Multi Plate Transfer(MP-T)
2. 變速器控制模組 : Transmission Control Module (TCM)
3. 主動式扭力分配 : Active Torque Split (ATS), 原廠型錄AWD Type : ATS-AWD

ATS-AWD 前面有說過原廠有多種設定模式, 要依每款車型原廠技術文件為準.
以固定(MP-T全接合狀態下)的扭力分配設定, 一般而言前輪與後輪分配比例有60:40也有50:50,
但可以肯定的是MP-T扭力分配器無法承受大扭力分配, 所以不會有後軸大於前軸的分配方式.
前面說的90:10是在特定的巡航條件下, 經過TCM的判斷並控制MP-T進行90:10的前後軸扭力分配調整,
意思是TCM主導MP-T所有的扭力分配控制邏輯, 只要是MP-T所能承受的最大扭力範圍內,
任何扭力分配模式都可以經由設定達成.
抱歉, 我之前看的技術文件已找不到無法提供.
細說Subaru主動控制系統(於2009/12/22更新)
感謝您的分享,不過關於NEW FORESTER高速時ATS會將扭力分配為前9後1的資料,不知道要在哪才看得到?
因為剛剛看了Eddy Ho兄的連結,在動畫中好像沒有這方面的介紹。只能看出平常是前6後4,四輪皆處於低抓地力時會變成5比5,後輪打滑時會變成95比5。
nagasitori wrote:
感謝您的分享,不過關...(恕刪)


參考以下連結
http://www.autoworld.com/news/subaru/subaru_all-wheel.htm
http://www.che168.com/article/html/200708/20070813/20070813_167535_1.html
tonytai wrote:
參考以下連結http...(恕刪)


看了一下這兩個連結,好像並沒有針對NEW FORESTER在扭力分配上的設定做解釋,反而比較像是SUBARU AWD系統的通盤簡介。理論上不光是NEW FORESTER之外,所有採用ATS的車種應該都能將大部分的扭力分配給前輪。只不過官方資料似乎都沒有提到高速時會調成9:1,進而達到省油目的相關說明。以後如果有更詳細的資料,也希望您不吝分享。
很好的分享~要好好保存下來.
我也好奇台灣引進的4AT的ATS是否會自動根據原廠設定的特定模式來選擇分配扭力比例模式, 台灣版好像是固定一輪25%, 看了意美的型錄, 該裝置要選配VDC才有.


意美的型錄的備註如下.
*E-4AT with optional Vehicle Dynamics Control System is coupled with the Variable Torque Distribution AWD system.
Jason555 wrote:
很好的分享~要好好保...(恕刪)


應該不可能一直固定在一輪25%,或是前軸50%後軸50%,否則就喪失了安裝ATS的意義。使用ATS的目的就是要按照前後軸的轉速差來調整扭力分配,進而追求最佳的循跡性跟驅動力。只不過ATS的作動基準SUBARU也沒有詳述,只知道一般是60比40,而NEW FORESTER最大可以分配成前95後5。
型錄上說跟VDC綁在一起的是VTD而非ATS。
nagasitori wrote:
應該不可能一直固定在...(恕刪)


各扭力分配系統都有特定匹配的變速箱, 所以可以用變速箱的型式來判定

根據我手上的原廠DM

5MT變速箱
2.5XT / 2.0X 都是採用viscous LSD + VDC

E-4AT變速箱
2.0X 採用ATS AWD + VDC <-- 09年版ATS在前後扭力比設定上有做調整, 與先前版本的標準輸出扭力比60:40以及其他幾種固定的扭力分配模式應該都有所調整.

Sportshift E-4AT變速箱
2.5XT採用VTD AWD + VDC

6MT變速箱
DCCD

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要瞭解Subaru各扭力分配系統就必需先瞭解扭力分配系統與Symmetrical AWD的關係
首先AWD的扭力控制是透過前/中/後差速器+變速箱來達成.
而車輛的扭力控制又分為縱向(與AWD同方向, 控制前後段扭力分配)與橫向(與AWD垂直方向, 控制左右輪).
1. 縱向扭力控制由中央差速器+變速箱+電控輔助設備組成, 頂級的設計會加入LSD
a. VLSD : 機械式縱向扭力控制, 在中央差速器加入機械式LSD, 標準扭力分配50:50.
b. ATS : 電子動態式縱向扭力控制, 搭配濕式多片式離合器來限制中央差速器差動, 早期標準扭力分配60:40, 09年有作調整, 有固定的幾種扭力分配模式由電腦判斷自動切換
c. VTD : 電子可變式縱向扭力控制, 利用電子式液壓離合器和行星齒輪式中央差速機構協同控制, 標準扭力分配45:55, 濕滑抓地差地面扭力分配50:50, 無固定扭力分配模式, 電腦會根據路況變化狀況連續控制微調保持最佳抓地力.

2. 橫向扭力控制由前/後央差速器+電控輔助設備組成, 頂級的設計會加入LSD
a. 前後輪限滑差速器(LSD)
b. ABS+EBD+TCS <---模擬LSD

3. DCCD : 配置前/中/後三個限滑差速器+電控輔助設備, 可以同時調節分配縱向與橫向扭力, 適合競技用途.

4. VCD車身動態控制系統 : 說穿了就是將縱向與橫向扭力分配系統更精準整合的電控輔助設備, 所以無論是採用何種扭力分配系統最後都會搭配VCD, 提供更全方面的主動安全.
tonytai wrote:
各扭力分配系統都有特...(恕刪)


NEW FORESTER應該都改用ATS了,大概是考量到成本跟重量,就連2.5XT也沒能用上VTD。小弟比較有興趣的倒是新版ATS的模式設定,因為SUBARU官網的說明都很簡略,根本不知道共有幾種模式。關於09年ATS的變化,不知道tonytai兄有沒有更詳細一點的資料可以分享?最好是官方的資料,不然坊間的說法往往有很多版本,常常讓人看得一頭霧水。
nagasitori wrote:
應該不可能一直固定在一輪25%,或是前軸50%後軸50%,否則就喪失了安裝ATS的意義...(恕刪)

台灣引進的2.0R就是因為沒有ATS, 台灣官網才會用SYMMETRY AWD對稱式全時四輪傳動說明. 至於是多少比例就請業務們說明一下吧.
Jason555 wrote:
台灣引進的2.0R就...(恕刪)


您說的應該是Legacy車型, 依據原廠型錄

6MT變速箱
3.0R Spec.B 採用viscous LSD + VDC

5MT變速箱
2.5i / 2.0R 都是採用viscous LSD + VDC

E-5AT / Sportshift E-5AT變速箱
3.0 採用VTD AWD + VDC <--標準輸出扭力比45:55.

Sportshift E-4AT變速箱
2.5i / 2.0R 都是採用ATS AWD + VDC <--標準輸出扭力比50:50.

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