Land Locomotion – Mechanical Vehicle Mobility

"LL-MVM"(Внедорожные транспортные средства)

Последнее изменение 7 1 2011

Развитие полноприводных автомобилей на примере эволюции джипов:
Часть 4. Конструкции.

На главную страницу

Полный привод (4x4, 4WD, AWD) — конструкция трансмиссии автомобиля, когда крутящий момент, создаваемый двигателем, передаётся на все колеса.
До восьмидесятых годов, полный привод ассоциировался исключительно с внедорожной техникой, а полноприводные автомобили имели увеличенные дорожный просвет и другие атрибуты повышенной проходимости.


Lamborghini Murcielago

Mercedes-Benz 4ETS Electronic Traction System

bmw xdrive

Outback_Drivetrain
Однако, после появления системы quattro на чисто легковых автомобилях Audi и ряда аналогичных систем у других компаний, привод на все колёса стал рассматриваться и как средство повышения ходовых качеств обычных автомобилей без задачи повышения проходимости. В этом случае обеспечивается наиболее эффективное использование мощности двигателя при любом режиме движения, улучшается управляемость, особенно на скользких покрытиях.
Именно с этими целями полный привод используется на спортивных автомобилях, например, Lamborghini Murcielago и некоторых моделях Porsche, а также на представительских автомобилях для повышения уровня активной безопасности — примеры такого использования включают системы 4Matic (на автомобилях Mercedes Benz), широко распространен на автомобилях Subaru а из отечественных разработок — трансмиссию малосерийной представительской «Волги» ГАЗ-3105.
Можно выделить три основных схемы полного привода: подключаемый полный привод (part-time), постоянный полный привод (full-time) и постоянный по требованию полный привод (on-demand full-time).

Подключаемый полный привод.


Самая простая и в то же время самая надежная схема полного привода: при нормальной эксплуатации момент передаётся только на одну ось, а при необходимости подключается вторая ось — с помощью раздаточной коробки. При подключении оси жестко связываются между собой и вращаются с одинаковой скоростью, что создаёт некоторые ограничения: полный привод можно использовать только на покрытиях, допускающих проскальзывание колес (грязь, песок, снег, лед и т. п.).
При жесткой связи ведущих мостов в трансмиссии может возникнуть циркуляция мощности. При движении по хорошей горизонтальной дороге циркулирующая мощность (ЦМ) может быть значительной. ЦМ дополнительно нагружает механизмы трансмиссии и шины, вызывая их повышенное изнашивание. Кроме того, из-за увеличения суммарной мощности, передаваемой через механизмы трансмиссии, возрастают потери мощности в трансмиссии на буксовании колес, увеличивая расход топлива и изнашивание деталей двигателя. Поэтому ЦМ является вредной, и ее часто называют паразитной мощностью. Чтобы уменьшить дополнительное изнашивание механизмов трансмиссии, шин и расход топлива, вызванных ЦМ и перераспределением крутящего момента, при раздаточной коробке с блокированным приводом необходимо включать передний ведущий мост только для повышения проходимости и устойчивости автомобиля. При движении по хорошим дорогам необходимо принудительное отключение переднего ведущего моста для устранения циркуляции мощности или перераспределения крутящего момента.
Таким образом основной недостаток подключаемого полного привода проявляется при перемещении по поверхности с часто меняющимися свойствами - асфальт с пятнами льда или снега, твердый грунт с участками грязи и тд. Необходимо постоянно переключать вручную в зависимости о условий движения, что не совсем удобно.

Постоянный полный привод.


Постоянный полный привод подразумевает постоянное подключение всех колёс к двигателю, для чего он подключается к осям через дифференциал. Некоторые модели автомобилей имеют принудительную блокировку межосевого дифференциала, что позволяет им становиться аналогичными автомобилям с подключаемым полным приводом (в общем случае это повышает проходимость автомобиля). Некоторые современные автомобили имеют электронное управление межосевым дифференциалом, позволяющее динамически менять соотношение передаваемого момента между осями. В основном это используется для уверенного движения по дорогам, например, в системах динамической стабилизации.
Некоторые вседорожники имеют раздаточную коробку, поддерживающую как режим постоянного полного привода, так и режим подключаемого полного привода, то есть имеют дифференциал, блокировку дифференциала и возможность полного отключения одной оси. Такая схема считается наиболее предпочтительной для многоцелевого вседорожника.

Полный привод по требованию (англ. TOD - torque on demand)



visco

haldex
Эта схема классифицируется продавцами автомобилей как разновидность постоянного полного привода. Преимуществ "настоящего" постоянного полного привода не даёт. Фактически, это подключаемый полный привод с тем отличием, что подключение происходит автоматически. В этой схеме одна ось подключена жестко, а вторая (передняя или задняя, чаще — задняя) подключается при проскальзывании первой через разнообразные муфты (вискомуфта (Гольф-3), Халдекс (Гольф-4), многодисковая гидромуфта (Subaru с АКПП серий TZ)…). Управление муфтой осуществляется электроникой или механико-гидравлическим образом, за исключением вискомуфты. Недостатком такой схемы можно считать необходимость улавливания момента включения полного привода.





Дифференциал


Дифференциал – это механическое устройство, которое передает вращение с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача вращения возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи вращения от коробки передач к колёсам ведущего моста. Почему для этого нужен дифференциал? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному(внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса не связанны друг с другом и вращаются независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать вращение одновременно на оба колеса (если передавать вращение только на одно колесо, то тяговые свойства автомобиля и его управляемость будут неприемлимыми). При жесткой связи колёс ведущего моста и передачи вращения на единую ось обоих колёс, автомобиль не сможет нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, будут стремиться пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт вращение на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и хорошо управляется как на прямом пути, так и в повороте. Однако, конструкция планетарного механизма имеет весьма неприятное свойство: планетарный механизм стремится передать полученное от чашки дифференциала вращение туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять вращение равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять вращение на то колесо, усилие для вращения которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать вращение и остановится, а колесо, находящееся на льду получит всё вращение от дифференциала. Почему и как это происходит?
Дело в том, что планетарный механизм передаёт вращение на шестерни полуосей через сателлиты. Сателлит передаёт РАВНЫЙ крутящий момент одновременно на две полуоси, так как является рычагом с РАВНЫМИ плечами относительно собственной оси вращения, через которую сателлит и получает тяговое усилие. При прямолинейном движении с хорошим дорожным сцеплением обоих колёс, сателлиты не вращаются вокруг своей оси и передают максимальный крутящий момент с чашки дифференциала на полуоси. Чашка дифференциала, планетарный механизм и полуоси вращаются с равной угловой скоростью как единое целое. При повороте автомобиля, сателлиты начинают поворачиваться вокруг своей оси, приводя в действие планетарный механизм и обеспечивая разницу в угловых скоростях полуосей, однако продолжают передавать оптимальный крутящий момент на обе полуоси, так как дорожное сцепление обоих колёс остаётся высоким. Как только одно из колёс начинает терять сцепление с дорогой, усилие, необходимое для его вращения, сразу снижается и крутящий момент на его полуоси падает. Так как сателлиты передают РАВНЫЙ крутящий момент полуосям обоих колёс, крутящий момент падает и на полуоси колеса с хорошим дорожным сцеплением, а так же и на чашке дифференциала, и на всей трансмиссии в целом. В этой ситуации, упавшего крутящего момента уже не достаточно для вращения колеса с хорошим дорожным сцеплением, зато его вполне достаточно для вращения колеса с плохим дорожным сцеплением, которое и продолжает вращаться (буксовать) благодаря осевому вращению сателлитов. При этом, планетарный механизм выполняет роль редуктора, увеличивающего угловую скорость вращения буксующего колеса. В результате, колесо с хорошим дорожным сцеплением останавливается (как и автомобиль), а буксующее колесо вращается с удвоенной угловой скоростью, относительно угловой скорости чашки дифференциала. Двигатель работает практически без нагрузки, так как суммарное усилие (крутящий момент) на всей трансмиссии упало.
В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал присутствует и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей вращения на все четыре колеса, так как в повороте, колёса рулевого переднего моста имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать вращение от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD). Однако, это уже тема другого раздела. В данном разделе нас интересует дифференциал и его свойства. Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт? Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст всё полученное вращение на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать вращение туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче вращать мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль. В результате, крутящий момент во всей трансмиссии упадёт, а вращение будет передаваться единственному колесу, находящемуся на льду, так как для вращения трёх колес с хорошим сцеплением этого крутящего момента будет недостаточно. В итоге: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое буксует на льду – полноприводный автомобиль «застрял».
Совершенно ясно, что свойство дифференциала всегда распределять полученный крутящий момент поровну между осями (50/50), сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Так как для продолжения движения автомобиля в рассмотренных выше ситуациях, необходимо передавать больше крутящего момента на колеса с наилучшим дорожным сцеплением. Как же заставить дифференциалы перераспределять крутящий момент в пользу таких колёс? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов.

Transfer Case



transfercase
Transfer Case is a separate gearbox mounted behind the transmission. Power goes to the transfer case to be directed to the rear wheels only or to both front and rear. A separate driveshaft connects the transfer case to a differential in the front axle. Most transfer cases also offer two gear ratios, for a High and Low range. While many vehicles still have a manually engaged transfer case, several now offer electrically activated engagement.












Полная (100%-я) принудительная блокировка дифференциала.


При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и постоянно передающую им вращение с равной угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность осевого вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. При этом, планетарный механизм блокирован и не распределяет крутящий момент по осям. Передаваемые на полуоси крутящие моменты зависят непосредственно от сцепления каждого из колес с дорогой.

ARB differential
На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты. Подключение блокировки реализовано при помощи привода, управляемого водителем из салона автомобиля. В основном используются следующие типы приводов: пневматический, электрический, гидравлический или механический. Данный тип блокировки применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. В виду того, что полностью блокированный дифференциал НЕ распределяет полученный крутящий момент поровну между осями, в случае резкой потери сцепления одного из колес, передаваемый крутящий момент на полуось колеса с хорошим сцеплением резко возрастет. Поэтому пользоваться такими блокировками надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно для того, чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Включать подобного рода блокировки можно только на остановленном автомобиле. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и.т.п.

Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.


Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте. Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей (за счет использования обгонных муфт). Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и.т.п.) На картинках изображены (слева на право): кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker. (компания Tractech)

Limited Slip Differentials.


Limited Slip Differentials - дифференциалы с ограниченным "забеганием" (забегающей полуоси относительно отстающей), или Самоблокирующиеся дифференциалы. Научное название – ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ ПОВЫШЕННОГО ТРЕНИЯ. Чем выше внутреннее трение в дифференциале, тем выше коэффициент блокировки этого дифференциала – то есть тем больше крутящего момента дифференциал может перераспределить в пользу небуксующего колеса. По принципу действия, самоблокирующиеся дифференциалы можно подразделить на два основных типа: Speed sensitive – срабатывающих при возникновении разницы в угловых скоростях вращения полуосей
Torque sensitive – срабатывающих при падении усилия (крутящего момента) на одной из полуосей .

Автоматическая блокировка с использованием Вискомуфты в качестве "Slip Limiter".


В данном случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой – к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки, а следовательно и степень блокировки дифференциала. За счет полученного момента трения между чашкой дифференциала и полуосью, дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу оси с наилучшим дорожным сцеплением (отстающую полуось). По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и к отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить как в качестве основного и единственного средства блокировки на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и.т.п., так и в качестве дополнительной блокировки (в дополнение к100%-ой принудительной блокировке) на полноразмерных внедорожниках Toyota Land Cruiser


Героторный дифференциал (Gerodisk или Hydra-lock).


Американская компания ASHA Corp. снабдила классический дифференциал устройством блокировки, состоящим из масленого насоса с поршнем и комплекта фрикционных пластин (фрикционного блока), установленного между чашкой дифференциала и шестерней одной из полуосей. Принцип действия данной блокировки практически ни чем не отличается от рассмотренной выше блокировки при помощи вискомуфты. Масляный насос монтируется соосно полуоси таким образом, что его корпус крепится к чашке дифференциала, а нагнетающий ротор – к полуоси. При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки дифференциала, насос начинает нагнетать масло на поршень и сдавливать фрикционный блок, блокируя тем самым шестерню полуоси с чашкой дифференциала. За счет полученного момента трения, дифференциал перераспределяет крутящий момент на отстающую полуось (полуось с наилучшим сцеплением). Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Детальную компоновку устройства можно увидеть, кликнув на картинку. Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.


Дифференциалы с фрикционными блоками предварительного натяга.



Lsd Diff
The concept of providing traction to the nonslipping drivewheel with a limited-slip differential dates back at least to the late 1950s. Though there are now many wrinkles to the old theme, the essentials are the same. The spider gears are mechanically linked to share torque regardless of conditions. This can be done simply by adding spring-loaded clutch packs that keep the spider gears from spinning. Power then flows to both wheels to the limit of the clutch packs' capacity. The spiders can also be pneumatically or electrically locked together—but this defeats the differential function.
Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Для создания дополнительного трения, между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют "friction based LSD". Довольно часто, фрикционные блоки подпружинивают. Когда начинается забегание одной из полуосей (буксование колеса), дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу отстающей полуоси за счет момента трения на фрикционных пластинах. Данный тип блокировки имеет очень большой недостаток – под действием трения пластин дифференциал препятствует возникновению даже небольшой разницы в угловых скоростях полуосей (которая необходима в поворотах), что негативно влияет на управляемость автомобиля, а так же на расход покрышек и топлива. В связи с этим, коэффициент блокировки данных дифференциалов обычно выбирают небольшим (иначе, автомобиль будет иметь неадекватную управляемость на дороге). Тем не менее, для автоспорта выпускаются модели таких дифференциалов с довольно высоким конструктивно заложенным трением пластин и соответственно высоким коэффициентом блокировки. Помимо вышеперечисленных недостатков, можно выделить еще один – срок службы фрикционных блоков в таких дифференциалах небольшой и со временем, фрикционные блоки изнашиваются, снижая тем самым коэффициент блокировки дифференциала. Для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков. Данные дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников - Toyota 4Runner (Hilux Surf), Toyota Land Cruiser, Nissan Terrano, Kia Sportage и.т.п.

Самоблокирующиеся дифференциалы с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением.



Zexel Torsen

Quaife ATB

Torsen 3
Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной или косозубой пары "расклиниваться" . В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах косозубые или гипоидные. Разновидностей конструкций не так уж и много - можно выделить три основных типа.
Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси крутящих моментов, гипоидные пары "сателлит / ведущая шестерня" либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только одна из полуосей начинает буксовать и крутящий момент на ней падает, гипоидные пары «полуось/сателлит» начинают вращаться и расклиниваться, создавая трение с чашкой дифференциала и друг с другом, что приводит к частичной блокировке дифференциала. За счет момента трения, дифференциал перераспределяет крутящий момент в пользу отстающей полуоси. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне распределения крутящего момента - от 2.5/1 до 5.0/1. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном дифференциале используются косозубые шестерни полуосей и винтовые шестерни сателлитов. Оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на картинке слева). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и.т.д. А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший коэффициент блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.
Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3)
и используется в основном для межосевых дифференциалов. Как и во втором типе, в данном дифференциале используются косозубые шестерни полуосей и винтовые шестерни сателлитов. Оси сателлитов параллельны полуосям. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение крутящего момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71. В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки обеспечивает 20-30% перераспределение передаваемых на полуоси моментов. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и.т.д), так и на внедорожники (4Runner (Hilux Surf), Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и.т.п.)


В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс - Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал эквивалентно увеличить крутящий момент на колесе с хорошим дорожным сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели. Со временем, электронная система контроля тормозных усилий совершенствовалась и к ней добавлялись всё новые функции, работающие наряду с ABS и TRAC. (например управление разностью разблокировки рулевых колёс для более успешного прохождения поворотов). У всех производителей эти функции назывались по разному, однако смысл при этом оставался одинаковым. И вот, данные системы стали устанавливаться на полноприводные автомобили и внедорожники, причем в некоторых случаях они являются единственным средством контроля тяги и перераспределения крутящего момента между осями и колёсами (Mercedes ML, BMW X5). В случае, если внедорожник оснащен более серьёзными средствами распределения крутящего момента (самоблокирующимися дифференциалами и жесткими блокировками), то электронная система контроля тормозных усилий очень удачно дополняет эти средства. Хороший пример тому - великолепная управляемость и проходимость последнего поколения Тойотовских внедорожников 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Являясь представителями одной платформы, они обладают межосевым дифференциалом Torsen T-3 с возможностью жесткой блокировки, а так же электронной системой контроля тормозных усилий и тяги со множеством функций, помогающих водителю управлять автомобилем.


Torsen
Дифференциал “Torsen” срабатывает практически мгновенно и полностью автоматически, без участия какой-либо электроники.
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ к моменту – именно так расшифровывается аббревиатура “Torsen” (“Torque Sensing”). Это механическое устройство, представляющее собой разновидность обычного классического дифференциала, оснащенного червячными шестернями – сателлитами.
В силу особенности конструкции червячная передача может передавать момент только в одном, прямом направлении. Поэтому, как только один из выходных валов дифференциала начинает вращаться быстрее (например при проскальзывании колес какой-либо из осей), его сателлит, пытаясь провернуться в другую сторону, блокируется, и “лишний” крутящий момент перебрасывается на другой вал. Тем самым тяга двигателя направляется к оси, колеса которой на данный момент имеют лучшее сцепление с дорогой.
Существует несколько видов подобных устройств, различающихся прежде всего расположением червячных шестерен. В зависимости от конструкции дифференциал типа “Torsen” способен практически мгновенно передать на одну из осей автомобиля до 83% крутящего момента. Вдобавок он обладает очень важным достоинством – способностью работать полностью автоматически, без применения какой-либо управляющей электроники.
Благодаря такому набору свойств “Torsen” все чаще используется на дорогих спортивных моделях и современных внедорожниках. Причем в роли как межосевого, так и межколесного дифференциалов. Сегодня его можно встретить на самых разных машинах, начиная от “Alfa Romeo 159” и заканчивая “Audi Q7” или “Range Rover”. Но более широкое применение такого устройства, в том числе и на доступных моделях, пока сдерживается его высокой себестоимостью, обусловленной сложностью производства высокоточной механики.







Coupling Haldex 2
Муфта “Haldex” выпускается в виде единого модуля, поэтому ее легко адаптировать практически к любому автомобилю.
ЭТО НАЗВАНИЕ образовано от имени собственного шведской фирмы “Haldex”, первой в мире разработавшей и запатентовавшей дифференциал на основе многодисковой муфты с электронным управлением. В последнее время такие устройства становятся все более и более популярными. Причем подавляющее большинство автопроизводителей использует на своих моделях дифференциалы, произведенные непосредственно фирмой “Haldex”. Дело в том, что выпускаются такие муфты в виде единого узла, легко адаптируемого к установке практически на любой автомобиль.
По своей конструкции муфта “Haldex” отчасти похожа на виско-муфту, но отличается от нее принципом работы. В шведском устройстве блокировка производится не за счет изменения свойств залитой в корпус жидкости, а путем сжатия дисков с помощью управляемого электроникой гидропривода. Например, если датчики фиксируют, что один вал дифференциала начал вращаться быстрее, то блок управления немедленно дает команду электрическому насосу поднять давление в системе и прижать один диск к другому. Таким образом “Haldex” блокируется. А регулируя усилие сжатия дисков, электронный блок управляет и степенью блокировки муфты.
Многодисковая муфта Haldex срабатывает от малейшего рассогласования скоростей вращения валов (1 и 5). Вращение любой из кулачковых шайб приводит к тому, что ролики начинают обкатываться по рабочим поверхностям (12) и перемещаться взад-вперёд, толкая поршни (10) в кольцевых цилиндрах насоса (на рисунке не показаны). Поршни накачивают масло в исполнительный цилиндр с поршнем (11), который и сжимает пакет дисков. Но электроника с помощью электромагнитного клапана может стравливать давление, тем самым гибко регулируя величину подводимого к колёсам момента.
1 — приводной вал; 2 — наружные фрикционные диски; 3 — внутренние фрикционные диски; 4 — уравновешивающая пружина; 5 — выходной вал; 6 — ступица; 7 — корпус; 8 — кулачковая шайба; 9 — ролики; 10 — кольцевые нагнетательные поршни; 11 — кольцевой рабочий поршень; 12 — профилированная рабочая поверхность.
Относительно небольшая стоимость, минимальные запаздывания в работе и гибкость настроек – главные преимущества гидравлической многодисковой муфты типа “Haldex”. Поэтому на современных автомобилях такие устройства широко используются как совместно с обычным дифференциалом (для его блокировки), так и вместо него (к примеру, для подключения полного привода на многих внедорожниках). Такой трансмиссией, основанной на многодисковой гидравлической муфте, могут похвастать “Nissan X-Trail”, “Renault Koleos”, “VW Tiguan”, “Mitsubishi Outlander XL”, “Toyota RAV4”, “Audi TT”, “Audi A3”, “VW Golf 4Motion” и, естественно, все полно-приводные модели “Volvo”.











Альтернативные варианты


В системе “xDrive” от BMW диски дифференциала сжимаются электромотором при помощи механического привода.




















В разработанной компанией “Honda” полноприводной трансмиссии “SH-AWD” многодисковые муфты распределяют крутящий момент не только между осями автомобиля, но и между задними колесами.


















МНОГОДИСКОВЫЕ управляемые электроникой муфты выпускают не только в Швеции. Нестандартно подошли к созданию подобного устройства в компании BMW. Немецкая система “xDrive” (она используется на моделях “X5”, “X3”, а также полноприводных версиях автомобилей 3-й и 5-й серий) отличается тем, что диски в ней сжимает не гидравлика, а электромотор при помощи несложного рычажного механизма. По мнению баварцев, такая схема работает точнее и быстрее.


4Matic

Также стоит упомянуть оригинальную муфту, созданную компанией “Borg Warner”. В ее конструкции используется не один, а два пакета дисков. Один из них отвечает непосредственно за передачу крутящего момента, а другой – обеспечивает плавную работу муфты.

Кстати, сегодня электронный блок управления муфтой нередко связывают с другими системами автомобиля. В результате получается активная трансмиссия, изменяющая свои характеристики в зависимости от режима движения машины. В этом случае электроника оценивает сигналы с множества датчиков (скорости, ускорений, поворота руля и т.д.) и регулирует блокировку муфты, тем самым направляя крутящий момент на те колеса, которые на данный момент обладают лучшим сцеплением с дорогой.

Впервые подобные активные трансмиссии появились на спортивных автомобилях, таких как “Mitsubishi Lancer Evolution”, но со временем их стали устанавливать и на другие модели. Правда, стоимость таких систем пока еще достаточно велика, и потому они используются в основном на дорогих автомобилях, например “Honda Legend” или “BMW X6”.
4Matic с (планетарным) межосевым дифференциалом, который блокируется электронноуправляемой многодисковой муфтой.






Схемы полноприводных трансмиссий


Part-time 4wd - другими словами - полный привод временного использования.

Full Time 4wd - (Permanent 4wd, permanently engaged 4wd, постоянный полный привод).

Automatic 4wd - (On-demand 4wd, automatic 4wd, автоматически-подключаемый полный привод)

Городской Full Time

Системы с ручным включением полного привода

Selectable 4wd - В другую категорию можно выделить автомобили Mitsubishi Pajero (трансмиссия Super Select 4wd) и Jeep Grand Cherookee (трансмиссия SelecTrac) с их селективной трансмиссией, которую можно назвать системой постоянного полного привода с возможностью отключения переднего моста. В Pajero, например, можно выбрать один из следующих режимов: 2wd, 4wd с автоматическим распределением тяги между мостами (Full Time 4wd), 4wd с жестко заблокированным дифференциалом (Part Time 4wd) и пониженная передача (Low Range Part Time 4wd).

Платформы 4WD



4WD and AWD systems by design type


Center differential with mechanical lock or other torque transfer features

Multi-plate clutch coupling

Multiple-clutch systems

Non-locking center differential

Off-road drive

Torsen center differential

Kinds of systems AWD



Внедорожные траспортные средства
(Land Locomotion – Mechanical Vehicle Mobility LL-MVM)
Cайт информационный, некоммерческий.
(На странице "commerc" размещены ссылки на отечественные коммерческие сайты)
Home