Диференціал повнопривідних автомобілів.

Міжосьовий диференціал може бути сконструйований так,щоб розподіляти момент, що крутить, несиметрично.Якщо розподіл моменту по осях нерівний, то велика частина моменту зазвичай передається до задніх коліс.Це пояснюється тим, що при розгоні автомобіля або русі на підйом велика частина маси автомобіля перерозподіляється на задні колеса і вони можуть реалізувати більший момент, що крутить, чим передні, і,крім того, зменшення долі моменту, що крутить, поступає до передніх коліс, покращує керованість автомобіля іменше піддає її впливу зміни крутить момент.
Для будь-якого автомобіля з чотирма ведучими колесами важливо забезпечити рух автомобіля у разі, якщо одне зколіс втрачає зчеплення з дорогою. Якщо одно з коліс на осі буксує, то диференціал передаєна інше момент, що крутить, недостатній для руху. Якщо автомобіль має привід на чотири колеса і три диференціали, то досить потрапити одним колесом наслизьку поверхню, щоб позбавити автомобіль здатності рушити з місця. Існують різні способи боротьби з цієюнебажаною властивістю.

Один з таких способов-это блокування диференціала. При заблокованому диференціалі момент, що крутить,підводиться до коліс з кращим зчепленням, збільшується.Необхідно враховувати, що, якщо уся величина моменту,що крутить, передається в одному напрямі, карданний валі півосі мають бути зроблені міцнішими, щоб унеможливити їх поломку. Позашляхові автомобілі,працюючі в складних умовах, можуть мати пристрої,блокуючі як міжосьовий, так і задній міжколісний диференціали. Блокування диференціала передньої осі зазвичай не передбачається через негативну дію на накерованість автомобіля.

Іншим поширеним способом поліпшення характеристик трансмісій сучасних повноприводних автомобілів є застосування різних облаштувань підвищеного тертя, що застосовуються в якості міжосьових і задніх диференціалів. Найпростіший спосіб полягає в створенні додаткового тертя при прослизанні деталей в диференціалі. Тут, проте, вимагається обмежити величину прослизання так, щоб воно не робило надмірного впливуна можливість руху коліс автомобіля з невеликою різницею в кутових швидкостях при звичайному повороті. Таким чином, диференціали підвищеного тертя мають бути такими, щоб передавати тільки частину моменту, що крутить, на колесо з хорошим зчепленням.
Слід пам'ятати, що будь-який диференціал підвищеного тертя, незалежно від місця його розташування (у роздавальній коробці або тяжних мостах) віднімає частину механічної енергії переводячи її в тепло, а, означає, збільшує витрату палива. Підвищується також зношування шин і трансмісії в цілому. Тому прості пристрої з фрикційними шайбами або кулачкові диференціали встановлювалися головним чином на вантажівках підвищеної прохідності, тобто там, де забезпечення подолання бездоріжжя вважається важливішим завданням, ніж забезпечення економічності.У роздавальних коробках таких автомобілів частодиференціал взагалі був відсутній (ГАЗ- 66, УАЗ) і обидва мости мали жорсткий зв'язок між собою. При русі по сухому асфальту щоб уникнути надмірного зношування шин передній міст відключався, так що повноприводні автомобілі могли бути тільки поза дорогами або взимову пору року

Набагато краще, якщо диференціал зможе "відчути"момент початку прослизання колеса і зуміє перерозподілити момент, що крутить, на відстаюче колесо. Іншими словами, бажано використати диференціал, що самоблокується. У моделях, що раніше випускалися, використовувалися в’язкістні муфти(вискомуфти) і диференціали типу Torsen. Іноді застосовувалося їх поєднання: в’язкістні муфти в якості міжосьових диференціалів, а Torsen в якості заднього диференціала. Нині все більшого поширення набувають фрикційні муфтиз контрольованою мірою блокування, коли фрикційні диски стискаються з певним зусиллям. Такі муфти можуть застосовуватися для управління розподілом моменту, що крутить, між передніми і задніми колесами під електронним контролем. Конструктори сучасних повноприводних легкових автомобілів пропонують використати такі чутливі пристрої, що управляють зчепленням коліс з дорогою і поведінкою автомобіля замість простого блокування диференціалів.

Облаштування в’язкістної муфти (вискомуфти) :
1 - корпус;2 - вал корпусу;3,6 – ведучий і ведений вали;4 - диски;5 - ущільнення

В’язкістна муфта (патент Фергюссона) є найбільш простим і дешевим облаштуванням підвищеного тертя, і тому її часто застосовують в трансмісіях автомобілів.
В’язкістна муфта складається з набору близькорозташованих один до одного перфорованих дисків, одна половина яких з'єднується за допомогою виступів з внутрішньою маточиною муфти, а друга зовнішніми виступами з корпусом.

Між дисками знаходиться силіконова (кремнійорганічна)рідина високої в'язкості. Вали муфти можуть вільно обертатися з невеликою різницею в кутових швидкостях,але, якщо різниця в швидкостях збільшується, рідина у середині муфти починає діяти як тверде тіло і запобігає надмірному прослизанню дисків. Виникаючий блокуючий момент обумовлений властивостями в'язкої рідини. Якщов якості диференціала використати таку муфту, вона перерозподілятиме момент, що крутить, так, що великайого частина поступатиме на колеса, що обертаються зменшою швидкістю.
До недоліків в’язкістної муфти слід віднести експоненціальний закон її блокування. Муфта спрацьовує із запізнюванням. Неминучий нагрів рідини в муфті, який відбувається при прослизанні дисків,призводить до зміни її характеристик. Істотним недоліком таких пристроїв є їх вплив на процес гальмування, оскільки при різкому гальмуванні може статися одночасне блокування усіх коліс автомобіля. При використанні в’язкістних муфт в трансмісіях автомобілів з антиблокувальними гальмівними системами доводиться застосовувати додаткові пристрої для розблокування муфт при гальмуванні.

Міжосьовий диференціал Torsen :
1, 3 - права і ліва напівосьові шестерні;2 - корпус диференціала;4 - сателіт, пов'язаний з правою напівосьовою шестернею;5, 7 - вихідні вали диференціала;

6 - сателіт, пов'язаний з лівою напівосьовою шестернею

Дифференціал Torsen (TORque SENsing - крутить момент,що відчуває) є механічним диференціалом, що самоблокується, в якому використовується складний набір черв'ячних шестерень.
Набір шестерень усередині диференціала складається з ведених (напівосьових) черв'ячних коліс і провідних(сателітів) черв'ячних шестерень. Основною особливістю такої конструкції є те, що черв'ячні шестерні можуть приводити в обертання інші шестерні, але са мі не можуть наводитися в обертання. Така особливість призводить до появи деякої міри блокування диференціала. Залежно від величини передатного числа і конструкції диференціала, момент,що крутить, може розподілятися по осях автомобіля в співвідношенні від 2,5: 1 (70 30 до 6: 1 (86 14 або навітьдо 7: 1 (87.5 12.5 а також розподілятися у будь-яких проміжних значеннях. При низьких значеннях вхідного моменту шестерні диференціала, що крутить, обертаються вільно і його дія нагадує роботу звичайного симетричного диференціала. Коли вхідний момент, що крутить, збільшується, набір черв'ячних шестерень навантажується і в певний момент два вихідні вали блокуються.

Міжосьовий диференціал Torsen Audi Quattro :

1 - корпус диференціала;2,4 - передня і задня шестерні;3 - черв'ячні сателіти;5 - фланець карданної передачі;6 - вісь сателітів;7 - прямозубые шестерні;8 - ведений вал;9 - порожнистий провідний вал;А - до передньої осі;У - до задньої осі

Диференціал Torsen має лінійну характеристику,перерозподіл моменту, що крутить, відбувається практично миттєво і він не робить впливу на процес гальмування. Ці властивості механізму зумовили його широке використання як міжколісні і міжосьові диференціали автомобілів. Основним недоліком є складність його виготовлення і складання і, як наслідок,висока вартість.

Принцип дії активної гідравлічної муфти :
1 - вихідний вал;2 - робочий поршень;3 - диски;4 - поршневий насос;5 - клапан, що управляє;6 - вхідний вал

В’язкістні муфти і диференціали Torsen є пасивними системами. Останніми роками в конструкції трансмісій сучасних автомобілів все частіше починають застосовувати активні пристрої, що є муфтами, в яких для блокування валів використовуються багатодискові мокрі зчеплення. Для управління багатодисковим зчепленням використовується тиск олії, яка впливає на поршень, що стискає диски. Тиск олії регулюється за допомогою контрольного клапана. Момент, що крутить, за допомогою таких муфт може розподілятися як між передньою і задньою осями автомобіля, так і між колесами одної осі.

Муфта Haldex
Шведська фірма Haldex по своєму патенту випускає муфту з багатодисковим мокрим зчепленням, електричним гідронасосом і гідроакумулятором.Електричний насос працює тільки при русі автомобіля і створює невеликий тиск олії, для того, щоб не відбувалося затримки в спрацьовуванні муфти. Тиск на поршень, що стискає диски зчеплення, поступає від гідравлічного поршневого насоса, який створює тиск, як тільки виникає відмінність в кутових швидкостях сполучених муфтою валів. Тиск, що створюється насосом, пропорційно різниці в частоті обертання валів. Управляє роботою муфти Haldex вбудований в неї електронний блок управління, який пов'язаний з іншими електронними системами управління автомобілем. Муфта може працювати при будь-яких швидкостях руху автомобіля як при русі вперед, так і призадньому ході. Вона не впливає на роботу антиблокувальної системи (АБС) внаслідок дуже швидкої активації і деактивації і забезпечує повністю контрольований розподіл моменту, що крутить, по осях. Нині муфти Haldex встановлюються в трансмісіях повноприводних версій автомобілів.

2.3.4 Тенденція розвитку автомобільних трансмісій.

Активна трансмісія Honda
Широке застосування поліпшених систем підвищеноготертя що з'явилися у кінці 1990-х рр. що привело конструкторів автомобілів до розробки концепції "активної трансмісії". Така трансмісія дає можливість змінювати стійкість і керованість автомобіля шляхом управління розподілом моменту, що крутить, по правих і лівих колесах автомобіля, а також, у разі повноприводного варіанту, між передніми і задніми мостами. Розподіл моменту, щокрутить, регулюється залежно від міри прослизаннямуфти, управління здійснюється гідравлікою, яка стискає диски муфти з різною силою, зменшуючи або збільшуючи величину передаваного моменту на ту або іншу сторону. Контролює роботу муфт процесор (ЕБК), який отримує інформацію від різних датчиків. Дуже багато що залежить від програмного забезпечення ЕБК, який повинен розподіляти момент, що крутить, залежно від навантаження на відповідні колеса автомобіля. При повороті автомобіля велика частина моменту, що крутить,повинна перерозподілятися на зовнішні (відносно центру повороту), більше навантажені, колеса. У повноприводному автомобілі може бути забезпечений розподіл моменту, що крутить, до кожного колеса відповідно до максимально можливого за умовами зчеплення з дорогою. Такий підхід не зможе унеможливити втрату стійкості автомобіля, обумовленої можливими помилками водія при управлінні. Для досконалішої системи комп'ютер повинен отримувати сигнали, що відповідають куту і швидкості повороту рульового колеса, курсовій швидкості і поперечним прискоренням. За наявності точної інформації від датчиків і правильного розуміння бажань водія є декілька способів, за допомогою яких може коригуватися траєкторія автомобіля у разі зносу(коли автомобіль рухається в повороті по ширшій траєкторії, ніж було задумане) або занесення (коли задня частина автомобіля "обганяє" передню, а автомобіль прагне піти всередину бажаної траєкторії повороту). Коригування може робитися за допомогою диференціала або гальм, а з часом, можливо, і безпосередньо за допомогою рульового управління. Але той же ефект можна отримати також за допомогою"активної" роботи системи розподілу моменту, що крутить.Припустимо, що програмне забезпечення інтерпретує прямолінійний рух як поворот автомобіля по дузі з нескінченним радіусом, забезпечуючи системі можливість застосовувати автоматичну корекцію, якщо, наприклад, автомобіль мимоволі розгортається через нерівності дороги, навіть коли водій і не повертає рульове колесо.

Коли така система "хоче" скоректувати траєкторію повороту при зносі автомобіля з двома ведучими колесами, вона передає додатковий момент, що крутить, на зовнішнє колесо (можливо, при одночасному зниженні частоти обертання двигуна), що саме по собі зменшуватиме радіус повороту і знижуватиме швидкість руху, зменшуючи ризик виходу з коридору руху, перед тим, як траекторія буде відрегульована.
Великий інтерес до таких активних систем проявлений вЯпонії. У 1996 р. компанія Honda представила своюсистему ATTS (Automatic Torque Transfer System – система автоматичного розподілу моменту, що крутить) для передньопривідного автомобіля і встановила її на деякі зі своїх моделей легкових автомобілів, призначених для внутрішнього ринку Японії. Відмінною особливістю системи ATTS є те, що оцінка усієї інформації про поведінку автомобіля робиться за допомогою одного датчика, встановленого за центром тяжіння автомобіля. Фірма також адаптувала принцип ATTS для використанняв головній передачі заднього моста повноприводного автомобіля. Таке розміщення має ту перевагу, що цей розподіл моменту, що крутить, не впливає на роботу рульового управління (у передньопривідному автомобілі розподіл моменту може безпосередньо впливати на такзване "почуття керма") .
У повноприводних автомобілях розподіл моменту між переднім і заднім мостами робить тонший вплив. Напрям великої частки моменту, що крутить, на передні колеса зменшуватиме існуючу надмірну обертальність, і навпаки.У системах з активним управлінням трьома диференціалами перерозподіл моменту, що крутить, на колеса однієї із сторін автомобіля може поліпшити зчеплення при русі на повороті, тоді як регулювання розподілу моменту між мостами може поліпшити керованість автомобіля. Така складна система активної трансмісії призначена в основному для автомобілів-учасників ралі. На звичайних автомобілях вона забезпечує підтримку потрібної поведінки автомобіля при русі і безпеку управління в ситуаціях, коли водій зробив помилку і не має достатньої навички, щоб самостійно вийти з ситуації, що склалася.
У Японії компанії Mitsubishi і Subaru продемонстрували системи, які управляють трансмісією,змінюючи курсовий кут автомобіля. До кінця 2000 р. фахівці компанії Prodrive (Великобританія) представили свою власну систему, яку вони назвали Active Torque Dinamic (ATD), - активна динаміка моменту, що крутить. Ця система була розроблена для повноприводних автомобілів і може бути виконана з різними рівнями складності, залежно від поставленого завдання. На простому рівні ATD блокує задній диференціал в цілях відвертання занесення; це блокування розподіляє велику величину моменту на внутрішнє колесо, і траекторія руху автомобіля вирівнюється. На більш високому рівні управління ATD в потрібні моменти забезпечує подання оптимальної величини моменту, що крутить, до окремих коліс. Компанія Prodrive стверджує, що система активної трансмісії діє швидше,ніж гальмівні механізми коліс, і сприймається водієм природніше. Компанія чекає, що технологія ATD широко використовуватиметься на потужних повноприводних легкових автомобілях.
Компанія Honda розробила і виготовила перспективнуактивну трансмісію, в якій перерозподіл моменту, що крутить, по колесах автомобіля забезпечується за допомогою багатодискових муфт, керованих потужними електромагнітами.