|
Historia pojazdów z napędem na cztery koła.
Pojazdy z napędem na cztery koła zostały ze względu na swe własności trakcyjne i jezdne zauważone przez wojsko. Postanowiono, więc wdrożyć te pojazdy do użytku w siłach zbrojnych. Wynikało to z ich przeznaczenia i możliwości zastosowania w trudnym terenie to jest w takim, jakie wojsko zazwyczaj się porusza. Początkowo stosowane było w autach ciężarowych i typowo terenowych. Były to rozwiązania dość prymitywne w porównaniu z dzisiejszymi osiągnięciami, ale zapewniały odpowiednie cechy w terenie dla możliwości wojska. Układy napędowe były dość ciężkie, ale nie zwiększały i obciążały auta zbytnio. Zapewniały natomiast możliwość poruszania się w ciężkim terenie i odpowiadały stawianym im wymaganiom:
- poruszanie się w trudnym terenie;
- możliwość holowania dużych ładunków;
- stosunkowo dostępna cena;
- możliwość rozłączania układu napędowego podczas poruszania się po drodze utwardzonej;
- łatwość obsługi w każdych warunkach;
- zapewnienie dużych okresów miedzynaprawczych;
- łatwa naprawa przez niewykwalifikowaną kadrę kierowców.
Te warunki postawione przez wojsko zaowocowały zbudowaniem układu napędowego, który sprostał tym założeniom. Układ okazał się wyjątkowo trwały, ekonomicznie opłacalny i stosunkowo prosty w budowie. Jest to układ stosowany do dziś w bardzo licznej grupie pojazdów ciężarowych i użytkowych. Konstruktorzy, więc zauważyli zalety płynące z zastosowania tego rozwiązania w autach ciężarowych i rozpoczęli próbę przeniesienia go na poziom aut osobowych. Jako pierwszy rozwiązanie to wykorzystała firma AUDI w legendarnym już modelu Quattro. Jest to rozwiązanie, które wykorzystuje miedzyosiowy mechanizm różnicowy typu Torsen. Układ napędowy z silnikiem umieszczonym w osi pojazdu zapewnić miał wyważenie pojazdu i prawidłowy rozkład mas w aucie. Producent zaprezentował swoje osiągnięcia w budowaniu aut z napędem na cztery koła w sporcie samochodowym. Miało to dobitnie udowodnić wyższość tego rozwiązania nad powszechnie stosowanym wówczas napędzie na jedna oś. Na temat mechanizmu typu TORSEN przeczytać można w osobnym rozdziale poświęconym jedynie temu mechanizmowi. Od czasu zaprezentowania tego mechanizmu i opatentowaniu go przez AUDI powstało wiele innych rozwiązań, które jednak nie mogły opierać się na dokonaniach rozwiązania typu TORSEN. Powstało, więc zatem wiele odrębnych mechanizmów i układów napędowych, odbiegających od poznanych możliwości. Spowodowało to znaczne zainteresowanie producentów pojazdów nowymi możliwościami konstrukcyjnymi. W tym okresie powstały i zostały wdrożone takie konstrukcje jak:
- sprzęgło wiskotyczne;
- zastosowanie napędu na cztery koła w popularnym wówczas klasycznym układzie napędowym;
- sprzęgło elektromechaniczne itp.
Dalszy ciąg rozwoju prac i nowości w tej dziedzinie przyniosła elektronika. Zaczęła ona ogarniać tę dziedzinę coraz mocniej. Wprowadzono, więc poprawę i unowocześnienie znanych rozwiązań poprzez wprowadzanie układów elektronicznych. Układy te zajęły się sterowaniem mechanizmami trakcji. Pierwszym takim układem był niewątpliwie układ ABS-u. W układach napędowych elektronika zaczęła od prostego sterowania mechanizmami a w obecnie stosowanych rozwiązaniach zajmuje się ona pracą każdego elementu w układzie napędowym. Sterowanie pracą mechanizmu ma, bowiem wykluczać i korygować błędy popełniane przez kierowcę w trakcie jazdy. W przyszłości elektronika ma całkowicie zastąpić układy mechaniczne w układzie napędowym. Na temat elektroniki zastosowanej w obecnie produkowanych pojazdach można przeczytać w rozdziale na temat sprzęgła wiskotycznego typu Haldex, gdyż jest ono sterowane poprzez układy elektroniczne.
Międzyosiowy mechanizm różnicowy typu TORSEN
Mechanizm ten jest stosowany jedynie przez firmę AUDI gdyż posiada ona patent na ten mechanizm. Jak już wspomniałem jest to urządzenie czysto mechaniczne tzn. zasada działania opiera się całkowicie na mechanice. Na próżno w nim szukać układów i sterowania elektronicznego. Zamocowane jest w obudowie z aluminium i umiejscowione tuż przed tylną osią. Jest z nią zintegrowane. Modele aut, w których jest stosowne posiadają zmienione zawieszenie osi tylnej. Zmianom uległa belka osi tylnej, miejsce mocowania oraz wstawiono wzmocnienia by oś ta mogła sprostać przeniesieniu w sposób ciągły momentu obrotowego. Pojazdy, w których zamocowany jest ten mechanizm nie różnią się zewnętrznie od innych modeli tej firmy a jedynie posiadają napis "QUATTRO". Z języka włoskiego oznacza on "cztery". Mechanizm ten spełnia dwie zasadnicze funkcje:
- Różnicowanie prędkości obrotowych każdej z osi;
- Rozdział momentu obrotowego na osie napędzane.
W układzie napędowym, w którym jest stosowany przez producenta jednostka napędowa umieszczona jest w osi podłużnej pojazdu. Z powodzeniem jednak może być stosowany w zblokowanych układach napędowych. Jest to możliwe dzięki umiejscowieniu go w pojeździe. Jak zapewnia producent może być ono dowolnie modyfikowane i dostosowane do indywidualnych cech pojazdu. Mechanizm przenoszący moment obrotowy można scharakteryzować danymi takimi jak:
- Prędkość reakcji;
- Czas reakcji;
- Moment obrotowy, w którym występuje włączenie lub rozpoczęcie działania mechanizmu;
- Procentowy moment obrotowy, jaki może zostać przeniesiony przez mechanizm;
- Podział momentu obrotowego dokonywanego przez mechanizm;
- Maksymalny moment obrotowy, jaki może zostać przez mechanizm przeniesiony.
W przypadku tych danych producent rzadko udziela danych konstrukcyjnych bądź eksploatacyjnych. Na temat międzyosiowego mechanizmu różnicowego typu TORSEN informacje są szczątkowe. Znana jest szczegółowa budowa mechanizmu i odmiany, w jakich jest on produkowany. Dzieje się tak gdyż jako urządzenie czysto mechaniczne bez udziału obwodów elektronicznych TORSEN ma dobierane szczegółowe parametry podczas produkcji. Z informacji, które udało mi się zebrać dowiedzieć się można, że obecnie produkowane są cztery odmiany tego mechanizmu:
A - B
B - C
C - D
D - E
Nazewnictwo to wprowadził producent. Różnice między nimi polegają na rodzaju i ilości kół zębatych wykorzystanych do budowy tego mechanizmu. Mechanizm ten składa się z dwóch przekładni ślimakowych, które połączone są ze sobą za pośrednictwem kół zębatych typu "NIVEX". Sposób ich zazębienia i kąt pochylenia zębów w tym kole będzie wartością decydującą w wymienionych już parametrach. Na tym właśnie opierać się będą różnice pomiędzy modelami mechanizmu. Zauważyć można na rysunku również, w jaki sposób następuje rozkład sił w tym mechanizmie. Wyszczególnione są tam również :
- Opory tarcia;
- Siła napędowa;
- Moment obrotowy działający na mechanizm.
Zamierzeniem konstrukcyjnym jest by mechanizm jak najlepiej wykorzystywał napęd na wszystkie koła. Dlatego też rozdziela on moment obrotowy w trakcie normalnej jazdy w stosunku 50/50. Taki podział pozwala w pełni wykorzystać napęd na cztery koła. W razie poślizgu mechanizm może przekazać nawet 75 % momentu na oś, na której ten poślizg nie występuje. Cały proces odbywa się bez ingerencji kierowcy i odbywa się bardzo szybko. Budowa mechanizmu jest dość skomplikowana. Wewnątrz znajduje się ok. 20 kół zębatych.
12. Sprzęgło wiskotyczne typu Haldex.
Sprzęgło wiskotyczne typu haldex jest modyfikacją standardowego sprzęgła wiskotycznego. Produkowane jest przez firmę HALDEX , dlatego określa się je jako HALDEX. Jest to obecnie najnowocześniejsze rozwiązanie napędu na cztery koła za pomocą sprzęgła wiskotycznego. Stosowane jest w pojazdach osobowych. W pełni sterowane elektronicznie. Spełnia ono w pojeździe, w którym jest stosowane wiele funkcji:
- Wzmacnia dynamikę pojazdu;
- Usprawnia kontrolę trakcji;
- Wzmacnia bezpieczeństwo.
Sprzęgło wiskotyczne typu HALDEX musi również być kompatybilne z systemami stosowanymi w pojeździe. Należą do nich:
- ABS;
- ESP;
- EDS;
- TCS.
Wszystkie te systemy muszą ze sobą ściśle współpracować. Ich praca, bowiem zależy od siebie nawzajem. Współpraca układu ze sprzęgłem wiskotycznym polega, bowiem na korzystaniu z tych samych czujników. Jako przykład współpracy podać można zależności pomiędzy układem ABS a napędem na cztery koła. Niemożliwe jest, bowiem napędzanie wszystkich kół w momencie nagłego hamowania. Może to, bowiem doprowadzić w efekcie do zablokowania osi tylnej i niekontrolowanego poślizgu pojazdu. Dlatego też sterowanie mechanizmem napędu na wszystkie koła musi zostać wyłączone w momencie nagłego użycia hamulca. Zapewnia to sterowanie mechanizmu. Sprzęgło wykorzystuje wiele czujników z innych mechanizmów sterujących. A są to:
- Czujnik prędkości kół;
- Czujnik prędkości kątowej kół;
- Czujnik przyspieszenia wzdłużnego;
- Czujnik położenia pedału gazu.
Analizuje on jeszcze wiele innych parametrów. Do głównych zadań sprzęgła wiskotycznego HALDEX i zalet należy wymienić:
* Wzmocnienie kontroli trakcji:
- napęd przenoszony powyżej 2000 Nm;
- pełne działanie na biegu wstecznym;
- chwilowa aktywacja przy różnych prędkościach;
* Wzmocnienie dynamiki pojazdu:
- poprawa dynamiki podczas przyspieszania;
- szybka aktywacja i dezaktywacja;
- pełna kontrola przepływu momentu obrotowego.
* Wzmocnienie bezpieczeństwa pojazdu i pasażerów:
- pełna integracja z układami trakcji;
- dezaktywowany w mniej niż 60 ms.;
- zwiększa bezpieczeństwo w różnych sytuacjach na drodze (śnieg lód, aguaplanning ).
Mechanizm ten posiada również bardzo istotną zaletę. Wykorzystuje on informacje z systemu CAN który jest centralnym mechanizmem sterującym i kontrolującym działanie wszystkich systemów elektronicznych pojeździe. Potrafi on:
- Przy szybkim ruszaniu z miejsca rozdzielić moment napędowy pomiędzy osie;
- Dezaktywować dostarczenie momentu obrotowego do koła znajdującego się w największym poślizgu;
- Zerować przepływ momentu w trakcie parkowania.
W tym zawiera się również, w jakich sytuacjach może się znaleźć użytkownik pojazdu i jak zachowuje się wtedy sprzęgło wiskotyczne:
- Holowanie;
- Rożny rozmiar ogumienia i felg na osiach;
- Poruszanie się pojazdem bez ogumienia;
- Jazda w terenie.
Sam mechanizm składa się takich zespołów:
- Zespół hydrauliczny;
- Zespół mechaniczny;
- Zespół elektroniczny.
Każdy z tych zespołów działa zależnie i współpracuje z resztą układów. Analizując budowę obwodu elektronicznego należy zwrócić uwagę, że jest on kompatybilny ze sterowaniem pojazdu, gdyż musi z nim współpracować. Sterowanie sprzęgłem powierzono urządzeniu firmy Siemens.
Sprzęgło oprócz układów elektronicznych posiada również układy mechaniczne. Nie mogło tu zabraknąć również sprzęgła wielopłytkowego, które także zanurzone jest na stałe w oleju. Ogólna zasada działania jest podobna do standardowego sprzęgła wiskotycznego. Rozszerzono go jedynie o niektóre części i rozbudowano o dodatkowe mechanizmy. Występują także dodatkowe i podzielone wytwarzanie ciśnień. Powstają tu takie ciśnienia:
- Ciśnienie wstępne;
- Ciśnienie główne;
- Praca bez ciśnienia.
Do pomocy w wytwarzaniu ciśnienia posłużono się elektryczną pompą oleju. Zastosowano również zawory:
- Ciśnieniowe;
- Ograniczenia ciśnienia;
- Regulacyjne.
Ich zadaniem jest dbanie o prawidłowe ciśnienie w układzie. Zmianie i rozszerzeniu uległy także systemy pracy w układzie hydraulicznym. Wprowadzono nowe rozkłady ciśnień. Na rysunkach zaobserwować można trzy stany pracy układu hydraulicznego. Są to opcje pompowania ciśnienia do sprzęgła:
- Ciśnienie wstępne;
- Gdy zawór regulacyjny jest zamknięty;
- Gdy zawór regulacyjny jest otwarty w 1/3.
Pozwala to zobrazować jak następuje wytworzenie ciśnienia, jak umiejscowione są mechanizmy i w jaki sposób wytworzone ciśnienie przepływa przez mechanizm. Do tłoczenia zastosowano dwa rodzaje tłoków:
- Robocze;
- Pompujące.
Do układu wprowadzono również dodatkowy wałek i rolki dociskowe by ustabilizować pracę mechanizmu. Układ mechaniczny składa się dodatkowo z:
- Zespół tarczek;
- Wałek wejściowy z rolkami i tarczą prowadzącą.
Szczegółowy opis dołączony został do rysunków wyszczególniono poszczególne elementy składające się na konkretny układ lub tryb pracy. Elementem, który pozostał zmodyfikowany, ale znajduje się także w zwykłym sprzęgle wiskotycznym to zespół tarczek, na który składa się:
- 6 tarczek wewnętrznych;
- 7 tarczek zewnętrznych;
- Płyta dociskowa przednia i tylna zintegrowana z tarczkami wewnętrznymi.
Cały zespół jest również zanurzony w kąpieli olejowej. Zasada działania poszczególnych mechanizmów jak ich budowy pokazana jest na ilustracjach. Zaprezentowano tam również przekrój przez układy sterowania, hydrauliczny i mechaniczny by lepiej uzmysłowić ich działanie. Ogólna zasada działania opiera się tak jak w zwykłym mechanizmie na łączeniu ze sobą płytek stalowych. Innowacją w tym sprzęgle jest to, że płytki te nie łączą siebie, lecz dwa wałki przechodzące przez sprzęgło. Wykorzystuje się tu, bowiem ich prędkości obwodowe. Gdy dwa wałki obracają się z tą prędkością nie występuje pompowanie ciśnienia. Natomiast, gdy prędkości są różne (obroty wałka ) rozpoczyna się proces pompowania ciśnienia wstępnego. Tłok pompując ciśnienie wytwarza po czasie większe. Następuje drugi etap, jakim jest normalne ciśnienie. Pakiet płytek traci znów moment w sprzęgle i następuje zespolenie się sprzęgła. Połączone oba wałki przekazują moc do osi nie napędzanej. Cały proces opisałem w dość dużym uproszczeniu, ale jednocześnie dzieje się bardzo wiele rzeczy jak kontrole poślizgu pompowanie dodatkowe itp. Cały układ natomiast działa bardzo szybko i producent podaje, że może zaprogramować urządzenie na minimalny czas ok. 60 ms. Poślizg zostaje wychwycony już przy 15 stopniach obrotu koła w poślizgu. Producent może oczywiście zmieniać te parametry i konsultuje je, podczas gdy zostaje ono dostosowywane do nowego pojazdu. Musi ono, bowiem być jak wiemy w pełni kompatybilne ze wszystkimi mechanizmami. Ogólny widok sprzęgła widać na rysunkach: Można tam również zauważyć gdzie w pojeździe jest mocowane. Jest umiejscowione tuż przed tylną osią tak jak większość mechanizmów w układzie na cztery koła. HALDEX jest stosowany obecnie przez dwóch producentów na świecie. Są nimi VOLKSWAGEN, VOLVO i SKODA. W wielu testach znanych czasopism motoryzacyjnych auta te są chwalone za układ jezdny. Wspominam oczywiście pojazdy tych producentów z napędem na cztery koła. Jest to mechanizm stosunkowo trudny w budowie i jak zwykłe sprzęgło jest urządzeniem bezobsługowym. Wszelkie naprawy w razie uszkodzenia lepiej powierzyć serwisowi, ponieważ są to bardzo ważne mechanizmy ze względu na bezpieczeństwo jazdy.
Thx to Daniel Dybowski
_________________
Odis online GeKo CP, VCP
Konwersja USA to EU gratis
Kodowanie online_+48605203589
|
Zaloguj
Zarejestruj
FAQ
Szukaj
by edc-tuning.pl
haldex
bardziej znane rozwiazanie z aut terenowych
