i Миф про кроссоверы: 90% владельцев верят в него

Может ли электроника перераспределять момент на колесах? Не торопитесь с ответом!

Кроссоверы с пробегом за пол-ляма — нашли очень достойные варианты
Многие водители уповают на всемогущество бортовой электроники. И верят, что если на бездорожье машина начнет буксовать, то компьютер тут же перебросит, куда надо, крутящий момент от мотора, после чего проблема разрешится сама собой. А вкусно звучащие термины типа «муфта Haldex» или «самоблок Quaife» только усиливают веру, порождая новые мифы.


При повороте автомобиля все его колеса проходят разные пути.

Между тем, ни водитель, ни электроника не смогут перебросить крутящий момент на какое-то из колес, если оно, к примеру, буксует на льду. Момент вообще нельзя приложить туда, где нет сопротивления. Невозможно выбраться из болота, не оперевшись на клочок суши или не схватившись за спасительную ветку — если только вы не барон Мюнхгаузен. Cамый крутой на свете внедорожник не сдвинется с места, если, например, сядет на брюхо, крутя ведущими колесами в воздухе — не спасут ни мощный двигатель, ни раздатка впридачу. Та же ситуация повторится, если он заедет всеми колесами с летними шинами на голый лед.

А что произойдет, если обычная легковушка типа Гранты попадет одним ведущим колесом на скользкий участок? Она также застрянет, несмотря на то, что другое ведущее колесо при этом стоит на сухом асфальте. Виноват будет дифференциал, выравнивающий моменты на ведущих колесах. Крутящий момент на каждом колесе ограничен коэффициентом сцепления шины с дорогой. Чем меньше сопротивление, тем ниже момент на этом колесе. Но таким же становится момент и на другом колесе той же оси. И как только одно колесо утратит сцепление с дорогой, другое колесо тут же остановится — крутящий момент упадет до минимума.


Как устроен дифференциал



Главная передача и межколесный дифференциал: 1 — коробка дифференциала; 2 — сателлит; 3 — полуосевая шестерня; 4 — ведомая шестерня главной передачи.

Дифференциал состоит из коробки дифференциала [1], шестерен-сателлитов [2] и полуосевых шестерен [3]. К коробке дифференциала крепят ведомую шестерню главной передачи [4]. Шестерни-сателлиты и полуосевые шестерни вместе с коробкой образуют планетарный механизм. Полуосевые (солнечные) шестерни соединены с ведущими колесами через полуоси.

Ведомая шестерня главной передачи вращает коробку дифференциала с сателлитами, которые в свою очередь вращают шестерни полуосей. Когда автомобиль движется идеально прямо, сателлиты неподвижны относительно своих осей. Но как только движение становится криволинейным (например, при повороте), сателлиты начинают собственное вращение, ускоряя одну полуось и замедляя другую.




Блокировка дифференциала

В фильмах киногерои лихо ставят машину на один бок, продолжая езду на двух колесах. То же часто демонстрируют участники различных шоу. Однако обычная серийная машина типа Гранты с такой задачей не справится: дифференциал мгновенно снизит момент на «приземленном» колесе до нуля. Чтобы этого не было, дифференциал необходимо предварительно заблокировать, заварить и т. п.

Гаражные умельцы освоили этот прием давно: дифференциал… заваривают! При этом выравнивания моментов на колесах одной оси уже не будет: они станут распределяться пропорционально сцеплению шин с покрытием. Проходимость машины улучшится. Однако выезжать на дороги общего пользования уже не стоит: на сухом асфальте автомобиль поведет себя непредсказуемо. Износ шин, перегрев, потеря управляемости… Последним фактором, впрочем, пользуются дрифтеры, которым как раз и нужно жечь покрышки в заносе.



Дифференциал Torsen первого поколения. В коробке дифференциала вместе с двумя полуосевыми шестернями разместили шесть сателлитов с прямозубой и косозубой нарезкой. Зацепление шестерен с таким наклоном зубьев обладает свойством самоторможения.



Дифференциал Torsen второго поколения. В коробке дифференциала, помимо двух полуосевых шестерен, размещены четыре — пять косозубых шестерен, вращающихся в цилиндрических гнездах. Поскольку шестерни не имеют своих осей вращения, они проворачиваются в корпусе с большим трением и мехпотерями. Косозубое зацепление также повышает трение в дифференциале.

Более цивилизованный способ блокировки с участием водителя — применение зубчатой муфты с пневматическим, электрическим или гидравлическим приводом. Водитель может одним движением застопорить дифференциал. Обычно это делают, жестко связав одну из полуосевых шестерен с коробкой дифференциала. Например, на некоторые модели внедорожников Toyota Land Cruiser 100/105 ставили электрические блокировки с мотором-актуатором.

Автоматическую блокировку могут осуществлять так называемые самоблокирующиеся дифференциалы, они же — «самоблоки».

Ранние конструкции использовали кулачковые дифференциалы, но они отличались быстрым износом и неравномерной работой — блокировка осуществлялась толчкообразно. Такие устройства стояли в ГАЗ‑66 и БТР‑60. До сих пор их выпускают для УАЗов.

В гражданских автомобилях применяют межколесные самоблоки, работающие более мягко. Другое название самоблоков — дифференциал повышенного трения, или LSD (Limited Slip Differential). Основных разновидностей LSD два: дисковый и червячный.


Межколесный дисковый самоблокирующийся дифференциал Сжатие дисков происходит за счет осевого смещения полуосевых шестерен при росте нагрузки и преднатяга пружин. 1 — корпус дифференциала; 2 — правый пакет дисковых фрикционов; 3 — правая полуосевая шестерня; 4 — ось 6лока сателлитов; 5 — раздвижные полукольца блока сателлитов; 6 — левая полуосевая шестерня; 7 — левый пакет дисковых фрикционов.

В дисковых LSD трение создается между пакетами фрикционных дисков. Один пакет жестко соединен с корпусом дифференциала, другой — с полуосями. При ускорении одной из полуосей диски сжимаются под воздействием осевой силы. Растут силы трения, что не дает возможности крутящему моменту снизиться до нуля. Часто в подобных схемах используют преднатяг фрикционных дисков, создаваемый пружинами. Натяг может быть и переменным, управляемым гидроприводом. Недостаток — сложная конструкция и проблемы с падением эффективности по мере износа фрикционов. Такие устройства встречаются на обычных легковых автомобилях, например — на старых «японках», таких как Honda Civic и Mitsubishi Lancer.

Следует отметить, что электромагнитные и гидравлические фрикционные муфты, которые ставят на кроссоверы, по сути тоже дисковые. Только они отвечают за подключение «дополнительной», как правило задней, оси.

В червячных LSD применен пакет из нескольких червячных передач, отличающихся, как известно, повышенным трением. Такая система LSD с червячным приводом называется Torque Sensing (чувствительный к крутящему моменту) или сокращенно — Torsen. Никаких дополнительных систем или узлов не требуется: червячный узел является изначально самоблокирующимся за счет свойств привода, в котором червячную шестерню не могут провернуть другие шестерни. Такой дифференциал в прошлые годы ставили, в частности, на многие автомобили Audi.


Муфта, известная как Haldex пятого поколения (на самом деле уже 10 лет как отделение Haldex Traction АВ принадлежит компании BorgWarner, и муфты она поставляет под своим брендом). Электрический насос, управляемый электроникой, подает жидкость под давлением к кольцевому поршню, который сжимает фрикционные диски. Вращение карданного вала передается на заднюю ось.


Дифференциал повышенного трения

В так называемых дифференциалах повышенного трения сателлиты изначально лишены возможности вращаться свободно. Это сделано как раз для того, чтобы при вывешивании или проскальзывании одного колеса машина беспомощно не застревала. Если с обычным дифференциалом в таких случаях моменты на колесах падают до нуля, то его «коллега» с повышенным трением оставляет им запас, равный заложенному в него моменту трения! Получается эдакий облегченный вариант полной блокировки, помогающий выбраться из неприятных ситуаций, если это позволяет сила трения на колесе с лучшим сцеплением.


Изобретение французского часовщика

Дифференциал изобрел французский механик и часовщик Онисифор Пекёр (1792–1852) примерно в 1830 году. Его вдохновила разработка часовых дел мастера Пассмона, работавшего за полвека до него. Дифференциал (от лат. differentia — «разность, различие») — это механизм, при необходимости обеспечивающий вращение ведущих колес с разными скоростями (например, в повороте). В повороте или на неровностях они проходят пути разной длины, и радиусы качения также различны. Поэтому ведущие колеса работают с участием межколесных и межосевых дифференциалов: чтобы не возникал так называемый «паразитный» (тормозящий) крутящий момент на одном из колес, как это бывает на вагонной колесной паре при движении по закруглению. Дифференциал, распределяющий крутящий момент между выходными валами поровну, называют симметричным.


Электроника и момент

Электронные «блокировки» — совсем другая история. Фактически это дальнейшее развитие АБС и противобуксовочной системы. Никакой блокировки там, по сути дела, нет: дифференциал свободный или, как говорят, открытый. Обнаружив, что какое-то из колес «пошло в раскрутку», система понимает, что его сопротивление вращению невелико, а потому толкать автомобиль это колесо не будет. При этом его «напарник», имеющий лучшее сцепление с землей, стоит на месте: дифференциал же работает! Тогда, активировав гидронасос АБС, электронный блок притормаживает буксующее колесо. Ощутив сопротивление, момент на обоих колесах растет. То, которое имеет хорошее сцепление с землей, помогает тронуться с места. Понятно, что мощность двигателя при этом расходуется нерационально — частично на нагрев тормозов.


Электромагнитная муфта подключения задней оси. Подаваемое на соленоид муфты напряжение вызывает смыкание дисков муфты и подключение задней оси. Величина крутящего момента зависит от усилия электромагнита, которым управляет электроника.

На некоторых полноприводных автомобилях такая система позволяет отказаться от механической блокировки (принудительной или с помощью трения) всех дифференциалов.

Езда с электронными имитаторами блокировки требует от водителя не отпускать педаль газа при начавшемся буксовании, а наоборот, продавить её в пол! Только тогда система поймет, что от неё хотят. Это в корне противоречит постулатам прошлого века, когда мы ездили на машинах без такого обилия электроники.


В наших тестах мы используем самый наглядный способ проверить способность полноприводного автомобиля жонглировать моментом на колесах — ставим их на ролики. Это имитация вывешивания колеса или попадания на самый скользкий мокрый лед. Ролики ставим по диагонали, затем под колеса основной ведущей оси, и напоследок — под три колеса из четырех. С последним испытанием справляются немногие автомобили!

Еще один миф...

Может ли обычный моноприводный автомобиль буксовать сразу двумя колесами? Нет, не может. Если одно колесо чуть сорвалось в пробуксовку, то оно будет буксовать и дальше, поскольку трение скольжения меньше трения покоя колеса, находящегося на асфальте. Это будет продолжаться до тех пор, пока буксующее колесо не докопается до асфальта. Только тогда начнет буксовать другое колесо.

https://www.zr.ru/content/articles/930046-krutyashchij-moment-istiny/?page=3