Что-то давненько не писал я ничего технического – так недолго и разучиться. Дабы моё перо не затупилось и не заржавело, решил я накатать этакую популярную статью на злобу дня, авось кому и пригодится.
А поскольку я не был стеснен узкими рамками журнального пространства, статья получилась слегка раскатистой, за что заранее прошу извинения.
Автор
Что такое «электронные» блокировки дифференциалов
В описании многих современных машин часто указывается о наличии «электронных блокировок дифференциалов». Что сие означает и как именно реализовано, толком никто не понимает. И это неспроста, ибо данное выражение технически безграмотно, и лишь вводит в заблуждение неискушенных в технике потребителей.
«Блокировкой дифференциала» называется специальный механизм, который при включении жестко связывает одну из полуосей с его корпусом, в результате движение шестерен и сателлитов вокруг своих осей становится невозможным, и корпус с полуосями вращаются как одно целое, словно единая ось.
http://marrrrrrrrr.users.photofile.ru/photo/marrrrrrrrr/115890496/xlarge/212183140.jpg
Опытная конструкция механизма блокировки (НАМИ): пальцевая муфта 1 при включении как бы «протыкает» корпус 2 и полуосевую шестерню 3, связывая их меж собой. В результате дифференциал блокируется.
Зачем же нужны эти непонятные «жесткие» блокировки? Попробуем разобраться.
О свойствах дифференциалов
Еще в начале прошлого века было подмечено, что межколесный дифференциал малого трения (в просторечье именуемый «свободный») стремится распределить крутящий момент между колесами ведущей оси в равном соотношении. Это свойство, весьма полезное на шоссе, ухудшает проходимость машины, съехавшей на слабый грунт или оказавшейся на скользком покрытии.
Допустим, при остановке некой машины с «всесезонными» шинами левое колесо ведущей оси оказалось на сухом асфальте, а правое ухитрилось попасть на мокрый лёд. Как известно из физики, максимальная сила тяги, развиваемая колесом, примерно равна произведению его коэффициента сцепления с опорной поверхностью Ксц на приходящийся на него вес: Т = Ксц х G
Допустим, что у воображаемой нами машины на оба колеса приходится равный вес. Тогда максимальные силы тяги, которые смогут развить колеса в данных сцепных условиях при строгании машины с места, будут пропорциональны Ксц шин и составят соотношение 9 : 1. Ибо Ксц на сухом асфальте = 0,9; на мокром льду = 0,1.
И если бы у данной условной машины межколесный дифференциал отсутствовал, как например у знаменитого автомобиля НАМИ-I, то и величины максимального крутящего момента Мк, подводимого к каждому колесу, составили бы такое же соотношение - 9 : 1.
Но без дифференциала нынче машины не выпускаются, а он всегда стремится распределить Мк между колесами ведущего моста в примерно равном соотношении. И принимает за основу пропорции силу сцепления колеса, находящегося в наихудших условиях. В данном примере - находящегося на льду. И сделает соотношение не 9 :1, а 1 : 1 (уж будьте уверенны).
Или, говоря техническим языком: «при наличии дифференциала малого трения максимальная суммарная тяговая сила колес ведущего моста равна удвоенной тяговой силе колеса, находящегося в наихудших сцепных условиях».
Тсумм. = 2 х Тмин
В итоге колесо на асфальте «получит» слишком малый Мк и не сможет реализовать в тяговую силу 89% своего запаса по сцеплению, из-за чего суммарная тяговая сила колес ведущей оси будет в 5 раз меньше, чем была бы в данных условиях при отсутствии дифференциала (или при его блокировке). Проще говоря, в описываемом примере она будет такой же низкой, как и в случае попадания на лед сразу двух ведущих колес (вывод: задавите жабу и купите зимние шины).
Чтобы избавиться от этого недостатка дифференциалов на машинах повышенной проходимости применяют их блокировку, или говоря иными словами «отключение». Отключенный дифференциал не может регулировать момент между колесами (снижая его значение), механизм блокировки связывает полуоси в единую ось, оба колеса всегда вращаются с одинаковой угловой скоростью, а больший момент на скользких покрытиях подводится на колесо, имеющее лучшее сцепление с грунтом. Но при этом колесо, имеющее худшее сцепление, тоже получает свою «долю» от общего момента, подающегося на корпус дифференциала. Благодаря чему каждое из колес ведущей оси может преобразовать в тяговую силу максимально возможный крутящий момент, предел которому задает сила сцепления шины с опорной поверхностью.
Но и при блокировке дифференциала значение Ксц на обоих колесах может оказаться настолько низким, что приложить к ним достаточный по величине крутящий момент, обеспечивающий необходимую для движения тяговую силу, не представится возможным. Из-за этого машина может потерять подвижность и остановиться, а колеса ведущего моста при этом начнут копать 2 ямы, вращаясь синхронно.
Помните физику? - каждому действию равно противодействие, направленное с одинаковой силой в противоположную сторону. Низкая сила сцепления не оказывает должного противодействия, не позволяет трансмиссии приложить к колесам Мк большой величины, несмотря на то, что потенциальная возможность «выдать» момент, необходимый для движения машины, у современного мощного мотора имеется сполна.
Как работают так называемые «электронные» блокировки
Противобуксовочная система ПБС, осуществляющая «электронное блокирование», не блокирует дифференциал, она никоим образом не может повлиять на кинематику его шестерен. Она может лишь кратковременно блокировать колеса: ЭБУ дает команду тормозным колодкам на короткое время притормозить колесо, оказавшееся в худших сцепных условиях и из-за этого стремящееся нарастить угловую скорость (забуксовать). Что это дает?
Вспомним, что когда автомобиль «сел», а дифференциал не заблокирован, одно из ведущих колес оказавшееся на слабом грунте буксует, а другое, находящееся на чуть более твердом – неподвижно. При этом оба колеса получают от межколесного дифференциал примерно равный крутящий момент Мк. Блокирование колодками буксующего колеса (создание тормозного момента Мт) обеспечивает возможность приложения к его полуоси большего крутящего момента Мк (зажатое колодками колесо тяжелее провернуть). Благодаря этому возрастает общее сопротивление вращению - увеличивается Мк на корпусе дифференциала, и как следствие, к колесу находящемуся в лучших сцепных условиях подводится больший Мк. Дифференциал ведь делит момент поровну, следовательно, чем сильнее колодки притормозят буксующее колесо, тем выше будет момент на корпусе дифференциала и в итоге большая по величине «половина» суммарного Мк «достанется» колесу, имеющему лучшее сцепление. И оно сможет его использовать на увеличение тяговой силы, благо резерв сцепления имеется.
Класс! А что если вообще намертво зажать колодками буксующее колесо (толку ведь от него ноль, оно жижу месит) и таким образом подать весь крутящий момент на колесо, стоящее в этот момент на асфальте? И выехать на одном колесе?
Да, было бы действительно неплохо, но это невозможно. Дело в том, что «электронные блокировки», как и вся электроника, лишены возможности просчитывать ситуацию на несколько ходов вперед. ЭБУ просто тупо отслеживает поступающие от датчиков АБС сигналы об угловых скоростях вращения колес. И когда скорости выравниваются, он также тупо «отпускает» колодки.
То есть, допустим, одно из колес пробуксовывает, колодки его прихватили, на колесо, вращающееся медленнее (отстающее) пошёл больший крутящий момент, и вроде дело налаживается, но вот угловые скорости колес выровнялись и система тут же «отпускает» колодки.
Да еще, вдобавок, перестает реагировать на команду шофера увеличить подачу топлива («душит» двигатель).
И все это происходит очень быстро, за доли секунды. Вот отчего большой типа-внедорожник, снабженный электронными блокировками, и успешно засаженный драйвером в раскисших отечественных суглинках, так судорожно дергает колесиками со штатными шинами, пытаясь хоть как-то отработать уплаченные за него немалые деньги. Немного поиграв с колодками, ПБС банально отключается, дабы не перегреть тормозные механизмы. Таким образом, засевшему в болоте внедорожнику помощи от такой системы не очень то и много.
Другое дело «предкризисная ситуация», когда межколесные дифференциалы у машины «свободные», и она пока еще движется, но сцепные условия ухудшаются и колеса попеременно стремятся сорваться в букс. Тут система стоит на страже: она сразу отловит провинившееся колесо и подтормозит его, тем самым оставив крутящий момент, подаваемый на корпус дифференциала, практически неизменным. То есть поведение машины с «электронными блокировками» в данной ситуации будет чем-то схоже с поведением машины с самоблокирующимися дифференциалами. За исключением того, что последние блокируются не после возникновения пробуксовки, а до её возникновения. Работают на упреждение, или выражаясь модным словом - превентивно.
Да, слышал я о Дискавери с его системой управления полным приводом, позволяющей менять алгоритм срабатывания «электронных блокировок» в зависимости от типа грунта. Но реально это только дает возможность увеличить-уменьшить на доли секунды время, на которое колодки «прихватывают» буксующее колесо, да поменять усилие «прижима», только и всего.
Хотя, говорят, что ПБС совершенствуются и на каких-то машинах работают неплохо.
Настоящие «электронные» блокировки дифференциалов
В заключение хочу отметить, что в некоторых машинах применялись (и применяются) системы автоматической блокировки дифференциалов (как межосевых, так и межколесных) посредством многодисковых фрикционных муфт.
http://marrrrrrrrr.users.photofile.ru/photo/marrrrrrrrr/115890496/xlarge/212183134.jpg
Система автоматической блокировки межколесного дифференциала ASD фирмы Daimler-Benz. На рисунке хорошо видны две многодисковые фрикционные муфты, для включения которых используются 2 гидроцилиндра. Быстродействие системы 200 мс.
В таких системах усилие сжатия дисков в муфтах регулировалось электрогидравлическими исполнительными механизмами, изменяющими давление масла в рабочих гидроцилиндрах, чем достигалась частичная блокировка. А при движении машины на скользкой опорной поверхности муфта полностью блокировала дифференциал, между его выходными валами возникала жесткая механическая связь и скорости вращения колес (осей) выравнивались. Соответственно процессом управлял ЭБУ (куда же без него), поэтому именно такие системы можно без лукавства называть «электронные блокировки дифференциалов».
Данное инженерное решение достаточно сложное и дорогое.
http://marrrrrrrrr.users.photofile.ru/photo/marrrrrrrrr/115890496/xlarge/212183141.jpg
Межосевой дифференциал автомобиля Туарег с многодисковой муфтой блокировки (указана стрелкой)
Поэтому в наши дни господства тенденции к максимальному удешевлению оно встречается очень редко и, как правило, применяется в дорогих немецких машинах для частичной или полной блокировки межосевого дифференциала.
Или используется в бывших советских тракторах МТЗ-80 Беларус.
http://marrrrrrrrr.users.photofile.ru/photo/marrrrrrrrr/115890496/xlarge/212183139.jpg
Но обзор конструкций тракторов (увы) в задачи данной статьи не входит, посему мои пальцы выводят итоговое слово:
К О Н Е Ц
Лев Тюрин
Новогорск, сентябрь 2013 г.
Сообщение отредактировал Lew: 27 September 2013 - 21:54
