Размещено на http://www.allbest.ru/

Трансмиссия автомобиля



Все, что связывает двигатель с ведущими колесами, составляет трансмиссию автомобиля. Трансмиссия в автомобиле выполняет следующие функции: полный привод карданный передача

· передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам;

· изменяет величину и направление крутящего момента;

· перераспределяет крутящий момент между ведущими колесами.

В зависимости от вида преобразуемой энергии различают следующие виды трансмиссии:

· механическая (передает и преобразует механическую энергию);

· электрическая (преобразует механическую энергию в электрическую и после передачи к ведущим колесам - электрическую в механическую энергию);

· гидрообъемная (преобразует механическую энергию в энергию потока жидкости и после передачи к ведущим колесам - энергию потока жидкости в механическую энергию);

· комбинированная (электромеханическая, гидромеханическая - т.н. «гибриды»).

Наибольшее применение на современных автомобилях нашла механическая трансмиссия. Механическая (гидромеханическая) трансмиссия, изменение крутящего момента в которой происходит автоматически, называется автоматической трансмиссией.

В конструкции трансмиссии в качестве ведущих колес могут использоваться передние, задние, а также и передние, и задние колеса. Если в качестве ведущих колес используются задние колеса, автомобиль имеет задний привод, а если передние - передний привод. Привод на передние и задние колеса имеют полноприводные автомобили.

У автомобилей с разными типами привода конструкция трансмиссии имеет существенные различия, как по составу элементов, так и по их устройству.

Трансмиссия заднеприводного автомобиля включает последовательно располложенные сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси.

Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок.

Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.

Карданная передача обеспечивает передачу крутящего момента от вторичного вала коробки передач на вал главной передачи, расположенных под углом друг к другу.

Главная передача служит для увеличения крутящего момента и передаче его на полуоси ведущих колес. На заднеприводных автомобилях применяется гипоидная главная передача (оси шестерен не пересекаются).

Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими колесами. Он позволяет полуосям вращаться с разными угловыми скоростями, что необходимо при повороте автомобиля.

Трансмиссия переднеприводного автомобиля в отличие от заднеприводного имеет шарниры равных угловых скоростей и приводные валы (полуоси). На переднеприводных автомобилях главная передача и дифференциал размещаются в картере коробки передач.

Шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. В конструкции трансмиссии используется, как правило, два шарнира для соединения с дифференциалом (внутренние шарниры) и два шарнира для соединения с колесами (внешние шарниры). Между шарнирами располагаются приводные валы.

Трансмиссия полноприводных автомобилей может иметь различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода.

Системы полного привода

Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода. Различают следующие виды систем полного привода: постоянного подключения, подключаемые автоматически и подключаемые вручную.

Разные виды систем полного привода имеют, как правило, разное предназначение. Вместе с тем можно выделить следующие преимущества данных систем, определяющие область их применения:

· эффективное использование мощности двигателя;

· лучшая управляемость и курсовая устойчивость на скользком покрытии;

· повышенная проходимость автомобиля.

Система постоянного полного привода

Система постоянного полного привода (другое наименование -система Full Time, в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.

Система включает конструктивные элементы, характерные для полноприводной трансмиссии, а именно: сцепление, коробку передач, раздаточную коробку, карданные передачи, главные передачи, мелколесные дифференциалы задней и передней оси, а также полуоси колес.

Постоянный полный привод применяется как на автомобилях с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач.

Известными системами постоянного полного привода являются система Quattro от Audi, xDrive от BMW, 4Matic от Mercedes.

Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии при переключении передач, а также предохранение элементов трансмиссии от перегрузок. Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля. В автоматической коробке передач функцию сцепления выполняет гидротрансформатор.

Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента по осям автомобиля и его увеличения при необходимости. Современная раздаточная коробка включает цепную передачу (зубчатую передачу), обеспечивающую передачу крутящего момента на переднюю ось, понижающую передачу в виде планетарного редуктора (в отдельных конструкциях) и межосевой дифференциал.

Наличие межосевого дифференциала является отличительной особенностью раздаточной коробки системы постоянного полного привода. Для полной реализации полноприводных возможностей в конструкции системы предусматривается блокировка межосевого дифференциала.

Блокировка дифференциала может осуществляться автоматически или вручную. Современными конструкциями автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта,самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Карданные передачи обеспечивают передачу крутящего момента от вторичных валов раздаточной коробки на валы главных передач.Главная передача служит для увеличения крутящего момента и его передачи на полуоси колес.

Межколесный дифференциал обеспечивает распределение крутящего момента между ведущими колесами и позволяет полуосям вращаться с различными угловыми скоростями. В системах полного привода межколесный дифференциал применяется на передней и задней оси.

Для реализации полноприводных возможностей один или оба дифференциала имеют возможность блокировки. Блокировка межколесного дифференциала может осуществляться вручную или автоматически (вискомуфта, дифференциал Torsen). На современных автомобилях применяется электронная блокировка дифференциала.

Принцип работы системы постоянного полного привода

Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку. В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса. При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.

Система полного привода подключаемого автоматически

Система полного привода подключаемого автоматически (другое наименование - система On demand, в переводе «по требованию») является перспективным направлением развития полного привода легковых автомобилей. Данная система обеспечивает подключение колес одной из осей в случае проскальзывания колес другой оси. В обычных условиях эксплуатации автомобиль является передне- или заднеприводным.

Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили с автоматически подключаемым полным приводом. Известной системой полного привода подключаемого автоматически является 4Motion от Volkswagen.

Конструкция системы полного привода подключаемого автоматически аналогична постоянному полному приводу. Исключение составляет наличие муфты подключения задней оси.

Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор. Понижающая передача и межосевой дифференциал отсутствуют.

В качестве муфты подключения задней оси используются вискомуфта или электронноуправляемая фрикционная муфта. Известной фрикционной муфтой является муфта Haldex, которая используется в системе полного привода 4Motion концерна Volkswagen.

Принцип работы системы полного привода подключаемого автоматически

Крутящий момент от двигателя, через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал передается на переднюю ось автомобиля. Крутящий момент через раздаточную коробку и карданные валы также передается на фрикционную муфту. В нормальном положении фрикционная муфта имеет минимальное сжатие, при котором на заднюю ось передается до 10% крутящего момента. При проскальзывании колес передней оси по команде электронного блока управления срабатывает фрикционная муфта и передает крутящий момент на заднюю ось. Величина передаваемого на заднюю ось крутящего момента может изменяться в определенных пределах.

Система полного привода подключаемого вручную

Система полного привода подключаемого вручную (другое наименование - система Part Time, в переводе «частичное время») в настоящее время практически не применяется, т.к. является низкоэффективной. Вместе с тем, именно эта система обеспечивает жесткую связь передней и задней оси, передачу крутящего момента в соотношении 50:50 и поэтому является по настоящему внедорожной.

Устройство системы полного привода подключаемого вручную в целом аналогично системе постоянного полного привода. Основные отличия - отсутствие межосевого дифференциала и возможность подключения переднего моста в раздаточной коробке. Необходимо отметить, что в ряде конструкций постоянного полного привода используется функция отключения переднего моста. Правда в данном случае отключение и подключение это не одно и то же.

Система полного привода 4Motion

Система полного привода 4Motion относится к т.н. системам полного привода подключаемым автоматически. В данной системе крутящий момент двигателя распределяется по осям в зависимости от дорожной ситуации. Система 4Motion устанавливается на автомобили концерна Volkswagen с 1998 года. Название 4Motion является зарегистрированным товарным знаком.

Система полного привода 4Motion включает дифференциал передней оси в коробке передач, раздаточную коробку, карданную передачу привода задней оси, многодисковую фрикционную муфту, главную передачу и дифференциал задней оси.

Дифференциал передней оси обеспечивает передачу крутящего момента от коробки передач к передним ведущим колесам. Корпус дифференциала передней оси соединен с раздаточной коробкой полым валом.

Раздаточная коробка представляет собой коническую передачу, с помощью которой крутящий момент передается под углом 90 град. Карданная передача привода задней оси соединяет раздаточную коробку и фрикционную муфту.

Карданная передача состоит из двух валов, соединенных шарниром равных угловых скоростей. К раздаточной коробке и фрикционной муфте валы присоединяются с помощью упругих муфт. Задний карданный вал имеет промежуточную опору.

В системе полного привода 4Motion применяется многодисковая фрикционная муфта Haldex. Муфта обеспечивает управляемую передачу крутящего момента (величина передаваемого крутящего момента определяется степенью замыкания муфты) от передней к задней оси автомобиля. Муфта Haldex встроена в картер дифференциала задней оси.

В настоящее время в системе полного привода 4Motion используется муфта Haldex четвертого поколения (автомобили Volkswagen Tiguan), которая имеет более простую конструкцию в сравнении с предшественниками. До этого устанавливались муфты первого и второго поколений (автомобили Volkswagen Golf IV, V - опционально, Volkswagen Transporter).

Конструктивно муфта Haldex включает пакет фрикционных дисков, насос, аккумулятор давления и систему управления.

Пакет фрикционных дисков представляет собой набор из фрикционных и стальных дисков. Фрикционные диски имеют внутреннее зацепление со ступицей. Стальные диски имеют внешнее зацепление с барабаном. Количество дисков определяет величину передаваемого крутящего момента (больше дисков - больше момент). Диски сжимаются поршнями.

Муфта Haldex имеет электронное управление, включающее входные датчики, блок управления и исполнительные устройства. Входным датчиком системы управления является датчик температуры масла.

Блок управления преобразует входящую информацию в управляющие воздействия на исполнительное устройство. Помимо датчика температуры масла электронный блок управления использует информацию от блока управления двигателем, блока управления системы ABS, получаемую по CAN-шине.

Исполнительным устройством системы управления является клапан управления, регулирующий давление сжатия фрикционных дисков от 0 до 100% максимальной величины. Величина давления определяется положением клапана.

Насос и аккумулятор давления обеспечивают поддержание давления масла в системе на уровне 3 МПа.

Принцип работы системы

Работа системы 4Motion определяется алгоритмом работы муфты Haldex, в котором можно выделить следующие характерные режимы:

1. начало движения;

2. начало движения с пробуксовкой;

3. движение с постоянной скоростью;

4. движение с пробуксовкой;

5. торможение.

При трогании с места и разгоне автомобиля клапан управления закрыт, диски муфты максимально сжаты. На задние колеса передается максимальный крутящий момент.

Если движение начинается с пробуксовкой обоих передних колес, клапан управления закрывается, фрикционные диски муфты сжимаются. Крутящий момент полностью передается на заднюю ось. При пробуксовке одного из передних колес в работу системы вначале включается электронная блокировка дифференциала.

При движении с постоянной скоростью клапан открывается, а диски сжимаются в зависимости от условий движения. На заднюю ось крутящий момент передается в определенных (незначительных) пределах.

Пробуксовка в движении автомобиля определяется на основании сигналов от блока управления системы ABS. При этом клапан открывается в зависимости от условий движения (какая ось и какие колеса буксуют).

При торможении клапан управления открыт, фрикционные диски муфты полностью разжаты. Крутящий момент на заднюю ось не передается.

Система полного привода quattro

Система полного привода quattro является системой постоянного полного привода, в которой крутящий момент постоянно передается на все колеса автомобиля. С 1980 года название quattroиспользуется автопроизводителем Audi для обозначения системы полного привода своих автомобилей и является зарегистрированным товарным знаком. Отличительной особенностью системы quattro является продольное расположение двигателя и элементов трансмиссии, которое характерно для большинства автомобилей Audi.

Несмотря на различия в конструкции систем конкретных автомобилей, система quattro включает следующие традиционные элементы полноприводной трансмиссии: коробку передач, раздаточную коробка, карданную передачу, главную передачу и межколесный дифференциал на каждой оси.



В трансмиссии quattro может устанавливаться как механическая коробка передач, так и коробка-автомат.

Раздаточная коробканепосредственно присоединена к коробке передач. Конструктивно она включает межосевой дифференциал, распределяющий крутящий момент на переднюю и заднюю оси. Корпус дифференциала имеет механическое соединение с коробкой передач. Распределение крутящего момента на оси в зависимости от конструкции раздаточной коробки может осуществляться непосредственно через приводные валы или отдельную зубчатую передачу.

В качестве межосевого дифференциала в системе полного привода quattro использовались и используются:

1. с 1981 года - свободный межосевой дифференциал с механической блокировкой;

2. с 1988 года - самоблокирующийся симметричный дифференциал Torsen с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 80%. Расположение сателлитов перпендикулярно приводным валам (Torsen Т-1);

3. с 2007 года - самоблокирующийся несимметричный дифференциал Torsen с распределением крутящего момента по осям в стандартном положении 40:60 и с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 70% - на переднюю ось и до 80% - на заднюю ось. Расположение сателлитов параллельно приводным валам (Torsen Т-3).

4. с 2010 года - самоблокирующийся несимметричный дифференциал с коронными шестернями с распределением крутящего момента по осям в стандартном положении 40:60 и с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 70% - на переднюю ось и до 85% - на заднюю ось (Audi RS5).

Раздаточная коробка автомобиля Audi Allroad дополнительно оснащается пониженной передачей.

Передача крутящего момента на заднюю ось осуществляется с помощью карданной передачи, состоящей из двух валов, трехшарниров равных угловых скоростей и одной промежуточной опоры.

Главная передача и задний межколесный дифференциал выполнены в отдельном картере. В разное время в системе quattro использовались следующие конструкции задних дифференциалов:

1. с 1981 года - свободный дифференциал с механической блокировкой (ручной или электропневматической);

2. с 1988 года - самоблокирующийся симметричный дифференциал Torsen (Audi V8);

3. с 1995 года - свободный дифференциал с электронной блокировкой.

Вал привода передней оси обеспечивает передачу крутящего момента от раздаточной коробки к главной передаче и межколесному дифференциалу передней оси. Он помещен в отдельный кожух. На последних моделях автомобилей Audi, оснащенных системой quattro, коробка передач, раздаточная коробка, вал привода, главная передача и дифференциал передней оси объединены в одном корпусе.

В качестве переднего межколесного дифференциала используется сободный дифференциал, к которому с 1995 года добавлена функция электронной блокировки дифференциала.

На автомобилях Audi с поперечным расположением двигателя (Audi A3/S3, Audi TT, Audi Q3) используется система полного привода подключаемого автоматически, аналогичная системе 4Motion с фрикционной муфтой Haldex.

Перспективная версия системы полного привода от Audi основана на использовании гибридной силовой установки и носит название E-tron quattro. Данную систему планируется устанавливать на серийные автомобили с 2014 года.

Конструктивно система E-tron quattro включает в дополнение к двигателю внутреннего сгорания и коробке передач два электродвигателя - мощностью 33 кВт на передней оси и 60 кВТ - на задней. При этом задняя ось имеет только электрический привод. Питание электродвигателей осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи, установленной в центральном тоннеле автомобиля.

Система полного привода 4Matic

Система полного привода 4Matic является разработкой Mercedes-Benz и устанавливается на некоторые модели легковых автомобилей. Название 4Matic - зарегистрированный товарный знак. Трансмиссия автомобилей с системой 4Matic имеет только автоматическую коробку передач.

История системы полного привода 4Matic включает три поколения:

Поколение, автомобили	Характеристика привода
1 поколение (с 1986 года) Е-класс (тип 124)	полный привод подключаемый автоматически, механические блокировки межосевого и заднего межколесного дифференциалов, управление приводом с помощью двух гидравлических муфт, при срабатывании системы ABS отключение полного привода
2 поколение (с 1997 года) Е-класс (тип 210)	постоянный полный привод, межосевой и межколесные дифференциалы свободного типа, блокировка межколесных дифференциалов симулируется с помощью системы контроля тягового усилия
3 поколение (с 2002 года) С-класс (тип 203) Е-класс (тип 211) S-класс (тип 220)	постоянный полный привод, межосевой и межколесные дифференциалы свободного типа, контроль за движением с помощью системы курсовой устойчивости, включающей систему контроля тягового усилия

Система полного привода 4Matic последнего поколения включает автоматическую коробку передач, раздаточную коробку, карданные передачи привода передней и задней оси, главную передачу и межколесный дифференциал передней и задней оси, приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей, полуоси задних колес.

Центральным конструктивным элементом системы 4Matic является раздаточная коробка, которая осуществляет бесступенчатое распределение крутящего момента по осям автомобиля. Раздаточная коробка объединяет сдвоенный планетарный редуктор, цилиндрические шестерни, а также приводные валы.

Планетарный редуктор выполняет в коробке функцию несимметричного межосевого дифференциала. Передача крутящего момента происходит таким образом, что на переднюю ось приходится 40% его номинальной величины, на заднюю ось - 60% (на некоторых моделях это соотношение 45:55).

Приводной вал соединен с водило планетарного редуктора. Вал привода задней оси вращается от солнечной шестерни большего диаметра. Вал привода передней оси полый, соединен с солнечной шестерней малого диаметра, с другой стороны с помощью цилиндрических шестерен соединен с карданной передачей передней оси.

В системе 4Matic не предусмотрено блокировок межосевого и межколесных дифференциалов. Автоматический контроль устойчивости при движении автомобиля обеспечивает система курсовой устойчивости ESP, которая включает систему контроля тягового усилия ETS, антипробуксовочную систему ASR иантиблокировочную систему тормозов ABS.

Система ETS (Electric Traction System) по конструкции аналогичнаэлектронной блокировке дифференциала. При срабатывании система симулирует блокировку межколесных дифференциаловпутем подтормаживания буксующих колес. При этом крутящий момент на колесе с лучшим сцеплением увеличивается, чем достигается уверенный разгон с места, ускорение на дорогах с плохим покрытием, т.е., устойчивое управление автомобилем в сложных условиях.

Система полного привода xDrive

Система полного привода xDrive является разработкой концерна BMW и относится к системам постоянного полного привода. Система обеспечивает бесступенчатое, непрерывное и переменное распределение крутящего момента между передней и задней осью в зависимости от условий движения. В настоящее время система xDrive устанавливается на спортивных внедорожниках (SAV, Sports Activity Vehicle) Х1, Х3, Х5, Х6 и легковых автомобилях 3-й, 5-й и 7-й серий.

История развития полного привода от BMW включает четыре поколения:

Поколение	Характеристика
1 поколение, с 1985 года	распределение крутящего момента между осями при нормальном движении в соотношении 37:63 (37% - на переднюю ось, 63% - на заднюю ось), блокировка межосевого дифференциала, заднего межколесного дифференциала с помощью вязкостной муфты (вискомуфты)
2 поколение, с 1991 года	распределение крутящего момента между осями при нормальном движении в соотношении 36:64, блокировка межосевого дифференциала с помощью многодисковой муфты с электромагнитным управлением, блокировка заднего межколесного дифференциала с помощью многодисковой муфты с электрогидравлическим управлением, возможность перераспределения крутящего момента между осями (колесами) в пределах от 0 до 100%
3 поколение, с 1999 года	распределение крутящего момента между осями при нормальном движении в соотношении 38:62, межосевой и межколесные дифференциалы свободного типа, электронная блокировка межколесных дифференциалов, взаимодействие с системой динамического контроля курсовой устойчивости
4 поколение, с 2003 года	распределение крутящего момента между осями при нормальном движении в соотношении 40:60, функцию межосевого дифференциала выполняет многодисковая фрикционная муфта с электронным управлением, возможность перераспределения крутящего момента между осями в пределах от 0 до 100%, электронная блокировка межколесных дифференциалов, взаимодействие с системой динамического контроля курсовой устойчивости

Система полного привода xDrive в своей основе использует традиционную для BMW заднеприводную схему трансмиссии. Распределение крутящего момента между осями осуществляется с помощью раздаточной коробки, которая представляет собой зубчатую передачу привода передней оси, управляемую фрикционной муфтой. В трансмиссии спортивных внедорожников вместо зубчатой передачи используется цепная передача.

Система xDrive интегрирована с системой динамического контроля курсовой устойчивости DSC (Dynamic Stability Control). Помимоэлектронной блокировки дифференциала система DSC объединяетсистему контроля тяги DTC (Dynamic Traction Control), систему помощи при спуске HDC (Hill Descent Control) и др.

Взаимодействие систем xDrive и DSC осуществляется с помощью системы интегрального управления ходовой частью ICM (Integrated Chassis Management). Система ICM также обеспечивает связи ссистемой активного рулевого управления AFS (Active Front Steering).



Принцип работы системы

В работе системы полного привода xDrive можно выделить несколько характерных режимов, определяемых алгоритмом срабатывания фрикционной муфты:

· трогание с места;

· прохождение поворотов с избыточной поворачиваемостью;

· прохождение поворотов с недостаточной поворачиваемостью;

· движение на скользком покрытии;

· парковка.

При трогании с места в нормальных условиях фрикционная муфта замкнута, крутящий момент распределяется по осям в соотношении 40:60, чем достигается максимальная тяга при разгоне. При достижении скорости 20км/ч распределение крутящего момента между осями осуществляется в зависимости от дорожных условий.

При прохождении поворотов с избыточной поворачиваемостью (заднюю ось заносит к наружной стороне поворота) фрикционная муфта замыкается с большей силой, а на переднюю ось направляется больший крутящий момент. При необходимости в работу включается система DSC, стабилизирующая движение автомобиля путем подтормаживания колес.

При прохождении поворотов с недостаточной поворачиваемостью (передняя ось сносится к наружной стороне поворота) фрикционная муфта размыкается, а на заднюю ось направляется до 100% крутящего момента. При необходимости в работу включается система DSC.

При движении на скользком покрытии (лед, снег, вода) пробуксовка отдельных колес предотвращается за счет блокировки фрикционной муфты и, при необходимости, электронной межколесной блокировки системы DSC.

Во время парковки фрикционная муфта полностью размыкается, автомобиль становиться заднеприводным, чем достигается снижение нагрузок в трансмиссии и рулевом управлении.



Система адаптации к дорожным условиям

Электроника активно внедряется в управление автомобилем. Не остаются в стороне и полноприводные автомобили, получая все новые электронные компоненты. Идея объединения полного привода с другими электронными системами реализована в системе адаптации к дорожным условиям (другое название - система помощи движению по бездорожью).

Данная система позволяет наилучшим образом использовать возможности автомобиля при движении в различных дорожных условиях и по бездорожью. Задача водителя сводится лишь к правильному определению характера покрытия и включению соответствующего режима, а система сама обеспечит оптимальное сцепление, управляемость и устойчивость автомобиля.

Родоначальником устройств адаптации к дорожным условиям является система Terrain Response, которая устанавливается на автомобили Land Rover с 2005 года. Другими разновидностями системы помощи движению по бездорожью являются:

· Selec Terrain от Jeep;

· Terrain Management System от Ford;

· Multi-Terrain Select от Toyota;

· X-Mode от Subaru.

В различных системах адаптации к дорожным условиям реализован общий подход к работе. Некоторые системы используют даже одинаковые режимы движения. Исключение из общего списка составляет система X-Mode, в которой помощь движению осуществляется только в автоматическом режиме.

Конструкция и принцип работы системы адаптации к дорожным условиям рассмотрены на примере Terrain Response. Система Terrain Response как всякая электронная система управления включает входные устройства, блок управления и исполнительные устройства.

Входными устройствами выступают органы управления системой. В зависимости от модели автомобиля для управления используются переключатели на центральной консоли или поворотный селектор на панели между передними сиденьями. С их помощью выбирается определенный режим движения.

В системе Terrain Response предусмотрены следующие режимы движения:

Наименование режима	Предназначение режима
Основная программа	Движение по сухому твердому дорожному покрытию
Трава, гравий, снег	Движение по скользким, сыпучим и рыхлым поверхностям
Грязь, колея	Движение по грязи, ямам, мягким и неровным поверхностям
Песок	Движение по поверхностям, покрытым сухим песком или толстым слоем гравия (снега)
Камни, малый ход (не на всех моделях)	Осторожное движение по каменистому основанию, в том числе пересечение рек вброд
Автоматический (не на всех моделях)	Движение по любым дорогам и бездорожью

Кроме перечисленных режимов на автомобиле Range Rover Evoque используется динамический режим, предполагающий активное движение по сухим дорогам с хорошим покрытием. Данный режим оптимизирует тяговые характеристики автомобиля, подстраивая их под стиль вождения, а не тип поверхности, поэтому к системе адаптации отношения не имеет.

Сигналы от органов управления подаются в электронный блок управления, где активируется соответствующая программа, формирующая управляющие воздействия на подчиненные электронные системы. Собственных исполнительных устройств система Terrain Response не имеет, а воздействует на электронные блоки управления различных систем автомобиля, оптимизируя их работу под конкретные условия движения.

Подконтрольными Terrain Response системами являются: система управления двигателем, автоматическая коробка передач, система полного привода, пневматическая подвеска, антипробуксовочная система, система курсовой устойчивости.

С помощью системы управления двигателем для одинакового хода и интенсивности нажатия электронной педали акселератора реализуется разный крутящий момент. В соответствии с выбранной программой движения изменяется алгоритм работы автоматической коробки передач, обеспечивая максимальную мощность двигателя и не допуская пробуксовки колес.

Система Terrain Response используется с различными схемами полного привода: классической - с раздаточной коробкой, межосевым и межколесным дифференциалами, автоматической - с дисковой электрогидравлической муфтой. В каждом случае блокировкой дифференциалов (имитацией блокировки) достигается эффективное распределение крутящего момента между осями и отдельными колесами. При наличии понижающей передачи в раздаточной коробке используется понижающий диапазон передач.

Пневматическая подвеска автоматически изменяет высоту кузова. Вантипробуксовочной системе используются различные пороговые значения пробуксовки, что позволяет улучшить сцепление колес с основанием. При использовании специальных режимов снижается воздействие на автомобиль системы курсовой устойчивости и не требуется ее отключения.

Информация о работе системы и выбранных режимах движения выводится в виде индикаторов на комбинации приборов и (или) текстовых и графических сообщений на информационном дисплее.

Раздаточная коробка

Раздаточная коробка является неотъемлемым атрибутом автомобиля, оборудованного системой полного привода. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент по осям автомобиля, а также увеличивает крутящий момент при движении по плохим дорогам и бездорожью.

Конструкция раздаточной коробки различается в зависимости от вида системы полного привода. Вместе с тем, можно выделить общие конструктивные элементы раздаточной коробки: ведущий вал, межосевой дифференциал с механизмом блокировки, цепная (зубчатая) и понижающая передачи, а также валы привода передней и задней оси.

Ведущий вал передает крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке.

Межосевой дифференциалпредназначен для распределения крутящего момента между осями и позволяет им вращаться с разными угловыми скоростями. Межосевой дифференциал может быть симметричным и несимметричным. Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент между осями поровну, несимметричный - в определенном соотношении. В раздаточных коробках, используемых в системах полного привода подключаемого автоматически и полного привода подключаемого вручную межосевой дифференциал, как правило, не применяется.

Для полной реализации полноприводных возможностей предусматривается блокировка межосевого дифференциала. Под блокировкой межосевого дифференциала понимается полное или частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жесткое соединение передней и задней осей между собой. Блокировка может осуществляться автоматически или вручную.

Современными механизмами автоматической блокировки межосевого дифференциала являются вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.

Вязкостная муфта (вискомуфта) является наиболее простым и недорогим устройством автоматической блокировки дифференциала. Работа муфты основана на возникновении блокирующего момента при разности угловых скоростей осей. Конструктивно муфта состоит из набора перфорированных дисков, половина из которых соединена со ступицей, другая - с корпусом муфты. Диски помещены в силиконовую жидкость. При проскальзывании одной из осей увеличивается частота вращения определенных дисков, силиконовая жидкость становиться более вязкой (густеет) и муфта блокируется - образуется связь ступицы с корпусом муфты. К недостаткам вискомуфты можно отнести срабатывание с запаздыванием, неполная блокировка межосевого дифференциала, перегрев при длительном использовании, несовместимость с системой ABS.



Самоблокирующийся дифференциал Torsen представляет собой конструкцию, состоящую из червячных шестерен: ведущих (сателлиты) и ведомых (солнечные шестерни приводов осей). Блокировка в дифференциале происходит за счет сил трения в червячной передаче. При движении по твердому покрытию устройство работает как обычный межосевой дифференциал и распределяет крутящий момент по осям в равных отношениях. При проскальзывании одной из осей крутящий момент перебрасывается на ось с лучшими сцепными свойствами, при этом соотношение крутящих моментов может достигать 20:80. Ввиду ограничений по прочности конструкции дифференциал Torsen не применяется на внедорожных автомобилях.

Многодисковая фрикционная муфта представляет собой набор фрикционных дисков с контролируемой степенью сжатия (блокировки). Муфта обеспечивает распределение крутящего момента между осями в зависимости от дорожных условий. В нормальных условиях крутящий момент распределяется по осям в равных отношениях. При проскальзывании одной из осей фрикционные диски сжимаются, чем достигается частичная или полная блокировка межосевого дифференциала. Крутящий момент перераспределяется на ось, имеющую лучшее сцепление с дорогой. Для выполнения своих функций муфта может иметь электрический (электродвигатель) или гидравлический (гидроцилиндр) привод и электронную систему управления.

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Вал привода задней оси выполнен, как правило, соосно с ведущим валом. Цепная передача обеспечивает передачу крутящего момента на переднюю ось. Она включает ведущее и ведомое зубчатые колеса и приводную цепь. Вместо цепной передачи в раздаточной коробке может использоваться цилиндрическая зубчатая передача. Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор.

Понижающая передача служит для увеличения крутящего момента при движении по плохим дорогам и бездорожью. Она присутствует в отдельных конструкциях раздаточных коробок внедорожных автомобилей. На современных автомобилях понижающая передача выполнена в виде планетарного редуктора.

В раздаточной коробке, устанавливаемой на автомобили с системой полного привода подключаемого вручную, предусмотрена возможность подключения переднего моста (в данном контексте мост и ось синонимы) в раздаточной коробке. Отдельные конструкции раздаточных коробок системы постоянного полного привода имеют функцию отключения передней оси.

Режимы работы раздаточной коробки определяются ее конструкцией. В совокупности раздаточная коробка может иметь следующие режимы работы:

1. включен задний мост;

2. включены оба моста;

3. включены оба моста при блокировке межосевого дифференциала;

4. включены оба моста на понижающей передаче при блокировке дифференциала;

5. включены оба моста при автоматической блокировке дифференциала.

Переключение режимов осуществляется с помощью рычага управления, копок на панели приборов или поворотного переключателя.

Карданная передача

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, втрансмиссии и рулевом управлении.

Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:

1. двигатель и коробка передач;

2. коробка передач и раздаточная коробка;

3. коробка передач и главная передача;

4. раздаточная коробка и главная передача;

5. дифференциал и ведущие колеса.

Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач: с шарниром неравных угловых скоростей, с шарниром равных угловых скоростей, с полукарданным упругим шарниром, с полукарданным жестким шарниром.

Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название - карданная передача, обиходное название - кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.

Карданная передача включает шарниры неравных угловых скоростей, расположенные на карданных валах. При необходимости используется промежуточная опора. На концах карданной передачи установлены соединительные устройства.

Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.

Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.

В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй - заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.

Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.

Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему - внешний шарнир.

С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.

Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название - ШРУС, обиходное название - граната) представляет собой обойму, помещенную в корпус, между которыми движутся шарики.

Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол - «пыльник».

При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.

Характерным примером данного типа шарнирного соединения является упругая муфта Гуибо (Guibo). Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.

Главная передача

Современные модели автомобилей имеют в своем арсенале, как правило, несколько двигателей - как бензиновых, так и дизельных. Двигатели различаются по мощности, величине крутящего момента, частоте вращения коленчатого вала. С разными двигателями применяются и разные коробки передач: механика, робот, вариатори конечно автомат.

Адаптация коробки передач к конкретному двигателю и автомобилю осуществляется с помощью главной передачи, имеющей определенное передаточное число. В этом основное предназначение главной передачи автомобиля.

Конструктивно главная передача представляет собой зубчатый редуктор, который обеспечивает увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колес автомобиля.

На преднеприводных автомобиля главная передача расположена вместе с дифференциалом в коробке передач. В автомобиле с задним приводом ведущих колес главная передача помещена в картер ведущего моста, где кроме нее находится и дифференциал. Положение главной передачи в автомобилях с полным приводом зависит от типа привода, поэтому может быть как в коробке передач, так и в ведущем мосту.

В зависимости от числа ступеней редуктора главная передача может быть одинарной или двойной. Одинарная главная передача состоит из ведущей и ведомой шестерен. Двойная главная передача состоит из двух пара шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях, где требуется увеличение передаточного числа. Конструктивно двойная главная передача может выполняться центральной или разделенной. Центральная главная передача компонуется в общем картере ведущего моста. В разделенной передаче ступени редуктора разнесены: одна располагается в едущем мосту, другая - в ступице ведущих колес.

Вид зубчатого соединения определяет следующие типы главной передачи: цилиндрическая, коническая, гипоидная, червячная.

Цилиндрическая главная передача применяется на переднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены поперечно. В передаче используются шестерни с косыми и шевронными зубьями. Передаточное число цилиндрической главной передачи находится в пределах 3,5-4,2. Дальнейшее увеличение передаточного числа приводит к увеличению габаритов и уровня шума.

В современных конструкциях механической коробки передач применяется несколько вторичных валов (два и даже три), на каждом из которых устанавливается своя ведущая шестерня главной передачи. Все ведущие шестерни имеют зацепление с одной ведомой шестерней. В таких коробках главная передача имеет несколько значений передаточных чисел. По такой же схеме устроена главная передача роботизированной коробки передач DSG.

На пререднеприводных автомобилях может производиться замена главной передачи, являющаяся составной частью тюнинга трансмиссии. Это приводит к улучшению разгонной динамики автомобиля и снижению нагрузки на сцепление и коробку передач.

Коническая, гипоидная и червячная главные передачи применяются на заднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены параллельно движению, а крутящий момент на ведущую ось необходимо передать под прямым углом.

Из всех типов главной передачи заднеприводных автомобилей самой востребованной является гипоидная главная передача, которую отличает меньшая нагрузка на зуб и низкий уровень шума. Вместе с тем, наличие смещения в зацеплении зубчатых колес приводит к повышению трения скольжения и, соответственно, снижению КПД. Передаточное число гипоидной главной передачи составляет: для легковых автомобилей 3,5-4,5, для грузовых автомобилей 5-7.

Коническая главная передача применяется там, где не важны габаритные размеры и не ограничен уровень шума. Червячная главная передача ввиду трудоемкости изготовления и дороговизне материалов в конструкции трансмиссии автомобиля практически не применяется.

Дифференциал

Дифференциал предназначен для передачи, изменения и распределения крутящего момента между двумя потребителями и обеспечения, при необходимости, их вращения с разными угловыми скоростями.

Дифференциал является одним из основных конструктивных элементов трансмиссии. Расположение дифференциала в трансмиссии автомобиля:

· в заднеприводном автомобиле для привода ведущих колес - в картере заднего моста;

· в переднеприводном автомобиле для привода ведущих колес - вкоробке передач;

· в полноприводном автомобиле для привода ведущих колес - в картере переднего и заднего мостов;

· в полноприводном автомобиле для привода ведущих мостов - враздаточной коробке.

Дифференциалы, используемые для привода ведущих колес, называются межколесными. Межосевой дифференциал устанавливается между ведущими мостами полноприводного автомобиля.

Конструктивно дифференциал построен на основе планетарного редуктора. В зависимости от вида зубчатой передач, используемой в редукторе, различают следующие виды дифференциалов: конический, цилиндрический и червячный.

Конический дифференциал применяется в основном в качестве межколесного дифференциала. Цилиндрический дифференциал устанавливается чаще между осями полноприводных автомобилей. Червячный дифференциал, ввиду своей универсальности, может устанавливаться как между колесами, так и между осями.

Устройство дифференциала рассмотрено на примере самого распространенного конического дифференциала. Составные части дифференциала являются характерными и для других видов дифференциалов. Конический дифференциал представляет собой планетарный редуктор и включает полуосевые шестерни с сателлитами, помещенные в корпус.

Корпус (другое наименование - чашка дифференциала) воспринимает крутящий момент от главной передачи и передает его через сателлиты на полуосевые шестерни. На корпусе жестко закреплена ведомая шестерня главной передачи. Внутри корпуса установлены оси, на которых вращаются сателлиты.

Сателлиты, играющие роль планетарной шестерни, обеспечивают соединение корпуса и полуосевых шестерен. В зависимости от величины передаваемого крутящего момента в конструкции дифференциала используется два или четыре сателлита. В легковых автомобилях применяется, как правило, два сателлита.

Полуосевые шестерни (солнечные шестерни) передают крутящий момент на ведущие колеса через полуоси, с которыми имеют шлицевое соединение. Правая и левая полуосевые шестерни могут иметь равное или различное число зубьев. Шестерни с равным числом зубьев образуют симметричный дифференциал, тогда как неравное количество зубьев характерно для несимметричного дифференциала.

Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент по осям в равных соотношениях, независимо от величины угловых скоростей ведущих колес. Благодаря этим свойствам симметричный дифференциал используется в качестве межколесного дифференциала.

Несимметричный дифференциал делит крутящий момент в определенном соотношении, поэтому устанавливается между ведущими осями автомобиля.

Работа дифференциала

В работе симметричного межколесного дифференциала можно выделить три характерных режима:

1. прямолинейное движение;

2. движение в повороте;

3. движение по скользкой дороге.

При прямолинейном движении колеса встречают равное сопротивление дороги. Крутящий момент от главной передачи передается на корпус дифференциала, вместе с которым перемещаются сателлиты. Сателлиты, обегая полуосевые шестерни, передают крутящий момент на ведущие колеса в равном соотношении. Так как сателлиты на осях не вращаются, полуосевые шестерни движутся с равной угловой скоростью. При этом частота вращения каждой из шестерен равна частоте вращения ведомой шестерни главной передачи.

При движении в повороте внутреннее ведущее колесо (расположенное ближе к центру поворота) встречает большее сопротивление, чем наружное колесо. Внутренняя полуосевая шестерня замедляется и заставляет сателлиты вращаться вокруг своей оси, которые в свою очередь увеличивают частоту вращения наружной полуосевой шестерни. Движение ведущих колес с разными угловыми скоростями позволяет проходить поворот без пробуксовки. При этом, в сумме частоты вращения внутренней и наружной полуосевых шестерен всегда равна удвоенной частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Крутящий момент, независимо от разных угловых скоростей, распределяется на ведущие колеса в равном соотношении.

...