ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ ПОЛНОПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Межосевой дифференциал, как было отмечено выше, может быть сконструирован так, чтобы распределять крутящий момент несимметрично. Если распределение момента по осям неравное, то большая часть момента обычно передается к задним колесам. Это объясняется тем, что при разгоне автомобиля или движении на подъем большая часть массы автомобиля перераспреде­ ляется на задние колеса и они могут реализовать больший крутящий момент, чем передние, и, кроме того, уменьшение доли крутящего момента, поступающего к передним колесам, улучша­ ет управляемость автомобиля и меньше подвергает ее влиянию изменения крутящего момента.

Для любого автомобиля с четырьмя ведущими колесами важно обеспечить движение ав­ томобиля в случае, если одно из колес теряет сцепление с дорогой.

Выше было показано, что если одно из колес на оси буксует, то дифференциал передает на другое крутящий момент, недостаточный для движения. Если автомобиль имеет привод на четыре колеса и три дифференциала, то достаточно попасть одним колесом на скользкую поверхность, чтобы лишить автомобиль способности тронуться с места. Существуют различ­ ные способы борьбы с этим нежелательным свойством.

Один из таких способов — это блокировка дифференциала. При заблокированном диф­ ференциале крутящий момент, подводимый к колесам с лучшим сцеплением, увеличивается. Необходимо учитывать, что, если вся величина крутящего момента передается в одном на­ правлении, карданный вал и полуоси должны быть сделаны более прочными, чтобы исклю­ чить возможность их поломки. Внедорожные автомобили, работающие в сложных условиях, могут иметь устройства, блокирующие как межосевой, так и задний межколесный диффе­ ренциалы. Блокировка дифференциала передней оси обычно не предусматривается из-за негативного воздействия на управляемость автомобиля.

Другим распространенным способом улучшения характеристик трансмиссий современ­ ных полноприводных автомобилей является применение различных устройств повышенного трения, применяющихся в качестве межосевых и задних дифференциалов. Самый простой способ заключается в создании дополнительного трения при проскальзывании деталей в дифференциале. Здесь, однако, требуется ограничить величину проскальзывания таким об­ разом, чтобы оно не оказывало чрезмерного влияния на возможность движения колес ав­ томобиля с небольшой разницей в угловых скоростях при обычном повороте. Таким обра­ зом, дифференциалы повышенного трения должны быть такими, чтобы передавать только часть крутящего момента на колесо с хорошим сцеплением.

Следует помнить что любой дифференциал повышенного трения, независимо от места его расположения (в раздаточной коробке или ведущих мостах) отнимает часть механиче­ ской энергии переводя ее в тепло, а значит увеличивает расход топлива. Повышается также изнашивание шин и трансмиссии в целом. Поэтому простые устройства с фрикционными шайбами или кулачковые дифференциалы устанавливались главным образом на грузовиках повышенной проходимости, то есть там, где обеспечение преодоления бездорожья считает­ ся более важной задачей чем обеспечение экономичности. В раздаточных коробках таких автомобилей часто дифференциал вообще отсутствовал (ГАЗ-66, УАЗ) и оба моста имели же­ сткую связь между собой. При движении по сухому асфальту во избежание чрезмерного из­ нашивания шин передний мост отключался, так что полноприводными эти автомобили мог­ ли быть только вне дорог или в зимнее время года.

Гораздо лучше, если дифференциал сможет «почувствовать» момент начала проскаль­ зывания колеса и сумеет перераспределить крутящий момент на отстающее колесо. Другими словами, желательно использовать самоблокирующийся дифференциал. В ранее выпус­ кавшихся моделях использовались вязкостные муфты (вискомуфты) и дифференциалы ти­ па Torsen. Иногда применялось их сочетание: вязкостные муфты в качестве межосевых дифференциалов, a Torsen в качестве заднего дифференциала. В настоящее время все

Рис. 3.61. Устройство вязкостной муфты (вискомуфты):1 — корпус; 2 — вал корпу­ са; 3,6 — ведущий и ведомый валы; 4 — дис­ ки; 5 — уплотнения

Рис. 3.62. Межосевой дифференциал Torsen:1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала; 4 — са­ теллит, связанный с правой полуосевой шестер­ ней; 5, 7 — выходные валы дифференциала; 6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней

большее распространение получают фрик­ ционные муфты с контролируемой степе­ нью блокировки, когда фрикционные диски сжимаются с определенным усилием. Та­ кие муфты могут применяться для управле­ ния распределением крутящего момента между передними и задними колесами под электронным контролем. Конструкторы со­ временных полноприводных легковых автомобилей предлагают использовать такие чувствительные устройства, управля­ ющие сцеплением колес с дорогой и пове­ дением автомобиля вместо простой блоки­ ровки дифференциалов.

Вязкостная муфта (патент Фергюссона) является наиболее простым и дешевым уст­ ройством повышенного трения, и поэтому ее часто применяют в трансмиссиях авто­ мобилей.

Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных друг к другу перфо­ рированных дисков, одна половина которых соединяется с помощью выступов с внутрен­ ней ступицей муфты, а вторая наружными выступами с корпусом (рис. 3.61).

Между дисками находится силиконовая (кремнийорганическая) жидкость высокой вязкости. Валы муфты могут свободно вра­ щаться с небольшой разницей в угловых скоростях, но, если разница в скоростях увеличивается, жидкость внутри муфты начина­ ет действовать как твердое тело и предотвра­ щает чрезмерное проскальзывание дисков. Возникающий блокирующий момент обу­ словлен свойствами вязкой жидкости. Если в качестве дифференциала использо­ вать такую муфту, она будет перераспреде­ лять крутящий момент так, что большая его часть будет поступать на колеса, вращающи­ еся с меньшей скоростью.

К недостаткам вязкостной муфты следует отнести экспоненциальный закон ее блокиров­ ки. Муфта срабатывает с запаздыванием. Неиз­ бежный нагрев жидкости в муфте, который про­ исходит при проскальзывании дисков, приво­

дит к изменению ее характеристик. Существенным недостатком таких устройств является их влияние на процесс торможения, поскольку при резком торможении может произойти одновременное бло­ кирование всех колес автомобиля. При использовании вязкостных муфт в трансмиссиях автомоби­ лей с антиблокировочными тормозными системами приходится применять дополнительные устрой­ ства для разблокирования муфт при торможении.

Рис.3.63. Межосевой дифференциал Torsen автомобиля Audi Quattro:l — корпус диф­ ференциала; 2,4 — передняя и задняя шестерни; 3 — червячные сателлиты; 5 — фланец карданной передачи; 6 — ось сателлитов; 7 — прямозубые шестерни; 8 — ведомый вал; 9 — полый ведущий вал; А — к передней оси; В — к задней оси

Дифференциал Torsen (TORque SENsing — чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен (рис. 3.62).

Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых (полуосевых) червячных ко­ лес и ведущих (сателлитов) червячных шестерен. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но са­ ми не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала. В зависимости от величины передаточного числа и конструкции дифференциала, крутящий момент может распределяться по осям автомобиля в соотношении от 2,5:1 (60 % : 40 %) до 6:1 (84 % : 16 %) или даже до 7:1 (86 % : 14 %), а так­ же распределяться в любых промежуточных значениях. При низких значениях входного кру­ тящего момента шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличи­ вается, набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала блокируются.

Дифференциал Torsen имеет линейную характеристику, перераспределение крутящего момента происходит практически мгновенно и он не оказывает влияния на процесс тормо­ жения. Эти свойства механизма обусловили его широкое использование в качестве межко­ лесных и межосевых дифференциалов автомобилей (рис. 3.63). Основным недостатком яв­ ляется сложность его изготовления и сборки и, как следствие, высокая стоимость.

Рис. 3.64. Принцип действия активной гидравлической муфты:1 — выходной вал; 2 — рабочий поршень; 3 — диски; 4 — поршне­ вой насос; 5 — управляющий клапан; 6 — вход­ ной вал

Вязкостные муфты и дифференциалы Torsen являются пассивными системами. В последние годы в конструкции трансмис­ сий современных автомобилей все чаще начинают применять активные устройства, представляющие собой муфты, в которых для блокирования валов используются мно­ годисковые мокрые сцепления (рис. 3.64). Для управления многодисковым сцеплени­ ем используется давление масла, которое воздействует на поршень, сжимающий дис­ ки. Давление масла регулируется с помо­ щью контрольного клапана. Крутящий момент с помощью таких муфт может рас­ пределяться как между передней и задней осями автомобиля, так и между колесами одной оси.

Шведская фирма Haldex по своему патенту выпускает муфту с многодисковым мокрым сцеплением, электрическим гидронасосом и гидроаккумулятором (рис. 3.65).

Электрический насос работает только при движении автомобиля и создает небольшое давление масла, для того чтобы не происходило задержки в срабатывании муфты. Давление на поршень, сжимающий диски сцепления, поступает от гидравлического поршневого насо­ са, который создает давление, как только возникает различие в угловых скоростях соеди­ ненных муфтой валов. Давление, создаваемое насосом, пропорционально разнице в частоте вращения валов. Управляет работой муфты Haldex встроенный в нее электронный блок уп­ равления, который связан с другими электронными системами управления автомобилем. Муфта может работать при любых скоростях движения автомобиля как при движении впе­ ред, так и при заднем ходе. Она не влияет на работу антиблокировочной системы (АБС)

Рис. 3.65. Муфта Haldex, входящая в трансмиссию автомобиля

вследствие очень быстрой активации и деактивации и обеспечивает полностью контролиру­ емое распределение крутящего момента по осям. В настоящее время муфты Haldex устанав­ ливаются в трансмиссиях полноприводных версий автомобилей Volkswagen и Volvo.

Аналогичные конструкции муфт применяются и некоторыми другими производителями полноприводных автомобилей. Компания Isuzu запатентовала систему TOD (TORQUE-ON- DEMAND), которая получает информацию от 12 датчиков и автоматически перераспределя­ ет крутящий момент между осями автомобиля в зависимости от условий движения.

§23