Концепции развития и конструкции полного привода современных автомобилей

 

 

 

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.

 

 

 

Рис.5 Схема раздаточной коробки системы xDrive

Схема раздаточной коробки  системы xDrive:

1. приводной вал передней оси
2. зубчатая передача
3. рычаг
4. фрикционная муфта
5. масляный насос
6. приводной вал задней оси
7. эксцентрик
8. электродвигатель с понижающим редуктором

 

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 полного  привода xDrive:

В работе системы полного  привода 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 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 имеет  следующее устройство (рис.6):

1. автоматическая коробка передач;
2. раздаточная коробка;
3. карданная передача привода передней оси;
4. главная передача и передний межколесный дифференциал;
5. приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей;
6. карданная передача привода задней оси;
7. главная передача и задний межколесный дифференциал (на рисунке не показано);
8. полуоси задних колес (на рисунке не показано).

 

Рис.6 Схема системы полного привода 4Matic(фрагмент)

 

Центральным конструктивным элементом системы 4Matic является раздаточная коробка, которая осуществляет бесступенчатое распределение крутящего момента по осям автомобиля.

Раздаточная коробка включает:

• приводной вал;
• сдвоенный планетарный редуктор;
• вал привода задней оси;
• вал привода передней оси;
• цилиндрические шестерни.

 

 

Рис.7 Схема раздаточной коробки системы 4Matic

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  водилом 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 и антиблокировочную систему тормозов ABS.

Система ETS (Electric Traction System) по конструкции аналогична электронной 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, ПОДКЛЮЧАЕМОГО  АВТОМАТИЧЕСКИ

Система полного привода  подключаемого автоматически (другое наименование – система полного привода 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.

Система полного привода  подключаемого автоматически имеет  следующее общее устройство:

• сцепление;
• коробка передач;
• главная передача передней оси;
• межколесный дифференциал передней оси;
• раздаточная коробка;
• карданная передача;
• муфта подключения задней оси;
• главная передача задней оси;
• межколесный дифференциал задней оси;
• полуоси.

Рис.8 Схема системы полного привода подключаемого автоматически (на примере 4motion)

Схема системы  полного привода подключаемого  автоматически:

1. двигатель
2. раздаточная коробка
3. карданная передача
4. главная передача задней оси
5. межколесный дифференциал задней оси
6. муфта подключения задней оси (муфта Haldex)
7. межколесный дифференциал передней оси
8. коробка передач

 

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 следующие  устройства:

• вискомуфта;
• 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, оборудованного фрикционной муфтой, заключается в следующем. 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  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 имеет следующее устройство:

• коробка передач;
• дифференциал передней оси;
• раздаточная коробка;
• карданная передача привода задней оси;
• многодисковая фрикционная муфта;
• главная передача 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;
• систему управления;
• насос;
• аккумулятор давления;
• масляный фильтр;
• масляные магистрали.

Рис.9 Схема фрикционной муфты Haldex

Схема фрикционной муфты  Haldex:

1. барабан
2. пакет фрикционных дисков
3. ступица
4. поршень
5. тарельчатая пружина
6. подающая магистраль
7. клапан управления
8. обратная магистраль
9. блок управления
10. обратный клапан
11. насос
12. масляный фильтр
13. аккумулятор давления
14. масляный бак