Имитация блокировок на дастере - Электронная блокировка дифференциала

Что такое дифференциал и зачем его блокировать?

Для начала нужно пролить свет на основы нашей темы, ведь далеко не все наши читатели вообще знакомы с дифференциалом и его функциями.

Рассмотрим простой пример: движение автомобиля в повороте. В этом случае колёса, находящиеся по разным бокам машины должны крутиться с разной скоростью, ведь тем, которые находятся ближе к внутренней стороне поворота, нужно пройти меньшую дистанцию, чем тем, которые снаружи, и чем круче поворот, тем заметней эта разница.

Но как могут колёса крутиться с разной скоростью, если они находятся на одной оси? В принципе, никак, если бы не межколёсный дифференциал, позволяющий такую роскошь. Что это даёт? Как минимум, уменьшает износ резины, а как максимум — очень повышает устойчивость движения всего авто.

Вполне логичен следующий вопрос: если дифференциал выполняет столь полезную функцию, то зачем его блокировать, то есть специально делать связь двух колёс жёсткой?

Ответим ещё одним примером. Предположим, вы выехали на бездорожье и случайно одним из ведущих колёс угодили в яму с глиной. В этом случае дифференциал окажет вам медвежью услугу, так как он ещё и перераспределяет крутящий момент — если колесо в яме будет буксовать, то второе, находящееся на твёрдой поверхности останется стоять мёртво.

Тут и понадобится блокировка — сделав связь между ведущими колёсами жёсткой, вращаться им придётся обоим, что без труда поможет выбраться из ямы.

Устройства, обеспечивающие эту процедуру, существовали задолго до наступления эры электроники, но в классическом, механическом исполнении они имеют ряд недостатков, делающих их применение на легковых авто проблематичным.

Современные же машины получили возможность почувствовать все прелести этой функции без применения сложных и громоздких механизмов.

Как это устроено: блокировка дифференциала

Ранее мы уже публиковали материал, посвященный автомобильному дифференциалу. В материале вскользь упоминалось то, зачем нужна блокировка дифференциала. Если вкратце: при отсутствии системы блокировки в определенных случаях колесо с нормальным сцеплением будет иметь слишком малый крутящий момент, в отличие от вывешенного. В обычных условиях это не проблема, но стоит автомобилю увязнуть в грязи или глубоком снегу… Словом, с блокировкой дифференциала стоит разобраться – это действительно интересная вещь, о которой грамотному автолюбителю стоит знать.

Коротко о главном

Для начала освежим память. Дифференциал – это специальный механизм, ответственный за распределение крутящего момента по колесам. Он делает так, что одно колесо начинает вращаться быстрее, чем второе

Это особенно важно при поворотах, когда одно колесо встречает достаточно большое сопротивление, а второе, напротив, встречает сопротивление малое

При отсутствии дифференциала первое колесо попросту начало бы вращаться медленнее

, чем второе. А все дело в том, что дифференциал стремится передать крутящий момент туда, где сопротивление наименьшее. Это наиболее простое объяснение.

В действительности механика процесса имеет более сложное объяснение, но усложнение лишь повредит восприятия, так что остановимся на этом.

Суть блокировки дифференциала сводится к тому, чтобы передать крутящий момент именно туда, где он нужен. В тех случаях, когда автомобиль завязает в грязи, момент передается сразу двум колесам, а не только тому, которое проскальзывает. Решить задачу блокировки дифференциала можно разными способами. Предлагаем в них разобраться и выяснить, какая же блокировка будет наилучшей.

Принцип блокировки

Блокировку классического дифференциала реализовать довольно просто. Для этого нужен выделенный специально под такую задачу пневматический, гидравлический или же электрический привод и сопутствующие механизмы (о них чуть позже). Управление может быть автоматическим

или жеручным . Блокировка применима как к межосвевым, так и мостовым дифференциалам. Она может быть осуществлена посредством:

Соединения чаши (корпуса) дифференциала с полуосью;
Блокировки вращения сателлитов.

Типы блокировки дифференциала

В зависимости от степени блокировка дифференциала может быть полной или частичной:

Полная блокировка подразумевает жесткое соединение элементов дифференциала, при котором крутящий момент может передаваться целиком на колесо с лучшей тягой
Частичная блокировка дифференциала характеризуется ограниченной величиной передаваемой силы деталей дифференциала и соответствующим увеличением крутящего момента на колесо с лучшей тягой

Существуют различные типы блокировок, но их обычно можно разделить на несколько больших групп:

дифференциалы, которые плотно блокируются (100%)
автоматическая блокировка дифференциалов
дифференциалы с ограниченным скольжением – LSD

Есть ли блокировка дифференциала у Duster?

Сотрудники автопортала Рено до сих пор продолжают изучать все возможности одного из самых дешевых кроссоверов Российского рынка. Во время тест-драйва мы решили, уделить огромную часть наших испытаний на езду по местам, где не проезжало ни одно колесо автомобиля, дабы проверить, какая на duster блокировка дифференциала. Сказать честно, наш тест прошел на ура, однако не все могло быть так гладко.

Если хорошо присмотреться к автомобилям Рено Дастер, то они вполне оправдывают свой девиз «4*4 для каждого». Лишь 5 авто из 30 (в серии) не имеют полный привод.

Обладатель полноценного, полноприводного джипа со всем необходимым набором атрибутов, таких как блокировка дифференциалов и понижение передач требует хороших знаний и умений. Неопытный водитель, управляющий внедорожником, может легко засадить свой джип даже в самом непредсказуемом месте, впрочем, как и сломать трансмиссию при эксплуатации в городе.

В первых версиях duster блокировка дифференциала не была установлена, что уже говорило о недостатках автомобиля как внедорожника. Благодаря этой чудо установке шестерни дифференциала мгновенно блокируются, вследствие чего колеса имеют синхронное вращение. Следовательно, дифференциал нужно блокировать при преодолении таких сложных местностей, как например препятствия или вязкий грунт, после чего отключить блокировку, когда выедете на обычную трассу. В связи с этим ни один полноценный внедорожник не может обойтись без этой чудо-установки.

Обратите особое внимание, что блокировку дифференциала стоит включать только, когда автомобиль стоит на месте. Кроме этого вы обязаны знать следующее: крутящийся момент, который создается мотором – очень велик, а это может сломать полуось или сам механизм блокировки

Перед тем как стартовать свой Дастер с включенной блокировкой дифференциала, узнайте у производителя максимально допустимую скорость движения в данном режиме, так как если превысите ее, можете попрощаться со своей трансмиссией. Еще стоит учесть, что включенная блокировка негативно влияет на управляемость автомобилем, особенно на передний мост.

Система полного привода в Рено Duster, тут она простейшая: у переднеприводного автомобиля при штатном режиме задняя ось соединяется через фрикционную многодисковую муфту. Работает система в двух алгоритмах: в авто-режиме 4WDAuto, который при пробуксовке переднего колеса 50% крутящегося момента автоматически уходит на заднее и в режиме 4WDLock, это когда муфта полностью блокируется. Такого рода трансмиссии имеют почти все внедорожники «одноклассники» Дастера.

При доработке дастера главный акцент инженеры сделали именно на проходимости. Алгоритм внедорожной штатной электроники (ESP и ABS) и мотора подразумевают режим 4WDLock. Особенность трансмиссии автомобиля состоит в том, что заблокированная муфта работает без проблем на скорости до 80 км/ч. Такая скорость позволяет уверенно и без проблем передвигаться по неровной и скользкой дороге. Стоит отметить, что в наше время автомобили с блокировкой пользуются огромным спросом.

Механизм с кулачковой муфтой

Вышеописанные механизмы устройства блокировки могут показаться довольно сложными. Однако практически все они начинал свой путь именно с этого классического механизма, а вернее, тандема «кулачковая муфта–привод». Со временем этот тандем сильно преобразился, причем появились как новые типы приводов, так и были серьезно доработаны кулачковые муфты.

Если вкратце, то кулачковая муфта представляет собой пару полумуфт, которые располагают на концах соосных валов. В своем обычном положении полумуфты разомкнуты. На торцах полумуфт по кругу расположены т.н. кулачки прямоугольного или трапецевидного профиля. При необходимости блокировки вала полумуфты жестко сцепляются – пододвигаются и заполняют пространства между кулачками противостоящей полумуфты – обеспечивая передачу крутящего момента от одного вала к другому. Как несложно догадаться, момент зацепления полумуфт сопровождается ударом. По этой причине их снабжают специальными демпфирующими вставками. Сам механизм может приводиться в действие одним из следующих приводов:

Электрический;
Механический (встречается все реже);
Пневматический;
Гидравлический.

Многие автомобили имеют механический привод кулачкового дифференциала, однако сегодня все более распространенным становится электрический привод. Дело не только в его высокой надежности, но и в удобстве. Механизм блокировки может быть приведен в действие нажатием всего одной кнопки на приборной панели автомобиля. Если управления полностью ручное и исключает электрику, то почти наверняка оно требует манипуляций с рычажным механизмом. Последний и приводит в действие гидравлику или пневматику, которая далее блокирует дифференциал за счет замыкания кулачковой муфты.

Устройство и основные элементы

Электронная блокировка дифференциала основана на антиблокировочной системе тормозов (ABS) и является неотъемлемой частью системы стабилизации ESC. Электронная блокировка дифференциала отличается от обычной ABS тем, что она может самостоятельно повышать давление в тормозной системе автомобиля.

Диаграмма системы электронной блокировки дифференциала

Блок управления: управляет электронным дифференциалом с помощью специального программного обеспечения.
Насос: Требуется для повышения давления в тормозной системе.
Электромагнитные клапаны (переключающие и высокого давления): встроены в тормозной контур для каждого колеса. Они контролируют поток тормозной жидкости в назначенном им контуре.
Датчики скорости вращения колес (установлены на каждом колесе): необходимы для информирования блока управления о текущих значениях угловой скорости колес.

Обратите внимание, что электромагнитные клапаны и питающий насос являются компонентами гидравлического блока ABS.

Назначение и принцип работы блокировщика

Попав на труднопроходимые участки дороги или передвигаясь по местности, которую не пересекал ни один автомобиль, водитель рискует увязнуть и не выбраться без посторонней помощи. Для легкого самостоятельного преодоления препятствий на дороге требуется одновременная работа 2, а то и 3 колес.

В этих случаях ситуацию спасает блокировщик дифференциала. Он включается в работу на местности, где есть высокая степень сцепления шин с грунтом. Задача блокировщика – выровнять скорость вращения колес при сильном крутящем моменте или торможении.

Блокировка межосевого дифференциала работает по этой же схеме, заставляя обе оси автомобиля двигаться с равной скоростью. Для правильной работы блокировщика нужно знать предельную скорость движения, иначе трансмиссия может не выдержать интенсивного износа. В зависимости от уровня блокировки автомобили подразделяются на локеры, блокирующие дифференциал на 100%, и “самоблоки” – блокировщики повышенного трения, как Квайф, позволяющие беспрепятственно ездить внатяг.

Механизмы частичной блокировки

Частичная блокировка отличается тем, что перераспределение момента выполняется в соотношении, меняющемся от условий движения. То есть, такой механизм при потере сцепления одного из колес лишь частично его замедляет, «перебрасывая» момент на другое колесо.

Механизмы частичной блокировки могут работать как в полностью автоматическом режиме (так называемые самоблокирующиеся дифференциалы), так и с принудительным включением.

К этому типу блокировки относятся различные виды муфт:

Повышенного трения;
Вискомуфты;
Электромагнитные.

Все эти муфты построены по одному принципу. Основными их рабочими элементами являются пакеты дисков. Одна часть этого пакета жестко связана с полуосью, а вторая – с корпусом дифференциала. Диски обоих пакетов чередуются между собой.

Принцип работы рассмотрим на примере муфты повышенного трения. В таком узле фрикционные диски прижаты друг к другу с определенным усилием, в одних за счет пружин, а в других за счет нажимных колец с пружинами в центре. При движении на ровном участке фрикционные пакеты вращаются с одной скоростью, поскольку моменты по колесам распределяются равномерно. Но как только одно из колес теряет сопротивление, один фрикционный пакет начинает вращаться быстрее второго. Поскольку полуосевые шестерни конусные дополнительно возникает осевая сила смещения, которая стремится их развести. А так как диски прижаты друг к другу, возникающая сила трения «притормаживает» полуось, перебрасывая момент на второе колесо.

Дифференциал повышенного трения

В вискомуфте диски механизма не контактируют между собой, но пространство между ними заполнено специальной жидкостью, у которой при перемешивании возрастает вязкость, вплоть до полного затвердевания. Несмотря на конструктивные отличия принцип действия вискомуфты не отличается от узла повышенного трения. То есть, пока нет разницы в скоростях вращения пакетов, муфта является разблокированной. А как только один из пакетов дисков начинается крутиться быстрее, вязкость жидкости возрастает, «притормаживая» ускорившийся пакет дисков, тем самым меняется распределение момента по осям.

И виско-, и муфта повышенного трения являются самоблокирующимися. А вот электромагнитная муфта может быть, как автоматической, так и с ручным управлением. Конструктивно она схожа с узлом повышенного трения, но в ней прижатие пакетов дисков осуществляется за счет магнитов. В ручном варианте при включении блокировки в муфте создается электромагнитное поле, сжимающее пакеты между собой.

Муфта повышенного трения может устанавливаться как на межколесном, так и межосевом дифференциалах в системах постоянного полного привода. Вискомуфта из-за значительных габаритов используется только между осями, а в конструкции ведущих мостов не применяется.

Электромагнитная муфта может устанавливаться как на ведущих осях, так и в качестве межосевого дифференциала системы привода с ручным и электронным управлением, поскольку позволяет делать все колеса ведущими только при надобности.

Отдельно в качестве частичной блокировки стоит упомянуть червячные автоматические дифференциалы, ярким представителем которых являются узлы Torsen. Его особенность заключается в использовании червячных шестерен в конструкции дифференциала. В червячных передачах при определенных условиях появляется эффект «расклинивания», который и использовали при создании планетарного редуктора Torsen.

У всех механизмов частичной блокировки есть один существенный недостаток – они не способы работать длительный срок с повышенной нагрузкой. Поэтому не стоит пытаться преодолеть серьезное бездорожье с ними, поскольку это приведет к поломке узлов. Частичные блокировки по большей части устанавливаются на кроссоверы.

Устройство и основные элементы

Электронная блокировка дифференциала основывается на антиблокировочной системе тормозов (ABS – Antilock Brake System) и является неотъемлемой частью системы курсовой устойчивости ESC. Имитация блокировки отличается от классической системы ABS тем, что может самостоятельно увеличивать давление в тормозной системе автомобиля.

Насос: необходим для формирования давления в тормозной системе.
Электромагнитные клапаны (переключающий и высокого давления): включены в тормозной контур каждого колеса. Осуществляют управление потоками тормозной жидкости в пределах отведенного им контура.
Блок управления: осуществляет управление электронным дифференциалом с помощью специального ПО.
Датчики частоты вращения колес (установлены на каждом колесе): нужны для информирования блока управления о текущих значениях угловых скоростей вращения колес.

Отметим, что электромагнитные клапаны и насос подачи являются элементами гидравлического блока ABS.

Три цикла работы системы блокировки дифференциала

нагнетание высокого давления в системе;
удержание необходимого уровня давления рабочей жидкости;
сброс давления.

Установленные на колесных механизмах датчики реагируют на все изменения в движении каждого из ведущих колес — нарастание скорости, уменьшение скорости, буксование, скольжение. Как только датчики-анализаторы фиксируют данные о пробуксовке, EDL немедленно посылает через микропроцессорный блок ABS команду на закрытие переключающего клапана. Одновременно с этим открывается другой клапан, который обеспечивает оперативное нагнетание высокого давления. Также включается и обратный гидронасос, создающий необходимое давление в цилиндрах. Благодаря этому в предельно сжатые сроки производится осуществляется результативное торможение колеса, которое начало буксовать.

На следующем этапе EDL исключает риск пробуксовки. Поэтому, как только тормозная сила будет распределена необходимым образом на каждое колесо, начинается стадия удержания давления тормозной жидкости. Для этого отключается клапан обратной подачи, что позволяет удерживать нужное давление на необходимый период.

Виды

EDS

EDS (Elektronische Differenzialsperre) — первая разработка в этом направлении. В переводе означает электронная блокировка дифференциала или, как показано выше, правильнее назвать ее имитацией электронной блокировки дифференциала. Назначение системы — предотвращать проскальзывание ведущих колес при трогании с места.

XDS

Является эволюционным развитием системы EDS, дополнена новым электронным блоком и программным обеспечением, которое позволяет более тонко управлять автомобилем в поворотах. Всякий раз, когда при входе в поворот система почувствует разгрузку колеса, катящегося по внутреннему радиусу, она притормаживает его, тем самым обеспечивая более точное прохождение поворота. Эту систему разработали специалисты Фольксвагена.

Другие

Автопроизводителями ведутся постоянные опытно-конструкторские работы, и время от времени появляются анонсы усовершенствованных систем, но принципиально они ничем не отличаются от описанных выше.

Разновидности системы

Система предотвращения пробуксовки колес устанавливается в машинах многих автопроизводителей. При этом системы, выполняющие одни и те же функции на разных автомобилях, могут иметь разные названия. Остановимся на самых известных – EDS, ETS и XDS.

EDS – электронная блокировка дифференциала, установленная на большинстве автомобилей (например, Nissan, Renault).

ETS (Electronic Traction System) – система, аналогичная EDS, разработанная немецким автопроизводителем Mercedes-Benz. Эта разновидность электронного дифференциала выпускается с 1994 года. Компания Mercedes разработала также усовершенствованную систему 4-ETS, которая может подтормаживать все колеса машины. Она устанавливается, к примеру, на среднеразмерные премиум-кроссоверы (M-класс).

XDS – расширенная EDS, разработанная немецкой автокомпанией Volkswagen. XDS отличается от EDS дополнительным программным модулем. XDS использует принцип поперечной блокировки (подтормаживание ведущих колес). Эта разновидность электронного дифференциала призвана увеличить тягу, а также улучшить управляемость машины. Система от немецкого автоконцерна устраняет недостаточную поворачиваемость автомобиля при прохождении поворотов на повышенной скорости (такой недостаток при езде присущ переднеприводным автомобилям) – при этом управляемость становится более точной.

Подробнее об электронной блокировке

Сразу отметим, что электронная блокировка дифференциала по сути не является блокировкой – это лишь ее имитация. Данная система работает в тандеме с ABS автомобиля и называется Traction Control или EDS. Первым автомобилем с электронной блокировкой дифференциала стал Lexus LS400, выпущенный в 1989 году. С тех пор система не особо изменилась. Она предусматривает наличие таких элементов:

Датчики вращения колес;
Электронный блок управления.

Здесь стоит отметить следующее: в отличие от вышеуказанных механизмов блокировки, электронная система может давать команду на создания давления в автомобильной тормозной системе. Она имеет насосы обратной подачи, а также пару клапанов в гидравлическим блоке ABS. Работу системы можно поделить на 3 фазы:

Фаза увеличения давления:
Фаза временного удержания давления;
Фаза быстрого сброса давления.

Как читатель наверняка догадался, время начала и конца фаз будут зависеть от наличия и степени пробуксовки колес. Однако не стоит думать, что электронная блокировка исключает использование привычных систем блокировки дифференциала. Напротив, вседорожный транспорт остро нуждается в дополнительных системах контроля крутящего момента, который получают колеса. Невероятная проходимость автомобилей последних поколений 4Runner и Prado от японского концерна Toyota обусловлена добавлением к имеющейся системе блокировки дифференциала T-3 электронного «помощника».

Разновидности системы

EDS — электронная блокировка дифференциала, установленная на большинстве автомобилей (например, Nissan, Renault).

ETS (Electronic Traction System) — система, аналогичная EDS, разработанная немецким автопроизводителем Mercedes-Benz. Эта разновидность электронного дифференциала выпускается с 1994 года. Компания Mercedes разработала также усовершенствованную систему 4-ETS, которая может подтормаживать все колеса машины. Она устанавливается, к примеру, на среднеразмерные премиум-кроссоверы (M-класс).

XDS — расширенная EDS, разработанная немецкой автокомпанией Volkswagen. XDS отличается от EDS дополнительным программным модулем. XDS использует принцип поперечной блокировки (подтормаживание ведущих колес). Эта разновидность электронного дифференциала призвана увеличить тягу, а также улучшить управляемость машины. Система от немецкого автоконцерна устраняет недостаточную поворачиваемость автомобиля при прохождении поворотов на повышенной скорости (такой недостаток при езде присущ переднеприводным автомобилям) — при этом управляемость становится более точной.

Зачем нужна имитация блокировки дифференциала

Имитация блокировки дифференциала или сокращенно EDS (Elektronische Differenzialsperre) значительно облегчает управление транспортным средством и улучшает его динамику. Она имитирует блокирование дифференциала и работает на основе ABS. С помощью этого механизма можно избежать пробуксовки ведущих колес на скользкой дороге, при вхождении в поворот или во время начала движения. EDS успешно используется и в условиях относительного бездорожья при диагональном вывешивании.

Система электронной имитации блокировки в настоящее время присутствует в комплектации многих машин, но может отличаться по названиям.

EDS — электронная блокировка дифференциала. Такой механизм входит в комплектацию большинства современных автомобилей;
ETS (Electronic Traction System) — разработана немецкой компанией Mercedes-Benz. Эта известная фирма также разработала новую систему 4-ETS, которая имеет возможность притормаживать все колеса машины;
XDS — более расширенный вариант EDS, разработка которого принадлежит автопроизводителю Volkswagen. XDS значительно улучшает движение транспортных средств во время прохождения поворотов, притормаживая колесо, которое двигается по внутреннему радиусу.

Назначение дифференциала

Пока ведущая ось хорошо контактирует с дорогой, это устройство работает без нареканий. Но стоит ухудшиться сцеплению с дорогой под одним из колес, например, при попадании на лед или жидкую грязь, как вращаться будет только оно одно. Колесо с большим коэффициентом сцепления перестает крутиться, а автомобиль останавливается. Если же заблокировать дифференциал, такого происходить не будет. Поэтому заблокированный дифференциал улучшает проходимость машины на труднопреодолимых участках пути.

Устройство

Принцип работы выше названного агрегата одинаково, где бы ни был он установлен. В основу классического автомобильного дифференциала положена планетарная передача. Карданный вал вращает ведущую шестерню редуктора моста. Ее вращение передается ведомой зубчатке. А так как она прикреплена к корпусу дифференциала, тот движется вместе с ней. От корпуса вращающий момент при помощи независимых друг от друга шестерен, называемых сателлитами, передается на полуоси. Скорость вращения карданного вала делится между полуосями не поровну. Однако, при любом соотношении скоростей их сумма – величина всегда постоянная.

автоматическая;
принудительная, включаемая водителем.

По способу управления блокированием:

механическая;
электромеханическая;
гидравлическая;
пневматическая.

Автоматическое блокирование дифференциала

Самоблокирующийся дифференциал – это механизм, который при определенных условиях переключается и, превращаясь в прямую передачу, начинает делить скорость вращения карданного вала между полуосями поровну. Дифференциалы с блокировкой-автоматом могут самостоятельно блокироваться в зависимости от значения одного из двух параметров:

разницы угловых скоростей полуосей. В эту группу входят дифференциалы с дисковой блокировкой, кулачковые, с вискомуфтой и работающие по формуле Фергюсона;
передаваемого полуосям крутящего момента.

Электронная блокировка дифференциала

Что такое дифференциал и зачем его блокировать?