Блокировка дифференциала является дополнительной конструктивной особенностью, которая компенсирует его основные недостатки. Если на сухом дорожном покрытии дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт при движении, то при движении по сложной местности или на скользкой поверхности он может препятствовать движению автомобиля. Чтобы избежать этого, следует на некоторое время уменьшить или полностью отключить функциональность устройства. Однако методы блокировки дифференциала настолько разнообразны, что мы должны рассмотреть основные из них по очереди.
Главный недостаток дифференциала
Распределение крутящего момента по дифференциалу
Дифференциал используется для распределения крутящего момента, поступающего от главной коробки передач, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но в определенных ситуациях соотношение крутящего момента на ведущие колеса должно быть другим.
Эта функция важна при вхождении автомобиля в поворот: внешнее колесо проходит больший радиус и, следовательно, преодолевает большее расстояние за то же время, что и внутреннее колесо. Для того чтобы «успеть», угловая скорость внешнего колеса должна увеличиваться в течение всего поворота.
Из-за изменения направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. Это приводит к увеличению сопротивления качению, и внутреннее колесо испытывает большую нагрузку, чем внешнее. Он замедляется, создавая дополнительную нагрузку на полуось.
На этом этапе сателлиты в корпусе дифференциала начинают вращаться из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса. Они передают больший крутящий момент на другую полуось. Внешнее колесо увеличивает угловую скорость пропорционально тому, насколько внутреннее колесо ее уменьшило. Точное соотношение угловых скоростей обеспечивает плавный поворот автомобиля без рывков и заносов.
Тот же принцип распределения крутящего момента применяется, когда одно колесо застревает в грязи, на льду или на выбоине. Он получает больший крутящий момент за счет снижения тяговой мощности колеса, имеющего хорошее сцепление с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении от 0% до 100%: автомобиль перестанет двигаться.
Для того чтобы автомобиль двигался, необходимо перераспределить крутящий момент, придав большее значение нагруженному колесу. Это невозможно сделать, когда дифференциал работает. Поэтому он частично или полностью блокируется.
Типы блокировки
Работа механизма может быть заблокирована путем непосредственного соединения его корпуса с нагруженной полуосью или путем ограничения вращения сателлитов.
Типы блокировки следующие:
- Полный: Значение передаваемого крутящего момента достигает 100%. Компоненты жестко соединены, что делает невозможным выполнение функции.
- Частичная: Блокировка дифференциала распределяет крутящий момент в определенной пропорции, заставляя и ограничивая работу своих компонентов.
Ручная блокировка дифференциала на полноприводных автомобилях
Блокировка дифференциала может быть включена вручную или автоматически, в зависимости от потребностей водителя:
- Принудительная блокировка осуществляется водителем при необходимости (ручная блокировка). Для этого используется кулачковый дифференциал.
- Самоблокирующийся дифференциал блокируется автоматически (автоматическая блокировка). Необходимость и степень блокировки определяется разностью крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловыми скоростями. В некоторых вариантах этих систем используется датчик блокировки дифференциала.
Виды блокирующих устройств
Тип блокировки дифференциала зависит от его вида и используемого механизма. Различные функции накладывают ограничения и определяют пригодность межколесных или межосевых дифференциалов.
Кулачковое блокирующее устройство
Кулачковая муфта дифференциала
Блокировка дифференциала включается вручную с помощью кулачковой муфты (отмечена желтым кругом на рисунке). Муфта полностью блокирует дифференциал, жестко соединяя его корпус с нагруженным полуосевым валом.
Кулачковый дифференциал приводится в действие следующими типами приводов:
- механический;
- гидравлический;
- пневматический;
- электрический.
Они приводятся в действие рычажным механизмом или специальной кнопкой на приборной панели (в случае электрического привода).
Благодаря своей универсальности кулачковый дифференциал используется в межосевых дифференциалах.
Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности
В самоблокирующемся (автоматическом) дифференциале используется принцип увеличения сил трения при изменении состояния нагрузки на полуоси ведущего моста. Поэтому другое его название — «дифференциал ограниченного скольжения» или LSD (Limited Slip Differential).
Дифференциал Торсена
Самоблокирующийся дифференциал имеет четыре основные разновидности, в зависимости от того, как увеличивается трение
- пластина;
- червь;
- вязкостная муфта;
- электронный замок.
Дисковый механизм
В дифференциале ограниченного скольжения с дисковой муфтой используется принцип автоматической блокировки при изменении угловой скорости полуосей: чем больше разница между ними, тем больше степень перераспределения крутящего момента.
Дисковый дифференциал
В этом типе LSD трение возникает между пакетами фрикционных дисков. Один пакет фрикционов жестко соединен с чашкой дифференциала, остальные — с полувалами.
Когда ведущие колеса вращаются с одинаковой скоростью, фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью. При изменении угловой скорости диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на другую полуось (частичная блокировка) за счет увеличения силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашки).
Степень сжатия в дисковом дифференциале может быть постоянной (с пружинным приводом) или переменной (с гидравлическим приводом).
Червячный механизм
Сателлиты и полуоси, которые приводятся в движение червячной передачей, обычно используются для создания LSD, блокирующегося через дифференциал крутящего момента.
Эта система червячного привода LSD называется Torque Sensing или сокращенно Torsen. Принцип работы червячной передачи прост: увеличение крутящего момента на одной половине оси приводит к ее частичной блокировке и передаче его на другую половину оси. Не требуется никаких дополнительных систем или компонентов: червячный узел является самоблокирующимся благодаря природе привода, в котором червяк не может приводиться в движение другими шестернями.
Червячная передача используется в межколесных и межосевых дифференциалах в различных типах транспортных средств.
Вискомуфта
Вязкостная муфта состоит из ряда близко расположенных перфорированных дисков, заключенных в силиконовой жидкости, которые соединены с чашкой и приводным валом.
Вязкая муфта
Устройство работает нормально, когда угловая скорость равна. Блокировка происходит при увеличении скорости вращения вала: диски горшка увеличивают скорость и, перемешивая силикон, вызывают его застывание. Диски горшка воспринимают и передают крутящий момент на другой вал, увеличивая его тяговое усилие.
LSD, в котором вязкостная муфта действует как блокирующее устройство, имеет большие размеры и используется в центральных дифференциалах. Сцепление также может работать как дифференциал в полноприводном автомобиле, выполняя таким образом все его функции.
Однако у него есть существенный недостаток: возможный перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что вязкостная муфта редко используется в современных автомобилях.
Электронная блокировка
Дифференциал ограниченного скольжения с электронной блокировкой реагирует на изменение угловой скорости ведущих колес.
Дифференциал управляется программным обеспечением. Если скорость одного колеса увеличивается, в тормозной системе нарастает давление, и его скорость снижается. В то же время сила тяги увеличивается, и крутящий момент передается на другое колесо.
Поэтому дифференциал не оснащен никакими дополнительными компонентами и не блокируется, что означает, что он не является LSD. Крутящий момент перераспределяется, а угловая скорость компенсируется тормозной системой, которая программно управляется системой контроля тяги.
Подведем итог
Блокировка дифференциала — это важное средство безопасности, которое улучшает управляемость автомобиля и его поведение в критических ситуациях. Возможность автоматической блокировки проскальзывающего колеса или оси освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.