A Meghajtáslánc fejlődése

Olvasóink értékelése:  / 13
ElégtelenKitűnő 

Hogyan is működtek a mai modern AWD elődjei? Egy kis technikai áttekintés az első AWD megjelenésétől napjainkig.

Az összkerék hajtás rendszer előnyei

Az összkerékhajtás három előnyt jelent a úttartásban:

1.    Vonóerő

2.    Használhatóság

3.    Stabilitás

Az összkerékhajtásnál a sebességváltó oldalról elméletileg a teljes vonóerő rendelkezésre áll. A hajtóerő nem befolyásolja a kormányhatást, ezért a Subaruk meggyőzően  jóindulatúak az előrelátható, kiszámítható úttartásukkal. Hogy ezt a (egyébként az összes autógyáraktól) megkívánt úttartást elérjék, ehhez ideális az összkerékhajtás módja, mivel a meghajtó erő mind a négy keréken oszlik meg.

Az erőátvitel szisztémája döntő jelentőségű, mivel a meghajtás módja és az erőelosztás lényegesen meghatározza, hogy mikor jön el az az időpont, amikor a kerék átlépi a maximális súrlódó erőt az útfelületen. Ez különösen a kanyarban fontos, ahol három erő játszik szerepet, a motor hajtóereje, ami az autót előre mozgatja, a surlódóerő, ami a kereket az útfelületen tartja, és az oldalvezetés, (centripetális erő) ami a másik kettőből adódik. Ez az erő hat a centrifugális erő ellen, és ez minél erősebb, annál biztosabb a kanyartartás. Az oldalvezetés az elvett meghajtóerővel növekszik:  Két autónál, amelyeknek ugyanaz a motorteljesítménye, az egyik összkerékmeghajtással rendelkezik, (a meghajtóerő négyfelé oszlik) ezzel nagyobb oldalvezetés érhető el, mint a másiknál, amely kétkerékhajtással bír. (ahol a meghajtó erő kétfelé oszlik.)

Példa: Ha egy motor 100 LE, mindegyik hajtókerék a meglévő feltételek között  maximálisan 30 LE –t tud átvinni az úttestre. Egy kétkerékhajtású autónál mindegyik hajtókerék (100:2) 50LE-t ad le, 20 LE-vel többet, mint amennyit az útra át tud vinni. Az eredmény: a kerék túlpörög. A kerekeknek csak egyféle tapadásuk van, ez oszlik meg a oldalvezetés, hajtás, fékezés során. Ha elveszik a tapadás, nem csak a kerék túlpörgése az eredmény, hanem az oldalvezetés, stb. is megszűnik.

Az összkerékhajtásnál ezzel szemben a 100 LE egyformán oszlik el a négy keréknél,  mindegyik kerék (100:4) 25 LE, tehát a teljesítmény határon belül marad még kerekenként 5 LE tartalék, a biztonság kedvéért! A kerekek nem fognak túlpörögni. Ez a különbség érvényes minden körülmények között, viszont a különböző csekély súrlódásértékkel rendelkező talajon még nagyobb  jelentőséggel bír. Minél balesetveszélyesebb a szituáció, annál nagyobb jelentősége van a négykerékhajtás előnyének a kétkerékhajtással szemben.  

Szisztematikus szimmetria: Subaru „Szimmetrikus Négykerékhajtása”

A konstrukció szimmetriája a gyár meghatározó specialitása, -a Subaru szisztémája a „Simmetrical AWD” , amely a boxermotor és az összkerékhajtás kombinációjából áll.
A összes  V-motorral és soros motorral szemben a boxermotornak az előnye az alacsony súlypont és a teljesen szimmetrikus építési mód. A boxer ismertető jele az egymással szemben fekvő hengerek elrendezése. A belsejében a dugattyúk párosával egymással szemben állnak, mint két boxoló, a dugattyúk vízszintesen mozognak. Ez a struktúra merevebb motorblokkot is eredményez. A boxermotornál a súlykiegyenlítés tökéletes, lapos építésű, rövid és szilárd, a rövid és merev főtengely lehetővé teszi a magas fordulatszámot, a motor  alacsony építési módja  alacsony súlypontot biztosít az autónak és csaknem ideális súlyelosztást. Az alacsony súlypont biztosítja az alacsony forgatóerőt a kanyarokban, ez határozza meg a karosszéria csekély dőlését, és a stabil úttartást biztosít. A boxermotor a rezgésmentes futásával varázslatos: a boxer kiegyenlítőtengely nélkül is lágyan fut, egészen a maximális fordulatszámig.

 

 

t53h6.jpg

 

A Subaru-összkerékhajtás rendszernek főleg ezek a tulajdonságai  vezetnek a kiegyensúlyozottsághoz és a magas teljesítőképességhez: a hosszában beépített motortól a sebességváltón, kardán tengelyen keresztül a  hátsó differenciálig az egész meghajtórendszer egyenes vonalban fut, vízszintesen szimmetrikus elrendezésben. Ez semleges kiegyensúlyozottságot jelent, ami a legjobb  úttartáshoz vezet. Minden nehezebb komponens, mint a sebességváltómű, végső meghajtásrendszer, stb. a két tengely közé esik. Ez elkerüli a túlsúlyt az első, vagy hátsó részen és csökkenti az autón a forgatónyomatékot, kanyarban a kisodródást. .Az újabban készült Subaruknál a motort még lejjebb és hátrább helyezték, ezzel is javítva az amúgy is jelentős stabilitást.
Az alacsony forgatóerő optimalizálja a fordulékonyságot, amivel csökkenti a kormány tehetetlenségét és javítja az autó úttartását. Ezzel a tulajdonságával nő a stabilitás, nő a baleset elkerülhetősége.
Ez valódi kulcs a biztonsághoz, mivel jobb a balesetet elkerülni, mint „csak” túlélni.

t54simm.jpg

 

Az alapkonstrukció szimmetriája nem csak kitűnő futástulajdonságokról gondoskodik, hanem a passzív biztonságot is jelentősen fokozza, mivel a motortér mindkét oldalán elég hely marad. Ez lehetővé teszi a kerethordozók beépítését, amelyek az utasfülkéből direkt a lökhárítóhoz vezetnek, és egy  frontális ütközésnél jelentős mértékben energiaelnyelőkként szerepelnek. A motor lapos építési módja lehetővé teszi, hogy a frontális karambolnál a motor a padlólemez alá csúszik, ennek energiaelnyelő szerepe is van és nem okoz sérülést az utastérben.

 

A jövő: az autók dinamikájának a javítása az összkerekes autóknál

A Subaru folyamatosan dolgozik az összkerékhajtás optimalizálásán az elektronikus vezérlések összes területén. A cél egy komplex autókoncepció volt, amelyben az összkerékhajtás szimmetrikus AWD, VDC, forgatónyomaték vezérlés és a keréknyomás-mérés együtt szerepelnek. A középső differenciál továbbfejlesztése, egy elektronikusan vezérelt központi Limited-Slip Differenciálnak kifejlesztése, valamint az első és hátsó LSD optimalizálása, csaknem automatikusan vezetett a  dinamikus tulajdonságú AWD autók kifejlesztéséhez.

 

A jövő egyenlete: Subaru = Összkerékhajtás

A Subaru 1972 szeptember óta, mióta a világ első négykerékhajtású autóját kihozta,  konzekvensen folytatja  a fejlesztést. A vízszintesen szimmetrikus Subaru-AWD szisztéma megmaradt  az összkerékhajtás pionírjának kiinduló technológiája, amit 36 éve a személyautó gyártásban bevezettek. Azonban a Szimmetrikus AWD technológia még korántsem kimerített, a Subaru folyamatosan dolgozik ennek a technikának a továbbfejlesztésén.

 

t55simm2.jpg

 

 

Subaru összkerékhajtás rendszer konzekvens fejlődése 1972 – 2007-ig

kézi váltós Subaruknál és az automatáknál másképp oldották meg a központi differenciál vezérlését.

Mechanikus váltó

1972: mechanikus kapcsolható négykerékhajtás
A legegyszerűbb formája a négykerékhajtásnak a kapcsolható összkerékhajtás, amit igazából a NÉGYKERÉKHAJTÁSnak nevezünk. Az ős.Leone egy mechanikus kapcsolóval a hátsó tengellyel merev kapcsolatot létesített egy karmos kuplungon keresztül az első állandóan hajtott első tengellyel.
 

 t56automat.jpg

 

  1980: mechanikus kapcsolható négykerékhajtás és a „Dual-Range”

Az ősi kapcsolható négykerékhajtás rendszerből kiindulva a Subaru a rendszert tovább fejlesztette. A Subaru 1800, kapcsolható négykerékhajtás rendszer mellett a sebességváltóba elvezetett egy plusz áttételt. Egy kar meghúzásával egy fogaskerékpár kapcsolódott össze és a hátsó tengelyt is bekapcsolta a hajtásba. Egy másik kar meghúzásakor aktiválódott egy másik áttétel a sebességváltóban, ez a Dual Range, a „felező”.

1983: pneumatikus kapcsolható négykerékhajtás
A Liberonál és a Justynál is beállította a Subaru a négykerékhajtást, de a kapcsolat  elektropneumatikusan jött létre gombnyomásra, amely a sebességváltón volt elhelyezve. A sebességváltóban egy membrándoboz volt elhelyezve, melyhez mágnesszelep csatlakozott,  egyik oldalon a motor szívóhatásával összekötve, a membrán másik oldalán az atmoszférikus nyomás hatott. Ez a nyomáskülönbség aktiválta a membránnal összekötött kapcsolótengelyt, ami a fix kapcsolatot biztosította a hátsó tengellyel.

1987: Állandó négykerékhajtás
Az XT Coupéval kezdődött az állandó négykerékhajtás kora a Subarunál.

Először a négykerékhajtást az ötsebességes kéziváltóval és a négysebességes automata váltóval kombinálták. A kéziváltónál a középső differenciál elosztotta a meghajtóerőt az első- hátsó tengelyhez, a fellépő fordulatszámkülönbséget a tengelyek között elektro-mehanikusan zárta: egy elektromos kapcsoló aktivált egy mechanikus zárókilincset mindig 100 %-an.

 

t57xt.jpg

 

 1988: Állandó négykerékhajtás viscozárral

Az első generációs Legacynál először alkalmazott a Subaru önzáró viscokupplungot. Alapvetően a  sebességváltó hasonló az XT-vel,  de a középső differenciál az első- és hátsó tengely közti fordulatszám különbség függvényében önműködően, fokozatmentesen tud teljesen zárni. Ez a rendszer még egyes mai modellekben is használatos. 

t58legak.jpg

 

 2005 STI-AWD  állandó négykerékhajtás Planétakerék-Középdifferenciállal, Helical LSD, DCCD

Az Impreza WRX STI-nek , a WRX alapkiadáshoz képest sportos előnye van: a hatsebességes sebességváltó mellett egy bolygókerékrendszerrel szerelt középdifferenciált  fejlesztett ki. A kuplung oldó-állásában, a nyomaték eloszlás az első-hátsó tengely között 36-64 %. Ezt a nyomaték beállítást a vezető maga megváltoztathatja. 
Egy forgókapcsoló segítségével a pilóta az elektromagnetikus kuplungot mozgatja,  amivel a bolygókerekek a kiválasztott program szerint változtatják a nyomatékot.

t59dccd.jpg

 (DCCD - Driver Controlled Differential)  A maximális zárásnál a bolygókerekek osztják a z erőelosztást 50-50 %-ban.

A Helical LSD a frontdifferenciálnál optimalizálja a vonóerőt az első kerekeknél.

 

t60lsd.jpg

 

Automata váltó

1981: Automata többtárcsás erőátvitel-4WD
A MultiPlateTransfer -4WD (MP-T) kihasználja az automata sebességváltó  hidraulikus nyomását és kombinálja az automatát az összkerékhajtással, amelyet útközben egyszerű gombnyomásra  kapcsolhatunk. Ez a rendszer egy héttárcsás kupplungból áll a kimeneti tengelyen, amely a hátsó meghajtó tengellyel köti össze. A kapcsolható összkerékhajtás útközben a  hidraulikus nyomást a váltó olajpumpájától a többtárcsás kuplungra viszi át, ami így automatikusan összezáródik és a forgatónyomatékot a hátsó meghajtó tengelyre viszi át. Így kiegyenlíti az MP-T a fordulatszám különbéget az első és hátsó kerekek között. Az „auto 4WD” intelligens Összkerék-Módot jelent, amelynél a hidraulikus nyomást a többtárcsás kuplungra a fékre lépés, és az ablaktörlő bekapcsolása jelentette. (sic!)

1987: Állandó összkerékhajtás
A Subaru XT automatánál ACT-4 (Active Control of Torque)  a nyomatékmegosztás differenciált: mechanikus az első kerék- tengelyhez, egy pár egyforma fogaskerékkel;  hidraulikus a hátsó tengelyhez, egy olajban futó többlamellás kuplungon keresztül.

1989: ECTV-sebességváltó és kapcsolható összkerékhajtás
A Justynál, amely ECVT váltóval szerelt, az összkerékhajtást gombnyomással lehetett aktivizálni. A kapcsoló hidraulikusan mozgatott egy kapcsolótengelyt, amely egy csúszó muffal az elosztómeghajtást fixen összekapcsolta.

1991: Állandó összkerékhajtás VTD-vel
A Gran Turizmo SVX –nél a Subaru bevetette a továbbfejlesztett automataváltót a változó forgatónyomaték elosztóval együtt (VTD : Variable Torque Distribution). A középdifferenciál egy bolygókerék egységből áll és (a hátsó differenciál viscokupplunggal) ez vezeti a motorerőt normál esetben 36%-ban az első kerekekre, 64 %-ban a hátsókra. Az új erőelosztással az elektronika az eddigi technológiával szemben a forgatónyomatékot új szisztémával osztja el, hogy a legjobb vonóerőt biztosítsa. A hidraulikus lemezzárás fokozatmentesen zárja a bolygókerékrendszert a fellépő fordulatszám különbségnél és osztja el a nyomatékot az első- és hátsó kerekek között. A viscokupplung a hátsó tengelyen működik azért, hogy semennyi erő ne vesszen kárba a kipörgő kerekek miatt.

1998: Állandó összkerékhajtás VTD-vel és VDC-vel
A két rendszert a Subaru a Legacy csúcsmodellnél vetette be. A Hardware maradt a régi, az elektronikus vezérlés a szenzorok révén CAN kommunikációval jutnak a VDC vezérlőegységbe. (Vehicle Dynamics Control)

2004: Állandó összkerékhajtás optimalizált VTD-vel és VDC-vel
Az újonnan fejlesztett öt sebességes automata váltó VTD-vel egy bolygókerék rendszeren keresztül tudja a többtárcsás zárólemezekkel a meghajtó nyomatékot relatív széles határok között az első és hátsó tengelyek között elosztani. Ezért illik az automata a VTD-vel különösen azokhoz az autókhoz, amelyek VDC-vel vezéreltek, mivel ez a vezérlőegység jól kommunikál az automata vezérlőegységével. A vezérlőegység felismeri az autó felül,- vagy alulkormányozottságát, információt küld a sebváltó vezérlőegységének.  Ez redukálja a többtárcsás lemezzáron keresztül a hajtónyomatékot az instabillá vált tengelyen.

Ez a rendszer működik a 2004-től a 3.0 Legacykban és az Outbackben.

 

A technika részletesen

 

A lemezzár felépítése és működése
Automata váltó VTD-vel

A sebességváltóból kimenő forgatónyomaték a bolygókerékegységhez jut a  primér napkeréken keresztül, az meghajtja a bolygókerekeket. Ezek állandó kapcsolatban vannak a bolygókeréktartóval, amely összeköttetésben áll az első tengelyhez vezető lehajtófogaskerékkel. A hátsó bolygókerekek a sekunder napkeréken keresztül meghajtják a hátsó tengelyhez vezető meghajtó tengelyt.
A meghajtóerő elosztását az első- és hátsótengelyhez végül a végleosztó szabályozza. A lemezzár zárja a fellépő fordulatszám különbségnél az első és hátsó tengely között a bolygókerékrendszert. A normál erőmegosztás 36/64 % a lemezzáron keresztül fokozatmentesen automatikusan megváltoztatható. Emellett a  zárási fok nagysága a fordulatszám különbség nagyságától függ és a nagy különbség esetén akár 100 % is lehet.

 

A többlamellás kuplung működése és felépítése
(Automata sebességváltó ACT-4)

Az olajban futó tárcsás kuplung a váltakozóan elhelyezett külső- és belső lamellákból áll. A külső lamellák (acéllamellák) a bolygókeréktartóval vannak szoros kapcsolatban. A belső lamellák (dörzslamellák) a lamellatartón a hátsó tengely meghajtó tengelyével vannak szorosan összekötve. A végmeghajtás házban elhelyezkedő dugattyúkat hidraulika  mozgatja. A dugattyúkra ható olajnyomást egy érzékelővel vezérelt szelep szabályozza, amely a jeleket a sebességváltó vezérlő egységtől kapja.   A zárás szabályozására az automatavezérlőhöz a legfontosabb beérkező jelek szolgálnak: a sebességszenzornak a fordulatszám információik és a VDC vezérlőegységtől bejövő információk. Ezen keresztül ismeri fel az elektronika az autó terhelését és az adott helyzetben fellépő fordulatszámkülönbséget az első- és hátsó tengely között. Ezen információk alapján számolja ki a vezérlőegység minden útkörülménynek megfelelően a munkahengerben szükséges olajnyomást, amely a lemellákat szorítja össze. Minél nagyobb a nyomás, annál nagyobb a henger összenyomó ereje, annál nagyobb a meghajtóerő a hátsó tengelyen.

 

A viscokuplung felépítése és működése (Manuális váltó középső differenciállal)

Kívülről- belülről jól szigetelt házban, tengelyeken külső- és belsőlamellák vannak rögzítve.  A tárcsák szilikon olajban futnak, a belső és külső lamellák nem érintkeznek egymással. A külső lamella meghatározott sebességgel forog, a belső áll. A külső lamella forgásával a folyadék ugyan azzal a sebességgel forog. Ha a ház (külső lamella = kapcsolat az első tengelyhez) és a kerékagy (belső lamellák = kapcsolat a hátsó tengelyhez) között fordulatszám különbség van, Pl. mikor egy kerék, vagy tengely megcsúszik, úgy ez az áramláskülönbség kényszererőt indukál, amely - mint ellenállás - a forgó külső lamellákra hat a forgatónyomatékot átadja a hátsó tengelyre.
Olyan a hatás, mint mikor a csuporban kanállal mézet forgatunk. Ha lassan mozog a kanál, a csupor nem mozdul, ha gyorsan forgatom, a csupor is ugyanúgy forog.
A fennálló fordulatszám esetén a szilikon olaj felmelegszik, és a házat teljesen kitölti. A szilikon olaj a hő hatására besűrűsödik, a nyomás a zárt házban növekszik és meghatározott ponton a külső- és belső lemezeket összepréseli. A középső differenciál teljesen zár és erős kapcsolat jön létre az első és hátsó tengely között.  Ha csökken a fordulatszám különbség, az olaj hőmérséklet csökken, oldódik a differenciálban a két tengely közötti zárás, a visco zár visszatér a normál üzemmódba.

 

VDC (Vehicle Dynamics Control)

A Subaru fejlesztési célja optimalizálni az úttartás stabilizációját csúszós úton (a középső differenciál zárásával) és a biztonságos úttartást száraz úton (optimális nyomatékelosztással). Ezen feltételeket sikerült elérni a VDC és a forgáspont visszajelzés összehangolásával. Ez a rendszer dolgozik a 2004-től kiadott 3.0 Legacyban, Outbackben és ma már az összes Subaru típusokban.

A µ-Estimator (µ-Érzékelő) nem igényel különleges szenzorokat, mégis precíz és robosztus. Érzékeli az autó keresztgyorsulását, ad egy értéket, melyet többféle adat befolyásol, tbbk. a kerék karakterisztikája. Ezt a pillanatnyilag adott értéket is felhasználva osztja a középső differenciál a nyomatékot a két tengely között.
Ha hóval fedett az út, a kontrollszisztéma másként működik. A pillanatnyi stabilitásfaktort  „K” -t, mint indexet használja fel a rendszer a kormányzáshoz. A „K” értéke összeáll a VDC szabályozó egység számára felhasznált bejövő információkból, úgymint a kerékfordulatszám, a hossz- és keresztgyorsulás, kormány-szögállás, a forgató nyomaték, féknyomás, motor-forgatónyomaték és a kiválasztott sebességfokozat –információiból. Ezen adatok alapján összehasonlítja a VDC a computerben rögzített adatokkal az aktuális közlekedési szituációból adódó bejövő adatokat és  utasítást ad a végrehajtó szerveknek a cselekvésre.
 Túlkományozottságnál a „K" pillanatnyi stabilitásfaktor  érték negatív,  alulkormányozottságnál pozitív.
Példa: Az autó túl gyorsan megy be egy balkanyarba, jobbra ki akar törni. A VDC érzékeli a szenzoraival, hogy a gk. túlkormányzottá vált, ezért intézkedik: a rendszer fékezi egymástól függetlenül a kanyar-belső kerekeket, egyúttal csökkenti a forgatónyomatékot és a motorteljesítményt, csökkenti mindkét értéket, - ezzel a sebességet valamint  az oldalgyorsulást is,  ezzel megállítja az autó kitörési kísérletét. Az autó biztonságosan megy a kanyarban.

 

t61kanyar.jpg

 

Hogy a könnyelmű pilótákat visszavezesse a biztonság ösvényére, Masaru Katsurada a Subaru fejlesztőmérnöke intézkedett: legyen a rendszer feladata, hogy az autó fizikai határait túllépve a motormanagement és a fékrendszer felhasználásával az autót hossz- és  keresztirányban stabilizálja. A technikusok úgy állítsák be a VDC-t, hogy azért az autó a sportos karakterét ne veszítse el. Az összmunka célja az volt, hogy a négy meghajtott kerékkel összeköttetésben, egy reménytelen  helyzetben, a fizikai határ közelében a VDC rövid, de határozott segítséget nyújtson.

A Subaru összkerékhajtású autóinak az útdinamikaszabályozás - a „VDC” -  magas biztonságot nyújt a mai elérhető legmagasabb technikai csúcson. 2007-től a 3.0 Legacyban és Outbackben a rendszer tovább finomodott az Si-Drive bevezetésével.

 

Dr Déry Péter www.lezerdent.hu

Jelentkezz be!

Aktuális események

Szo márc. 25 @ 2:00PM - 10:00PM
2 éves az eSTi Győri, 2017 március 25, szombat
V ápr. 23 @ 1:00PM - 06:00PM
Kakucsring 2017 Április 23-a Vasárnap délután
Szo máj. 13 @ 8:00AM -
Subaru Klub Majális Törökmezőn
Szo jún. 17 @ 8:00AM - 05:00PM
OST XIV Drótszamár Kemping

Eseménynaptár

Előző hónap Május 2017 Következő hónap
H K Sz Cs P Szo V
week 18 1 2 3 4 5 6 7
week 19 8 9 10 11 12 13 14
week 20 15 16 17 18 19 20 21
week 21 22 23 24 25 26 27 28
week 22 29 30 31