Активные дифференциалы — Журнал «4х4 Club»
Технологии
20 августа 2013
Не так давно набор из трех блокировок казался джиперам пределом мечтаний. Однако сегодня даже кроссоверы способны предложить куда более эффективное управление крутящим моментом. Если говорить о коротких отрезках времени, конечно…
Многочисленные системы блокировок не раз уже описаны на страницах нашего журнала. Они остаются востребованными и незаменимыми на полноценных внедорожниках, но несколько громоздки, а главное – экономически мало обоснованны на более легких машинах.
На сцену все чаще выходят электронные системы раздачи крутящего момента, не только умеющие частично блокировать дифференциал, но и успевающие помочь водителю, вовремя попридержав от проскальзывания одно колесо или, наоборот, подкрутив другое. Их распространению способствует и тот факт, что формат массового автомобиля повышенной проходимости ощутимо сместился из сферы полноценных внедорожников, способных медленно и верно, на второй пониженной, прокладывать себе путь среди леса, в область кроссоверов, для которых ценнее динамичная езда и стабильность управления. Впрочем, если быть точным, то именно кроссоверы и сделали полный привод широко распространенным.
Torsen. Среди неуправляемых самоблокирующихся дифференциалов этот наиболее простой и «прозрачный»
ИМИТАЦИЯ АКТИВНОСТИСразу оговоримся, что «дифференциальный подход» к тяге на каждом колесе часто реализуется простым подтормаживанием незагруженного колеса автомобиля с дифференциалом обычным, свободным. Этим занята стандартная система ABS, которая в данном случае работает наоборот. Из антиблокировочной она превращается в противобуксовочную – ПБС – и, зажав буксующее колесо, отправляет крутящий момент на противоположное, с лучшим сцеплением. Таким же «тормозным» образом имитируется блокировка дифференциала у тех машин, где ее нет в металле. Например, подобной имитацией оборудованы все Mercedes-Benz M-класса и многие другие кроссоверы.
СУПЕРАКТИВЕН, ГИПЕРАКТИВЕН
Однако это слишком просто – нас же интересует дифференциал, способный перенаправлять поток мощности к левому или правому колесу. Подобное устройство применено, например, в BMW X6 и называется Dynamic Performance Control (DPC). Вот это настоящий активный дифференциал. Его конструкция аналогична хорошо известному AYC, с которым не первое десятилетие хорошо знакомы обладатели Mitsubishi Lancer Evolution. Устроен DPC несложно – с обеих сторон блок сателлитов дополнен планетарными редукторами, которые подключены вместо прямой передачи через блоки многодисковых фрикционов. Получается, что на момент включения фрикционов правой или левой стороны дифференциал становится несимметричным – отдающим соответственно направо или налево больше крутящего момента.
«Ах, опять эти ваши фрикционы!» – заметите вы и будете совершенно правы. В любом узле распределения крутящего момента, будь то подключение второго ведущего моста или распределение тяги между колесами, воздействовать на трансмиссию оперативно и при помощи электроники способны только фрикционы.
Так вот, став несимметрично приводным, задний мост начинает разворачивать движущийся автомобиль примерно так же, как поворачивает гусеничный трактор, – разнотягом сторон.
Доворот. Весь смысл хитрого дифференциала – в довороте машины без участия передних колес
ПАРУС ПО ВЕТРУЧто это дает? В первую очередь разнотяг помогает повернуть автомобиль в тех ситуациях, когда сцепления передних повернутых колес оказывается недостаточно. У машины как бы появляется вторая управляемая ось.
Во-вторых, этот же эффект может быть применен наоборот – для стабилизации курсовой устойчивости. «Но есть же система ESP, – возразите вы, – разве она не способна сделать то же самое?» Способна, но лишь наполовину, потому как ESP работает «в минус», подтормаживая вращающееся колесо, снижая тягу на нем, а DPC – «в плюс». Она способна увеличить и скорость вращения колеса, и подводимый к нему момент. Если проще – диапазон возможных воздействий на конкретное колесо вырастает вдвое, позволяя для каждого случая выбирать между замедлением и ускорением, снижением крутящего момента или его увеличением. Выбор зависит от конкретных дорожных условий для каждого колеса.
Результат работы активного дифференциала в какой-то мере можно сравнить с индивидуальным приводом каждого колеса, как это сделано у электромобилей с мотор-колесами. Разумеется, подобный подход открывает для электронных систем стабилизации почти неограниченные возможности как по доворачиванию машины на криволинейной территории, так и по удержанию на идеальной прямой.
Само собой, электроника активных дифференциалов, как и системы ABS, ESP и противобуксовки, тесно связаны с модулями управления двигателем и коробкой. Больше того, сегодня зачастую это единый «мозг», управляющий всем потоком мощности автомобиля.
КТО В ДОМЕ ХОЗЯИН?
Машина думает за меня. Хорошо ли это? Резонный вопрос. Да вроде хорошо, потому что быстродействие и безошибочность срабатывания систем дают сто очков вперед любому драйверу. К тому же автоматика никогда не устает, а малоопытный водитель получает помощника уровня лучших заводских испытателей.
Но и плохо, поскольку тонкости настроек электронных помощников напрямую зависят от того, насколько полноценно прототип автомобиля тестировали в условиях заводского полигона. И от того, как полно были внесены в полигонные установки поправки реальных испытаний на обычных дорогах. Важно, были ли учтены при прописывании таблиц значений тех или иных функций дорожные условия, общая манера вождения и прочий местный колорит конкретного региона, в который поступит нафаршированный суперсовременной электроникой автомобиль.
Есть и еще один интересный момент: наибольшее количество претензий к работе продвинутой автоматики распределения тяги у наиболее опытных драйверов, требовательно относящихся к тому, как ведет себя автомобиль в предельных режимах.
Свободный. Ядром активных систем все равно остается стандартный конический дифференциал – самая надежная и отработанная конструкция
Разумеется, любая, даже самая быстрая серийная модель получает на заводе некий усредненный алгоритм работы автоматики. Тем же, кто желает его скорректировать, остается идти путем, проложенным профессиональными спортсменами, – создавать собственную картину поведения автомобиля, настраивая его под себя. Сегодня это в основном удел редких автоманьяков. Но нет сомнений в том, что завтра подобные опции индивидуальной подстройки автоматических систем будут предлагать примерно так же, как сегодня мы создаем персональный интерфейс для смартфона.ЧТО ЗА ГРАНЬЮ?
У продвинутой автоматики есть еще один аспект, который должен насторожить амбициозных, но не слишком опытных водителей. Прекрасно работающее содружество ESP, ABS, DPC и подобных порождает у водителя хорошо упакованной модели уверенность в собственном автомобиле на 120%. Примерно это же обещают и рекламные проспекты. И действительно: машины с продвинутой электроникой как по рельсам идут там, где не умудренные автоматикой предшественники виляли хвостом или не хотели поворачивать. Электроника позволяет удерживать колеса гораздо ближе к пределу сцепления с дорогой. Но, наслаждаясь доворотом задними колесами или отменной рулежкой на голом льду, помните, что тормозить в случае чего вам придется обыкновенными четырьмя колесами. И ни одна ABS не в силах изменить коэффициента сцепления резины с покрытием.
Range Rover Overfinch решил побороться с Bentley Bentayga. По крайней мере, по цене
АвтомобилиГенерал песчаных карьеров. «Нива» Dune Crawler V8
АвтомобилиВживую новый Santa Fe выглядит немного иначе
НовостиHyundai Santa Fe 2024 выйдет с тремя рядами сидений и совершенно новым лицом
АвтомобилиMobil 1 выпустил видео с призывом освободиться от электричества
НовостиНа выход пикапа RAM Rampage, Chevrolet ответит спортивной «Монтаной»
АвтомобилиVolvo TP21. Ну и кто здесь самый брутальный?
НовостиСамый дешёвый и уродливый Defender
НовостиКритические места.
На что нужно обратить внимание при покупке подержанного VW Tiguan АвтомобилиЯпония намерена ограничить экспорт подержанных автомобилей в РФ
НовостиBMW патентует активный дифференциал
BMW будет применять принципы традиционных автомобилей к своим электромобилям, что приведет к лучшей управляемости и увеличению запаса хода
На днях был обнаружен новый патент, который BMW подал во Всемирное ведомство интеллектуальной собственности, в котором подробно описывается конструкция дифференциала, которым могут быть оснащены будущие электромобили. Описание этой идеи простое: устройство для управления отдельным колесным приводом в электрифицированных двухосных транспортных средствах, в частности электромобилях с более чем одним приводным двигателем на ось, таких как четырехмоторный прототип электромобиля, используемый для разработки электрического M3.
BMW отмечает, что существующие электромобили с одним двигателем на каждом колесе способны точно распределять мощность на каждое колесо.
Это известно как векторизация крутящего момента, и векторизация электрического крутящего момента не является чем-то новым. Но электромобили с двумя электродвигателями на одной оси, как правило, в конечном итоге снижают запас хода, чтобы достичь своего мегапотенциала производительности, и BMW хочет решить эту загадку.
Вам не нужна вся мощность двух электродвигателей при любых условиях вождения, поэтому, чтобы обуздать эту большую неэффективность, BMW предлагает использовать скользящие муфты, магнитные муфты или кулачковые муфты для соединения и разъединения этих двигателей по мере необходимости, то есть только одной из них, две фактически приводили бы в движение ось.
BMW особо отмечает, что стремится найти «улучшение эффективности при низких нагрузках», но также указывает, что автомобили с электрическим приводом на задней оси будут в невыгодном положении из-за отключения типа Haldex (неполный полный привод), которое питает только переднюю часть оси до потери сцепления с дорогой. BMW говорит, что установка заднего привода «более благоприятна с точки зрения динамики движения», но что традиционные средства достижения целевых показателей эффективности отключают всю ось, обычно переднюю.
Это говорит нам о нескольких вещах. Во-первых, этот дифференциал для электрифицированного транспортного средства, вероятно, изначально будет применяться к полноприводному автомобилю, который приводит в движение обе оси, а во-вторых, полноприводный автомобиль с передним приводом (например, M235i Gran Coupe) может вести себя как с задним с приводом, очень похожим на систему M xDrive с задним смещением в таких автомобилях, как BMW M5. Кроме того, гибридный автомобиль может иметь полный привод без какой-либо физической связи между двигателем внутреннего сгорания спереди и электрифицированной задней осью, но при этом может действовать так, как если бы главной целью была максимальная эффективность.
Благодаря возможности задействовать только один двигатель на оси по мере необходимости (вместо того, чтобы оба двигателя были постоянно активны), электрифицированные биммеры будущего будут более эффективными и смогут пойти дальше, несмотря на то, что они одновременно будут предлагать выдающуюся динамику вождения благодаря еще более надежному распределению крутящего момента и возможности предлагать только RWD в качестве режима движения.
BMW предположила, что ее первые настоящие электромобили M смогут делать то, что не могут другие автомобили, но также заявила, что не будет навязывать электрическую мотивацию подразделению M, пока технология не будет достойна этого знаменитого значка.
Внедрив традиционный тип дифференциала в будущую электрическую трансмиссию, похоже, что BMW сдержит свое обещание сделать электрифицированные продукты M привлекательными и блестящими, сохраняя при этом максимальную энергоэффективность. Это, в сочетании с совершенно новой платформой и предстоящим появлением твердотельных батарей, должно сделать продукт привлекательным, независимо от того, являетесь ли вы энтузиастом или защитником окружающей среды.
Активное управление дифференциалом для улучшения управляемости переднеприводных автомобилей с высокими динамическими характеристиками
Активное управление дифференциалом для улучшения управляемости переднеприводных автомобилей с высокими динамическими характеристиками
Скачать PDF
Скачать PDF
- Опубликовано:
- Сынхун У 1,2 ,
- Хёнсу Ча 1 ,
- Кёнсу И 1 и
- … 9 0009 Соньюн Чан 2
Международный журнал автомобильных технологий том 22 , страницы 537–546 (2021)Процитировать эту статью
160 доступов
3 Цитаты
Детали показателей
Abstract
В этом документе представлена активная система управления дифференциалом для улучшения характеристик управляемости и ускорения. Обычные переднеприводные автомобили имеют определенные недостатки, в том числе недостаточное ускорение и чрезмерную недостаточную поворачиваемость при разгоне в повороте. Для решения этой проблемы мы предлагаем логику предотвращения недостаточной поворачиваемости. Во-первых, для быстрого реагирования крутящий момент заранее распределяется на внутренние и внешние колеса в соответствии с величиной предполагаемого тягового потенциала колес. Если происходит пробуксовка колеса, то дополнительный крутящий момент передается на внешнее колесо пропорционально приращению скорости внутреннего колеса по сравнению с внешним колесом. Однако передача крутящего момента на внешнее колесо ограничена пропорционально превышению скорости внешнего колеса по сравнению с неведущим колесом, чтобы предотвратить силовое скольжение. Логика предотвращения избыточной поворачиваемости может улучшить демпфирование рыскания. Алгоритм передает крутящий момент от внешнего колеса к внутреннему колесу пропорционально скорости рыскания, превышающей целевое значение. Затем этот алгоритм был оценен с помощью испытаний транспортных средств. Электронный дифференциал повышенного трения с предложенным алгоритмом был запущен в серийное производство и получил положительные отзывы международных СМИ.
Скачайте, чтобы прочитать полный текст статьи
Сокращения
- Т в :
крутящий момент на входе от коробки передач, Н·м
- Т Д ифф :
крутящий момент, передаваемый дифференциалом, Н·м
- Т Муфта :
крутящий момент, передаваемый сцеплением, Н·м
- Т Левый :
крутящий момент на выходе на левый карданный вал, Н·м
- Т Справа :
Выходной крутящий момент на правый карданный вал, Н·м
- Ф х_макс :
допустимая движущая сила шины, Н
- Ф г :
боковая сила шины, Н
- мкм :
коэффициент трения
- Ф из :
вертикальное усилие шины, Н
- и г :
боковое ускорение, м/с 2
- г :
ускорение свободного падения, м/с 2
- Ф привод :
движущая сила от силового агрегата, Н
- Т привод :
крутящий момент от силового агрегата, Н·м
- Р шина :
радиус шины, м
- Т ELSD_WSP :
Момент упреждающего контроля пробуксовки колес, Н·м
- Ф x_max_in :
Предел сцепления внутреннего колеса, N
- Ф x_max_out :
предел тяги внешнего колеса, N
- Т ELSD_WSF :
Момент управления обратной связью по частоте вращения колеса, Н·м
- ω в :
Угловая скорость внутреннего колеса
- ω из :
Угловая скорость внешнего колеса
- ω № :
Эталонная угловая скорость колеса (не ведущее)
- Т ELSD_YRF :
Управление крутящим моментом с обратной связью по скорости рыскания, Н·м 9\cdot _{Цель}}\) :
целевая скорость рыскания (оценщик), рад/с
- В:
скорость автомобиля, м/с
- Л:
Колесная база, м
- К США :
Градиент недостаточной поворачиваемости, рад/(м/с 2 )
- Δ:
Угол поворота (ходовое колесо), рад
- х ч :
характеристическая скорость, м/с
Ссылки
Ассадиан Ф. , Хэнкок М. и Бест М.С. (2008). Разработка алгоритма управления активным дифференциалом повышенного трения. Проц. 10-й междунар. Симп. Усовершенствованное управление транспортным средством (AVEC). Лафборо, Великобритания.
Чен Ю., Хедрик Дж. К. и Го К. (2013). Новый контроллер прямого рыскающего момента для электромобилей с приводом от колеса. Динамика систем автомобиля 51 , 6 , 925–942.
Артикул Google Scholar
Фокс, М. и Грогг, Дж. (2012). Разработка переднеприводного ELSD для повышения эффективности и безопасности. Технический документ SAE № 2012-01-0305.
Гох, Дж. Ю. и Гердес, Дж. К. (2016). Одновременная стабилизация и отслеживание основных траекторий дрифта автомобиля. 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symp. (IV). Готенбург, Швеция.
Хэнкок, М.Дж., Уильямс, Р.А., Фина, Э. и Бест, М.К. (2007). Управление рысканьем через активные дифференциалы. Пер. Институт измерения и контроля 29 , 2 , 137–157.
Артикул Google Scholar
Хейссинг Б. и Эрсой М. (ред.). (2010). Справочник по шасси: основы, динамика вождения, компоненты, мехатроника, перспективы. Springer Science & Business Media. Берлин, Германия.
Google Scholar
Hyundai Motor Company. (2020). e-LSD: Электрический дифференциал повышенного трения. Премия IR52 Чан Ён Шиля, 10 нед.
Джоа Э., Парк К., Кох Ю., Йи К. и Ким К. (2018). Интегрированное управление шасси на основе проскальзывания шин для распределения тяги между передними и задними колесами и независимый тормоз четырех колес от умеренного вождения до предельной управляемости. Динамика систем автомобиля 56 , 4 , 579–603.
Артикул Google Scholar
Джоа, Э. , Ча, Х., Хён, Ю., Кох, Ю., И, К. и Пак, Дж. (2020). Новый подход к управлению автоматизированным дрифтингом с учетом характеристик вождения опытного водителя. Control Engineering Practice , 96 , 104293.
Статья Google Scholar
Кинси, Дж. (2004). Преимущества самоблокирующегося дифференциала с электронным управлением. Технический документ SAE № 2004-01-0861.
Лутц А., Шик Б., Хольцманн Х., Кохем М., Мейер-Туве Х., Ланге О., Мао Ю. и Тосолин Г. (2017). Методы моделирования, поддерживающие омологацию электронного контроля устойчивости в вариантах транспортных средств. Динамика систем автомобиля 55 , 10 , 1432–1497.
Артикул Google Scholar
Мешади Б., Мостаани С. и Маджиди М. (2011). Повышение устойчивости автомобиля за счет использования активного дифференциала. Проц. Институт машиностроения, часть I: J. Systems and Control Engineering 225 , 8 , 1098–1114.
Google Scholar
Морселли Р., Занаси Р. и Сандони Г. (2006). Детализированные и уменьшенные динамические модели пассивных и активных самоблокирующихся дифференциалов автомобилей. Математическое и компьютерное моделирование динамических систем 12 , 4 , 347–362.
Артикул Google Scholar
Пиябонгкарн, Д., Грогг, Дж., Юань, К., Лью, Дж. и Раджамани, Р. (2006a). Динамическое моделирование устройств смещения крутящего момента для контроля рыскания автомобиля. Технический документ SAE № от 01.01.1963 г.
Пиябонгкарн Д., Лью Дж., Грогг Дж. и Кайл Р. (2006b). Улучшенная устойчивость при тяге и контроль рыскания с помощью электронного дифференциала повышенного трения. SAE Trans. , 931-941.
Пиябонгкарн, Д., Лью, Дж. Ю., Раджамани, Р., Грогг, Дж. А. и Юань, К. (2007). Об использовании систем смещения крутящего момента для электронного контроля устойчивости: ограничения и возможности. IEEE Trans. Технология систем управления 15 , 3 , 581–589.
Артикул Google Scholar
Пиябонгкарн, Д., Лью, Дж. Ю., Раджамани, Р. и Грогг, Дж. А. (2010). Активные системы управления крутящим моментом трансмиссии. Журнал IEEE Control Systems 30 , 4 , 86–102.
Артикул MathSciNet Google Scholar
Платто Р., Гвидони С., Саккеттини П. и Джессон Р. (1995). Сочетание дифференциала Torsen и электронной системы контроля тяги обеспечивает безопасность движения и управляемость. ИмечЭ , 1995, CA98/30/144.
Рубин, Д. и Арогети, С.А. (2015). Контроль устойчивости транспортного средства по рысканью с использованием активного дифференциала повышенного трения с помощью методов управления с прогнозированием модели. Динамика систем автомобиля 53 , 9 , 1315–1330.
Артикул Google Scholar
Сасаки Х., Найтоу Г., Это Ю., Окуда Дж., Кусукава Х. и Секигучи С. (1994). Разработка системы дифференциала повышенного трения с электронным управлением. Обзор JSAE 15 , 4 , 348–350.
Артикул Google Scholar
Шин, С. и Бауэрман, В. (2002). Оценка смещения крутящего момента и эффективности дифференциала Torsen. SAE Trans. , 1495-1505.
Сонг, П., Томизука, М. и Зонг, К. (2015). Новый интегрированный контроллер шасси для автомобилей с полным приводом. Динамика систем автомобиля 53 , 2 , 215–236.
Артикул Google Scholar
Веленис Э., Кацуракис Д., Фраззоли Э., Циотрас П. и Хаппи Р. (2011). Установившаяся стабилизация заноса заднеприводных автомобилей. Инженерная практика управления 19 , 11 , 1363–1376.
Артикул Google Scholar
Уэмацу, К. и Гердес, Дж. К. (2002). Сравнение нескольких поверхностей скольжения для контроля устойчивости. Проц. 6-й междунар. Симп. Усовершенствованное управление транспортным средством (AVEC). Хиросима, Япония.
Ву, С., Парк, С. и О, Ю. (2007). Решение проблемы управления крутящим моментом переднеприводного автомобиля с тяговитым двигателем на стадии разработки автомобиля. Технический документ SAE № 2007-01-3656.
Ву С., Юнг М. К., Сонг Дж. Х., Ян С. С. и Джанг С. Ю. (2019a). Способ управления электронным дифференциалом повышенного трения , KR:201
276.
Ву С., Юнг М. К., Сонг Дж. Х., Ян С. С. и Джанг С. Ю. (2019b) Метод управления электронным дифференциалом повышенного трения. Патент США 16/527,953.
Скачать ссылки
Подтверждение
Это исследование было поддержано (частично) SNU-IAMD.
Информация об авторе
Авторы и организации
Школа машиностроения, Сеульский национальный университет, Сеул, 08826, Корея
Seunghoon Woo, Hyunsoo Cha и Kyongsu Yi
Отдел исследований и разработок, Hyundai Motor Company, 150 Hyundaiyeonguso-ro, Namyang-eup, Hwaseong-si, 18280, Корея
Seunghoon Woo и Seongyun Jang
- Seunghoon Woo
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Hyunsoo Cha
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Kyongsu Yi
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Seongyun Jang
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Автор, ответственный за переписку
Кёнсу И.
Дополнительная информация
Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Права и разрешения
Перепечатка и разрешения
Об этой статье
Детальный дифференциал Active M
//Технология M5
by MichaelВо время нашего пребывания с M5 в Испании мы были удивлены новым дифференциалом, который называется активным дифференциалом M (в этом нет ничего удивительного). Он был тихим, хорошо играл и безупречно переносил мощность с колеса с проскальзыванием на колесо с сцеплением.
Согласно полученной нами информации, он имеет ограниченные паразитные потери и является лишь одним из многих компонентов, которые помогают новому M5 достигать выдающихся характеристик при одновременном повышении эффективности. Мы разобрали сложности, как смогли. Это удивительная аппаратная часть.
Активный дифференциал M — это следующий шаг в обеспечении большей управляемости и устойчивости заднеприводного шасси. Вместо того, чтобы требовать проскальзывания, как вязкостной дифференциал, новая система может быть упреждающей благодаря использованию электроники. Он интерпретирует данные системы динамического контроля устойчивости, чтобы обеспечить оптимальное усилие блокировки для каждого колеса до того, как одно из них вырвется на свободу.
В дополнение к использованию системы DSC активный дифференциал M может адаптироваться в зависимости от положения педали, скорости вращения колес и скорости рыскания. Все это происходит чрезвычайно быстро и точно. Этот дифференциал способен передавать мощность на внешнее колесо в крутом повороте, а также противодействовать потере сцепления при смене полосы движения на высокой скорости. Это может даже уменьшить склонность к недостаточной поворачиваемости при прохождении поворотов с полной нагрузкой.