Ето превод на статията от линка по-горе:
DCCD - Driver Controlled Center DifferentialОт Сет Купър
Статията се състои от теоретичен поглед на това, как работи DCCD (Контролиран от Водача Централен Диференциал).
За опростяване ще го разгледаме като съчетание от прост отворен диференциал с обикновен съединител и така ще обясним как въртящият момент, генериран от двигателя, стига до предните и задните колела.
Информацията в статията идва от няколко източника, включително материали, публикувани от Субару, уебстраници и различни хора. Голяма част от материала е взета от сайта
http://www.howstuffworks.com .
Преди да обсъждаме DCCD, е необходимо да дефинираме термина „въртящ момент”, който ще бъде споменаван много пъти в тази статия. Дефиницията за въртящ момент в
http://www.howstuffworks.com е:
Въртящият момент е сила, която се опитва да върти и усуква нещата. Вие генерирате въртящ момент всеки път, когато прилагате сила, с помощта на гаечен ключ. Затягането на гайките на колелата е добър пример. Когато използвате гаечен ключ, вие прилагате сила на дръжката. Тази сила създава въртящ момент върху гайката, която я завърта. Единиците, в които се измерва въртящият момент са н.м (Нютон.Метър). Както виждате в тях се съдържат единици за сила (Нютон) и за разстояние (Метър). В тях се съдържа обяснението за въртящ момент: сила приложена на дадено разстояние с цел да завърти или усуче нещо. Двигателят на колата генерира тази завъртаща сила, а после трансмисията, задният, предният, централният диференциал и осите прехвърлят, умножават, и делят тази сила за да я закарат до колелата. Завъртайки колелата, колата принуждава гумите да избутат назад земята, и в резултат на закона на Нютон (Всяко действие има противоположно по посока и еднакво по сила противодействие) – земята избутва колата напред и тя се движи.
Отворен диференциал Диференциалът е устройство, което разделя въртящия момент идващ от двигателя(вход) в две посоки (два изхода), позволяващо всеки негов изход да се върти с различна скорост. Диференциалът има специалното свойство да разделя въртящият момент идващ от входния вал (задвижван от двигателя) във фиксирано отношение, между двата изходящи вала, независимо от скоростите им на въртене. В стандартен диференциал, намиращ се на предната или задната ос на масова кола, това съотношение е 50:50. DCCD е централен (междуосев) планетарен диференциал. Конструиран е така, че да може лесно да се избере съотношението на въртящия момент на двигателя, разделен между предна и задна ос в зависимост от размера на зъбните колела, които се използват. При STi моделите на Субару, проектантите са решили 35% от въртящият момент да отива към предните колела и 65% към задните. При ВРХ моделите на Субару и при Мицубиши ЕВО е 50:50, при БМВ 3 Х-Драйв и при Порше Кайен е 62% към задните, и 38% към предните колела.
Ползата от отворения централен диференциал е, че улеснява движението на колата, когато завива. При завой предният и задният вал на колата се въртят със различни скорости, защото задната ос прави по-малка окръжност и съответно изминава по-малък път и се върти по-бавно. Централният диференциал позволява всичко това да стане и да се запази разделянето на въртящия момент между преден и заден вал.
За да се разберат ограниченията налагани от отворения диференциал, трябва да се обяснят някои неща за сцеплението. Третият закон на Нютон гласи: Всяко действие има противодействие равно по сила в обратната посока. Или ако перифразираме: не може да буташ нещо, ако то не бута срещу теб (оказва съпротивление). Тази концепция става много важна, когато говорим за сцепление. Отново цитат от
http://www.howstuffworks.com:
„Има два фактора, които определят колко въртящ момент може да се приложи върху колелата: оборудването и сцеплението. При сухи условия, когато сцеплението е добро, стойността на въртящия момент, приложен върху колелата се ограничава от мощността на автомобила и скоростната кутия. Но при условия, при които сцеплението е малко, както при карането по лед, максималната стойност на въртящият момент приложен към земята, е тази, при която превърти колело. Значи дори колата да може да произвежда повече въртящ момент, трябва да има сцепление за да се предаде този въртящ момент на земята. Ако се подаде повече газ, след като колелата са приплъзнали, те просто ще започнат да се въртят по-бързо.” Така че с всички колела върху лед, двигателят произвежда много малък въртящ момент. Това е така, защото единствените неща, които оказват съпротивление на двигателя са сцеплението с леда, инерцията, триенето на частите на двигателя и триенето в ходовата част, и диференциалите, което е пренебрежимо малко.
Сега какво става, когато само предните колела на СТИ-ката са върху леда? Тук идва проблема с отворените диференциали. Диференциалът държи разпределението на въртящ момент твърдо 35:65 (преден:заден мост). Обяснихме, че предните колела могат да поемат много малък въртящ момент преди да изгубят сцепление. Това ограничава въртящия момент подаван от двигателя. Той е 2,8 пъти момента на предните (фиксираното съотношение (1/0,35)). Ако моментът към предните колела е малък, момента произвеждан от двигателя ще е 2,8 пъти този малък момент, което също е много малък момент – недостатъчен да премести колата.
Нека да дадем един пример:
Отворен диференциал и предните колела на лед: Да приемем, че въртящият момент, който ще накара предните колела да загубят сцепление е 10 н.м. То значи двигателят произвежда 2,8х10=28н.м въртящ момент. За задните колела остават 18 н.м. Тези 18 н.м не са достатъчни да завъртят задните колела и да придвижат колата, но това няма значение. Двигателят през централния диференциал ги усуква с 18 н.м независимо дали се въртят или не. Запомнете, че отвореният диференциал позволява на валовете да се въртят с различни скорости, но запазва разпределението на въртящ момент. В този пример, независимо колко се форсира двигателя, въртящия момент, който той произвежда си остава 28 н.м (ограничен от липсата на натоварване).
Нека дадем още един пример, който илюстрира разликата между усукване и завъртане:
Отворен диференциал с дръпната ръчна спирачка: Тук задните колела са блокирани от ръчната спирачка, но колата може да се движи. Нека да приемем , че предните колела са на асфалт, а задните на пясък. Ако въртящият момент, който двигателят трябва да предаде на предните колела за да могат да придвижат колата като влачат задните колела е 100 н.м, то двигателя трябва да произведе 2,8х100=280 н.м. Останалия въртящ момент от 180 н.м усуква задните колела. Накладките трябва да прилагат същата сила за да предотвратят въртенето на задните колела.
Тук трябва да се отбележи, че и в двата случая цялата мощност на двигателя отива в предните колела, но разпределението на въртящият момент между преден и заден мост (35:65) не се променя. Също така според закона за запазване на енергията и в двата примера предния мост се върти 2,8 пъти по-бързо от двигателя.
Във втория пример, отворения диференциал е предимство. Ако водачът иска да направи завой, използвайки ръчната спирачка и колата да продължи да се движи, използвайки предните колела,това е възможно. Точно за това DCCD се отключва, когато е дръпната ръчната спирачка. (Не всички имплементации на DCCD го правят) Но в първия пример, ограничението на въртящия момент, подаван от двигателя от това, че предните гуми са върху лед е недостатък.
Диференциал с ограничено приплъзване (Limited Slip Differential – LSD)Решението на проблема с отворения диференциал при DCCD е частичната му блокировка. Накратко казано диференциалите с частична блокировка прехвърлят въртящ момент. DCCD има сложен механизъм от съединителни плочи, но за опростяване ще приемем че се състои от две - едната свързана към вала на предния мост и втора, свързана към вала задвижващ задния мост. Когато се задейства този съединител, двата вала се свързват и скоростите им на въртене се опитват да се изравнят. Но какво става, когато двата вала вече се въртят с една и съща скорост? Този въпрос може да бъде зададен и по друг начин: Какво е разпределението на въртящ момент, когато блокирането/съденителя/ е напълно задействано, а скоростите на валовете вече са равни? (Забележка: този въпрос е приложим само при механизми от съединителен тип. Механизми с частична блокировка от вискозитетен тип не могат да прехвърлят въртящ момент без да има разлика в скоростите на валовете.)
Отговорът на този въпрос е : Зависи. Не е нито 35:65, нито 50:50. Често в литературата (Официално издадената от Субару и друга) се споменава нещо от рода на „разпределение на въртящия момент по равно” ,но това е неточно опростяване на много по-сложен процес. По точният отговор би бил:
Зависи от:
1. Разпределението на тежестта в предната и задната част на колата
2. Динамичното натоварване на осите (от ускорение или забавяне)
3. Наличното триене при гумите, което зависи от повърхността, по която се движи колата и от самите гуми.
4. До каква степен се е задействала блокировката /силата на сцепление на съединителя/
5. Количеството на въртящият момент идващ от двигателя
Промяната в някоя от тези величини може да промени количеството и разпределението на въртящия момент между преден и заден мост. Какво всъщност означава това? Отговорът е: Нищо особено. Докато преден и заден мост се въртят с една и съща скорост, на кого му пука кой върши цялата работа? Точно това е красотата на съединителя с частична блокировка. Понеже валовете са принудени да се въртят заедно, няма значение кой вал, каква част от работата извършва (кой какъв процент от въртящият момент на двигателя получава). Чистият резултат е, че всички колела се въртят с една и съща скорост, и колата се изстрелва напред. Но за да разберем по-добре какво точно прави съединителя и какви сили на кой вал и на кои гуми се прилагат, ще трябва да разгледаме въпроса по отблизо.
Нека да разгледаме нашите примери отново, но този път частичната блокировка е задействана и двата вала са принудени да се въртят заедно.
Заключен диференциал и предните гуми на лед: Както в предишния пример, въртящият момент, при който ще превъртят предните колела е 10 н.м. Точно както в предният пример това е максималният въртящ момент, който може да се приложи на предния мост. Защо? Защото леда може да бута обратно колата напред само с 10 н.м. Следователно и предните гуми могат да бутат колата само с 10 н.м (Трети закон на Нютон). Това е много важно да се разбере. Не можеш да буташ срещу нещо, което не бута срещу теб. Но след като двата вала са заключени заедно, двигателят може да приложи повече от 10 н.м на своята връзка към предния вал. Всъщност е най-добре да се мисли за тях като за един общ вал, на който двигателя прилага усилие в две точки една до друга - на едната прилага 35 процента от усилието, а другата - 65 процента. Ако двигателят приложи 100 н.м, какво се получава? 35 н.м отпред и 65 н.м отзад? Но нали предницата може да поеме само 10 н.м? Ако задните колела могат да поемат останалия въртящ момент (90 н.м) без да приплъзнат, те го поемат и колата мърда напред (приемаме, че това е достатъчно да мръдне колата). В този случай разпределението става 10:90 (предни:задни). Случаят, когато задните колела могат да поемат повече от 90 н.м, ще разгледаме по-долу.
В този случай, какво определя разпределението на въртящ момент? Определя го колко сцепление имат осите. Но какво определя тази стойност? Определя я ледената повърхност, вида на гумите и тежестта върху осите. Ако има по-голяма тежест върху осите, ще има повече сцепление. Ако са хубави гумите също. Така, че виждате как разпределението на въртящия момент зависи от това, каква част от него всеки вал може да поеме. Да припомним, това са три от изброените по-горе неща – тежест, динамично натоварване и триене.
Ето още един пример:
Заключен диференциал, всички колела на асфалт, багажника на колата е натоварен: Да приемем, че заради пълния багажник 40% от тежестта на колата е на предната ос и 60% на задната ос. Нека да приемем, че когато колата е перфектно балансирана, силата необходима да завърти предните или задните гуми е 200 н.м. Когато колата е разбалансирана от натоварения багажник силата, при която ще превъртят предни или задни колела се променя пропорционално с натоварването с 20 % и става съответно 160 н.м за предните и 240 н.м за задните. И ако двигателят приложи 100н.м на осите разпределението заради товара ще е 40н.м : 60 н.м.
Но ако сложим стари изтъркани гуми отпред и намалим максималния възможен въртящ момент при който превъртат предните колела на 100 н.м, а задния си остане 240 н.м, ако от двигателя идва 100 н.м. реалното разпределение на въртящ момент ще стане 29 н.м отпред и 71 н.м отзад. Със заключен диференциал разпределението на въртящ момент винаги е пропорционално на отношението на максимално сцепление, което гумите могат да поемат. И това винаги зависи от натоварването и триенето.
Но как се получиха последните две числа? Как процента на заключване и въртящият момент прилаган от двигателя влияят на разпределянето на въртящия момент? Те влияят, защото DCCD съединителя не завърта предния и задния вал като един цял вал заедно. Идеята за въображаемия единичен вал е валидна само докато разликата във въртящия момент не стане по-голяма от силата необходима да приплъзне съединителя. След този момент съединителя не може да прехвърли по-голям въртящ момент и валовете се въртят с различна скорост.
Ако перифразираме от howstuffworks.com : „Въртящият момент върху колелата, които не са на лед, не може да превиши въртящия момент, необходим да надвие съединителя. т.е. максималното количество въртящ момент, което може да бъде преместено от предния на задния вал, е количеството, което ще накара съединителя да приплъзне. Тази стойност на приплъзване се определя от коефициента на заключване. Дори при пълно заключване, ЛСД-то ще приплъзне ако се приложи достатъчно голям въртящ момент.
Заключен диференциал, предните колела на лед, задните на асфалт: Нека в този случай да са необходими 3 н.м за да превъртят предните колела и 200 н.м за задните. В тези стойности нека да са включени натоварването на осите и сцеплението. Първоначално ще приемем, че заключеното ЛСД обединява валовете към предния и задния мост в един общ вал. Да приемем, че са необходими 50 н.м да приплъзне съединителя в DCCD-то при 100% пълно заключване. Това означава, че максималният въртящ момент с който двигателят може да усуче предният мост е 53 н.м. Всеки по-голям въртящ момент върху предния вал ще накара съединителя да приплъзне и предните колела да се превъртят. Тези числа означават следното: Ако двигателя произвежда 151 н.м въртящ момент, то усукването на предния вал е 35% или 53 н.м, а на задния е 65% или 98 н.м. На този етап всяка по-голяма стойност на въртящия момент дошла от двигателя ще преодолее триенето на леда и триенето на съединителя на ЛСД-то, и предните колела ще започнат да се въртят, и всяко по-нататъшно усилие да се увеличи въртящия момент ще накара само предните колела да се въртят по-бързо. Разделянето на въртящ момент в този момент ще бъде 3 н.м. на предните и 148 н.м на задните колела.
Предните колела на пръст, задните на асфалт, DCCD заключен на 10%: Същите условия както преди, но ще трябват 50 н.м. да завъртят предните колела и 200 н.м да завъртят задните. Нека също да направим така, че DCCD-то да е задействано на 10%, така че при 5 н.м ще приплъзне. В тази ситуация съединителя ще приплъзне преди да са приплъзнали предните колела. След като приплъзването всеки допълнителен въртящ момент се разделя 35:65, съотношението на отворения диференциал. Точката на преодоляването идва при 33,5 н.м, при която мощността на предната ос става 6,7 н.м, а на задната е 28,7 н.м . Ако увеличим въртящия момент на двигателя до 100 н.м, то тогава оставащите 66,5 н.м се разделят 35:65, така че в крайна сметка имаме 30 н.м отпред и 70 н.м отзад. Ако тогава увеличим заключването на 100%, съединителя ще може да прехвърли цялата разлика във въртящия момент (15 н.м), скоростите на въртене на предния и задния вал ще се изравнят и към предните колела ще отива 20 н.м а към задните 80 н.м. Така , че с промяна на степента на заключване можем да променяме разпределянето на въртящ момент, дори да няма приплъзване в системата.
превод: krass
редкция: BAlexandrov, bad_dog
линк към оригиналната статия:
http://www.clubwrx.net/forums/sti-trans ... ained.html