Алекс, то и на сайта е вече преведено един път от немски на английски... та пуснах го през ИИ от немски на български - това изкара
Subaru – пионер на задвижването на всички колела Въпреки всички ограничения структурните предимства на задвижването на всички колела (AWD) бяха очевидни: системата осигурява максимално сцепление, задвижващите сили не влияят върху поведението на управлението, а AWD гарантира еднозначно и предвидимо поведение на автомобила. Затова беше нужен само малък тласък, за да се пренесе технологията на 4х4 към леките автомобили. Този тласък даде компанията
Tohoku Electric Supply Company, която снабдява с електроенергия префектура Тохоку в северната част на японския главен остров Хоншу. Големият клиент поиска автомобил, с който служителите да достигат до местата си за работа безпроблемно и безопасно дори през зимата.
Subaru разработи
Leone Station Wagon AWD и през
септември 1972 г. достави първия в света лек автомобил със задвижване на всички колела. Allrad-Leone предизвика бум в търсенето сред компании, които се нуждаеха от неговите възможности в снежните и планински райони на Япония. Но моделът се наложи и на експортните пазари:
Subaru Leone Station Wagon AWD стана най-продаваният 4х4 лек автомобил в света и „зародишът“ на Subaru-технологията за AWD.
Забележка: едва осем години след Subaru Leone Station Wagon AWD един южногермански автомобилен производител пусна през 1980 г. на пазара своя „Ur-Quattro“.
Септември 1972: започва ерата на задвижването на всички колелаВътрешно и външно Subaru Leone Station Wagon AWD не се различаваше от моделите с предно предаване. Но притежаваше включваемо задвижване на всички колела (обикновено наричано
Four-Wheel-Drive – 4WD), което прехвърляше част от мощността на двигателя и към задния мост. При Subaru Leone 4WD се реализираше чрез механично осигуряване на твърда връзка посредством
кулачкова (зъбна) муфа – от първоначално задвижваната предна ос към задната ос.
Технически данни: Subaru Leone Station Wagon AWDПараметър Стойност
Дължина / ширина / височина 3995 mm × 1500 mm × 1385 mm
Тегло 855 kg
Двигател Водно охлаждан, 4-цилиндров боксер EA63S
Диаметър × ход 85 mm × 60 mm
Работен обем 1361 cm³
Степен на сгъстяване 8,5 : 1
Макс. мощност 53 kW / 72 к.с. при 6400 min⁻¹
Макс. въртящ момент 10,2 kg·m при 3000 min⁻¹ = 100,06 Nm при 3000 min⁻¹
Трансмисия 4-степенна ръчна
Задвижване Включваем 4х4; твърда механична връзка чрез кулачкова муфа от преден към заден мост
Окачване отпред Независимо, McPherson
Окачване отзад Полу-надлъжни носачи
Системни предимства на AWDЗадвижването на всички колела носи три ключови преимущества за динамиката на автомобила:
- Сцепление (traction)
- Управляемост (handling)
- Стабилност (stability)
По принцип при AWD целият въртящ момент на изхода на трансмисията е наличен за разпределение. Задвижващите сили не влияят върху управлението, а всички Subaru автомобили се отличават с еднозначно, „добронамерено“ и предвидимо поведение. За постигане на това (желано от всички производители) поведение AWD е идеален, защото разпределя задвижващите сили към четирите колела.
Системата за предаване на мощността е решаваща, тъй като видът задвижване и разпределението на силите определят в голяма степен момента, в който се превишава максималният коефициент на сцепление между гумите и пътната настилка. Това се вижда особено ясно в завой, където действат три сили:
- задвижващата сила от двигателя, която ускорява автомобила напред;
- силата на триене, която „закотвя“ колелото към настилката;
- страничната водеща сила (центростремителна), която е резултантна от първите две.
Тази странична водеща сила противодейства на центробежната сила – колкото е по-голяма, толкова по-сигурно е поведението в завой. Страничната водеща сила нараства при по-малки задвижващи сили на едно колело: при два автомобила с еднаква мощност AWD (дели задвижващата сила на четири) постига по-голяма странична водеща сила от 2WD (дели на две).
Пример: Двигателят развива 100 к.с., а всяко задвижващо колело при дадените условия може да превърне максимално 30 к.с. в тяга.
При 2WD всяко задвижващо колело получава (100:2) 50 к.с. – това е с 20 к.с. повече, отколкото може да реализира като тяга → колелата превъртат.
При AWD 100 к.с. се разпределят равномерно към четирите колела. Всяко колело получава (100:4) 25 к.с., т.е. натоварването остава под границата от 30 к.с. на колело → няма превъртане. Разликата важи при всички условия, но става решаваща върху настилки с по-ниско сцепление. Колкото по-рискова е ситуацията, толкова по-ясно се проявява предимството на AWD спрямо 2WD по отношение на безопасността.
Систематична симетрия: Subaru „Symmetrical AWD“Симетрията на конструкцията е определящата характеристика на Subaru-системата
„Symmetrical AWD“, която произтича от комбинацията между боксерен двигател и задвижване на всички колела. В сравнение с V-образните и редовите двигатели, боксерният двигател има предимствата на:
- много нисък център на тежестта;
- напълно симетрична конструкция.
Негов отличителен белег са разположените срещуположно цилиндри. Вътре буталата са подредени по двойки като двама боксьори един срещу друг и се движат хоризонтално. Тази структура позволява по-твърд блок. Балансът на масите при боксерния двигател е практически пълен: конструкцията е ниска, къса и компактна; късият и твърд колянов вал допуска високи обороти; малката височина осигурява нисък център на тежестта и близко до идеалното разпределение на масите. Ниският център на тежестта намалява страничното накланяне в завой и води до по-стабилно поведение. Очарованието на боксерния двигател е свързано и с „естетиката“ на равномерния ход: дори без балансиращи валове боксерът набира обороти плавно до номиналните стойности.
Тези качества са ключови за баланса и ефективността на AWD системата на Subaru: целият силов тракт – от двигателя през трансмисията, карданния вал до диференциала на задния мост – е разположен по права линия и с хоризонтална симетрия. Всички основни компоненти (надлъжно монтираният боксер, трансмисията, крайният предавателен механизъм, карданът и задният диференциал) са разположени линейно и симетрично, което води до
неутрален баланс на автомобила.
Комбинацията от оптимално сцепление и перфектен баланс осигурява максимална стабилност. Тежките агрегати като трансмисия и крайни предавки се намират между двата моста. Това избягва излишно натоварване отпред/отзад и намалява
момента на занасяне (yaw moment). По-ниският момент на занасяне подобрява реакциите на управлението, тъй като намалява инерционния момент при завиване и подобрява общото поведение на автомобила. Оттук следват стабилност и „способност за избягване на произшествия“ – истинският ключ към безопасността, защото е по-добре инцидентът да бъде избегнат, отколкото „само“ преживян.
Симетрията на базовата конструкция допринася и за пасивната безопасност: тя оставя повече пространство от двете страни на двигателния отсек. Това позволява използване на надлъжни носачи, които водят от пътническата клетка директно към бронята и имат съществена роля при поглъщане на енергията при челен удар. Благодарение на монтажната си дълбочина боксерният двигател при челен удар „потъва“ под пода и не навлиза в купето.
Бъдещето: подобряване на динамиката на AWD автомобилитеВ момента Subaru работи по оптимизиране на електронния контрол върху всички аспекти на AWD системата. Целта е комплексна концепция, при която
Symmetrical AWD, системата за контрол на динамиката
Vehicle Dynamics Control, управлението на момента на занасяне и
Tire-Force-Control са интегрирани и свързани. Конструктивната оптимизация на междинния (централния) диференциал, разработката на електронно управляван централен
Limited-Slip Differential (LSD), както и оптимизацията на предния и задния LSD водят почти автоматично до подобряване на динамичното поведение на AWD автомобилите.
Уравнението на бъдещето: Subaru = AWDSubaru последователно продължи развитието, започнало през септември 1972 г. с Leone Station Wagon AWD – първия „протагонист“ на пазара. Уравнението
Subaru = задвижване на всички колела важи и занапред. Хоризонтално симетричната AWD система на Subaru
„Symmetrical AWD“ е и остава ключовата технология на пионера в 4х4 техниката, който преди 33 години постави началото на ерата на AWD в индустриалното производство на леки автомобили. Потенциалът на Symmetrical AWD далеч не е изчерпан – Subaru продължава непрекъснато да оптимизира тази базова технология.
Subaru AWD системи – последователна еволюция от 1972 до 2005Конструктивните различия между отделните AWD системи произтичат от необходимостта ръчните трансмисии да използват различни решения в сравнение с автоматичните.
Subaru AWD системи с ръчна трансмисия1972: Механично включваем AWDНай-простата форма на AWD е включваемото задвижване (Four-Wheel-Drive). При Subaru Leone AWD 4WD се реализира чрез механична твърда връзка посредством кулачкова муфа от предния към задния мост.
1980: Механично включваем AWD и „Dual-Range“Изхождайки от първоначалната система, Subaru продължава развитието. Subaru 1800 (1980) разполага с ръчна трансмисия с включваем AWD и редуктор („Dual-Range“). При издърпване на лоста плъзгаща муфа в скоростната кутия свързва зъбна двойка и така включва разпределението към задния мост. Втора позиция на лоста активира редуктора и режима „Dual-Range“.
1983: Пневматично включваем AWDПри Libero (1983) и Justy (1984) Subaru запазва ръчната кутия с включваем AWD, но включването вече става електропневматично с бутон (превключвател в топката на лоста). Мембранен изпълнителен елемент на трансмисията се свързва чрез електромагнитен клапан от едната страна към вакуума на двигателя, а от другата страна върху мембраната действа атмосферно налягане. Разликата в наляганията активира свързан с мембраната превключващ вал, който управлява плъзгаща муфа и осигурява силово затваряне (положителна връзка) към разпределителния привод.
1987: Постоянно AWDС купето XT на IAA 1987 започва ерата на постоянното AWD при Subaru. За пръв път AWD може да се комбинира алтернативно както с 5-степенна ръчна, така и с 4-степенна автоматична трансмисия. При ръчната версия централният диференциал разпределя силата по равно към предния и задния мост; при разлика в оборотите между мостовете може да се блокира електромеханично: електрически превключвател активира механична блокировка на 100%.
1988: Постоянно AWD с вискозна блокировкаПри първо поколение Legacy Subaru за първи път използва централeн диференциал със самоблокираща вискозна муфа. Конструкцията на трансмисията е сходна с тази на XT, но вискозната блокировка се активира самостоятелно и плавно (степенно) в зависимост от разликата в оборотите между предния и задния мост – до пълно блокиране. Тази концепция (централен диференциал с вискозна блокировка) се използва и днес при актуалните модели с ръчна трансмисия.
2005: STi-AWD с планетарен централен диференциал, Helical LSD, DCCDImpreza WRX STi (база за Impreza WRC) модифицира базовата конструкция със спортни настройки: 6-степенната трансмисия има централен диференциал с планетарен механизъм. При отпусната муфа разпределението на въртящия момент преден/заден мост е 36:64. Водачът може да го променя ръчно. Чрез въртящ превключвател се управлява електромагнитна муфа, която блокира планетарния механизъм според зададената стойност (
DCCD – Driver Controlled Centre Differential). При максимално блокиране разпределението става 50:50. Вграждането на Helical LSD в предния диференциал оптимизира сцеплението на предните колела в завой.
Subaru AWD системи с автоматична трансмисия1981: Автоматик с многодискова трансферна 4WD системаПионерната система „multiplatetransfer-4WD“ (MP-T) използва хидравличното налягане на автоматичната трансмисия и комбинира автоматика с AWD, което може да се включва по време на движение с натискане на бутон. Системата включва съединител със 7 диска на изходния вал, свързан със задния кардан. При включване на AWD хидравличното налягане от маслената помпа на трансмисията автоматично се подава към многодисковия съединител, който предава момент към задния привод и компенсира разликите в оборотите между предните и задните колела. В режим „Auto-4WD“ автомобилът преминава в „интелигентен“ AWD режим, при който хидравличното налягане за съединителя се активира чрез натискане на спирачката и включване на чистачките (sic!).
1987: Постоянно AWD (ACT-4)При Subaru XT с 4-степенен автоматик ACT-4 (
Active Control of Torque – активно разпределение на момента) разпределението е диференцирано: механично към предния мост чрез двойка еднакви по размер зъбни колела, и хидравлично към задния мост чрез ламелен съединител, работещ в маслена баня.
1989: ECVT и включваем AWDПри Justy с ECVT (1989) AWD се включва с бутон в лоста. Превключвателят управлява хидравлично превключващ вал, който чрез плъзгаща муфа силово свързва разпределителния привод.
1991: Постоянно AWD с VTDС Gran Turismo SVX (1991) Subaru въвежда усъвършенстван автоматик с променливо разпределение на момента
VTD (Variable Torque Distribution): централен диференциал с планетарен механизъм и заден диференциал с вискозна муфа насочват при нормални условия 36% към предните и 64% към задните колела. При промяна в сцеплението електрониката преразпределя момента към колелата с най-добра тяга. Хидравличната ламелна блокировка плавно блокира планетарния механизъм при разлика в оборотите между мостовете. Вискозната муфа на задния мост предотвратява „изпускане“ на момент през превъртащо колело.
1998: Постоянно AWD с VTD и Vehicle Dynamics ControlПрез 1998 г. Subaru интегрира VTD и системата за контрол на динамиката
Vehicle Dynamics Control в топ версиите на Legacy. „Хардуерът“ (конструкцията на VTD) остава същият, но електронният контрол се подобрява значително чрез оптимизирана сензорика и CAN комуникация.
2004: Постоянно AWD с оптимизиран VTD и Vehicle Dynamics ControlПри новоразработения 5-степенен автоматик с VTD чрез планетарен механизъм ламелната блокировка може да променя предавания момент към предния и задния мост в относително широк диапазон. Това прави VTD особено подходящ за автомобили с Vehicle Dynamics Control, тъй като управляващият блок комуникира с блока за управление на трансмисията. Ако VDC разпознае недозавиване или презавиване, изпраща информация към трансмисията, която чрез управлението на ламелната блокировка намалява задвижващия момент към нестабилния мост.
С тази система са оборудвани всички Legacy 3.0 от моделна година 2004.
Техника в детайлиКонструкция и принцип на действие на ламелната блокировка (автоматик с VTD)Изходният въртящ момент от трансмисията към планетарния механизъм се подава към първичното слънчево колело, което задвижва планетните колела. Те са силово свързани с носача на планетите, който е свързан с изходното зъбно колело към предния мост. Задните планетни колела задвижват чрез вторичното слънчево колело изходния вал към задния мост. Разпределението към преден/заден мост се извършва в крайния привод. Ламелната блокировка блокира планетарния механизъм при разлики в оборотите между мостовете. Нормалното разпределение 36:64 може да се променя плавно; степента на блокиране зависи от разликата в оборотите и при много високи разлики може да достигне 100%. При напълно блокиран планетарен механизъм 60% от момента отива към предния и 40% към задния мост.
Конструкция и принцип на действие на ламелния съединител (автоматик ACT-4)Ламелният съединител в маслена баня се състои от редуващи се външни и вътрешни ламели. Външните (стоманени) ламели са силово свързани с носача на планетите. Вътрешните (фрикционни) ламели са върху носач, силово свързан с изходния вал на задния мост. Бутало в корпуса на крайния привод се управлява хидравлично. Налягането се влияе от електромагнитен клапан, управляван по карта (характеристика), който получава импулсни сигнали от ECU на трансмисията. Основни входове за управлението са сигналите за обороти от сензори 1 и 2 и информация от Vehicle Dynamics Control. Така електрониката отчита натоварването и разлики в оборотите между мостовете и изчислява оптималното налягане върху буталото: колкото е по-високо налягането върху ламелния пакет, толкова по-голяма е силата и толкова по-голям е преносът на момент към задния мост.
Конструкция и принцип на действие на вискозната блокировка (ръчна трансмисия с централен диференциал)В херметичен корпус с главина вътрешни и външни ламели са свързани последователно и неподвижно към главината и корпуса. Дисковият пакет работи в силиконово масло; вътрешните и външните ламели не се допират при въртене. Външната ламела се върти с определена скорост, вътрешната е неподвижна; течността се „увлича“ със скоростта на въртящата се ламела.
Когато възникне разлика в оборотите между корпуса (външни ламели = връзка към предния мост) и главината (вътрешни ламели = връзка към задния мост), например при приплъзване на колело или мост, възниква потокова разлика и „срязващо“ усилие, което създава съпротивление и пренася въртящ момент между ламелите. Аналогия: лъжица, която се движи през буркан с мед – при бавно движение бурканът остава неподвижен; при бързо движение бурканът се „повлича“.
При продължителни разлики в оборотите силиконовото масло се загрява и се разширява. За разлика от повечето течности, силиконовото масло се сгъстява при повишаване на температурата. Налягането в затворения корпус нараства и над определен праг външните и вътрешните ламели се притискат – централният диференциал се блокира напълно и се създава твърда връзка между предния и задния мост. Това 100% блокиране се нарича „Hump-ефект“. При намаляване на разликата в оборотите температурата и налягането спадат и вискозната блокировка се връща към нормален режим.
Helical LSDОсновен признак на Helical LSD е винтовата (helical) зъбна геометрия, чиято конструктивно обусловена фрикция и допълнителни сили (вследствие на ъгъла на профила) създават противосили в корпуса и допълнително триене в контактните зони. Helical LSD принадлежи към т.нар. торсен-диференциали (Torsen = TORque SENsing), чувствителни към въртящ момент.
Блокиращият ефект се предизвиква от разликата в оборотите и системата се стреми да я намали. Блокировката се проявява едва когато има разлика в оборотите. При потегляне върху настилка с различно сцепление първо трябва едно колело да превърти, преди блокировката да преразпредели момента към колелото с по-добро сцепление. При влизане в завой под тяга (с газ) блокировката първоначално допуска компенсация, но при нарастваща разлика в оборотите моментът се преразпределя към вътрешното колело в завоя. Фрикционният ефект се базира на законите на Кулоновото триене, т.е. блокиращото действие е независимо от разликата в оборотите. Докато се предава тяга, Helical LSD „заключва“. Дори в широки завои това може да води до стремеж диференциалът да връща автомобила към право движение, което в този режим насърчава
недозавиване.
µ-EstimatorКлючов елемент за използване на потенциала на електронно управляваното AWD е „µ-Estimator“, който изчислява приплъзването въз основа на дефинирани параметри. Целите на разработката са:
- оптимизация на стабилността върху хлъзгави пътища (блокиране на централния диференциал);
- оптимизация на управляемостта върху сухи пътища (оптимално разпределение на въртящия момент).
Това се постига чрез кооперативен контрол между Vehicle Dynamics Control и обратна връзка по момента на занасяне (yaw moment feedback). Концепцията не изисква допълнителни или специализирани сензори и е едновременно устойчива и чувствителна. В основата стои параметрична идентификация от теорията на адаптивното управление. Чрез тази теория се оценяват характеристиките на гумите, които зависят от µ. За подобряване на реакцията на µ-оценката се отчитат и промените от напречното ускорение. Корекциите се активират, когато входният сигнал за параметрична идентификация не е достатъчен, тъй като според теорията идентификационните сигнали трябва да са „персистентни“. Характеристиките на гумите се адаптират по логиката на параметричната идентификация, предполагаемото µ се изчислява от оценените гумени параметри, а базовото разпределение на момента се определя на тази основа.
На заснежени пътища с плътна снежна покривка оценката работи по различен начин. Моментният фактор на стабилност „K“ служи като индекс за поведението на управлението. „K“ се изчислява от ъгъла на завиване, момента на занасяне и скоростта на автомобила. При презавиване моментният фактор е отрицателен, при недозавиване – положителен. При отворен централен диференциал честотата на неутрално/презавиващо поведение е сравнително висока; при заключен централен диференциал честотата на изразено недозавиване е сравнително висока.
Затова Subaru въвежда „дисторзия“ (изкривяване) на моментния фактор на стабилност. При често презавиване дисторзията е отрицателна или относително малка. При актуалната VTD система управляемостта на отделното колело се подобрява чрез оптимизиране на разпределението на въртящия момент в рамките на Vehicle Dynamics Control. Така разпределението става оптимизирано спрямо µ, а обратната връзка по момента на занасяне осигурява отлична управляемост и стабилност.
.
Тема за дифовете има, а такава за историческото развитие(каквато си пуснал ти) ще отнеме време да се напише, защото всеки дребен детайл с дата трябва да се провери за точност.