Методы формирования распределения мощности в трансмиссии легкового полноприводного автомобиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

1 2 3 ©

Демидова А.А. , Алакин В.М. , Голубина С.А.

Магистрант; доцент; старший преподаватель,

Калужский филиал МГТУ имени Н.Э. Баумана

МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ ЛЕГКОВОГО ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ

Аннотация

В статье проведен анализ методов распределения мощности в трансмиссии легкового полноприводного автомобиля. Выбран наиболее приемлемый способ распределения мощности.

Ключевые слова: дифференциал, коэффициент блокировки, улучшение проходимости. Keywords: differential, blocking factor, improved flotation.

Распространение легковых полноприводных автомобилей универсального

назначения, для которых важны как показатели проходимости, так и способность обеспечить управляемость на уровне, соответствующем скоростным характеристикам автомобиля, выявило недостаточность научной проработки ряда проблем распределения.

Противоречивы рекомендации по выбору значения коэффициента блокировки (Кб) дифференциалов повышенного трения. Диапазон рекомендуемых значений (Кб) чрезвычайно широк — от 1 до 8.

Известны рекомендации (1) по выбору значения Кб диапазоне 2,5..4, рационального как с точки зрения проходимости, так и удовлетворительной управляемости. Эти рекомендации, однако, не детализированы в отношении типа привода - остается неясным, каким более конкретно значениям Кб в комплексе дифференциалов следует отдать предпочтение для передней оси, для межосевого дифференциала, для задней оси. Если для автомобиля с по-стоянным полным приводом предусматривается комплекс узлов распределения мощности с использованием дифференциалов повышенного трения, то выбор Кб имеет еще большее значение, чем для автомобиля с приводом на одну ось, поскольку на распределение крутящих моментов между колесами осей накладывается межосевое распределение.

В работе (2) на основе расчетного исследования полноприводного автомобиля рекомендуются как достаточные для обеспечения проходимости значения Кб не выше 2,5. Для дифференциала передней оси предлагается Кб»1,3, существенно меньший, чем для заднего и межосевого. Суммарная сила тяги в ситуации буксования переднего колеса при этом соответственно снижается. В связи с этим возникает вопрос о целесообразности увязки рекомендаций по выбору Кб для переднего дифференциала со значением плеча обкатки управляемых колес, поскольку для современных полноприводных автомобилей характерны или относительно малые положительные значения 1 плеча обкатки, или отрицательные.

Известно, что влияние внутреннего трения в дифференциале смещает характеристику управляемости в сторону недостаточной. Имеется также точка зрения, что смещение характеристики не должно рассматриваться как однозначно отрицательное - необходимо учитывать исходную характеристику. При исходной избыточной управляемости влияние дифференциала по- вышенного трения становится положительным, корректируя характеристику в сторону нейтральной (в зависимости от значения Кб ). Это подтверждено в упоминавшейся работе (2), где рассмотрено влияние умеренной степени блокировки дифференциалов на управляемость и устойчивость автомобиля. Управляемость оценивалась по параметрам:

- статическая чувствительность к управлению при движении по кривой с заданным

© Демидова А.А., Алакин В.М., Голубина С.А., 2015 г.

радиусом в зависимости от скорости;

- угол поворота рулевого колеса в зависимости от скорости движения по кривой с заданным радиусом;

- запас устойчивости задней оси против заноса в зависимости от скорости. Однако можно предположить, что оценки по устойчивости против заноса будет недостаточно, если возможен срыв в буксование заднего внутреннего колеса и перераспределение сил тяги в связи с этим.

Недостаточно изучено влияние распределения мощности в режиме дви- жения по кривой в условиях пониженного коэффициента сцепления в соче- тании с действием дополнительных боковых сил - порыва ветра, неправильного уклона дороги. Следует констатировать, что недостаточно изучено влияние значений Кб в комплексе дифференциалов легкового полноприводного автомобиля на курсовую устойчивость в таких сложных условиях, как движение на дороге с твердой поверхностью, имеющей «пятна» с резко отличающимися коэффициентами сцепления - участками обледенения, плотного укатанного снега.

Имеется информация о том, что специалисты ряда фирм отдают пред почтение автоматическому подключению привода второго моста (BMW, в частности, применительно к моделям Х5 и ХЗ), поскольку считают вероятным "виляние задка" при постоянном полном приводе при имеющемся уровне развития техники распределения мощности. Неоднозначна оценка КПД трансмиссии с дифференциалами повышенного трения. Как правило, устанавливается, что в реальных условиях движения проблемы КПД трансмиссии автомобиля, имеющего дифференциалы повышенного трения, практически не существует даже при высоких значениях коэффициента блокировки и минимальных радиусах поворота.

Вместе с тем, в работе (3) отмечается влияние Кб на расход топлива даже при прямолинейном движении. В основе выводов лежит известное по работе (4) положение о нелинейной зависимости изменения составляющей коэф фициента сопротивления качению колеса от передаваемого крутящего мо мента. Использовано также допущение, что подводимые к колесам крутящие 10 моменты максимальны по коэффициентам сцеплений для каждого колеса. Приведенные расчетные значения увеличения расхода топлива в зависимо сти от величины коэффициента блокировки представляются завышенными, даже если принимаются во внимание ссылки автора на лишь сравнительное их значение.

В целом по отношению к применению дифференциалов повышенного трения рекомендации противоречивы вплоть до противоположных оценок - от предпочтительной целесообразности до отрицания из-за неоднозначности влияния внутреннего трения -улучшению проходимости сопутствует влияние на управляемость, а также в связи с неэффективностью в ситуации вы вешенного колеса. Недостаточно обоснованными представляются рекомендации по использованию метода раскручивания вывешенного колеса. Для повышения эффективности рекомендуются высокие значения Кб - в диапазоне 8 - 12 в работе (7) и 10 в упоминавшейся работе (4). Однако чем выше Кп , тем ниже угловые ускорения на раскручиваемом колесе (при сопоставимой подаче топлива в двигателе) и, соответственно, меньше реактивные моменты в приводе вывешенного колеса. Поскольку высокие значения неприемлемы по условиям устойчивости и управляемости автомобиля и, соответственно, не могут быть постоянными, а для дифференциала с управляемым изменением коэффициента блокировки не нужен сам метод раскручивания, то в отношении применения этого метода необходимы уточнения. В период после 80-х г. в автомобилестроении получили применение новые типы узлов распределения мощности: дифференциалы с автоматической блокировкой посредством вязкостной муфты, дифференциалы повы шенного трения с умеренным коэффициентом блокировки - Торсен, Квайф, Торсен 2, управляемые многодисковые фрикционные муфты, используемые в составе дифференциалов, а также для подключения привода второго моста. По вязкостным муфтам имеются отечественные научные работы - по теории рабочих процессов и методам проектирования (3). На АЗЛК был на коплен опыт разработки, изготовления и

сравнительных испытаний дифференциалов Квайф применительно к создававшимся в период конца 80-х, на чала 90-х годов легковым автомобилям с постоянным полным приводом ко лес (модели 21416, 21426, и 2340) на базе конструкции мод. 2141. Изготовляемые в России мелкими сериями дифференциалы Квайф устанавливаются на автомобили для спортивных соревнований и предлагаются как заказное оборудование для массовых автомобилей ("Шеви Нива Трофи", в частности). Однако существенным сдерживающим фактором в проведении опытно- конструкторских работ и постановке на производство дифференциалов этого нового типа в отечественном автомобилестроении являлось, и до сих пор является, отсутствие инженерных методов расчета специфических зубчатых зацеплений, расчета коэффициента блокировки. Требует также изучения такой сравнительно новый метод распределения сил тяги, как притормаживание забегающего колеса.

Анализ сложившихся научных подходов к распределению мощности свидетельствует о том, что специфика использования автомобиля универсального назначения обострила важность ряда недостаточно исследованных проблем распределения. Необходим поиск методов более сбалансированного распределения сил тяги, с тем чтобы технические решения обеспечения проходимости автомобиля сочетались с возросшей необходимостью обеспечения управляемости и устойчивости. Поскольку базовым решением в распределении сил тяги является использование дифференциалов с функцией блокирования - полного или частичного, представляются необходимыми исследования распределения мощности при различных значениях Кб в характерных режимах движения, разработка метода первичной оценки распределения для инженерного применения, с тем чтобы уже на ранней стадии проектирования избежать ошибок в выборе типа узлов распределения мощности и параметров их технической характеристики. Ошибки выбора в начальной стадии могут привести при последующей доводке автомобиля к изменению компоновочных решений и даже к изменению концепции полного привода.

Необходима корректировка набора технических требований к узлам распределения мощности с учетом специфики использования автомобиля и анализ современных решений по их конструкции, анализ тенденций развития техники распределения мощности исходя из выявленной специфики технических требований. Следует признать, что имеющиеся в настоящее время рекомендации по формированию концепции распределения мощности не имеют комплексного характера и не отражают наблюдаемого в мировой практике распространения методов управляемого распределения мощности.

Проведенный анализ сложившихся научных подходов к распределению мощности по ведущим колесам, выявление актуальных для легкового полно- приводного автомобиля позволяет обоснованно сформулировать следующие выводы:

- комплекс, включающий межколесные и межосевой дифференциалы повы- шенного трения с умеренными значениями коэффициента блокировки (в диапазоне 2...2,5) обеспечивает существенное увеличение реализуемой сум- марной силы тягии, соответственно, улучшение проходимости;

- различие распределяемых тяговых сил по сторонам автомобиля и между осями, зависящее от значений коэффициентов блокировки, а также измене- ние распределения в зависимости от фазы движения с буксованием, могут быть настолько значительны, что их влияние на устойчивость движения и управляемость может стать критическим, создавая предпосылки к циклическим колебаниям автомобиля относительно вертикальной оси;

- как с точки зрения повышения проходимости, так и для уменьшения разницы сил тяги на колесах (при движении по кривой) предпочтительно сочетание межколесного и межосевого перераспределения крутящих моментов;

- несимметричность межосевого распределения мощности целесообразно устанавливать в соответсвии с распределением массы автомобиля по осям с учетом значения комплексного показателя сосредоточения тяги;

- выбор коэффициента блокировки дифференциала передней оси целесообразно увязывать со значением плеча обкатки управляемых колес — при отрицательном и малом

положительном плече относительное снижение коэффициента блокировки нецелесообразно.

Литература

1. Андреев А.Ф. Дифференциалы колесных машин / А.Ф. Андреев, В.В. Ванцевич А.Х., Лефаров ; Под общ. ред. А.Х. Лефарова. - М.: Машино- строение, 1987. — 176 с : ил.

2. Селифонов В.В., Круташов А.В., Баулина Е.Е. Многоцелевые полноприводные АТС и дифференциал повышенного трения // Автомобильная промышленность, 2005. - № 3.

3. Барыкин А.Ю. Автомобильные вязкостные муфты: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 150100(«Автомобиле- и тракторостроение»).Наб.Челны: Изд-во КамПИ, 1999. - 118 с.:ил.,табл.

4. Смирнов Г. А. Теория движения колесных машин. 2 -е изд., перераб. идоп. -М.:

Машиностроение, 1990. -352с. : ил.