Активный дифференциал

Активный дифференциал (рис.1) перераспределяет мощность/тягу на ведомых звеньях в требуемой для данного момента движения пропорции, в отличие от блокируемого, в котором мощность/тяга на ведомых звеньях распределяется в пропорции 50/50.

• Активные дифференциалы имеют двухканальную систему управления и обязательно два управляющих элемента — два тормоза или два фрикциона — включающихся в работу по команде от внешних источников.
• Активные дифференциалы помимо основной планетарной передачи, выполняющей функции свободной раздачи мощности, имеют парный комплект дополнительных планетарных или простых зубчатых передач, выполняющих функцию перераспределения мощности в свою сторону. Каждая из этих парных передач связана со своим управляющим элементом.
• Хотя какие-либо механизмы блокировки у активных дифференциалов отсутствуют, фактически, все активные дифференциалы являются блокируемыми, только в них не один симметричный режим блокировки, а два несимметричных (по одному для каждой из двух сторон).
• В этих режимах управляющий элемент дифференциала работает без внутренней пробуксовки, а сам дифференциал превращается в понижающие-повышающую передачу.
• На легковых автомобилях эти крайние режимы могут и не использоваться, но они используются в дифференциальных механизмах поворота гусеничных машин.
   

Рис.1. Вариант конструкции активного дифференциала 

Кроме автомобилестроения, необходимость в дифференциалах присутствует и в колёсных средствах малой механизации (мотоблоки, мотокультиваторы, снегоотбрасыватели, сено- и газонокосилки, и т.д.). Это связано с тем, что средства малой механизации приходится разворачивать на месте, когда одно колесо двигается вперёд, а второе неподвижно.

Кроме классических видов дифференциалов, на мототехнике используются так называемые «псевдодифференциалы», принцип действия которых напоминает обгонные муфты. В отличие от настоящих дифференциалов, они не позволяют совершать произвольное количество разворотов за один раз и предназначены для разворота средства малой механизации в конце обрабатываемой полосы (например, разворот мотоблока с плугом в конце борозды при вспашке).

Ручная блокировка дифференциала

Ручная блокировка дифференциала применяется на вездеходах и внедорожниках перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия). При активации механизма блокировки (рис. 2), шестерни дифференциала блокируются и колёса оси вращаются синхронно.

При езде на автомобилях оснащенных ручным приводом блокировки не рекомендуется блокировать дифференциал при движении автомобиля, желательно включать блокировку на стоянке. При неумелом использовании блокировки, крутящий момент двигателя может сломать механизм блокировки или полуось.

Рис. 2. Дифференциал с блокировкой

Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае её превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно переднего моста, отрицательно влияет на управляемость.

Электронное управление дифференциалом

На внедорожниках, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC, ASR и др.), при пробуксовке одного из колес, оно будет подтормаживается рабочим тормозом.

Похожее решение было применено в «Формуле-1» в 1998 г. в команде «Макларен»: в повороте внутреннее колесо подтормаживалось рабочим тормозом. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется контроллером. В 2002 году технический регламент был ужесточён и до сих пор в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.

Преимущество электронного управления блокировкой (рис.3) заключается в повышении силы тяги в повороте; степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. Недостаток подобного управления в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой инерцией, и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

Рис. 3. Орган управления дифференциалом

Автоматическая система блокировки дифференциала
ASD или Automatisches Sperr Differential – автоматическая система блокировки дифференциала, призванная препятствовать пробуксовке одного из колёс.

Контроллер ASD управляет электромагнитным клапаном гидроцилиндра редуктора и блокирует его при превышении средней скорости вращения задних колёс на 2-4 км/ч от скорости передних. Рабочее давление гидравлического контура составляет порядка 30 бар.

Из соображений безопасности управления, ASD отключается на скорости выше 38 км/ч (измеряемой на передних колёсах), а так же при торможении и в режиме принудительного холостого хода.

Элементы ASD

Дифференциал заднего моста (рис. 4). При отсутствии давления в гидроцилиндрах реализуется до 35% блокировки. При срабатывании блокировки, давление воздействует на гидроцилиндры и оба фланца полуосей перемещаются в осевом направлении и сжимает установленные внутри дифференциала многодисковые пакеты фрикционов, за счёт чего достигается 100% блокировка дифференциала.

Рис. 4. Дифференциал заднего моста ASD

Гидроблок (рис. 5) предназначен для управления блокировкой и снижения давления со 100-200 бар (в зависимости от источника давления, которым может быть двухконтурный насос гидроусилителя руля или отдельный насос, приводимый распределительным валом) до стабильных 30, для чего оснащён гидроаккумулятором. Гидроблок имеет электромагнитные клапаны управления подачей масла в гидроцилиндры редуктора.

Рис. 5. Гидроблок ASD

Контроллер ASD собирает информацию с датчиков и управляет электромагнитным клапаном блокировки.

Датчики ABS каждого колеса и один в редукторе снабжают контроллер информацией о скорости вращения колёс.

Заключение

В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс - Traction Control. 
Еще более совершенна система полного привода на последних «эволюциях» от Mitsubishi с «активными» дифференциалами - межосевым ACD и задним межколесным Super AYC. Электроника дошла до той ступени развития, когда отказываться от нее не стоит даже опытному водителю. А новейшая "умная" трансмиссия компании Honda имеет практически по отдельному дифференциалу с электронным управлением на каждое колесо.