Блокировки. Какие они бывают, чем хороши и чем чреваты.
На заре автомобилестроения инженеры поняли, что сплошная ось для пары колес вредна. Автомобиль по прямой ездит не то чтобы редко, а прямо-таки никогда. Поэтому каждая покрышка проходит свой путь. Быстрый износ шин и нежелание автомобиля поворачивать заставили искать решение. Придумали. Ось разделили надвое, на полуоси, а между ними поставили дифференциал. Теперь на прямой колеса стали крутиться одинаково, а в поворотах – с разной скоростью. Но покрытие не всегда равномерное. Скажем, под одним колесом камень, а под другим рыхлый песок. Соответственно, одному колесу крутиться легче. Вот его-то дифференциал и крутит. А то, которому труднее, не хочет. Появился эффект буксования одним колесом. И даже привод на все четыре колеса проблему не исключил – буксуют по одному колесу спереди и сзади. Теперь встала задача пробуксовку исключить. Для этого и придумали блокировки.
ЧТОБЫ КОЛЕСА НЕ СКОЛЬЗИЛИ
Если рассматривать полноприводной автомобиль, то ему надо три дифференциала: один распределяет крутящий момент между осями (межосевой) и два – между колесами на одной оси (межколесный). А у настоящего внедорожника, с колесной формулой 4х4, все они должны быть блокируемыми.
Большинство современных внедорожников оснащается противобуксовочными системами, которые уменьшают эффект пробуксовки одного из колес. Действуют они по тому же принципу, что и ABS, только наоборот. На каждом из колес установлен датчик, показывающий скорость его вращения. Компьютер считывает показания этих датчиков, и если одно из колес начинает вращаться слишком быстро – то есть наступает пробуксовка, дает команду тормозной системе притормозить это колесо. Некоторые системы еще при этом уменьшают подачу смеси в цилиндры двигателя – придушивают мотор. В большинстве случаев работы этих противобуксовочных систем вполне достаточно, чтобы исключить сильное проскальзывание колес. Иногда они работают настолько эффективно, что диву даешься. Конечно, при частой внедорожной эксплуатации такие системы заметно повышают износ тормозных колодок и дисков, но это, как вы поймете из статьи, вовсе не самое большое из зол. Если же автомобиль не оснащен противобуксовочной системой или ее действия владельцу кажутся недостаточными, можно дополнительно оснастить машину блокировками дифференциалов и добиться гораздо большего эффекта.
БОЛЬШАЯ РАЗНИЦА
Но блокировка блокировке рознь. Одни полностью выключают дифференциал, другие – только частично. Соответственно, в первом случае, если хотя бы одно колесо находится на твердом грунте, машина будет двигаться. Во втором это будет происходить, пока разница в сцеплении колес с поверхностью не превысит какого-то предела. Следовательно, блокировки можно разделить на полные и частичные. Причем полные блокировки могут включаться как вручную, так и автоматически, а вот частичные работают только самостоятельно. Большинство можно установить вместо обычного дифференциала или заменить один тип блокировки другим. А поскольку у каждого типа есть свои преимущества и недостатки, то в подобной переделке есть смысл.
ЗАМКНУТЬ ПО ПОЛНОЙ
Полная блокировка не допускает разницы в скорости вращения полуосей и, соответственно, колес. На бездорожье, там, где может возникнуть пробуксовка, это полезно: вероятность, что автомобиль перестанет двигаться, потеряв сцепление с поверхностью, уменьшается. А вот на твердых покрытиях полная блокировка полуосей приведет к повышенному износу не только покрышек, но и (на больших скоростях) элементов трансмиссии. А самое главное, машина с заблокированным дифференциалом не хочет поворачивать. Поэтому «замок» должен срабатывать только при необходимости. Добиться этого можно, например, установив ручной привод на включение-выключение. Такая блокировка называется принудительной, управляется водителем с помощью рычага или кнопки и требует постоянного контроля за своим состоянием. Периодически владельцы авто с таким типом блокировки забывают вовремя ее отключать, что порой приводит к серьезным последствиям. Кроме того, следует иметь в виду, что нагрузки на полностью заблокированную трансмиссию возрастают очень сильно. Ведь при спокойном движении усилие от двигателя распределяется примерно поровну на два или даже четыре колеса. А если только одно колесо имеет сцепление с поверхностью? Тогда нагрузка на одну полуось возрастает аж в четыре раза. К такому напряжению деталь может быть не готова. Например, на «Ниву» можно поставить полный комплект таких блокировок. Они есть. Но при первом же серьезном испытании, когда вся нагрузка придется на одну полуось, она может попросту не выдержать. Не рассчитана она на это. И увлекательное приключение превратится в путешествие на эвакуаторе. Можно, конечно, заменить полуоси на усиленные, но тогда могут не выдержать детали привода. И так далее. Простое улучшение превратится в полную переделку авто. Поэтому, прежде чем ставить полные блокировки, прикиньте, стоит ли овчинка выделки.
Но несомненный плюс полной блокировки – абсолютная уверенность на бездорожье. С ней машина прет как танк. Особенно если блокировок полный комплект. И если, повторюсь, выдержат полуоси.
СДЕЛАТЬ НАПОЛОВИНУ
Другой тип блокировок лишь частично исключает пробуксовку колес. Такими системами оборудуют многие «полноприводные» легковушки, кроссоверы и даже некоторые полноценные внедорожники. И в большинстве случаев этого хватает, ведь далеко не всем требуется экстрим. Частичные блокировки работают самостоятельно, не требуя участия человека, и этим удобны. И плюс к этому включаются они постепенно, в зависимости от разницы в скоростях вращения наращивая усилие и подтормаживая слишком быстро крутящуюся ось или вал. Соответственно, они дают меньшую по сравнению с полной блокировкой нагрузку на трансмиссию и обеспечивают ей больший ресурс.
Делятся частичные блокировки на два больших типа. Первый использует фрикционные диски, второй – косозубые шестерни. В первом случае устройство в зависимости от разницы в скорости вращения полуосей увеличивает трение между фрикционными дисками. Усилие распределяется на обе оси, скорость вращения колес выравнивается. Самый известный пример такой блокировки – виско-муфта, которая применяется вместо обычного дифференциала. Больших нагрузок она выдержать не способна. Поэтому виско-муфта подойдет разве что для городских автомобилей.
Более внедорожными можно считать те устройства, где торможение происходит напрямую дисками. Добиваются этого по-разному, но принцип един: при проскальзывании возрастает давление на диски, которые, в свою очередь, прижимаются к шестерне полуоси и корпусу дифференциала. Опять-таки повышенное трение и выравнивание усилий на колесах. Но когда диски уже не справляются с нагрузкой, пробуксовка все равно происходит. Вообще при общении с частичными блокировками надо избегать большой разницы во вращении колес. Иначе детали блокировки быстро изнашиваются, а ремонт их недешев.
Те частичные блокировки, что используют косозубые шестерни (червячные), более надежны по сравнению с дисковыми. Здесь расчет идет на то, что при возрастании усилия в косозубой передаче шестерни стремятся сдвинуться вдоль своей оси. И как только у нас усилие на полуосях начинает разниться, в системе возникает напряжение, и косые зубья толкают шестерни к корпусу. Там они тормозятся, причем тем сильнее, чем больше разница в скорости вращения валов. Здесь степень блокировки зависит от угла наклона косых зубьев шестерен. Но пробуксовки все равно возможны. Для червячных блокировок (наиболее известны среди них Torsen («Торсен») и Quaife («Квайф»)) длительное проскальзывание шестерен по корпусу с большой скоростью на пользу не идет, поэтому пробуксовки надо сводить к минимуму. Большая степень блокировки, относительная дешевизна в ремонте, простота установки, надежность и «самостоятельность» делают именно такой тип наиболее привлекательным для владельцев внедорожников.
ТРАКТОРНЫЙ ВАРИАНТ
Все описанные типы блокировок рассчитаны на применение как на бездорожье, так и на дорогах. Но есть еще один вариант, которому твердое покрытие противопоказано. Это зубчатые, или кулачковые, блокировки типа Detroit Locker («Детройт локер»). Нормальное их состояние – замкнутое. Размыкаются они только при поворотах на твердой поверхности. Являются наиболее внедорожными и изначально разрабатывались для сельскохозяйственной и военной техники, которая практически не выезжает на дороги с покрытием. Они очень надежны и поэтому популярны в среде спортсменов за рубежом. Требуют мощной трансмиссии, поскольку напряжение на ее детали бывает очень большим. На переднюю ось гражданских машин ставить не рекомендуется, либо хотя бы следует отключать ее при движении по дорогам. Потому что при попадании на скользкие участки возможна полная блокировка передней оси, что в повороте чревато сносом и аварийной ситуацией с полной потерей управляемости. Применение на задней оси также требует особого внимания – на скользких поверхностях задняя ось будет стремиться к соскальзыванию в занос. Это приятно любителям по-раллийному «мести хвостом» в поворотах, а для среднего водителя чревато полетом в кювет или (не дай Бог) во встречный автомобиль.
Итак, что же делать, если хочется избавиться от пробуксовки? По степени блокирования устройства можно распределить так. Наименее «прочная», подходящая только для городских условий, – виско-муфта. Следом идут дисковые муфты различного типа. На них можно обратить внимание тем, кто выезжает за город, причем не всегда по дорогам. Для полноценного бездорожья можно порекомендовать червячные механизмы: Torsen и Quaife. Они обеспечивают довольно большую, хотя и не стопроцентную степень блокирования, но при этом дешевле полных блокировок и не требуют особого внимания.
Для экстремального бездорожья можно рекомендовать принудительные полные блокировки с любым типом привода.
Что же касается экзотических типов, то их применение очень специфично. Они потребуют серьезного усиления и переделки трансмиссии и вряд ли пригодятся рядовому пользователю. Если только вы не занимаетесь внедорожным спортом. Но это уже другая тема!
Проходимость для «легковушки»: виды блокировок дифференциала и их применение
Обзор бюджетных переднеприводных кроссоверов в очередной раз вызвал у наших читателей вопрос: можно ли повысить проходимость при отсутствии дорогой и громоздкой системы полного привода, как у Mercedes или Audi, и если да, то почему это так мало заботит производителей? Попытаемся разобраться в этом, рассмотрев несколько вариантов решения проблемы, которые, по сути, сводятся к одному: заставить межколесный дифференциал отказаться от выполнения своих прямых обязанностей.
Кондуктор, нажми на тормоза.
Дифференциал — непременный атрибут любого автомобиля, имеющего пару ведущих колес, между которыми механическим способом распределяется крутящий момент от одного источника (двигателя). Исключение — картинг, где техника прохождения поворотов основана на скольжениях ведущих колес, а вопросы надежности и долговечности волнуют кого-либо в последнюю очередь. Практически любой свободный дифференциал представляет собой нехитрый планетарный механизм, позволяющий правому и левому колесам реализовать равный крутящий момент при различной скорости вращения, без чего не обойтись при поворотах. Но в этом и главный недостаток: стоит одному из колес вывеситься или попасть на скользкое покрытие — крутящий момент на нем падает практически до нуля, а следом останавливается и противоположное колесо, еще имеющее контакт с поверхностью, поскольку специфика работы дифференциала лишает момента и его. Бытует ошибочное представление, что в этом случае вся тяга перераспределяется на скользящее колесо, и хотя на самом деле это не так, результат не меняется: нет зацепа — нет движения.
Как мы действуем, если некому вытолкать машину из засады? Пытаемся либо подложить что-то под буксующее колесо, либо загрузить его, чтобы увеличить силу трения, создав тем самым крутящий момент, причем не только на этом колесе, но и на втором, как следует из принципа действия дифференциала. Но то же самое можно сделать с помощью тормозов, на чем и базируется электронная имитация блокировки дифференциала: по сигналу датчиков скорости вращения (как правило, тех же, что работают с АБС) колесо «прихватывается» тормозным механизмом — и дело, как говорится, в шляпе. Этот способ используется главным образом на полноприводных кроссоверах и внедорожниках, но концерн PSA, например, реализовал его в системе Grip Control на переднеприводниках Peugeot 3008 и 2008. Причем тут интерес представляет не столько само наличие электронной имитации блокировки, сколько различные алгоритмы работы: в режимах «снег», «бездорожье» и «песок» буксующее колесо притормаживается с разной интенсивностью. И максимальная допустимая скорость у каждого режима тоже своя: для езды по снегу, по мнению французов, достаточно 50 км/ч, по грязи можно двигаться не быстрее 80 км/ч, а в «песчаном» режиме — до 120 км/ч. Ведь чем жестче блокировка, пусть даже электронная, — тем более проблемной становится управляемость (вспомним о картинге).
Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе
Карданный вал (1) через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала (2). Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) (3) вращает полуоси (4). Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей
Однако система Grip Control и ей подобные «завязаны» не только на тормоза: они могут варьировать чувствительность электронной педали акселератора и даже «душить» двигатель, дабы не допустить закапывания колес. А если попроще, без всякой электроники? Еще в незапамятные времена отдельные умельцы ставили на ВАЗовскую «классику» два «ручника» вместо одного, по одному на каждое колесо, именно для того, чтобы при случае легче было выбраться из снега или грязи. Действительно, чего проще: забуксовал, посмотрел, какое колесо вращается вхолостую, — его и притормозил, ведь иногда требуется всего несколько оборотов, и порой помогает даже штатный стояночный тормоз. Разумеется, в массовом производстве ничего подобного никогда не было и не предвидится, да и в тюнинге чаще используется другой подход к проблеме пробуксовки.
LSD или блокировка?
Суть второго подхода — вмешательство в конструкцию самого дифференциала, ставящее своей целью сделать его, если можно так выразиться, менее дифференциальным. Грубо говоря, в определенный момент его нужно превратить в обычную пару шестерен, как у того же карта, заставляющую колеса вращаться с равной скоростью либо в зависимости от условий движения, либо невзирая на них. В первом случае эксплуатируются самоблокирующиеся дифференциалы, они же дифференциалы повышенного трения, а в англоязычной литературе чаще используется термин «дифференциал ограниченного скольжения» (LSD, Limited Slip Differential), что, в принципе, то же самое. Сущность соответствует названиям: до определенного момента узел «терпит» разность скоростей вращения колес или крутящего момента, но потом блокируется за счет той же силы трения либо полностью, либо частично. Момент и степень блокировки могут быть разными, равно как и конструкция: знаменитый червячный Torsen, кулачковый (легендарная «шишига» ГАЗ-66), цилиндрический, дисковый и т. д. Частным случаем LSD можно считать и вискомуфту, где трение возникает в специальной жидкости.
LSD конического типа
«Самоблок» считается более радикальным и эффективным решением, чем подтормаживание колес, хотя очень многое зависит от конкретной конструкции и настройки. Для примера рассмотрим винтовой дифференциал типа Quaife, предлагаемый тюнинговыми фирмами для автомобилей ВАЗ, УАЗ и даже для иномарок: его устанавливают вместо штатного дифференциала, и цена вопроса не так уж велика, порядка 10-30 тысяч рублей, в зависимости от модели. Как и обычный дифференциал, это планетарная конструкция, но нарезка зубьев шестерен тут похожа на резьбу винта, на что намекает и само название. Когда одно из колес начинает пробуксовывать, шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями, начинают проворачиваться, как в обычном свободном дифференциале. Однако этому препятствует трение, которое создается между сателлитами и корпусом механизма под действием центробежных сил, плюс сопротивление довольно велико и в самих винтовых парах, — это заставляет всю конструкцию вращаться почти как единая ось, хотя и с небольшим проскальзыванием, недаром блокировка называется частичной.
Как показывает опыт эксплуатации Грант и Калин с такими дифференциалами, они действительно повышают проходимость, позволяют увереннее стартовать на скользком покрытии и даже обостряют «чувство руля», что импонирует активным водителям. Но есть и обратная сторона медали: чем выше степень блокировки (а она задается конструктивно, и варьировать ее нельзя), тем сильнее поведение машины с «самоблоком» отличается от дорожных манер «гражданских» автомобилей. Для машин с задним приводом это не столь критично, но переднеприводные, коих нынче подавляющее большинство, требуют от водителя большей концентрации, а часто — и просто больших физических усилий в процессе управления. Ведь при передаче крутящего момента в повороте, особенно при добавлении или сбросе «газа», дифференциал повышенного трения стремится уравнять скорости вращения управляемых колес, что, как правило, выражается в сильной недостаточной поворачиваемости, — машина, как говорят, «упирается». К тому же, остается актуальным вопрос надежности и ремонтопригодности, поэтому сфера применения «самоблоков», как правило, ограничивается кругом энтузиастов различных видов автоспорта.
Обычному же водителю нужно совсем другое — выбраться из сугроба или преодолеть размытую грунтовку по дороге на дачу, но в штатных условиях движения не жертвовать управляемостью и комфортом. Для этого лучше всего подходит принудительная блокировка дифференциала, которая в большинстве случаев бывает полной, — как, например, сделано на нашей «Ниве», только не в межколесном дифференциале, а в межосевом. Он имеет обычную свободную конструкцию, но дополнен зубчатой муфтой, замыкающей одну из шестерен на корпус, который играет в планетарной передаче роль так называемого водила. В итоге происходит то же самое, что и в «самоблоке», но без всякого проскальзывания: дифференциал превращается в ту самую жесткую передачу, о какой было сказано выше. Причем если у «Нивы» водитель должен перемещать муфту вручную, с помощью специального рычага, то у современных автомобилей ее привод может быть и гидравлическим, и пневматическим, и электрическим. Последний, по всей видимости, и используется в трансмиссии квазикроссовера Fiat Weekend, о котором шла речь в нашем обзоре.
Не в этой жизни?
А теперь о самом грустном: почему ни один из описанных методов повышения проходимости не используется в массовых и недорогих моделях, доступных россиянам? Оставим в стороне иномарки, но тот же АВТОВАЗ, на первый взгляд, вполне мог бы озадачиться копеечной для такого гиганта задачей — предложить в качестве опции блокировку дифференциала, подобно бразильскому Фиату. Но вспомним, во-первых, что нынче завод принадлежит концерну Renault-Nissan, практикующему жесткую экономию, — это с одной стороны, а с другой — до сих пор не удается справиться с фирменным воем ВАЗовских коробок передач, — до блокировок ли тут. Впрочем, был в Тольятти один человек, который мог бы эту сказку сделать былью, и фамилия у него почти сказочная — Андерссон. Продержись он у руля АВТОВАЗа еще пару лет и узнай о бразильском опыте — возможно, и увидели бы мы опционную блокировку дифференциала или ее электронную эмуляцию на моделях с приставкой Cross, крестным отцом которых и был шведский топ-менеджер. Но история не знает сослагательного наклонения, и теперь тюнинговых дел мастера могут не опасаться конкуренции со стороны автогиганта. Кстати, интересно, как скоро будет готов «самоблок» для Весты?
Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки.
Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.
Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.
В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).
Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.
При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.
Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.
Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).
В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.
Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.
Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)
Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.
Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков.
Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.
Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.
Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.
Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.
А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.
Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.
Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)
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. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели.