Cum funcționează tracțiunea cu patru roți

  • Peter Tucker
  • 0
  • 1815
  • 231
Hummers funcționează pe patru roți. Vedeți imagini cu off-roading.

Există aproape la fel de multe tipuri diferite de sisteme cu tracțiune pe patru roți, precum există vehicule cu patru roți. Se pare că fiecare producător are mai multe scheme diferite pentru furnizarea de putere tuturor roților. Limbajul folosit de diferiții producători de automobile poate fi uneori puțin confuz, așa că, înainte de a începe să explicăm cum funcționează, să clarificăm câteva terminologii:

  • Cu patru roți - De obicei, când producătorii de automobile spun că o mașină are tracțiune pe patru roți, se referă la a cu jumătate de normă sistem. Din motive pe care le vom explora mai târziu în acest articol, aceste sisteme sunt destinate numai utilizării în condiții de tracțiune redusă, cum ar fi off-road sau pe zăpadă sau gheață.
  • Tractiune intergrala - Aceste sisteme sunt uneori numite tracțiune integrală pe patru roți. Sistemele de tracțiune integrală sunt proiectate să funcționeze pe toate tipurile de suprafețe, atât pe drum cât și în afara drumului, iar cele mai multe dintre ele nu pot fi oprite.

Sistemele cu tracțiune integrală cu patru roți part-time și cu normă întreagă pot fi evaluate pe baza acelorași criterii. Cel mai bun sistem va trimite o cantitate corectă de cuplu fiecărei roți, care este cuplul maxim care nu va face ca acea anvelopă să alunece.

În acest articol, vom explica elementele fundamentale ale tracțiunii pe patru roți, începând cu un fundal al tracțiunii și vom analiza componentele care alcătuiesc un sistem cu tracțiune pe patru roți. Apoi vom arunca o privire asupra a câteva sisteme diferite, inclusiv cel găsit pe Hummer, fabricat pentru GM de către AM General.

Trebuie să știm puțin Cuplu, tracţiune și alunecarea roții înainte să putem înțelege diferitele sisteme de tracțiune pe patru roți găsite pe mașini.

Cuplul este forța de răsucire pe care o produce motorul. Cuplul de la motor este ceea ce vă mișcă mașina. Diferitele angrenaje din transmisie și diferențial înmulțesc cuplul și îl împart între roți. Mai multe cupluri pot fi trimise roților în prima treaptă decât în ​​cea de-a cincea treaptă, deoarece primul angrenaj are un raport de viteză mai mare prin care se poate înmulți cuplul.

Graficul de mai jos indică cantitatea de cuplu pe care o produce motorul. Marcajul din grafic indică cantitatea de cuplu care va provoca alunecarea roților. Mașina care face un început bun nu depășește niciodată acest cuplu, astfel încât anvelopele să nu alunece; mașina care face un început rău depășește acest cuplu, astfel încât anvelopele alunecă. De îndată ce încep să alunece, cuplul scade până la aproape zero.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Ceea ce interesează cuplul este că, în situații de tracțiune scăzută, cantitatea maximă de cuplu care poate fi creată este determinată de cantitatea de tracțiune, nu de motor. Chiar dacă aveți un motor NASCAR în mașină, dacă anvelopele nu se vor lipi de sol, pur și simplu nu există nici o modalitate de a profita de această putere.

De dragul acestui articol, vom defini tracţiune întrucât cantitatea maximă de forță a anvelopei se poate aplica pe pământ (sau că pământul se poate aplica împotriva acesteia - sunt același lucru). Acestea sunt factorii care afectează tracțiunea:

Greutatea pe anvelopă -- Cu cât este mai mare greutatea pe o anvelopă, cu atât are mai multă tracțiune. Greutatea poate schimba pe măsură ce o mașină conduce. De exemplu, când o mașină face un viraj, greutatea trece la roțile exterioare. Când accelerează, greutatea trece la roțile din spate. (Vezi cum funcționează frânele pentru mai multe detalii.)

Coeficientul de frecare -- Acest factor raportează cantitatea de forță de frecare dintre două suprafețe cu forța care ține cele două suprafețe împreună. În cazul nostru, se raportează la cantitatea de tracțiune dintre pneuri și drum cu greutatea care se sprijină pe fiecare anvelopă. Coeficientul de frecare este în mare parte o funcție a tipului de anvelope de pe vehicul și a tipului de suprafață pe care se deplasează vehiculul. De exemplu, o anvelopă NASCAR are un coeficient de frecare foarte mare atunci când se deplasează pe o pistă uscată, din beton. Acesta este unul dintre motivele pentru care mașinile de curse NASCAR pot colționa la viteze atât de mari. Coeficientul de frecare al aceleiași anvelope din noroi ar fi aproape zero. Dimpotrivă, anvelopele uriașe, manevrate, off-road nu ar avea un coeficient de frecare la fel de mare pe o pistă uscată, dar în noroi, coeficientul lor de frecare este extrem de ridicat.

Alunecarea roții -- Există două tipuri de contact pe care le pot face anvelopele cu drumul: static și dinamic.

  • contact static -- Anvelopa și șoseaua (sau solul) nu alunecă unele față de altele. Coeficientul de frecare pentru contactul static este mai mare decât pentru contactul dinamic, astfel încât contactul static asigură o tracțiune mai bună.
  • contact dinamic -- Anvelopa alunecă relativ la drum. Coeficientul de frecare pentru contactul dinamic este mai mic, deci aveți mai puțin tracțiune.

Simplu, alunecarea roții apare atunci când forța aplicată pe o anvelopă depășește tracțiunea disponibilă pentru acea anvelopă. Forța este aplicată pe anvelopă în două moduri:

  • longitudinal -- Forța longitudinală provine din cuplul aplicat pe anvelopă de către motor sau de frâne. Tinde să accelereze sau să decelereze mașina.
  • Lateral -- Forța laterală este creată atunci când mașina conduce în jurul unei curbe. Este nevoie de forță pentru a schimba direcția mașinii - în cele din urmă, anvelopele și solul asigură forță laterală.

Să zicem că aveți o mașină cu tracțiune spate destul de puternică și că mergeți în jurul unei curbe pe un drum umed. Anvelopele dvs. au o tracțiune suficientă pentru a aplica forța laterală necesară pentru a vă menține mașina pe drum în timp ce merge în jurul curbei. Să zicem că podeazi pedala de gaz la mijlocul virajului (nu face asta!) - motorul dumneavoastră trimite mult mai mult cuplu roților, producând o cantitate mare de forță longitudinală. Dacă adăugați forța longitudinală (produsă de motor) și forța laterală creată în viraj, iar suma depășește tracțiunea disponibilă, tocmai ați creat alunecarea roții.

Majoritatea oamenilor nici măcar nu se apropie de depășirea tracțiunii disponibile pe pavajul uscat sau chiar pe trotuarul umed și plat. Sistemele cu patru roți și cu tracțiune integrală sunt cele mai utile în situații de tracțiune scăzută, cum ar fi pe zăpadă și pe dealurile alunecoase.

Avantajul unei tracțiuni pe patru roți este ușor de înțeles: dacă conduci patru roți în loc de două, ai potențialul de a dubla cantitatea de forță longitudinală (forța care te face să mergi) pe care o aplică pneurile pe sol.

Acest lucru poate ajuta într-o varietate de situații. De exemplu:

  • Pe zăpadă -- Este nevoie de multă forță pentru a împinge o mașină prin zăpadă. Cantitatea de forță disponibilă este limitată de tracțiunea disponibilă. Majoritatea mașinilor cu două roți cu tracțiune nu se pot mișca dacă există mai mult de câțiva centimetri de zăpadă pe drum, deoarece în zăpadă, fiecare anvelopă are doar o cantitate mică de tracțiune. O mașină cu patru roți poate utiliza tracțiunea tuturor celor patru anvelope.
  • Teren accidentat -- În condiții de off-road, este destul de comun ca cel puțin un set de anvelope să se afle într-o situație de tracțiune scăzută, cum ar fi atunci când traversați un pârâu sau o baltă de noroi. Cu tracțiunea pe patru roți, celălalt set de anvelope mai are tracțiune, astfel încât acestea să te poată scoate.
  • Urcând dealuri alunecoase -- Această sarcină necesită multă tracțiune. O mașină cu patru roți poate folosi tracțiunea tuturor celor patru anvelope pentru a trage mașina pe deal.

Există, de asemenea, unele situații în care tracțiunea pe patru roți nu oferă niciun avantaj față de tracțiunea cu două roți. Mai ales, sistemele cu patru roți nu vă vor ajuta să vă opriți pe suprafețe alunecoase. Depinde de frâne și de sistemul de frânare anti-blocare (ABS).

Acum să aruncăm o privire asupra părților care alcătuiesc un sistem cu tracțiune pe patru roți.

Cel mai frecvent tip de diferențial - diferențialul deschis

Principalele părți ale oricărui sistem cu tracțiune pe patru roți sunt cele două diferențiale (față și spate) și carcasa de transfer. În plus, sistemele part-time au hub-uri de blocare și ambele tipuri de sisteme pot avea electronice avansate care îi ajută să utilizeze și mai bine tracțiunea disponibilă.

diferenţialele O mașină are două diferențiale, una situată între cele două roți față și una între cele două roți din spate. Acestea trimit cuplul de la arborele de transmisie sau de transmisie la roțile de antrenare. Acestea permit, de asemenea, roțile din stânga și din dreapta să se rotească cu viteze diferite atunci când ocoliți un viraj.

Când ocoliți un viraj, roțile interioare urmează o cale diferită de cea a roților exterioare, iar roțile din față urmează o cale diferită de cea a roților din spate, astfel încât fiecare dintre roți se învârte cu o viteză diferită. Diferențialele permit diferența de viteză între roțile interioare și exterioare. (În tracțiunea integrală, diferența de viteză dintre roțile din față și cele din spate este gestionată de carcasa de transfer - vom discuta despre acest lucru.)

Există mai multe tipuri de diferențiale utilizate în mașini și camioane. Tipurile de diferențiale utilizate pot avea un efect semnificativ asupra cât de bine utilizează vehiculul cu tracțiune disponibilă. Vedeți cum funcționează diferențele pentru mai multe detalii.

Un caz de transfer tipic cu tracțiune pe patru roți: reducerea vitezei planetare poate fi angajată pentru a asigura angrenarea cu rază mică de acțiune.

Caz de transfer

Acesta este dispozitivul care împarte puterea între punțile față și spate pe o mașină cu patru roți.

Înapoi la exemplul nostru de viraj în colț: În timp ce diferențialele gestionează diferența de viteză între roțile interioare și exterioare, carcasa de transfer într-un sistem cu tracțiune integrală conține un dispozitiv care permite o diferență de viteză între roțile din față și cele din spate. Acesta poate fi un cuplaj vâscos, diferențial central sau alt tip de angrenaj. Aceste dispozitive permit unui sistem cu tracțiune integrală să funcționeze corect pe orice suprafață.

carcasă de transfer pe un sistem de tracțiune cu patru roți parțial blochează arborele de tracțiune a axei din față pe arborele de antrenare a punții spate, astfel încât roțile sunt obligate să se rotească la aceeași viteză. Acest lucru necesită ca anvelopele să alunece atunci când mașina se întoarce. Sisteme de timp parțial ca acesta ar trebui utilizate doar în situații de tracțiune scăzută în care anvelopele sunt relativ ușor să alunece. Pe beton uscat, nu este ușor să alunece pneurile, astfel încât tracțiunea pe patru roți ar trebui să fie decuplată pentru a evita viraje sacadate și uzură suplimentară a anvelopelor și a tractiunii.

Unele cazuri de transfer, mai frecvent cele din sistemele cu timp parțial, conțin și un set suplimentar de angrenaje care oferă vehiculului un gamă redusă. Acest raport de viteză suplimentar oferă vehiculului un cuplu suplimentar și o viteză de ieșire super lentă. La prima treaptă de viteză mică, vehiculul ar putea avea o viteză maximă de aproximativ 5 km / h, dar un cuplu incredibil este produs la roți. Acest lucru permite șoferilor să se încâlcească lent și lin pe dealuri foarte abrupte.

Butucuri de blocare

Fiecare roată dintr-o mașină este fixată într-un butuc. Camioane cu tracțiune integrală cu patru roți au, de regulă butucuri de blocare pe roțile din față. Atunci când tracțiunea cu patru roți nu este angajată, butucii de blocare sunt folosiți pentru a deconecta roțile din față de diferențialul din față, jumătățile de arbore (arbori care conectează diferențialul la butuc) și arborele de antrenare. Acest lucru permite diferențialului, semi-arborelor și arborelui de acționare să oprească rotirea atunci când mașina se află în tracțiune pe două roți, economisind uzura pe acele părți și îmbunătățind economia de combustibil.

Butucurile de blocare manuală erau destul de comune. Pentru a acționa cu patru roți, șoferul a trebuit de fapt să iasă din camion și să întoarcă un buton pe roțile din față până când butucurile sunt blocate. Sistemele mai noi au butucuri de blocare automată care se angajează atunci când șoferul trece în patru tracțiuni. Acest tip de sistem poate fi de obicei angajat în timp ce vehiculul se deplasează.

Fie că sunt manuale sau automate, aceste sisteme folosesc, în general, un guler glisant care blochează jumătatea arborilor față de butuc.

Electronică avansată

Pe multe vehicule moderne cu patru roți și cu tracțiune integrală, electronica avansată joacă un rol esențial. Unele mașini folosesc sistemul ABS pentru a aplica selectiv frânele pe roțile care încep să alunece - așa se numește controlul tracțiunii la frână.

Alții au ambreiaje sofisticate, controlate electronic, care pot controla mai bine transferul de cuplu între roți. Vom arunca o privire asupra unui astfel de sistem avansat mai târziu în articol.

Mai întâi, să vedem cum funcționează cel mai de bază sistem de tracțiune cu patru roți.

Diagrama sistemului de bază

Tipul de sistem part-time găsit în mod obișnuit pe pick-up-uri cu patru roți și SUV-uri mai vechi funcționează astfel: Vehiculul este de obicei cu tracțiunea din spate. Transmisia se conectează direct la o cutie de transfer. De acolo, un arbore de acționare întoarce osia din față, iar altul întoarce puntea spate.

Atunci când este acționat cu patru roți, cutia de transfer blochează arborele de acționare din față pe arborele de acționare din spate, astfel încât fiecare osie primește jumătate din cuplul care vine de la motor. În același timp, butucurile din față se blochează.

Puntea față și spate au fiecare diferențial deschis. Deși acest sistem oferă o tracțiune mult mai bună decât un vehicul cu două roți, are două dezavantaje principale. Am discutat deja despre una dintre ele: nu poate fi utilizată pe drum din cauza carcasei de transfer blocată.

A doua problemă provine din tipul de diferențiale utilizate: Un diferențial deschis împarte cuplul în mod egal între fiecare dintre cele două roți la care este conectat (consultați Modul de diferențiere pentru mai multe detalii). Dacă una dintre cele două roți iese de pe sol sau se află pe o suprafață foarte alunecoasă, cuplul aplicat acestei roți scade la zero. Deoarece cuplul este împărțit uniform, aceasta înseamnă că cealaltă roată primește și un cuplu zero. Așadar, chiar dacă cealaltă roată are tracțiune mare, nu se transferă cuplul acesteia. Animația de mai jos arată modul în care un astfel de sistem reacționează în diferite condiții.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Animarea unui sistem de bază care întâlnește diverse combinații de teren. Acest vehicul se blochează când două dintre roțile sale sunt pe gheață.

Anterior, am spus că cel mai bun sistem de tracțiune cu patru roți va trimite o cantitate corectă de cuplu la fiecare roată, suma corectă fiind cuplul maxim care nu va determina alunecarea acestei anvelope. Acest sistem apreciază destul de slab după acel criteriu. Acesta transmite ambelor roți cantitatea de cuplu care nu va cauza anvelopa cu cel mai puţin tracțiune pentru a aluneca.

Există câteva modalități de a îmbunătăți un sistem ca acesta. Înlocuirea diferențialului deschis cu un diferențial spate cu alunecare limitată este una dintre cele mai obișnuite - acest lucru asigură că ambele roți din spate sunt capabile să aplice un cuplu indiferent de situație. O altă opțiune este un diferențial de blocare, care blochează roțile din spate pentru a asigura accesul la toți cuplul care vine în ax, chiar dacă o roată este în afara pământului - acest lucru îmbunătățește performanța în condiții off-road..

În următoarea secțiune, vom arunca o privire asupra ceea ce ar putea fi ultimul sistem de tracțiune cu patru roți: cel de pe Hummer.

Vehiculul militar AM General Hummer combină o tehnologie mecanică avansată cu o electronică sofisticată pentru a crea ceea ce este probabil cel mai bun sistem cu tracțiune pe patru roți.

Hummer are un sistem full-time cu funcții suplimentare, care pot fi angajate pentru o performanță sporită în afara drumului. În acest sistem, la fel ca în sistemul nostru de bază, transmisia este conectată la carcasa de transfer. Din carcasa de transfer, un arbore de acționare se conectează la puntea față și unul la puntea spate. Cu toate acestea, carcasa de transfer de pe Hummer nu blochează automat punțile față și spate împreună. În schimb, conține un set de angrenaje diferențial deschis care pot fi blocate de șofer. În modul deschis (nu este blocat), punțile față și spate se pot deplasa cu viteze diferite, astfel încât vehiculul să poată conduce pe drumuri uscate fără nicio problemă. Când diferențialul este blocat, punțile față și spate au fiecare acces la cuplul motorului. Dacă roțile din față sunt înclinate, roțile din spate obțin tot cuplul pe care îl pot suporta.

Diagrama sistemului Hummer, o caracteristică interesantă a Hummer este butucurile angrenate pe care le folosește la fiecare roată. Acestea ridică întreaga driveline, oferind lui Hummer 16 inch (40,64 cm) de gardă la sol, mai mult decât dublul față de cele mai multe tracțiuni pe patru roți.

Diferențialele din față și din spate sunt ambele Torsen® diferențialele. Aceste diferențe au un set de viteze unic: de îndată ce simte o scădere a cuplului la o roată (care apare atunci când o anvelopă urmează să alunece), angrenajul transferă cuplul pe cealaltă roată. Diferențialele Torsen pot transfera de la două până la patru ori cuplul de la o roată la alta. Aceasta este o îmbunătățire mare față de diferențele deschise. Dar dacă o roată este în afara pământului, cealaltă roată nu mai are un cuplu.

Pentru a rezolva această problemă, Hummer este echipat cu un sistem de control al tracțiunii frânei. Când o anvelopă începe să alunece, controlul de tracțiune la frână aplică frânele acelei roți. Acest lucru realizează două lucruri:

  • Împiedică alunecarea acestei anvelope, ceea ce îi permite să utilizeze la maxim tracțiunea disponibilă.
  • Permite celeilalte roți să aplice mai mult cuplu.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Sistemul Hummer întâmpină diverse combinații de teren: pentru ca Hummer să se blocheze, toate cele patru roți ar trebui să piardă tracțiunea.

Sistemul de control al tracțiunii la frână aplică un cuplu semnificativ roții care dorește să alunece, permițând diferențialului Torsen să aplice de două până la patru ori acest cuplu crescut la cealaltă roată.

Hai să-l punem la încercare pe Hummer.

Sistemul de pe Hummer este capabil să trimită o cantitate mare de cuplu oricare dintre anvelopele care au tracțiune, chiar dacă acest lucru înseamnă să-l trimiți pe toți. Acest lucru aduce Hummer destul de aproape de definiția noastră a unui sistem ideal de tracțiune pe patru roți: unul care furnizează fiecărei anvelope cantitatea maximă de cuplu pe care o poate suporta.

Pentru mai multe informații despre tracțiunea pe patru roți și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

  • Quiz de suspendare a mașinii
  • Cum funcționează diferențele
  • Cum funcționează frânele anti-blocare
  • Cum funcționează gențile cu aer
  • Cum funcționează anvelopele
  • Cum funcționează forța, puterea, cuplul și energia
  • Cum funcționează direcția auto
  • Cum funcționează prețurile gazelor
  • Cum funcționează calibrele de combustibil
  • Cum funcționează Puterea
  • Ce înseamnă să numim un camionet „camion cu jumătate de tonă”?

Mai multe legături grozave

  • Introducere la toate sistemele de acționare a roților
  • 4x4 ACUM: "Cum-Pentru" 4-Wheeling
  • Motorist inteligent: tracțiune cu patru roți, tracțiune integrală, control de tracțiune
  • Întrebați Yahoo !: Care este diferența dintre „tracțiune integrală” și „tracțiune pe patru roți”?
  • Tipul mașinii: patru roți, roți față, tracțiune integrală - Huh?



Nimeni nu a comentat acest articol încă.

Cele mai interesante articole despre secrete și descoperiri. O mulțime de informații utile despre tot
Articole despre știință, spațiu, tehnologie, sănătate, mediu, cultură și istorie. Explicați mii de subiecte pentru a ști cum funcționează totul