Jak funguje pohon všech kol

Hummery pracují na pohon všech kol. Podívejte se na obrázky terénů.

Existuje téměř tolik různých typů systémů pohonu všech čtyř kol, jako jsou vozidla poháněná čtyřmi koly. Zdá se, že každý výrobce má několik různých schémat pro dodávání energie všem kolům. Jazyk používaný různými výrobci automobilů může být někdy trochu matoucí, takže než začneme vysvětlovat, jak fungují, vyjasněte si některou terminologii:

• Pohon čtyř kol - Obvykle, když výrobci automobilů říkají, že auto má pohon čtyř kol, odkazují na a poloviční úvazek Systém. Z důvodů, které prozkoumáme dále v tomto článku, jsou tyto systémy určeny pouze pro použití v podmínkách s nízkou trakcí, například v terénu nebo na sněhu nebo ledu.
• Pohon všech kol - Tyto systémy se někdy nazývají plný pohon všech kol. Systémy pohonu všech kol jsou navrženy tak, aby fungovaly na všech typech povrchů, jak na silnici, tak v terénu, a většina z nich nelze vypnout..

Systémy pohonu všech kol na částečný a plný úvazek lze hodnotit podle stejných kritérií. Nejlepší systém vyšle přesně točivý moment na každé kolo, což je maximální točivý moment, který nezpůsobí prokluzování pneumatiky.

V tomto článku si vysvětlíme základy pohonu všech kol, počínaje některým pozadím trakce, a podíváme se na komponenty, které tvoří systém pohonu všech čtyř kol. Pak se podíváme na několik různých systémů, včetně toho, který se nachází na Hummeru, vyrobeného pro GM společností AM General.

Musíme o tom něco vědět točivý moment, trakce a skluzu kola než pochopíme různé systémy pohonu všech kol, které se nacházejí na autech.

Kroutící moment je točivá síla, kterou motor vytváří. Točivý moment motoru je to, co pohání vaše auto. Různá rychlostní stupně v převodovce a diferenciálu násobí točivý moment a dělí jej mezi kola. Vyšší točivý moment může být odeslán na kola u prvního rychlostního stupně než u pátého rychlostního stupně, protože první rychlostní stupeň má větší převodový poměr, kterým se násobí točivý moment.

Sloupcový graf níže ukazuje množství točivého momentu, který motor vytváří. Značka v grafu označuje množství točivého momentu, který způsobí prokluzování kol. Auto, které dělá dobrý start, nikdy nepřekročí tento točivý moment, takže pneumatiky neklouzají; auto, které způsobí špatný start, překračuje tento točivý moment, takže pneumatiky sklouznou. Jakmile začnou klouzat, krouticí moment klesá téměř na nulu.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Zajímavé na točivém momentu je to, že v situacích s nízkým tahem je maximální množství točivého momentu, které lze vytvořit, určováno velikostí tahu, nikoli motorem. I když máte v automobilu motor NASCAR, pokud se pneumatiky nepřilepí k zemi, jednoduše neexistuje způsob, jak využít tuto sílu.

Pro účely tohoto článku budeme definovat trakce jako maximální síla, kterou může pneumatika působit na zem (nebo že země může působit na pneumatiku - jsou to stejné). To jsou faktory, které ovlivňují trakci:

Hmotnost pneumatiky -- Čím vyšší je hmotnost pneumatiky, tím větší je tah. Hmotnost se může při jízdě autem posouvat. Například, když vůz odbočí, váha se posune na vnější kola. Při zrychlování se váha posune na zadní kola. (Další podrobnosti viz Jak fungují brzdy.)

Koeficient tření -- Tento faktor souvisí s velikostí třecí síly mezi dvěma povrchy se silou, která drží oba povrchy pohromadě. V našem případě to souvisí s velikostí tahu mezi pneumatikami a vozovkou s hmotností spočívající na každé pneumatice. Koeficient tření je většinou funkcí druhu pneumatik na vozidle a typu povrchu, na kterém vozidlo jede. Například pneumatika NASCAR má velmi vysoký koeficient tření, když jede na suché betonové dráze. To je jeden z důvodů, proč mohou závodní vozy NASCAR zatáčet tak vysokou rychlostí. Koeficient tření pro stejnou pneumatiku v bahně by byl téměř nulový. Naproti tomu obrovské terénní pneumatiky by neměly na suché dráze tak vysoký koeficient tření, ale v bahně je jejich koeficient tření extrémně vysoký.

Skluz kola -- Existují dva druhy kontaktů, které mohou pneumatiky s vozovkou dosáhnout: statický a dynamický.

• statický kontakt -- Pneumatika a silnice (nebo země) se navzájem neklouzají. Koeficient tření pro statický kontakt je vyšší než pro dynamický kontakt, takže statický kontakt poskytuje lepší trakci.
• dynamický kontakt -- Pneumatika sklouzává relativně k vozovce. Koeficient tření pro dynamický kontakt je nižší, takže máte menší trakci.

Jednoduše řečeno, k prokluzu kola dochází, když síla působící na pneumatiku překročí trakci dostupnou pro tuto pneumatiku. Síla působí na pneumatiku dvěma způsoby:

• Podélně -- Podélná síla vychází z točivého momentu působícího na pneumatiku motorem nebo brzdami. Má tendenci buď zrychlit nebo zpomalit auto.
• Později -- Boční síla se vytvoří, když vůz jede kolem zatáčky. K tomu, aby se vůz změnil, to vyžaduje sílu - pneumatiky a země nakonec zajišťují boční sílu.

Řekněme, že máte poměrně silné auto s pohonem zadních kol a jedete kolem zatáčky na mokré vozovce. Vaše pneumatiky mají dostatek trakce, aby vyvinuly postranní sílu potřebnou k tomu, aby vaše auto zůstalo na silnici při jízdě kolem zatáčky. Řekněme, že dáte plynový pedál uprostřed zatáčky (nedělej to!) - váš motor posílá na kola mnohem větší točivý moment a vytváří tak velké množství podélné síly. Pokud přidáte podélnou sílu (produkovanou motorem) a boční sílu vytvořenou v tahu a součet přesáhne dostupnou trakci, vytvořili jste pouze prokluz kola.

Většina lidí se ani nepřibližuje k překročení dostupné trakce na suchém chodníku nebo dokonce na rovném a mokrém chodníku. Systémy pohonu všech kol a všech kol jsou nejužitečnější v situacích s nízkým tahem, například ve sněhu a na kluzkých kopcích..

Výhoda pohonu všech čtyř kol je snadno pochopitelná: Pokud řídíte čtyři kola namísto dvou, máte potenciál zdvojnásobit množství podélné síly (síla, která vás nutí), aby pneumatiky působily na zem..

To může pomoci v různých situacích. Například:

• Ve sněhu -- Zatlačit auto sněhem vyžaduje hodně síly. Velikost dostupné síly je omezena dostupnou trakcí. Většina vozů s pohonem dvou kol se nemůže pohybovat, pokud je na silnici více než několik centimetrů sněhu, protože každá pneumatika má ve sněhu jen malé množství trakce. Pohon všech čtyř kol dokáže využít tah všech čtyř pneumatik.
• Terénní -- V terénních podmínkách je celkem běžné, že alespoň jedna sada pneumatik je v situaci s nízkým tahem, například při přechodu potoka nebo kaluže. S pohonem všech kol má druhá sada pneumatik stále trakci, takže vás mohou vytáhnout ven.
• Lezecké kluzké kopce -- Tento úkol vyžaduje hodně trakce. Vozidlo s pohonem všech čtyř kol může využít tah všech čtyř pneumatik k vytažení vozu do kopce.

Existují také situace, kdy pohon všech kol neposkytuje žádnou výhodu před pohonem dvou kol. Především systémy pohonu všech kol vám pomohou zastavit na kluzkém povrchu. Je to všechno na brzdy a protiblokovací systém brzd (ABS).

Nyní se podívejme na části, které tvoří systém pohonu všech kol.

Nejběžnější typ diferenciálu - otevřený diferenciál

Hlavními částmi jakéhokoli systému pohonu všech čtyř kol jsou dva diferenciály (přední a zadní) a převodový kufřík. Kromě toho mají systémy na částečný úvazek uzamykací náboje a oba typy systémů mohou mít vyspělou elektroniku, která jim pomůže ještě lépe využívat dostupnou trakci.

Diferenciály Auto má dva diferenciály, jeden umístěný mezi dvěma předními koly a druhý mezi dvěma zadními koly. Posílají točivý moment z hnacího hřídele nebo převodovky na hnací kola. Umožňují také otáčení levého a pravého kola při různých rychlostech, když se otáčíte kolem.

Když jedete kolem, vnitřní kola sledují jinou cestu než vnější kola a přední kola sledují jinou cestu než zadní kola, takže každé z kol se točí jinou rychlostí. Diferenciály umožňují rozdíl rychlosti mezi vnitřním a vnějším kolem. (V pohonu všech kol je rozdíl rychlosti mezi předními a zadními koly řešen převodovou skříní - probereme to dále.)

V automobilech a nákladních vozech se používá několik různých druhů rozdílů. Typy použitých diferenciálů mohou mít významný vliv na to, jak dobře vozidlo využívá dostupnou trakci. Další podrobnosti viz Jak fungují diferenciály.

Typická převodovka pohonu všech kol na částečný úvazek: K redukci převodového stupně lze použít převod planetového soukolí, aby bylo zajištěno řazení dolního rozsahu.

Převodová skříň

Toto je zařízení, které dělí sílu mezi přední a zadní nápravou u vozu s pohonem všech čtyř kol.

Zpět k našemu příkladu zatáčky v zatáčkách: Zatímco diferenciály zvládnou rozdíl rychlosti mezi vnitřním a vnějším kolem, převodový kufřík v systému pohonu všech kol obsahuje zařízení, které umožňuje rozdíl rychlosti mezi předním a zadním kolem. Může se jednat o viskózní spojku, středový diferenciál nebo jiný typ převodovky. Tato zařízení umožňují systému pohonu všech kol správně fungovat na jakémkoli povrchu.

případ převodu u systému pohonu čtyř kol na částečný úvazek zablokuje hnací hřídel přední nápravy k hnací hřídeli zadní nápravy, takže kola jsou nucena točit stejnou rychlostí. To vyžaduje, aby pneumatiky při proklouznutí vozu sklouzly. Systémy na částečný úvazek, jako je tento, by se měly používat pouze v situacích s nízkým tahem, kdy je poměrně snadné prokluzování pneumatik. U suchého betonu není snadné prokluzovat pneumatiky, takže pohon všech kol by měl být odpojen, aby nedošlo k trhavým zatáčkám a dodatečnému opotřebení pneumatik a hnacího ústrojí..

Některé převodové případy, častěji případy v systémech na částečný úvazek, obsahují také další sadu rychlostních stupňů, které dávají vozidlu a nízký rozsah. Tento zvláštní převodový poměr dává vozidlu extra točivý moment a velmi pomalou výstupní rychlost. Při prvním rychlostním stupni v nízkém doletu může mít vozidlo nejvyšší rychlost asi 5 km / h (8 km / h), ale na kolech se vytváří neuvěřitelný točivý moment. To umožňuje řidičům pomalu a plynule se plazit do velmi strmých kopců.

Uzamykací náboje

Každé kolo v autě je přišroubováno k náboji. Vozíky s pohonem všech kol na částečný úvazek obvykle mají uzamykací náboje na předních kolech. Pokud není pohon všech kol zapojen, použijí se blokovací náboje k odpojení předních kol od předního diferenciálu, polovičních hřídelů (hřídele, které spojují diferenciál s nábojem) a hnacího hřídele. To umožňuje diferenciálu, polohřídelům a hnací hřídeli zastavit otáčení, když je vůz v pohonu dvou kol, což šetří opotřebení těchto dílů a zlepšuje spotřebu paliva.

Ruční uzamykací náboje bývaly docela běžné. Aby řidič mohl zařadit pohon všech kol, musel se skutečně dostat z vozíku a otočit knoflíkem na předních kolech, dokud se náboje nezablokovaly. Novější systémy mají automatické uzamykací náboje, které se aktivují, když se řidič přepne na pohon všech kol. Tento typ systému lze obvykle zapojit za jízdy.

Ať už manuální nebo automatický, tyto systémy obvykle používají posuvný límec, který zamyká přední poloviny hřídele k náboji.

Pokročilá elektronika

Na mnoha moderních vozidlech s pohonem všech kol a pohonů všech kol hraje pokročilá elektronika klíčovou roli. Některá auta používají systém ABS k selektivnímu zabrzdění kol, která se začínají smykat - to se nazývá ovládání brzdové trakce.

Jiní mají sofistikované, elektronicky ovládané spojky, které mohou lépe řídit přenos točivého momentu mezi koly. Později se v článku podíváme na jeden takový pokročilý systém.

Nejprve se podívejme, jak funguje nejzákladnější systém pohonu všech kol na částečný úvazek.

Schéma základního systému

Typ systému na částečný úvazek, který se obvykle nachází u snímačů s pohonem všech čtyř kol a starších SUV, funguje takto: Vozidlo je obvykle poháněno zadními koly. Převodovka se připojuje přímo k přepravní skříni. Odtud jeden hnací hřídel otáčí přední nápravu a druhý otočí zadní nápravu.

Když je zapojen pohon všech kol, převodová skříň zablokuje přední hnací hřídel k zadnímu hnacímu hřídeli, takže každá náprava dostává polovinu točivého momentu přicházejícího z motoru. Současně se zamykají přední náboje.

Přední a zadní náprava mají otevřený diferenciál. Přestože tento systém poskytuje mnohem lepší trakci než vozidlo s pohonem dvou kol, má dvě hlavní nevýhody. Už jsme diskutovali o jedné z nich: Nelze ji použít na silnici kvůli uzamčené přenosové skříni.

Druhý problém pochází z typu použitých diferenciálů: Otevřený diferenciál rozdělí točivý moment rovnoměrně mezi každé ze dvou kol, ke kterým je připojen (další podrobnosti viz Jak fungují diferenciály). Pokud jedno z těchto dvou kol dopadne na zem nebo je na velmi kluzkém povrchu, krouticí moment aplikovaný na toto kolo klesne na nulu. Protože točivý moment je rozdělen rovnoměrně, znamená to, že druhé kolo také dostává nulový točivý moment. Takže i když má druhé kolo dostatek trakce, nepřenáší se na něj žádný točivý moment. Animace níže ukazuje, jak takový systém reaguje za různých podmínek.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Animace základního systému s různými kombinacemi terénu. Toto vozidlo uvízne, když jsou dvě jeho kola na ledu.

Dříve jsme říkali, že nejlepší systém pohonu všech čtyř kol bude posílat přesně to nejlepší točivý moment na každé kolo, přičemž správným množstvím je maximální točivý moment, který nezpůsobí prokluzování pneumatiky. Tento systém hodnotí podle tohoto kritéria poměrně špatně. Na obě kola vyšle točivý moment, který pneumatiku nezpůsobí nejméně trakce ke skluzu.

Existuje několik způsobů, jak vylepšit systém, jako je tento. Nahrazení otevřeného diferenciálu zadním diferenciálem s omezeným skluzem je jedním z nejběžnějších - to zajišťuje, že obě zadní kola jsou schopna aplikovat určitý točivý moment bez ohledu na to, co. Další možností je uzávěrka diferenciálu, která blokuje zadní kola dohromady, aby bylo zajištěno, že každé z nich má přístup ke všem točivému momentu přicházejícímu na nápravu, i když je jedno kolo mimo zem - to zlepšuje výkon v podmínkách terénu.

V další části se podíváme na to, co by mohl být konečný systém pohonu všech čtyř kol: ten na Hummeru.

Vojenské vozidlo AM General Hummer kombinuje pokročilé mechanické technologie se sofistikovanou elektronikou a vytváří tak pravděpodobně nejlepší dostupný systém pohonu všech kol..

Hummer má systém na plný úvazek s dalšími funkcemi, které lze použít pro lepší výkon v terénu. V tomto systému, stejně jako v našem základním systému, je přenos závislý na přenosové skříni. Z převodové skříně se jeden hnací hřídel připojuje k přední nápravě a druhý k zadní nápravě. Přenosová skříň na Hummeru však automaticky nezamkne přední a zadní nápravu dohromady. Místo toho obsahuje sadu otevřených diferenciálních převodových stupňů, které může řidič zablokovat. V otevřeném režimu (bez uzamčení) se přední a zadní náprava mohou pohybovat různými rychlostmi, takže vozidlo může bez problémů jezdit na suchých silnicích. Když je diferenciál uzamčen, mají přední i zadní náprava přístup k točivému momentu motoru. Pokud jsou přední kola v rychlém pohybu, zadní kola získají veškerý točivý moment, který mohou zvládnout.

Schéma systému Hummer, jedna skvělá vlastnost Hummeru jsou ozubené náboje, které používá u každého kola. Ty zvyšují celou hnací ústrojí a poskytují Hummeru 16 palců (40,64 cm) světlou výšku, což je více než dvojnásobek toho, co má většina pohonů všech čtyř kol.

Přední a zadní diferenciál jsou oba Torsen^® diferenciály. Tyto diferenciály mají jedinečnou převodovku: Jakmile zjistí pokles točivého momentu na jedno kolo (ke kterému dochází, když se pneumatika chystá sklouznout), převede točivý moment na druhé kolo. Torsenovy diferenciály mohou přenášet ze dvou na čtyřnásobek točivého momentu z jednoho kola na druhé. To je velké zlepšení oproti otevřeným rozdílům. Ale pokud je jedno kolo mimo zem, druhé kolo stále nemá žádný točivý moment.

K řešení tohoto problému je Hummer vybaven brzdový trakční systém. Když jedna pneumatika začne klouzat, brzdový trakční systém aplikuje brzdy na toto kolo. Tím jsou splněny dvě věci:

• Zabraňuje sklouznutí pneumatiky a umožňuje maximální využití dostupné trakce.
• Umožňuje druhému kolu aplikovat větší točivý moment.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Systém Hummer narážející na různé kombinace terénu: Aby se Hummer zasekl, všechna čtyři kola by musela ztratit trakci.

Řídicí systém brzdové trakce aplikuje významný točivý moment na kolo, které chce proklouznout, což umožňuje diferenciálu Torsen použít dvakrát až čtyřikrát větší točivý moment na druhé kolo.

Zkusme Hummera vyzkoušet.

Systém na Hummeru je schopen vyslat velké množství točivého momentu na kteroukoli pneumatiku, která má trakci, i když to znamená poslat vše na jedinou pneumatiku. Díky tomu se Hummer blíží naší definici ideálního systému pohonu všech kol: takový, který dodává každé pneumatice maximální točivý moment, který dokáže zvládnout..

Další informace o pohonu všech kol a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Kvíz pozastavení vozu
• Jak fungují diferenciály
• Jak fungují protiblokovací brzdy
• Jak fungují airbagy
• Jak fungují pneumatiky
• Jak síla, síla, točivý moment a energie fungují
• Jak funguje řízení auta
• Jak fungují ceny plynu
• Jak fungují palivoměry
• Jak funguje Horsepower
• Co to znamená nazvat pick-upem „půltunový vůz“?

Další skvělé odkazy

• Úvod do systémů pohonu všech kol
• 4x4NOW: 4-Wheeling "How-To"
• Inteligentní motorista: pohon všech kol, pohon všech kol, kontrola trakce
• Zeptejte se Yahoo !: Jaký je rozdíl mezi „pohonem všech kol“ a „pohonem všech kol“?
• The Car Guy: Čtyři kola, Přední kolo, Pohon všech kol - Huh?