Полноприводная трансмиссия

Общие положения. Автомобили, у которых все колеса ведущие, называют полноприводными (рис. 11.118). Если крутящий момент передается на все колеса, тогда улучшается способность автомобиля двигаться в плохих дорожных условиях.

У автомобиля с постоянным полным приводом и распределением крутящего момента поровну между ведущими ося­ми используется конический дифференциал или планетарный механизм.

Трансмиссия полноприводного автомобиля конструктивно сложнее, дороже и тяжелее, чем у автомобиля с двумя ведущими колесами. Кроме того, механические потери в такой трансмиссии выше. Дополнительная масса и потери мощности снижают общие показатели и ухудшают топливную экономичность автомобиля. В то же время сопротивление качению ве­дущих колес меньше, чем ведомых, что в некоторой степени (но не полностью) компенсирует потери. Несмотря на недостатки полного привода, его преимущества часто являются более важными. Очевидно, что помимо улучшения внедорожных свойств, полный привод мощного автомобиля дает преимущества при движении по скользкой дороге и обеспечивает более ин­тенсивный разгон. Влияние полного привода на управляемость и устойчивость более сложное, но несомненно, что полный привод дает преимущество в устойчивости на скользких дорогах, а главное – он обеспечивает более легкое управление автомобилем в критических си­туациях.

Для автомобилей повышенной проходимости важно не только обеспечить хорошее сцеп­ление колес с опорной поверхностью, но и обеспечить большой дорожный просвет, чтобы автомобиль не застрял на неровностях дороги. Кроме того, внедорожные автомобили, как правило, оборудуются трансмиссиями с понижающей передачей, которая дает возможность увеличить крутящий момент, подводимый к ведущим колесам, и обеспечить уверенное дви­жение на малых скоростях.

Автомобили могут иметь или постоянный привод всех колес, или подключаемый ко всем колесам при необходимости.

В любом автомобиле, имеющем привод на четыре колеса, независимо от расположе­ния двигателя, необходимо разделить крутящий момент, получаемый на ведомом вале коробки передач, на два направления и передать один к переднему мосту, а другой к заднему. Кроме того, требуются две главные передачи: одна для привода передних колес, а другая – задних соответственно.

При движении автомобиля по криво­линейной траектории каждое из четырех колес автомобиля проходит различный путь. Следовательно, каждое колесо совершает при повороте разное число обо­ротов. То же самое происходит при прямоли­нейном движении автомобиля, если диаметры колес отличаются (различный износ шин, разное давление в шинах). Как было показано выше, для уменьшения неизбеж­ных потерь при движении автомобиля необходимо применять дифференциал. Авто­мобиль с четырьмя ведущими колесами должен иметь три дифференциала, по одному между колесами передней и задней осей (межколесные дифференциалы) и один между осями автомобиля (межосевой дифференциал).

Передача крутящего момента на переднюю и заднюю оси грузовых автомобилей и некоторых легковых, осуществляется с помощью раздаточной коробки. Раздаточной коробкой передач называется дополнительная коробка передач, распределяющая крутящий момент двигателя между веду­щими мостами автомобиля. Она служит для увеличения тяговой силы па ведущих колесах и повышения проходимости автомобиля. Кроме того, она выполняет функции демультипликатора, что позволяет увеличить диапазон передаточных чисел коробки передач и эффективнее использовать автомобили в различных дорожных условиях.

В тех случаях, когда применяется только один ведущий мост, или ведущие мосты расположены по одну сторону от коробки передач и выполнены проходными, как у многих автомобилей с колесной формулой 6×4, раздаточная коробка не нужна. Она не нужна и тогда, когда передний и задний мосты — ведущие, но коробка передач выполнена с несоосным нижним расположением ведомого вала, имеющего с обеих сторон присоединительные фланцы. В этом случае функции раздаточной коробки выполняет коробка передач.

В зависимости от назначения автомобилей на них применяют различные коробки (рис. 11.119)

Простейшая раздаточная коробка (рис. 11.119, а) состоит из ведущего 1, промежуточного 4 и ведомого 5 валов, вала 8 привода переднего моста, зубчатых колес 2, 3, 6 и зубчатой муфты 7 включения переднего моста. Крутящий момент от коробки передач подводится к ведущему валу 1. Вал 5 постоянно соединен с главной передачей ведущего заднего моста автомобиля. При включении привода переднего моста валы 8 и 5 соединяются между собой зубчатой муфтой 7 и вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Соотношение между крутящими моментами, подводимыми к главным передачам переднего и заднего мостов, при такой схеме раздаточной коробки соответствует соотношению сил сопротивления движению автомобиля на колесах этих мостов.

При движении на повороте передние управляемые колеса проходят больший путь и должны вращаться быстрее, чем задние неуправляемые. Поэтому при жестком соединении валов 5 и 8, при так называемом блокированном приводе, неизбежно проскальзывание колес относительно дороги, вследствие чего возрастает расход топлива и происходит перегрузка деталей трансмиссии. Для устранения этих вредных явлений передний мост отключают при движении по дорогам с твердым покрытием и включают только на трудных участках дороги.

Устранить перечисленные отрицательные явления можно применением в раздаточной коробке межосевого дифференциала (рис.1.99, б, в). Он позволяет валам 5 и 8 вращаться с неодинаковыми частотами. Распределение крутящих моментов между валами 5, 8 будет всегда одинаковым — 1:1 для симметричного дифференциала 9 (рис. 11.119, б), а у несимметричного дифференциала 10 (рис. 11.119, в) больший момент будет подводиться к валу 5. Для повышения проходимости автомобилей межосевые дифференциалы иногда выполняют с принудительной блокировкой или самоблокирующимися.
Для движения автомобилей со всеми ведущими колесами в тяжелых дорожных условиях требуется, чтобы к ведущим колесам была приложена большая сила тяги. Для увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим мостам, раздаточные коробки выполняют двухступенчатыми, совмещая дополнительную коробку (демультипликатор) с раздаточной коробкой.

Таким образом раздаточная коробка может также выполнять функции дополнительной коробки передач, дифференциала (при дифференциальном приводе), а если передаточное число ее высшей передачи больше единицы, то и главной передачи.

На рис. 11.120 показана раздаточная коробка легкового автомоби­ля повышенной проходимости с передним ведущим мостом, вклю­чаемым при движении в тяжелых дорожных условиях и выключа­емым на дорогах с усовершенствованным покрытием.

Раздаточная коробка двухступенчатая, с несоосными валами привода ведущих мостов и ручным управлением. Две передачи (пря­мая и низшая) увеличивают диапазон передаточных чисел коробки передач и тяговую силу на ведущих колесах автомобиля, повышая его проходимость.

На шлицах ведущего вала 1 установлена подвижная шестерня 2, предназначенная для включения прямой и низшей передач. При введении в зацепление шестерни 2 с шестерней 3 вала привода заднего моста валы 1 и 4 соединяются между собой, и включается прямая передача. При зацеплении шестерни 2 с шестерней 9 промежуточного вала 6 включается низшая передача. На шлицах промежуточного вала 6 установлена подвижная шестерня 5 для включения и выключения переднего моста. При выведении шес­терни 5 из зацепления с шестерней 7 вала 8выключается перед­ний мост автомобиля, но зацепление шестерни 7 с шестерней 3 вала 4 привода заднего моста сохраняется.

Механизм включения низшей передачи и переднего моста состоит из вилок, которые входят в проточки шестерен 2 и 5 и могут перемещаться на штоках с помощью рычагов, закрепленных на ползунах, соединенных с рычагами управления.

Другим распространенным способом улучшения характеристик трансмиссий современ­ных полноприводных автомобилей является применение различных устройств повышенного трения, применяющихся в качестве межосевых и задних дифференциалов. Самый простой способ заключается в создании дополнительного трения при проскальзывании деталей в дифференциале. Здесь, однако, требуется ограничить величину проскальзывания таким об­разом, чтобы оно не оказывало чрезмерного влияния на возможность движения колес ав­томобиля с небольшой разницей в угловых скоростях при обычном повороте. Таким обра­зом, дифференциалы повышенного трения должны быть такими, чтобы передавать только часть крутящего момента на колесо с хорошим сцеплением.

Следует помнить, что любой дифференциал повышенного трения, независимо от места его расположения (в раздаточной коробке или ведущих мостах) отнимает часть механиче­ской энергии, переводя ее в тепло, а значит увеличивает расход топлива. Повышается также изнашивание шин и трансмиссии в целом. Гораздо лучше, если дифференциал сможет «почувствовать» момент начала проскаль­зывания колеса и сумеет увеличить крутящий момент на отстающем колесу. Другими словами, желательно использовать самоблокирующийся дифференциал. Для исключения проскальзывания колес применяются различные муфты, блокирующиеся механически (рассмотрены выше и самоблокирующиеся дифференциалы

Муфта Haldex. Муфта Haldex первого-третьего поколения. Муфта Haldex первого, второго и третьего поколения, принципиально не отличающимися друг от друга, широко используется концерна Volkswagen для автомобилей класса А (Volkswagen Golf, Bora, Audi TT, Skoda Oktavia, Seat Toledo и т.д.). С од­ной стороны, она предлагает преиму­щества постоянного привода на все колеса, с другой — она может комби­нироваться с такими системами, пре­дотвращающими пробуксовку колес, как ABS, EDS, ASR, EBV и ESP.

В отличие от традиционных си­стем постоянного привода система «4 motion» имеет ряд преимуществ: автомобиль сохраняет харак­теристику переднепри­водного, время сра­батывания муфты очень мало, различные размеры шин (аварийное колесо) не вызывают никаких проблем, и заклинивания в приводе при парковке или маневри­ровании больше не происходит. Кон­структивно муфта Haldex устанавли­вается непосредственно на зад­нем мосту (рис. 11.121). Вместе со всеми компо­нентами, включая блок управления, это компактный узел, который приводится в действие от карданного вала.

Механическая часть муфты Haldex состоит из цилиндрического входного вала с аксиально-поршневым насосом и рабочим поршнем, ведомого вала с приводной головкой и дисковым кулачком, а также набора фрикционных дисков (рис. 11.122). Наружные диски соединены с ведущим валом, а внутрен­не диски через продольное зубчатое зацепление с ведомым валом.

При пробуксовке одного из колес автомобиля возникает разница в частоте вращения между ведомым 1 и ведущим 8 валами, и на поршень 4 направляется то выступающая, то опускающаяся часть кулачковой шайбы (рис. 11.123, а, б).

В результате возвратно-поступательного движения поршня давление масла в канале, через который оно подводится к рабочему (ведомому) поршню гидравлической системе повышается. Под действием давления масла рабочий поршень перемещается вправо, сжимая пакет фрикционных дисков (рис., 11.123, в). В результате сжатия пакета дисков ведущий вал муфты соединяется с ведомым валом (рис. 11.123, г). Таким образом осуществляется привод на все колеса автомобиля с передачей крутящего момента на задние колеса.

Гидравлическая часть муфты Haldex состоит из электрического подпиточного насоса 9, масляного фильтра 10, впускных 11 и нагнетательных 3 клапанов, регулятора давления 5 с регулировочным клапаном, предохранительного клапана 4 и гидроаккумулятора 6 (рис. 11.124). Для того чтобы система могла быстро срабатывать, подпиточный электрический насос 9, начиная с частоты вращения 400 об/мин, нагнетает в гидравлической системе муфты дав­ление подпитки 4 кгс/см². Давление под­питки поддерживается гидроаккуму­лятором 6 и воздействует как на пор­шни насоса 12, так и на рабочий поршень 13. Преимуществом такой компоновки, является то, что, с одной сто­роны, поршень насоса прилегает к дисковому кулачку и, с другой стороны, благода­ря легкому давлению подпора устра­няется зазор из набора фрикционных дисков.

Гидроаккумулятор наряду с поддержанием дав­ления подпитки имеет еще одну задачу – выравни­вать колебания давления в системе. При отсутствии давления в питающей магистрали пружина аккумулятора максимально разжата и масло через аккумулятор из питающей магистрали не сбрасывается. Повышение давления в питающей магистрали ограничивается на заданном уровне за счет перепуска масла из нее через аккумулятор в резервуар для его сбора. При понижении давления пружина аккумулятора разжимается, уменьшая или полностью прекращая сброс масла в емкость.

Предохранительный клапан 4 предотвращает подъем управляющего давления свыше 100 кгс/см², защищая детали муфты от перегрузок. Клапан открывается, если действующее на его запорный орган давление преодолевает усилие предварительно сжатой пружины. При повышении давления до 100 кгс/см² клапан открывается, перепуская масло в питающую магистраль и в резервуар через гидроаккумулятор, в результате чего давление масла в системе снижается до заданного уровня.

Основной элемент гидравлики – регулировочный клапан регулятора давления (рис. 11.125), определяет величину давления на диски и управ­ляется от исполнительного двигате­ля, который в свою очередь работает по сигналам блока управления.

Когда регулировочный клапан за­крыт (рис. 11.126, а), то при разнице в частоте вращения между входным и выход­ным валами созда­ется рабочее дав­ление, величина которого огра­ничивается предохранительным клапаном. Кру­тящий момент через муфту передает­ся на задний мост.

При частично от­крытом регулировочном клапане (рис. 11.126, б) муф­та допускает определенное проскаль­зывание, т.е. крутящий момент на зад­ние колеса передается лишь частично. Когда регулировочный клапан открыт полностью (рис. 11.126, в), рабочее давление созда­ваться не может, и крутящий момент через муфту не передается. Однако давление понижается не полностью, а частично благодаря гидроаккумулятору до уровня давления подпитки.

Блок управления через шину данных (CAN-Bus) получает от ABS информацию о ча­стоте вращения колес, продольном ускорении, сигнале торможения и включении ручного тормоза. Если автомобиль дополнительно оснащен ESP, то регулировка ESP имеет пре­имущественное право перед функци­ей привода всех колес. Блок управле­ния двигателя также через CAN-Bus выдает информацию о частоте вра­щения двигателя и положении педа­ли акселератора. Наряду с входными сигналами через CAN-Bus блок уп­равления Haldex получает также до­полнительные сигналы непосредст­венно от выключателя сигнала тормо­жения ручного тормоза (муфта размы­кается при включенном ручном тор­мозе) и от датчика температуры муф­ты. Чтобы предотвратить перегрев, функции муфты отключаются при температуре масла свыше 100 °С.

Выходные сигналы блока управле­ния муфты – это напряжение пита­ния для масляного насоса и возбуж­дение исполнительного двигателя ре­гулировочного клапана. Блок управ­ления имеет функцию самодиагностирования. Если отсутствует какой-либо сигнал, блок управления рассчитывает резервное значение это­го сигнала для включения аварийно­го функционирования.

Муфта Haldex четвертого поколения. Первым автомобилем концерна Volkswagen, на который устанавливается муфта Haldex полного привода четвертого поколения (рис. 11.127) стал Tiguan.

Главным отличием этой муфты является замена механического насоса электрическим 12, управляемым ЭБУ 11. Управление новой муфтой привода — электронное, что позволяет передавать необходимый крутящий момент на колёса автомобиля независимо от наличия их пробуксовки. Распределение крутящего момента по осям автомобиля варьируется в зависимости от дорожной ситуации. ЭБУ учитывает не только пробуксовку колёс, но и условия движения — движение на повороте, скорость автомобиля, а также движение на режиме принудительного холостого хода или в тяговом режиме. Муфта полного привода четвертого поколения и предыдущие модели муфты Haldex имеют одинаковый принцип действия — передача крутящего момента с помощью пакета фрикционных дисков.

В муфте четвертого поколения отпала необходимость во множестве клапанов, остался по сути один – клапан управления замыкания муфты 6, регулирующий рабочее давление. Управляя им, электронная система определяет необходимое усилие, с которым привод сжимает пакет дисков.

Насос муфты Haldex (рис. 11.128) аксиально-поршневой, установлен в нижней части муфты полного привода.

Насос заполняет аккумулятор давления гидросистемы и создаёт давление в гидросистеме муфты. Работа насоса регулируется блоком управления в зависимости от требуемого давления. В каждом отверстии блока цилиндров 1 насоса размещены поршень 3, направляющий стержень 4 и возвратная пружина 5. С помощью наклонной (так называемой «косой») шайбы 2 с шариковым подшипником поршню и направляющему стержню при вращении блока цилиндров насоса сообщается возвратно-поступательное движение, которое приводит к всасыванию (забору) масла в нижнем положении цилиндра (рис., а) и подаче масла под давлением (рис., б) в верхнем положении цилиндра (после поворота цилиндра на 180°).

В муфте Haldex пятого поколения гидравлическое давление, необходимое для управления фрикционной муфтой, создаётся насосом с центробежным регулятором. Аксиальный насос со встроенным центробежным регулятором приводится валом электродвигателя. По заложенной в блоке управления характеристике определяется производительность насоса, необходимая для создания требуемого давления.

Для регулирования производительности насоса на электродвигатель насоса подаётся ШИМ-сигнал напряжением 12 В и измеряется потребление тока. По измеренному значению потребляемого тока на основании характеристики определяется создаваемое давление. Если требуется увеличение давления, производительность насоса увеличивается изменением скважности ШИМ-напряжения. Частота вращения электродвигателя, давление и потребляемый ток возрастают. При необходимости уменьшения создаваемого цилиндрами насоса давления и производительность насоса уменьшается.

Чем выше частота вращения вала (рис. б), тем больше центробежная сила, действующая на рычаги 4 регулятора и с тем большим усилием шарики 7 клапанов регулятора, прижимаются к своим сёдлам. Тем самым увеличивается и удерживаемое этими клапанами давление.

Чем выше частота вращения, тем больше давление на кольцевой поршень 5, тем сильнее поршень сжимает пакет фрикционных дисков 6 и тем больший крутящий момент передаёт муфта. С уменьшением частоты вращения уменьшается давление на кольцевой поршень и передаваемый муфтой крутящий момент.

При небольшой частоте вращения (рис. 11.129, а) давление в центробежном регуляторе небольшое и центробежные рычаги не давят на запорные шарики клапанов. Подаваемое насосом масло вытекает через клапаны центробежного регулятора обратно в масляный поддон насоса.

При достижении давления 44 бар редукционный клапан 10 открывается, ограничивая давление в системе.

Гидроаккумулятор 16 (рис. 11.127), установленный в верхней части муфты, выполнен очень компактным благодаря использованию трёх соосных пружин сжатия. Сила сжатия пружин позволяет аккумулятору поддерживать давление масла в гидросистеме на уровне 30 кгс/см². Если в гидросистеме нет давления пружины аккумулятора давления разгружены (не сжаты). При нагнетании рабочей жидкости насосом давление в системе повышается, вследствие этого нагнетающий поршень передвигается влево и пружины нагружаются (сжимаются). Если давление масла превысит 30 кгс/см², тогда поршень смещается внутрь настолько, что открываются сливные каналы. Часть масла направляется по обратной магистрали в масляный бак, при этом происходит снижение давления в системе.

Клапан управления замыкания муфты 6 регулирует давление в цилиндре поршня фрикционной муфты. Давление масла возрастает пропорционально силе тока управления, подаваемого на клапан. Каждому значению силы тока управления, подаваемого на клапан, соответствует определённое значение давления масла. При подаче тока на катушку электромагнита возникает усилие электромагнита, величина которого зависит от силы тока. Усилие электромагнита толкает золотник 7 вверх, он открывает канал, задавая таким образом рабочее давление в полости поршня 2 фрикционной муфты.

При достижении требуемой величины рабочего давления устанавливается описываемое ниже равновесие сил, при этом канал для перетекания масла закрывается. Таким образом рабочее давление поддерживается на постоянном уровне. Рабочее давление воздействует на утолщение золотника и на стенки регулировочной камеры золотника. Сила от давления масла на стенки регулировочной камеры действует в том же направлении что и сила сопротивления пружины сжатию. Усилие электромагнита направлено в противоположном направлении. Устанавливается равновесие сил. При подаче максимального значения тока управления на катушку электромагнита расположенный снизу канал для подвода масла от аккумулятора давления остаётся постоянно открытым, при этом рабочее давление в полости утолщения золотника сравнивается с давлением в питающей магистрали. Для размыкания муфты прерывают подачу тока на катушку 9 электромагнита, управляющий золотник возвращается в исходное положение, масло сливается в магистраль к масляному баку и рабочее давление падает.

Поршень 2 имеет форму кольца. При замыкании муфты усилие, приложенное к не вращающемуся поршню, передаётся через игольчатый подшипник на пакет фрикционных дисков. Пакет замкнутых фрикционных дисков вращается с частотой вращения вала привода.

Тарельчатая пружина 3 находится в масляной полости цилиндра поршня и подпирает поршень к пакету фрикционных дисков. Таким образом выбирается зазор между пакетом фрикционных дисков и игольчатым подшипником.

Вискомуфта. Вискомуфта получила свое название от латинского viscosus — вязкий.

Основными элементами вискомуфты (рис. 11.130) являются: — корпус 6 и валы 1 и 5, герметизированные с помощью уплотнений; — диски 4, соединенные шлицами с корпусом, диски 3 соединенные с ведомым валом. Диски имеет каналы и отверстия для увеличения вязкости трения жидкости; — силиконовая (кремнийорганическая) жидкость, которая обладает высокой вязкостью и заполняет корпус на 80-90%.

Вискомуфта передает подводимый к ней крутящий момента за счет внутреннего трения в жидкости, находящейся между дисками. Когда их скорости одинаковы, муфта передает небольшую часть усилия (5…7%). При отставании ведомых дисков от ведущих, жидкость перемешивается, температура и вязкость ее растут, она расширяется и сжимает воздух. Когда он почти полностью сжат, давление в муфте резко возрастает, что вызывает осевое перемещение дисков по шлицам до их механического контакта. В результате этого вращение ведущего и ведомого валов производится за счет механического трения. При равной скорости вращения дисков температура и соответственно давление жидкости постепенно снижаются, и они выходят из механического контакта. Передаваемый момент зависит от характеристик муфты и от разности скоростей вращения ее валов.

Вискомуфта может устанавливаться как самостоятельный узел между ведущими осями или «встраиваться» в конический дифференциал.

Основным недостатком вискомуфты является ее несовместимость с ABS.

Вискомуфта не пригодна к ремонту, так как количество и вязкость жидкости определяют характеристики вискомуфты и строго контролируются при ее изготовлении. При утечке части жидкости муфта подлежит замене.

Самоблокирующиеся дифференциалы. Дифференциал Torsen. Дифференциал Torsen (TORque SENsing — чувствующий крутящий момент) представляет собой механический самоблокирующийся дифференциал, в котором используется сложный набор червячных шестерен (рис. 11.131).

На полый приводной вал 2 корпуса дифференциала передается крутящий момент от коленчатого вала через элементы трансмиссии. На общей оси сателлитов расположены прямозубые шестерни 5 и червячные сателлиты 6.

Набор шестерен внутри дифференциала состоит из ведомых червячных шестерен привода передней оси 7, задней 8 и ведущих (сателлитов) червячных шестерен 6. Основной особенностью такой конструкции является то, что червячные шестерни могут приводить во вращение другие шестерни, но са­ми не могут приводиться во вращение. Такая особенность приводит к появлению некоторой степени блокирования дифференциала. Принцип работы дифференциала поясняет рис. 11.132

При вращении приводного вала 2 вращается и корпус дифференциала 1, толкая оси сателлитов. При движении по асфальту дифференциал Torsen распределяет крутящий момент между осями поровну (рис., а). При низких значениях входного кру­тящего момента, передаваемого от коленчатого вала (движение по асфальту), шестерни дифференциала вращаются свободно и его действие напоминает работу обычного симметричного дифференциала. Когда входной крутящий момент увеличи­вается (колеса одной оси начинают проскальзывать), набор червячных шестерен нагружается и в определенный момент два выходных вала привода передней и задней оси блокируются (рис. 11.132, б). Но стоит только колесам одной оси начать проскальзывать, крутящий момент перебрасывается на ту ось, колеса которой имеют лучшее сцепление с покрытием.

В зависимости от величины передаточного числа и конструкции дифференциала, крутящий момент может распределяться по осям автомобиля в соотношении от 2,5: 1 (60 %: 40 %) до 6:1 (84 %: 16 %) или даже до 7:1 (86 %: 14 %), а так­же распределяться в любых промежуточных значениях.

Дифференциал Torsen имеет линейную характеристику, перераспределение крутящего момента происходит практически мгновенно, и он не оказывает влияния на процесс тормо­жения, в отличие от вязкостной муфты, где на разогрев силиконового вещества и его застывание требуется некоторое время. Эти свойства механизма обусловили его широкое использование в качестве межко­лесных и межосевых дифференциалов автомобилей. Основным недостатком яв­ляется сложность его изготовления и сборки и, как следствие, высокая стоимость.

Самоблокирующийся межосевой дифференциал с раздаточной коробкой. Раздаточная коробка 2, устанавливаемая после коробки передач 3 (рис. 11.133), представляет собой самоблокирующийся межосевой дифференциал, который распределяет крутящий момент между осями в зависимости от сцепления колёс передней и задней оси с дорогой и выравнивает скорости вращения осей, не допуская пробуксовывания одной из них. При этом дифференциал может быть механическим и с электронным управлением.

Ниже рассматривается дифференциал с механической блокировкой передней оси и с электронной блокировкой задней оси.

Раздаточная коробка (рис. 11.134) крепится непосредственно к фланцу АКП. Различная длина картера компенсирует разную конструктивную длину силового агрегата. Полый входной вал 6 передает крутящий момент в раздаточную коробку. Самоблокирующийся дифференциал 5 распределяет крутящий момент между передней и задней осями и выравнивает их скорости вращения, не допуская пробуксовки одной из осей.

Крутящий момент для задней оси передается из раздаточной коробки через выходной вал 2, соосный с входным валом 6 («вставленный» во входной вал). Крутящий момент для передней оси передаётся на верхнюю звёздочку цепной передачи 3, сидящую на выходном валу 4 передней оси.

Конструкция самоблокирующегося межосевого дифференциала (рис. 11.135) аналогична конструкции обычного планетарного ряда с водилом 4, косозубыми сателлитами 6, косозубой солнечной 5 и косозубой коронной 2 шестернями. Дополнительно в конструкцию межосевого дифференциала введены фрикционные диски 7 из никелированной стали. Эти диски и рабочее масло определяют возникающие моменты трения и, тем самым, коэффициент блокировки дифференциала. Моменты трения создаются в результате возникновения в зубчатых парах с косыми зубьями осевых усилий, прижимающих солнечную и коронную шестерни к фрикционным дискам.

Учитывая то, что шестерни дифференциала имеют косые зубья определённого профиля, под действием крутящего момента на шестернях возникает осевая сила, воздействующая на различные фрикционные диски и сжимая их, создавая в дисках определённый момент трения. Этот момент трения, в свою очередь, обуславливает требуемый момент блокировки.

Крутящий момент от двигателя при нормальном режиме работы (без пробуксовки) передается через межосевой дифференциал на переднюю и заднюю оси в отношении 40:60 (ассиметрично). Это достигается благодаря различным диаметрам солнечной 5 (привод передней оси) и коронной 2 (привод задней оси) шестерён.

Выходной момент раздаточной коробки может распределяться между передней и задней осями в разных соотношениях, в пределах диапазонов блокировки дифференциала. Диапазон блокировки для передней оси составляет от 20% до 60% входного момента коробки. Диапазон блокировки для задней оси составляет от 40% до 80% входного момента коробки.

Для блокировки межосевого дифференциала в настоящее время применяется электромеханический привод, аналогичный по принципу действия описанному ниже заднему межколесному дифференциалу (рис. 11.136)

Блокировка заднего межколесного дифференциала (рис. 11.137) имеет электромеханический привод. Электродвигатель 3 через зубчатую понижающую передачу воздействует на сегмент с внешним зубчатым зацеплением.

Блокировка межосевого дифференциала осуществляется посредством многодисковой фрикционной муфты с приводом от электродвигателя. Электродвигатель повертывает эксцентрик, который через рычаг поджимает нажимной диск. Этот диск, в свою очередь, сжимает пакет ламелей.

Механизм блокировки имеет зубчатый сегмент 6 (рис. 11.138) в котором предусмотрена продолговатая канавка для шариков, которая на одной стороне глубже, чем на другой. Это можно представить в виде наклонной рампы. В сопряженном с зубчатым сегментом подпятнике 5, удерживаемом картером редуктора, также находится продолговатая канавка для шариков. Между сегментом и подпятником располагается шайба 9 с отверстиями, в которых находятся шарики. При повороте зубчатого сектора подпятник перемещается в осевом направлении, что создает давление на шесть нажимных пальцев. Пальцы воздействуют на нажимное кольцо 4 многодисковой фрикционной муфты, которая блокирует дифференциал. При обесточивании дифференциала его блокировка под действием пружин 1 выключается.

Действие блокировок дифференциала определяется частотой вращения и нагрузкой двигателя, углом поворота управляемых колес, положением педали акселератора и скоростью колес. В соответствии с этими параметрами регулируется посредством электромеханического привода осевое давление на многодисковую фрикционную муфту, что обеспечивает передачу рассчитанных электронным блоком управления крутящих моментов в необходимом соотношении. Поскольку задающие параметры все время меняются, также постоянно изменяются величины передаваемых крутящих моментов.

Блокировка дифференциала с помощью электродвигателя может осуществляться и с помощью механизма, показанного на рис. 11.139.

Блокировка межосевого дифференциала включается электрическим приводом, с помощью электродвигателя 2. Ведущая шестерня 3 электродвигателя соединена с промежуточной цилиндрической шестерней 1. Промежуточная шестерня передаёт вращательное движение преобразует его в поступательное движение штока и вилки.

Для включения блокировки дифференциала муфта 7 сдвигается в направлении корпуса 10 межосевого дифференциала. При этом блокирующий зубчатый венец корпуса 9 дифференциала входит в зацепление со шлицами 8, что приводит к соединению валов привода передней и задней осей.

Самоблокирующийся дифференциал с торцевым зацеплением. Дифференциал с торцевым зацеплением (рис. 11.140) относится к категории самоблокирующихся центральных дифференциалов с динамически-ассиметричным распределением крутящего момента. Его применение позволяет более полно использовать потенциал сцепления колёс с дорогой по сравнению с электронными системами, использующими подтормаживание колёс.

Базовое распределение крутящего момента составляет 60% на задние колёса и 40% на передние. В динамическом рабочем диапазоне (ассиметрично-динамическое распределение) до 85% может передаваться на задние колёса и до 70% на передние.

Принципиальная схема самоблокирующегося межосевого дифференциала с торцевым зацеплением аналогична схеме обычного межколёсного дифференциала — с той разницей, что в качестве шестерён выходных валов (привода передней и задней осей) используются две торцевые шестерни 3 и 4, крутящий момент на которые передаётся четырьмя цилиндрическими сателлитами 10 (рис.). Оси цилиндрических сателлитов вращаются в подшипниках, установленных в коробке дифференциала.

С тыльной стороны каждой из торцевых шестерён установлены фрикционные муфты 2 и 5, причём торцевые шестерни опираются каждая на свою муфту. Фрикционные муфты служат для требуемого блокирования шестерён дифференциала.

Выступы внутренних фрикционных дисков обеих муфт входят в пазы торцевых шестерён, выступы наружных дисков — в пазы коробки дифференциала. Резьбовые кольца 9 и 11 служат опорами фрикционных муфт и закрывают с обоих торцов коробку дифференциала.

Крутящий момент от коробки передач вводится в коробку дифференциала через выходной вал 8 через шлицевое соединение. Четыре крестообразно расположенные оси передают момент на сателлиты, которые, в свою очередь, передают его на обе торцевые шестерни. При этом шестерня 5 передаёт момент дальше к передней оси, а шестерня 3 — к задней.

Особенностью конструкции является то, что зубчатые зацепления двух торцевых шестерён передней и задней оси имеют разный делительный диаметр (под делительным диаметром понимается диаметр делительной окружности или «рабочий» диаметр зубчатого колеса) (рис. 11.141).

Вследствие различных делительных диаметров торцевых шестерён (количество зубьев) крутящий момент распределяется по осям не поровну. Соотношение распределения момента по осям, задаваемое самой геометрией зубчатого зацепления называется ассиметричным базовым распределением крутящего момента.

Различные делительные диаметры означают различное плечо рычага в каждом из зацеплений, в результате входящий в дифференциал крутящий момент передаётся на оси в соотношении 60:40. Это означает, что примерно 60% общего крутящего момента направляется на заднюю ось и 40% — на переднюю. Базовое распределение момента действует всегда и во всех режимах, и динамическое распределение «накладывается» на него. Оба эффекта вместе дают ассиметрично-динамическое распределение крутящего момента.

Помимо исходного базового ассиметричного распределения крутящего момента в соотношении 60:40 в дифференциале дополнительно создаётся блокирующий момент, пропорциональный приводному моменту. Сочетание этого блокирующего момента с базовым распределением момента даёт в результате окончательное распределение крутящего момента по осям.

Принцип действия дифференциала заключается в следующем. Как только в дифференциал подаётся крутящий момент, между сателлитами и торцевыми шестернями, вследствие особой формы зубьев шестерён, возникают осевые силы. Неподвижные в осевом направлении сателлиты давят на лежащие по обе стороны от них торцевые шестерни. Торцевые шестерни разжимаются (в осевом направлении) и сжимают диски соответствующих фрикционных муфт. Тем самым возникает фрикционный момент, зависящий от величины осевых усилий, блокирующий торцевые шестерни относительно коробки дифференциала.

Эта означает, что фрикционная муфта будет предварительно сжата, в соответствии с входящим крутящим моментом, чем создаётся соответствующее блокирующее действие, определяемое через коэффициент блокировки. Коэффициент блокировки показывает различие между выходными крутящими моментами для обеих осей, создаваемое за счёт блокирующего действия дифференциала.

Дифференциал с торцевым зацеплением блокируется ещё до того, как станет ощущаться различное сцепление с дорогих колёс передней и задней оси. Когда колёса одной оси утрачивают сцепление с дорогой, крутящий момент перенаправляется на другую ось в границах диапазона блокировки и потенциала сцепления с дорогих колёс другой оси.

Если колёса передней оси начинают терять сцепление с дорогой — хотя критически низкое значение сцепления с дорогой ещё не достигнуто — дифференциал может передавать на заднюю ось до 85% крутящего момента.

При потере сцепления колес с дорогой задней оси до достижения критического низкого значения сцепления с дорогой дифференциал может передавать на переднюю ось до 70% крутящего момента.

Если все же начинается пробуксовка колес после распределения крутящего момента, включается система ESP, создающая соответствующий момент подтормаживания колеса и, тем самым, устраняющая пробуксовку.