MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ FARKLI DİFERANSİYEL UYGULAMALARI

Transkript

1 MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ FARKLI DİFERANSİYEL UYGULAMALARI

2 Motor önde önden çekişli Motor önde arkadan itişli Şaft (Kardan mili) Tahrik pinyonu (mahruti dişli) Ayna dişli İstavroz dişli Aks dişlisi Tahrik şaftı LSD (Tahditli kaymalı diferansiyel) LSD li bir aracın çekiş tekerlerinden biri çamur gibi kaygan bir yüzeyde olsa dahi araç bu durumdan kurtulabilir. TÜVTURK, 2006

3 Limited slip differentials Use friction material to transfer the torque applied to a slipping wheel to the one with traction. Those that use a clutch pack have friction discs splined onto the side gears hub and clutch plates in lugs in the differential case. When the friction discs maintain their grip on the steel plates, the differential side gears are locked to the differential case preventing one wheel from spinning faster than the other. Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

4 Viskoz Kaplin Tip Disk ve pleytler arasında tork artırımı için viskoz silikon yağ kullanılmıştır. Sistem sağ ve sol tekerlekler arasında bir miktar kaçırmaya izin verir. Patinaj gibi yüksek devir farkına izin vermez. Sağ ve sol tekeri birbirine bağlar.

5

6 Tork hissedicili tip Bu sistem sonsuz dişli ile ayar pulu arasındaki sürtünmeyi kullanarak patinaj yapan tekerleğin hareketini diğer tarafa aktarır.

7

8

9 Ön Yüklemeli Tip Bu tipte diferansiyel kutusuyla aks dişlisi arasındaki sürtünme elemanı yay tarafından devreye sokulur. Böylece diferansiyel özelliği sınırlandırılır.

10 4MOTION, Volkswagen in 4x4 çekiş sistemidir. Volkswagen in 4x4 çekiş sistemindeki motor gücü, ihtiyaca uygun bir şekilde dört tekerleğe dağıtılır. Motorun boylamasına monte edildiği modellerde, tahrik güçlerinin ön ve arka aksa dağıtılmasını sağlayan bir torsiyon diferansiyeli bulunur. Enine monte edilmiş motorlarda ise bir Haldex kavrama kullanılır. 4MOTION teknolojisi aynı zamanda elektronik stabilite programı (ESP), elektronik patinaj önleme sistemi (ASR), elektronik motor çekiş kontrolü (MSR) ve elektronik diferansiyel kilidi (EDL) gibi tüm sürüş dinamiği kontrol sistemleri ile kombine edilebilmektedir.

11 Merkezi Diferansiyel Çeşitli viraj koşullarından kaynaklanan ya da arazi sürüşlerinde meydana gelen farklı ön ve arka aks hızlarını dengelemek için dört çeker sistemlerde (4MOTION, 4XMOTION) diferansiyel fonksiyonlu bir DAĞITICI SİSTEM bulunur. Tahrikte meydana gelen farklılıkları eşitleyen bu sistem, gücü homojen bir şekilde tekerleklere dağıtır. Bu sayede daha iyi yol tutuşuna ve çekiş gücüne sahip tekerleklere daha fazla güç aktarılır. Farklı gereksinimler nedeniyle farklı özellikte 4MOTION konfigürasyonları kullanılır. Bunlar; Haldex Debriyajı veya Torsen Diferansiyeli

12 4XMOTION, Touareg modelinin elektronik kumandalı ve sürekli 4x4 çekiş sistemidir. Bu aracın arazide olağanüstü performans sunmasının temelinde sürekli 4x4 çekiş sistemi yatıyor. Touareg, lamelli bir kavramaya ve redüksiyon dişli grubuna sahip kilitlenebilir bir merkezi diferansiyele sahiptir. Normal işletim sırasında kaymaya bağlı olarak ön ve arka aksta kademesiz güç dağıtımı gerçekleşir. Ayrıca diferansiyelin kilitlenmesi de mümkün olduğundan istikrarlı bir tahrik dağıtımı sağlar. Zorlu arazi kullanımı için şanzımanın redüksiyon kademesi (2,69:1), yürür aksam şalteri üzerinden elektrikli olarak etkinleştirilebilir. Bu sayede, çok düşük hızlarda dahi maksimum tahrik gücü elde edilebilmesine olanak tanınır. Touareg bu özellik sayesinde %100 e (45 ) kadar ulaşan bir tırmanma kabiliyetine ulaşabilmektedir. İsteğe bağlı olarak %100 kilitleme etkisi olan bir çapraz kilitlemeli arka aks diferansiyeli de sipariş edilebilir. Diferansiyel kilidinin etkinleştirilmesi (%100) sürücünün kendi talebine bağlıdır. Çapraz kilitleme, çekiş ve sürüş dinamiğin iyileştirilmesi amacıyla duruma bağlı olarak otomatik bir şekilde de etkinleştirilir.

13

14 Haldex kavrama, elektronik kumandalı bir çoklu lamelli kavrama sistemidir. Akıllı 4x4 çekiş sistemi 4MOTION da çekiş gücünün değişken şekilde ön ve arka aks arasında dağıtılmasına olanak sağlar. Kademesiz ayar, sürüş dinamiğine balı durumları ve çekiş torklarını dikkate alan bir kontrol ünitesi tarafından gerçekleştirilir. Haldex kavrama ayrıca elektronik stabilite programı ESP ye bağlanmış durumdadır ve böylece araç güvenliğine de katkı sağlar. Torsen diferansiyeli, 4MOTION dört çeker sisteminin bir bileşenidir. Bu diferansiyel, ön ve arka aks arasındaki kuvveti ihtiyaca göre dağıtan, kendi kendini mekanik olarak kilitleyen bir ara diferansiyelidir.

15 BMW xdrive xdrive, BMW'nin sunduğu daimi dört çeker sürüş sistemidir; normal koşullar altında çekiş gücünü ön ve arka akslar arasında 40:60 oranında dağıtır ve yol yüzeyi ya da sürüş koşulları değiştiğinde bu oranda değişiklik yapar. xdrive, araç içindekilerin fark edemeyeceği bir ustalık ve hızla etki ederek çekiş gücünün %100 ünü tek bir aksa yönlendirebilir. Sürücünün kaygan zeminlerde ve dik tepelerde bile çaba harcamadan otomobili çalıştırmasını sağlayan xdrive, tüm gücü en yüksek çekişe sahip aksa yönlendirir. Park ederken, sistem düşük hızda yüksek manevra yapabilirlik ihtiyacına tepki verir ve güç aktarım mekanizmasının en uygun şekilde çalışması için debriyajı tamamen açar. Önden savrulma durumunda, ön akstaki çekiş gücü azaltılır. Arkadan savrulma algılanırsa, xdrive ön aksa daha fazla güç aktarır. Gücün dinamik yeniden dağıtımı sayesinde, sürücü tersliği fark etmeden araç dengesi normale döner.

16

17 xdrive BMW X6 M deki akıllı, dört tekerlekten çekiş sistemi: İlk kez bir BMW M modelinde yer almış olan akıllı ve tüm tekerleklerden çekişli xdrive sisteminin avantajı, sadece çekiş gücünü artırma değil aynı zamanda arkadan kayma ve önden kaymayı erken bir aşamada telafi etme yeteneğinde yatmaktadır. Bunu 555 hp lik gücü ön ve arka akslar arasında elektronik olarak değişken şekilde dağıtmak suretiyle yapar. Böylece Dinamik Denge Kontrolü (DSC) devreye daha az sıklıkla girer, bu da virajların daha hızlı alınması gibi faydalar getirir. Sistem arkadan çekiş ağırlıklıdır, duruma göre, ön aksa daha az çekiş gücü yönlendirilir. Böylece tüm tekerleklerden çekişli bir araçta ilk kez savrulma kontrolü sağlanır. Kısacası, dinamik sürüş gerektiren koşullarda, araç gaz pedalı ile de yönlendirilebilir.

18 Active Differentials Active differentials employ electrohydraulically or electromechanically activated multi-disc clutches to limit differential slip. The additional traction provided by limited differential slip can be adjusted depending on conditions, up to and including full lockup. Such a system allows the dynamic influence of limited differential slip to be activated as required. Active differentials, however, can only transfer torque from the wheel with greater rotational velocity to the wheel with less rotational velocity. Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.

19

20

21

22 E83 xdrive Driving-torque distribution with oversteer tendency

23 E83 xdrive Driving-torque distribution with understeer tendency

24 Differentials In most cases, the torque provided by a vehicle s engine is transferred to the road surface via both wheels on single a driven axle. This generally requires a conversion to a slower rotational velocity, which leads to a corresponding increase in torque. The wheels must be able to rotate at different speeds so that the vehicle can negotiate curves. To satisfy these requirements, differentials are used which distribute the torque equally to both half-shafts while allowing variation in the rotational velocity of the wheels. Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.

25 Locking Differentials The distribution of torque becomes problematic when one wheel is largely unloaded or in contact with a low-friction surface. In this case, the torque received by the unloaded or low-friction wheel from the halfshaft can only partially be transferred to the road surface, if at all. This causes the other wheel to receive a correspondingly reduced amount of torque, even though it may be capable of transferring more force to the roadway. Thus, the traction of the vehicle is greatly reduced. To limit these effects, differential locks can be used which limit the allowed difference between the two wheels rotational velocities. The simplest locking differential is a dog clutch which rigidly links the two outputs and can be engaged as needed. This solution, however, negatively impacts cornering and increases tension in the axle system. A better solution is to automatically limit the difference in the two wheels rotational velocities when needed and distribute a larger portion of the torque to the wheel with the best traction. Such a system can either function based on the difference in rotational velocities (e.g. Haldex) or by sensing the torques (e.g. Torsen, torque sensing). Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.

26 Locking Differentials (cont.) The allowed difference in rotational velocities divided by the torque on the ring gear is referred to as the differential s locking factor. In addition to increasing traction, these types of differential locks also improve vehicle dynamics. If the torque which drives a single axle is no longer equally distributed between both wheels, the resulting difference in tire longitudinal forces will cause a moment at the vehicle s center of mass about the vertical axis. This so-called yaw moment is similar to those caused by the lateral forces at the wheels during cornering or by the single-wheel brake intervention employed by standard vehicle dynamic control systems. During cornering, a self-locking differential shifts torque from the outside wheel (which rotates faster than the inside wheel) to the inside wheel, which results in a yaw moment opposite to that caused by a standard cornering maneuver. This opposite yaw moment helps to stabilize the vehicle s cornering behavior, but limits overall agility. A selflocking differential only benefits dynamic handling (by improving vehicle lateral dynamics and increasing cornering speeds) at high values of lateral acceleration and driving torque. Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.

27 Torque Vectoring...For use in a vehicle dynamic control system, however, the capability to freely choose the direction of the yaw moment would be most desirable. This ability to assign a particular torque to an individual wheel is known as torque vectoring. There are two main approaches to implementing torque vectoring. The first method distributes torque to each wheel using a controllable clutch on either side of the axle drive. The second method uses an override drive which operates in parallel with the differential to provide a second means of transferring torque from the differential cage to the wheels. The override drive can also be positioned such that it transfers torque from one wheel to the other. Torque distribution mechanisms using clutches or an override drive have been used since the beginning of the 20th century. Tracked vehicles utilize the driving mechanisms of the two tracks not only for forward motion, but also to control steering. For this type of vehicle, torque distribution is not as important as kinematic considerations. The average speed of the tracks (vehicle road speed) must be controlled in parallel with the difference in track speeds (turning radius). Theoretically, torque vectoring systems have the ability to influence vehicle lateral dynamic behavior (the required steering wheel angle as a function of lateral acceleration) to a large extent. This enables vehicle dynamic behavior to be controlled by software. Torque vectoring systems also allow greater flexibility when choosing market segments for certain vehicles, and provide a smooth transition between normal driving and various braking intervention events. This can help minimize the undesirable sensation of being stopped by the vehicle. Overall, torque vectoring systems offer great potential for increasing driving enjoyment, safety, and comfort by equal amounts. Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.

28 Çeşitleri: Kullanıldıkları araçlara göre: Kontrollü Kayma Yapabilen Diferansiyeller: Genellikle kamyon ve otobüs gibi ağır hizmet araçlarında kullanılır. Bu diferansiyeller büyük torkun ve hızın istenildiği yerlerde kullanılırlar. Kayma Yapmayan Diferansiyeller: İş makinesi ve karayolu dışında çalıştırılan ağır hizmet tipi araçlarda kullanılırlar. Kısaca hızın az fakat torkun gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar. Standart Diferansiyeller: Otomobillerde kullanılan diferansiyel çeşididir. Hızın fazla fakat torkun daha az istenildiği araçlarda kullanılırlar. Ayarlarına göre diferansiyeller Ayar Şimli Diferansiyeller: Otomobillerde kullanılan ve ayna ile pinyon arasındaki ayarın şim konularak istenilen değere getirildiği diferansiyellerdir. Ayar Somunlu Diferansiyeller: Bu diferansiyeller genellikle kamyon otobüs gibi araçlarda kullanılır. Ayna dişli ile pinyon dişli arasındaki boşluk ayna dişlinin yataklarındaki bulunan iki adet vidalı parça ile aynayı sağa ve sola kaydırmak suretiyle oluşturulur. Diferansiyelin araçtaki yerine göre Önden Çekişli Diferansiyeller: Önden çekişli araçlardaki diferansiyeller ayar gerektirmeyen ve sadece pinyon ile ayna arasındaki bağlantı helisel dişlilerle sağlanan ve hareketin yönünü terse çevirme görevi yapar. Vites kutusuyla yekpare olarak yapılırlar. Arkadan İtişli Diferansiyeller: Bu günkü kamyon, otobüs ve arkadan itişli otomobillerde kullanılırlar. Ayna ve pinyon bağlantısı helisel hipoid dişli olup hareketin yönünü 90 derece çevirmek için kullanılır. Ayarlarının mutlaka yapılması gerekir.

29 The vehicle has three basic functional domains: Longitudinal Dynamics (propulsion, braking, tires) Vertical Dynamics (springing, damping, tires) Lateral Dynamics (steering, single-wheel braking, single-wheel propulsion, self-steering behavior, tires) Modular chassis structure Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.