MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ DİFERANSİYEL 4X4, 4WD ve AWD Abdullah DEMİR, Yrd. Doç. Dr.
The advantages and disadvantages of the different arrangements of power unit and transmission systems may be considered under the following general headings: Interior space Ease of handling Maintaining traction Balanced braking Other considerations
Four-Wheel Drive
Dört Tekerlekten Çekiş: Dört tekerlekten tahrikli sistemler; kısmi (Four Wheel Drive FWD, 4WD) ve daimi dört tekerlekten tahrikli sistemler (All Wheel Drive AWD) olarak ikiye ayrılır. Bu sistemlerde motordan gelen giriş torku vites kutusu vasıtasıyla merkezi diferansiyele iletilir. Herhangi bir 4WD sisteminin temel parçaları; iki diferansiyel (ön ve arka) ve bir transfer kutusudur. Sürekli Dört Çeker (AWD): İki tekerlekten çekişli (2WD) araçlara göre, özellikle viraj alırken çeşitli avantajlara sahiptir. İki tekerlekten çekişli araçlarda dengesizlik görülmesi olasılığına karşın, gücün tüm tekerleklere iletildiği sürekli dört tekerlekten çekişli araçlarda, dönüşlerde önden kayma veya arkadan kayma daha az oluşur.
All-Wheel Drive
KİA, 4WD 4WD Sistemi
Ağırlık Aktarımı ve Farklı 4WD Düzenekleri KİA, 4WD Aktarma sisteminin düzeni, ağırlık aktarımı bakımından otomobillerin davranışlarını etkiler.
Subaru - S y m m e t r i c a l AWD
Four-Wheel Drive In four-wheel drives, either all the wheels of a passenger car or commercial vehicle are continuously in other words permanently driven, or one of the two axles is always linked to the engine and the other can be selected manually or automatically. This is made possible by what is known as the centre differential lock. If a middle differential is used to distribute the driving torque between the front and rear axles, the torque distribution can be established on the basis of the axle load ratios, the design philosophy of the vehicle and the desired handling characteristics. That is why Audi choose a 50%:50% distribution for the V8 Quattro and Mercedes-Benz choose a 50%:50% distribution for M class off-road vehicles, whereas Mercedes- Benz transmits only 35% of the torque to the front axle and as much as 65% to the rear axle in vehicles belonging to the E class. This section deals with the most current four-wheel drive designs. In spite of the advantages of four-wheel drive, suitable tyres as shown in Fig. 1 should be fitted in winter. Automotive Engineering, 2009
Automotive Engineering, 2009 Fig. 1: With a loaded Vauxhall Cavalier on compacted snow (µ X,W =0.2) driving forces are measured on the flat as a function of the slip (Figure 1). The illustration shows the advantage of four-wheel drive, and the necessity, even with this type of drive, of fitting correct tyres. Regardless of the type of drive, winter tyres also give shorter braking (stopping) distances on these road surface conditions.
Fig. 2: Coefficient of friction µ X,W of a summer tyre with 80 90% deep profile, measured at around 60 km/h and shown in relation to the slip on road surfaces in different conditions (see also Fig. 1). Wide tyres in the 65 series and below have the greatest friction at around 10% slip, which is important for the ABS function. / Automotive Engineering, 2009
Advantages and Disadvantages In summary, the advantages of passenger cars with permanent four-wheel drive over those with only one driven axle are: better traction on surfaces in all road conditions, especially in wet and wintry weather (Figs. 1 and 3); an increase in the drive-off and climbing capacity regardless of load; better acceleration in low gear, especially with high engine performance; reduced sensitivity to side wind; stability reserves when driving on slush and compacted snow tracks; better aquaplaning behavior; particularly suitable for towing trailers; balanced axle load distribution; reduced torque steer effect; even tyre wear. Automotive Engineering, 2009
Automotive Engineering, 2009 Advantages and Disadvantages (cont.) According to EU Directive 70/156/EWG, a towed trailer load of 1.5 times the permissible total weight has been possible for multipurpose passenger vehicles (four wheel passenger vehicles) since 1994. However, the system-dependent, obvious disadvantages given below should not be ignored: acquisition costs; around 6 10% higher kerb weight of the vehicle; generally somewhat lower maximum speed; 5 10% increased fuel consumption; in some systems, limited or no opportunity for using controlled brake gearing, for instance for anti-locking or ESP systems; not always clear cornering behaviour; smaller boot compared with front-wheel-drive vehicles. Predictability of self-steering properties even in variable driving situations, traction, toe-in stability and deceleration behaviour when braking, manoeuvrability, behaviour when reversing and interaction with wheel control systems are the principal characteristics of the
4 çeker araçların üstünlükleri: Yağmurlu ve karlı havalarda daha iyi çekiş ve stabilite, Arazi koşullarında daha yüksek performans, Daha iyi tırmanma kabiliyeti, Düşük viteslerde daha iyi hızlanma, Yan rüzgarlardan daha az etkilenme, Daha iyi aquaplaning davranışı, Daha iyi römork çekebilme kabiliyeti, Daha dengeli aks yükü dağılımı, Daha az tork yönlendirme etkisi (torque steer effect), Daha düzgün lastik aşıntısı. 4 çeker araçların dezavantajları: Satın alma fiyatlarının yüksek olması, Taşıt ağırlığının %6 ile 10 daha fazla olması, Maksimum hız limitlerinin daha düşük olması, %5 ile 10 arasında yakıt tüketiminin daha fazla olması, Viraj alma davranışında kısmen belirsizlikler olması, Genel olarak önden çekişli araçlara göre daha az bagaj hacmi sunmasıdır. SUV özellikli araçlar, ağırlık merkezinin yerden yüksekliğinin de etkisiyle devrilmeye daha yatkındır. Bu araçlarda devrilme eğilimini azaltmak için araç daha fazla elektronik sistemlerle desteklenir. Gücün 4 tekerleğe birden aktarıldığı araçlar, özellikle kaygan zeminli virajlarda daha rahat kontrol edilebilir ve ESP nin daha geç müdahale etmesi sağlanır.
Four-Wheel Drive Automotive Technology, Four- and All-Wheel Drive, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007
Figure: Conventional arrangements of propeller shafts used with 4WD (GKN Hardy Spicer) TC to FA: Transfer Case to Front Axle Two Joint and Shaft Assembly. TC to RA: Transfer Case to Rear Axle Short Coupled Joint Assembly. T to TC: Transmission to Transfer Case Short Coupled Joint Assembly. TC to FA: Transfer Case to Front Axle Two Joint and Shaft Assembly. TC to RA: Transfer Case to Rear Axle Two Joint and Shaft Assembly M.J. Nunney, Light and Heavy Vehicle Technology, Fourth edition, 2007
Sağ Ön Teker Tahrik Mili Ön Diferansiyel Tahrik Mili Sol Ön Teker Motor Vites Kutusu Transfer Kutusu Üç Kanallı Dijital Kontrollü ABS Şaft Çeneli Kavrama Sağ Arka Teker Aks Mili Sağ / Sol Tork Bölünmeli Viskoz Kavrama Aks Mili Sol Arka Teker AWD ve 4WD Tahrik Algoritması The Transfer Case The transfer case itself is constructed similarly to a standard transmission. It uses shift forks to select the operating mode, plus splines, gears, shims, bearings, and other components found in manual and automatic transmissions. The outer case of the unit is made of cast iron, magnesium, or aluminum.
The Transfer Case An electric motor axle disconnect Automotive Technology, Four- and All-Wheel Drive, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007
4WD Operational Modes 2-high (2H) Vehicle operates like a normal two-wheel drive vehicle. 4-high (4H) The front axle is connected to the driveline. 4-low (4L) The transfer case provides a lower gear ratio. Automotive Technology, Four- and All-Wheel Drive, Prepared by
KOLEOS Kullanım Kitabı
KOLEOS Kullanım Kitabı
4 tekerlek tahrik sistemi ile ilgili uyarılar: Sürüş koşullarına bağlı olarak sistem, 2 tekerlek tahriki modundan otomatik olarak 4 tekerlek tahriki moduna geçebilir. Bu durumda, 4WD ikaz ışığı yanmaz. Seçilen mod ne olursa olsun, arka tekerleklerin zeminde ve ön tekerleklerin boşlukta (araç kriko üzerinde) veya makaralar üzerinde olması halinde motoru çalıştırmayınız. Virajda, geri viteste veya tekerlekler patinaj halindeyken mod seçim butonuna basmayınız. Sadece aracın düz yolda sürülmesi durumunda 2WD, AUTO veya 4WD Lock modunu seçiniz. Motor ısındığında rölanti devrinde yükselme olması mümkündür. AUTO modu seçiliyken kaygan zeminli yolda aracın ilk kalkış anında veya seyir halindeyken dikkatli olunuz. Özellikle istenen teknik özelliklere uygun lastikler kullanınız. Kar zincirlerini sadece ön tekerleklere takınız. Bu fonksiyon, aracın tutumunu sürücünün isteğine uygun hale getirmeyi sağlamak için kritik sürüş koşullarında ilave bir yardımdır. Önemli Not: Bununla birlikte bu fonksiyon sürücünün yerine müdahalede bulunmaz. Bu fonksiyon, sizi, aracınızın limitlerini aşmaya ve daha hızlı kullanmaya yöneltmemelidir. Dolayısıyla bu fonksiyon, manevralar sırasında hiçbir durumda sürücünün özenini ve sorumluluğunu üstlenemez (sürücü, her zaman sürüş sırasında aniden meydana gelebilecek olaylara karşı dikkatli olmalıdır). *** Önemli Diğer Uyarılar: Düzgün zeminli yollarda 4WD Lock modunu sürekli olarak kullanmamanız tavsiye edilir. Dört tekerleğe de daima aynı teknik özelliklere sahip (marka, boyut, aşınma vs.) lastikler takınız. Ön ve arka ve/veya sol ve sağ tekerleklerde farklı boyutlarda lastik kullanılması, lastiklerde, vites kutusunda, aktarma organlarında ve arka diferansiyel dişlilerinde ağır hasarlara neden olabilir.
Güvenlik, konfor ve çekiş sistemleri ile ilgili Genel Uyarı Bu tür fonksiyonlar sürücünün yerine müdahalede bulunmaz. Bu fonksiyon, sizi, aracınızın limitlerini aşmaya ve daha hızlı kullanmaya yöneltmemelidir. Dolayısıyla bu fonksiyon, manevralar sırasında hiçbir durumda sürücünün özenini ve sorumluluğunu üstlenemez (sürücü, her zaman sürüş sırasında aniden meydana gelebilecek olaylara karşı dikkatli olmalıdır). KOLEOS Kullanım Kitabı
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.
ÖRNEK UYGULAMA Audi Quattro Sportif Diferansiyel
Audi Quattro Sportif Diferansiyel
servotronic Dinamik direksiyon Motor / Sürüş pedalı referansı merkezi kumanda elemanı Konfigürasyon Bireysel mod Amortisör ayarı Otomatik şanzıman Sportif diferansiyel Audi Drive Select Entegrasyonu
Teknik Bilgiler Geliştirme: Fa. Magna Powertrain (Graz, Avusturya) Audi AG Üretici: Fa. Magna Powertrain Tork kapasitesi: Yaklaşık 650 Nm (Motor torku) Aktarım Değişken güç aktarım ünitesi: itop 1,095 Ağırlık: Yakl. 43,5 kg (yağ dahil) Değişken güç aktarım ünitesi Açılı dişlinin/ diferansiyelin hava tahliyesi Sağ güç aktarım ünitesinin hava tahliyesi Sağ değişken güç aktarım ünitesi Dinamik kayıplar olmadan sürüş dengesinin yükseltilmesi (ters ESP) Hidrolik pompa Sol değişken güç aktarım ünitesi Hidrolik kumanda birimi
Yapı Parçasına Genel Bakış Diferansiyel Kavrama pistonu Lamel kavraması Ara dişli 1 Ara dişli 2 Güneş dişlisi 2 Güneş dişlisi 1 Çiftli mil keçesi
Yapı Parçasına Genel Bakış Sol değişken güç aktarım ünitesi Sağ değişken güç aktarım ünitesi Lamel kavraması Lamel kavraması
Yapı Parçasına Genel Bakış Değişken güç aktarım ünitesi Lamel kavraması Değişken güç aktarım dişlisi Kavrama pistonu Hidrolik pompa Hidrolik boru hattı Hidrolik kumanda birimi
Değişken Güç Aktarım Dişlisi Kesit A-A A Güneş dişlisi 1 B Güneş dişlisi 2 i 1 = 0,868 Güneş dişlisi 1, Z 1 33 Ara dişli 1, Z 2 38 Kesit B - B A i 2 = 1,261 Ara dişli 2, Z 3 29 Güneş dişlisi 2, Z 4 23 Lamel kavraması B İçten i dişli top = şanzıman i 1 x i 2 (2 Ara dişli kademeli) 1 = 0,868 x 1,261 = 1,095 Ara dişli 2
Değişken Güç Aktarım Dişlisi - Güç akışı - müdahalesiz
Değişken Güç Aktarım Dişlisi - Güç akışı - müdahalesiz maks. 1200 Nm
Değişken Güç Aktarım Dişlisi - Güç akışı müdahaleli maks. 1200 Nm
Sürüş Durumları Yönlendirme Viraj alım kapasitesini iyileştirmek için dışa doğru tork aktarımı Yön değişimi Çevikliğin ya da dengenin iyileştirilmesi için sürüş durumuna göre tork aktarımı Fazla hızlanma Hızlanmada düşük direksiyon hakimiyetini önlemek için dışa doğru tork aktarımı
Aks yağı* ATF* *Lifetime Sportif diferansiyel iki yağ haznesine sahiptir. Açılı tahrik ve diferansiyel aks yağı (Hipoid yağ) ile dolu olan kendine ait bir yağ haznesine sahiptir. Bundan ayrı olarak her iki değişken güç aktarım dişlisi kendine ait bir yağ haznesine sahiptir. Her iki yağ haznesi bir yağ kanalı üzerinden birbirine bağlıdır. Bu sayede ortak bir yağ haznesi oluştururlar, bu özel bir ATF ile doludur.
Yağ Haznesi Yağ kanalına tanımlanan yanal hızlanmada bir tarafa doğru taşmayı engelleyen bir bilyalı supap entegre edilmiştir. ATF dolum ve kontrol cıvatası ATF-Tahliye cıvatası yüksek yanal hızlanma Yanal hızlanma yok
Yağ Haznesi Ayırma yerleri Sol taraf sızıntı yağ deliği Keçe Çiftli mil keçesi Her iki tarafta bir çift mil keçesi ve özel bir keçe (dik açılı halka) yağ haznesinin güvenilir yapıda ayrımını sağlamaktdır.
Yağ Haznesi Ayırma yerleri Sağ taraf sızıntı yağ deliği Çiftli mil keçesi Keçe
Yağ Haznesi Dolum - kontrol ve tahliye cıvataları ATF dolum ve kontrol cıvatası ATF tahliye cıvatası Aks yağı tahliye cıvatası
Yağ Haznesi Dolum - kontrol ve tahliye cıvataları Aks tahriki sembolü Aks yağı için dolum ve kontrol cıvatası
Hidrolik Kumanda Genel bakış Sol kavramaya giden boru hattı Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Yapı parçalarına genel bakış Hidrolik pompa Döner kılavuz / Pompa yatağı Mekik valflar Destek yatağıyatak burcu Dört tekerden tahrik pompası V415 Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Kavramaya giden boru hattı Süzgeçli conta Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Çek valflar Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445
Hidrolik Kumanda Hidrolik pompa Destek yatağı Kılavuz halka Rot or Arka taraftan kesit görünümü Döner kılavuz / Pompa yatağı
Hidrolik Kumanda Hidrolik pompa Sol kavrama aktivasyonu Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Döner kılavuz / Pompa yatağı Çek valflar sol kavram a Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446
Hidrolik Kumanda Hidrolik pompa Sağ kavrama aktivasyonu sağ kavramaya giden Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Döner kılavuz / Pompa yatağı Çek valflar Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446
Hidrolik Kumanda Hidrolik plan - Temel konum Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Sağ kavrama aktivasyonu Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Sol kavrama aktivasyonu Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Aktivasyon değişimi Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M
Hidrolik Kumanda Basınç düşürme 1 Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Basınç düşürme 2 Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Hava tahliye Basınç sınırlama valfları Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü 2 G640 Sol kavrama Sağ kavrama Mekik valflar Yağ basınç ve yağ sıcaklık sensörü G347 Çek valf Dört tekerden tahrik kavrama valfı N445 Hidrolik pompa Dört tekerden tahrik kavrama valfı 2 N446 Çek valf M Dört tekerden tahrik pompası V415
Hidrolik Kumanda Hava tahliye Her 10 km'lik sürüş güzergahında hidrolik sistemin hava tahliyesi uygulanır. Aktivasyon için ön koşul motor rölanti devrinin ve tekerlek devir sayısının algılanmamasıdır. Bunun için her tarafta bir süreliğine basınç sınırlama valfları açılıncaya kadar yaklaşık 100-200 msbasınç oluşturulur (= maksimum basınç). Sağ basınç sınırlama valfı Sol basınç sınırlama valfı
Hidrolik Kumanda Sisteme Genel Bakış Audi drive select (3 Mod) ESP giden uyum fonksiyonel adaptasyonlar Sportif diferansiyel Dinamik direksiyon Yalıtım ayarı Motor / şanzıman sportif Direksiyon açı sensörü Önemli savrulma oranları ve yanal hızlanma sensör donanımı Dört tekerden tahrik kontrol ünitesi J492 CAN- Kombi/Yürüyen aksam CAN-ESP sensörleri Tekerlek devir sensörleri (4x) Arka aks tahriki 0BF (Sportif diferansiyel)