Технологии

Какие батареи используются в электромобилях

Будет ошибкой заявлять, что для электромобиля главным элементом является батарея. В отличие от автомобилей с классическим ДВС, конструкция электрокара намного проще и более надежней. И главными компонентами в работе машины являются: комплекс электромоторов, тяговая аккумуляторная батарея, трансмиссия и специальное бортовое устройство. Это «сердце» автомобиля, и без сбалансированной работы каждого агрегата даже самая мощная и емкая батарея не сможет обеспечить хорошей динамики и потенциала.

Источники питания для электромобиля

КПД электромотора в любой момент времени — около 95%. В современных электрокарах устанавливаются как один, так и несколько электромоторов, питание которых обеспечивает тяговая аккумуляторная батарея.

В электромобилях устанавливаются литий-ионные аккумуляторы различной конструкции. По внешнему виду они напоминают батареи к сотовому телефону, только большего размера. Литий-ионные источники питания отличаются высокой плотностью энергии и способностью удерживать заряд долгое время в нерабочем цикле.

Nissan LEAF e-plus батарея

 

Средний срок жизни такой батареи после лабораторных тестовых заездов — 8 лет. Это цифра производителя, реальный срок работы — до 6 лет. Снижение времени эксплуатации обусловлено некорректным режимом подзарядки.

Преимущество литий-ионной батареи – большое количество рабочих циклов, т. е. среднее количество зарядок, которое можно производить в процессе всей эксплуатации агрегата. Для автомобилей Тесла это более 3 000 циклов, батарею к электрокару Nissan Leaf можно перезаряжать более 2 500 раз.

Емкость батареи

Емкость аккумулятора выражается в киловатт-часах (кВт/ч). Покупка автомобиля с большим показателем емкости можно сравнить с приобретением машины с большим (и главное, полным) бензобаком. Не стоит рассчитывать на то, что если в тестовом режиме при большой емкости батареи электрокар преодолел максимальное расстояние, то в реальных условиях заряда батареи хватит на такой же километраж.

Это связано с тем, что в повседневной эксплуатации система безопасности и управления автомобиля не позволяет полностью зарядить аккумулятор или разрядить его на 99,9%. Максимально, на что могут рассчитывать водители, это разрядка батареи до 7 % от общего объема и зарядка на 98%.

Емкость автомобильной батареи зависит от класса и комплектации конкретной марки. Например, в комплектации «малышки» Smart EQ ForTwo установлен аккумулятор всего на 17,6 кВт*ч. Проехать на одном заряде можно 80 км. Для последних поколений модификаций Tesla Model S и Model X используются аккумуляторные батареи емкостью в 100 квтч, дальность поездки в этом случае от зарядки до зарядки — не менее 430 км. А у готовящегося к выходу электропикапа Rivian R1T ёмкость должна составить 180 кВт*ч.

Производители редко заявляют точный диапазон емкости аккумулятора. Батарея будет отдавать заряд намного быстрее в зависимости от многих факторов:

1. Ускорение автомобиля.
2. Езда на высокой скорости.
3. Низкая или очень высокая температура воздуха.
4. Фактический вес автомобиля.
5. Условия трассы (подъем в гору, бездорожье) и пр.

Если в режиме города из-за частого торможения и остановок бензиновые моторы потребляют больше топлива, чем при стабильной скорости на трассе, то для электрокаров все наоборот. Батарея быстрее отдаст свой заряд на автостраде на высоких скоростях, а в режиме города с частыми остановками будет держать емкость максимально долго.

Чем больше вес автомобиля (груза, пассажиров), тем больше энергии потребуется электромотору, чтобы поддерживать коленвал в диапазоне необходимого крутящего момента. Емкость будет стремительно падать при езде нагруженного электромобиля под горку.

 

В холодную погоду при температуре воздуха от -20 о С емкость батареи снизится на 40 % из-за работающего климат-контроля. Бензиновые моторы вырабатывают большое количество тепла, которое идет на обогрев салона. В электромобилях поддержание температуры зависит только от тягового аккумулятора. С понижением температуры будет расти и скорость отдачи емкости батареи. Аналогичная ситуации и при включенном кондиционере в жару. Емкость АКБ уменьшится на 17-20%.

Снижение емкости «от старости»

Нельзя покупать аккумулятор «про запас». Существует два параметра потери емкости: календарная и эксплуатационная. Календарная потеря — это графически вычисленное снижение емкости батареи с течением времени. Даже если АКБ не используется, потери емкости составляют от 5-10% в год. Батарея уже не способна держать заряд максимальное время. Это хорошо видно на старых батареях к мобильному телефону — после полной зарядки, аккумулятора хватает на 30 минут разговора.

Чтобы аккумулятор максимально долго держал заряд и увеличил границы эксплуатации, необходимо придерживаться правил подзарядки, которые производитель устанавливает под конкретную батарею. Например, для Nissan Leaf 2018 года правила подзарядки следующие: первые 150 циклов — ок. 6 кВт, все последующие — ок. 10-12 кВт.

Где заряжать электромобили

Для подзарядки автомобильных батарей предусмотрено два варианта:

  • зарядка уровня 1;
    • зарядка уровня 2;
    • зарядка на постоянном токе – уровень 3.

Уровень 1 — это стандартная домашняя сеть на 220 В или на 120 В. Существует отдельно выделенная сеть на 240 Вольт – это зарядка уровня 2.

  • Если использовать зарядку первого уровня, водителю может потребоваться более 16 часов для полного восстановления батареи. Сеть напряжением в 240 Вольт сэкономит время на подзарядку в несколько десятков раз. Аккумулятор Тесла заряжается до 50 минут.
  • На специализированных станциях используют зарядку 3 уровня. Аккумуляторная батарея подключается к сети с постоянным напряжением и достигает предела своей емкости за 30-40 минут.
  • Потери емкости при зарядке — это типичное явление для многих электромобилей, в комплектации Chevrolet Volt после полной зарядки аккумулятора емкость батареи будет всего 88% – об этом нужно помнить. Потери электроэнергии при этом составят до 15%. При оплате счетов это хорошо заметно.

Дальность поездки

Дальность хода или потенциал аккумулятора напрямую зависит от емкости батареи. Глупо ждать, что батарейка на 22 кВтч сможет обеспечить автомобилю сотни километров пробега.

Именно емкость и способность аккумулятора удерживать заряд и определяет расстояние, на которое водитель может рассчитывать. Интересное техническое решение реализуют сегодня инженеры Тесла — самовосстанавливающиеся во время езды аккумуляторы. Новация, если все тесты окажутся успешными, позволит электромобилю увеличить дальность поездки на 40% на одном заряде.

Наибольшие потери заряда вызывает температура воздуха и скорость автомобиля. К восстанавливающим системам относят возврат энергии в АКБ после резкого торможения. Именно эти внешние характеристики и определяют потенциал батареи. При заявленной дальности поездки в 400 км можно при определенных условиях проехать все 490, но можно и не дотянуть до 340 км.

Еще один недостаток современных электромобилей, как БМВ, так и Тесла — это отсутствие системы предупреждения водителя о том, что емкость аккумулятора приближается к критической отметке. И если по дороге не окажется станции подзарядки, то, увы, дополнительных батарей в электромобилях не предусмотрено.

Гарантии на АКБ

Организация Plug In America не один год проводит тестовые проверки аккумуляторных батарей и требует, чтобы производитель определял сроки гарантии на тяговый аккумулятор не менее 8 лет или 100 000 км. пробега. По данным Tesla, батарея, установленная в комплектациях Model S, имеет календарные потери емкости 2-3 % в год или после 10 000 пробега. Стартовые проверки показали, что даже при пробеге в 500 000 км их аккумуляторы сохраняют 78-80 % своей емкости.

Однако батареи, рассчитанные на меньшую емкость до 24 квтч, разряжаются значительно быстрее, и календарные потери заряда критические. Срок эксплуатации такого АКБ не превышает 5 лет при умеренном режиме эксплуатации.

Правила корректной эксплуатации электромобиля, которая позволит максимально продолжить работу АКБ:

  • Минимальная эксплуатация автомобиля в зимнее время.
  • Правильные расчет производительности.
  • Корректная зарядка и разрядка аккумулятора.
  • Диагностика через программное обеспечение.

ПО от конкретного производителя позволит определить текущее состояние аккумулятора, степень износа каждой ячейки, время удержания заряда и пр.

Особенности замены АКБ электромобиля

При замене полной батареи необходимо провести перепрошивку ЭБУ автомобиля. С бортового компьютера удаляются устаревшие программы и устанавливаются новые драйвера, подключаются все системы. Самостоятельно заменить аккумулятор практически невозможно.

На современных электромобилях можно заменить не весь аккумулятор, а провести замену битых блоков батареи. Этот способ значительно дешевле и перспективней. Определить, какие ячейки аккумулятора выработали ресурс, можно на специализированном сервисе.

Перспективы развития

Tesla оснащают свои автомобили батареями от Panasonic и развивает отдельную секцию производства. В 2018 году открыт крупнейший завод Тесла по производству АКБ нового типа. Для таких брендов как Chevrolet главным конструктором аккумуляторов много лет остается корпорация LG, которая совместно с компанией Fisker ведет разработку батарей нового типа. Компания Fisker уже представила новый тип батареи с запасом хода на 800 км. В основе схемы используются твердые металлы.

Не отстает от лидеров и компания Samsung, которая продемонстрировала свое ноу-хау на автосалоне во Франкфурте — многофункциональная батарея с потенциалом в 700 миль. Новые направления в развитии электро топлива демонстрирует британская компания SuperCapacitor Materials. Инженеры уверены, что смогут создать определенный тип конденсатора, который заменит ионно-литиевый аккумулятор.

Среди новаторов — и компания Phinergy, технологи которой разрабатывают совершенно новый металло-воздушный аккумулятор.

Какой будет принцип работы у стартапов, пока не ясно, но учитывая, что больше десяти ведущих компаний заняты поиском альтернативного источника энергии, можно сказать, что АКБ — это не последнее слово в автомобилестроении.

Читать далее

Концепт шагающего краулера Hyundai Elevate

Краулер – робот-паук, который давно вышел из поисковых систем и фантастических фильмов и постепенно завоевывает умы ведущих инженеров автомобильных компаний. Сегодня это один из самых популярных классов радиоуправляемых моделей, которой по силам передвигаться по болоту, лезть на почти вертикальные стены и перешагивать через умопомрачительные препятствия.

Но компания Hyundai не занимается производством игрушечных автомобилей. Взяв за основу фантастический транспорт из «Звездных войн», концерн представил в 2019 году совершенно новую и уникальную концепцию – транспорт будущего, шагающий краулер Elevate. И пусть сегодня автомобиль (или вездеход) есть только в прототипе и игрушечном варианте сборки, руководство Hyundai однозначно стоит на позиции, что через год-два концепция станет первым помощником для служб спасения по всему миру.

Hyundai Walking Car

ходит как паук, ездит как автомобиль и бегает как ящерица

Шагающий автомобиль был представлен 8 января 2019 года на шоу в Лос-Анджелесе. Теоретически, роботизированные колеса позволяют машине переступать через стены, быстро ездить по асфальту чуть ли не и совершать кувырки.

Футуристический автомобиль, получивший техническое название Elevate, имеет четыре колеса и уникальную схему роботизированных ножек, которые могут не просто ходить, а «выписывать коленца». Каждая «нога» имеет до пяти «суставов», которые запрограммированы для передвижения по любой местности.

Презентация началась с того, что подобие автомобиля прекрасно ехало, затем перед препятствием краулер остановился, и началось что-то невообразимое. Кабина поднялась на ножки, и автомобиль пошел, спокойно перешагивая через метровые разломы, карабкался по стенам, поднимался и спускался по лестнице.

Кому это понадобится

В Hyundai планируют, что их разработка будет востребована не только службами спасения, МЧС и армией. Уникальность конструкции позволит проектировать и автомобили, идеально приспособленные для путешествий. Только представьте – семья отправляется на отдых, едет по шоссе, затем автомобиль переходит через бордюры, заезжает в лес, переступает через пеньки и вывозит счастливых пассажиров на прекрасную поляну.

Но в приоритете стоит разработка универсального блока для спасения людей в зоне стихийного бедствия. В 2019 году Hyundai представили только несколько вариантов, где и как можно использовать транспортное средство. На платформе, где встроена модульная архитектура, может устанавливаться один из вариантов специальных кабин. Для кареты скорой помощи кабина имеет выдвижные носилки и раздвижные боковые двери. Для службы спасения есть выставляемые ступени, которые можно спустить в провал до 10 метров и вытащить человека.

Отдельный модуль вмещает удобные подъезды для инвалидных кресел. Такой автомобиль поможет инвалидам совершать поездки и станет незаменимым для ежедневной жизни. Краулер поднимется по ступенькам до входной двери, выставляет подъездную дорожку, и человек без проблем въедет в кабину.

Как это работает

Классические радиоуправляемые краулеры, которые имеют массивную подвеску и широкие колеса, также способны карабкаться на валуны и преодолевать овраги. Но эти машины не могут ходить.

У всех краулеров четыре ведущих колеса и увеличенная колесная база. В конструкции используется оптимальное распределение веса для лучшего сцепления с поверхностью — это увеличивает проходимость модели. Используя сервоприводы, краулер способен просто повернуться на месте, мощная подвеска и высокий клиренс позволяют автомобилю держать кабину прямо, когда одно колесо въезжает на высоту. Но это все особенности класса, ни о каких шагах и прыжках речи нет.

Инженеры Hyundai для своего первого шагающего краулера разработали сложную систему электроблокираторов. При необходимости можно заблокировать одну из «ног» в нужном рабочем положении, сложить все ножки и, используя аккумулятор, развить высокую скорость по шоссе.

Технологически концепция Elevate основана на модульной платформе EV с возможностью автоматического переключения на один из пяти режимов езды (или ходьбы…). Каждая ступица колеса оснащена электроприводом. При необходимости для соединений ножек отключается питание, и они складываются по бокам корпуса. Пассивная подвеска максимально увеличивает эффективность аккумулятора, и автомобиль хорошо разгоняется по трассе.

В концепции используется силовой блок и электронная начинка от электромобиля. В обычных условиях Elevate не должен ничем отличаться от соседних автомобилей на трассе. Ну, разве что кабиной. Даже для технического образца конструкторы Хендай выбрали кузов из фантастического фильма.

Самая главная особенность по части комфорта заключается в том, что пассажиры внедорожника при езде по сложным участкам согласно законам гравитации вынуждены наклоняться в ту же сторону, что и весь кузов автомобиля. Особенно хорошо это знакомо владельцам такого монстра среди внедорожников, как великий и ужасный Jeep Wrangler Rubicon. Так вот в отличие от традиционных колёсных внедорожников, кабина шагающего краулера Hyundai всегда находится в горизонтальной плоскости. Независимо от того, ползет ли Элеват на стену, шагает по ступеням или катится по ухабам.

Уникальны шарнирные конечности, которые управляются электроникой и имеют мягкое соединение с подвеской, способны преодолевать немыслимые препятствия. При этом каждое колесо (ну не поворачивается язык назвать автомобильное колесо «ножкой») имеет индивидуальный алгоритм работы и подстраивается под местность самостоятельно.

Смогут ли инженеры корейского гиганта построить сперва действующий полноразмерный образец для реальной жизни – покажет время. Но судя по тому, что разработка ведется уже три года, и учитывая, что в культуре страны не принято хвастаться, можно сказать, что до выхода первого шагающего автомобиля осталось совсем немного.
Читать далее

На дорогах Калифорнии появится беспилотный транспорт малой грузоподъёмности

Тестовые испытания беспилотного малотоннажного транспорта доставки начались в Калифорнии, сообщает министерство транспорта Штата. Самый солнечный штат славится своими прогрессивными взглядами в отношении машин с автономным управлением. На сегодняшний день более шестидесяти компаний получили лицензию на проведение тестовых испытаний машин-беспилотников.

Согласно новому постановлению правительства Штата, к испытаниям теперь могут быть допущены небольшие грузовики, минивэны, универсалы весом до 4,5 тонн. Беспилотные фуры и грузовики: на подходе. На сегодняшний день уже опубликован алгоритм получения аккредитации на испытания малотоннажных грузовых машин с автономным управлением. В том случае, если беспилотные пикапы и фургоны, принимающие участие в испытаниях, стоят на балансе транспортных компаний, занимающихся доставкой товаров, они вынуждены будут доставлять заказы бесплатно. Взимать плату за груз, доставленный на малотоннажном транспорте с автономным управлением, согласно этому постановлению, запрещено.

По замыслу правительства такое постановление приманит в Штат автомобильных гигантов, которые в настоящий момент заняты тестированием и введением в эксплуатацию малотоннажных беспилотников. К числу таких продвинутых компаний относятся такие гиганты, как «Форд» и «Нуро». Tesla и Waymo уже давно ведут свои испытания в Калифорнии.

Стоит отметить, что автомобили с автономным управлением «беспилотниками» на данном этапе можно назвать весьма условно. В кабине водителя обязательно должен находится человек, контролирующий все действия программы, управляющей автомобилем, и в случае необходимости способный перейти на ручной режим управления транспортным средством. Это связано с тем, что до сих пор остается открытым вопрос об административной и уголовной ответственности в случае ДТП с участием машины на автономном управлении.

Так, относительно недавно, беспилотник компании Юбер сбил насмерть женщину в Аризоне. Разбирательство по делу только началось, но этот случай заметно снизил уровень доверия американцев к беспилотному транспорту. Так, согласно опросам общественного мнения, две трети американцев будут чувствовать себя некомфортно, если будут знать, что едут в беспилотном автомобиле.

Тем не менее, технологический прогресс невозможно остановить. Уже сейчас аналитики утверждают, что к 2025 году практически все грузы будут доставлять машины с беспилотным управлением. Калифорнийский департамент транспорта объявил о 45-дневном периоде обсуждения начавшихся испытаний. Окончательное решение будет принято лишь 27 мая 2019 года.

Читать далее

Водяной впрыск BMW — эксперименты с новой турбо технологией?

Технология от Bosch не может считаться полностью инновационной — люфтваффе вермахта использовало технологию водяного впрыска на некоторых своих истребителях времен Второй мировой войны. Через восемьдесят лет система удачно подошла для двигателя BMW M4 GTS — этот серийный автомобиль использует систему водяного охлаждения воздуха во впускном коллекторе. В итоге разработчики добились некоторого увеличения производительности мотора и приблизили к нулю даже вероятность детонации.

Особенности технологии

BMW M4 GTS пришел на замену купе M3 E92 в 2014 году. Это первый автомобиль серии М, где устанавливался турбонаддув для трехлитрового двигателя и электрический рулевой усилитель. С 2016 года в воздушный патрубок врезали дополнительную систему подачи воды.

Воздух, проходя через компрессор турбины, нагревается до значительной температуры – не менее 320 о С. Проходя через промежуточный патрубок, в воздух впрыскивается порция воды, которая снижает температуру более чем в два раза — до 158 о С. Происходит сжатие воздуха и соответственно большая концентрация кислорода. Затем воздушная смесь попадает в цилиндры, где воспламеняет топливо.

Интеркулер воздух-вода достаточно эффективен. Кроме значительного снижения температуры, воздух попадает в цилиндр максимально сжатым — это отодвигает возможность возникновения детонации в сотни раз. Водяной впрыск отлично зарекомендовал себя во время набора оборотов до 5 000 в минуту.

Водяной бак располагается в багажнике автомобиля, форсунка врезана во впускной коллектор, инжекторы подают воду на площадь в 2 кв. см. с силой в 75 кг. Когда вода испаряется, происходит стремительное поглощение энергии и снижение температуры.

Подобную технологию использовали инженеры Subaru при комплектации своего спорткара WRX STI S209. Это первый автомобиль, который японский концерн не планирует продавать на родине. Для США изготовлено 200 экземпляров седана Subaru Impreza WRX STI S209, в котором используется 2,5-литровый оппозитник, турбонаддув и водяное охлаждение. Все использованные технологии позволяет выжать с этого силового агрегата 341 л. с.

M4 GTS BMW

Спортивный седан BMW, в отличие от Subaru Impreza WRX, имеет мощность в 500 л. с. И это только благодаря системе водяного впрыска. Без дополнительного охлаждения двигатель показывает свой максимум на уровне 430 лошадиных сил и 550 Нм. Но и это больше, чем полностью зафаршированная Субару. Автомобиль ориентирован на длительные поездки на большой скорости.

После успешного старта в 2019 году Bosch предложили свою разработку другим компаниям, которые желают увеличить мощность и безопасность своих моторов. Стоимость всей системы водяного охлаждения сравнительно невысока. Потенциальные клиенты не должны почувствовать разницу в стоимости.

Кроме увеличения производительности, инженеры Бош считают, что водяной впрыск способен снизить и потребление топлива на 13 %, на 4% — выбросы углекислого газа. Но чтобы добиться такой экономии, необходим изначально мощный мотор, который имеет принудительную индукцию и высокую удельную мощность, не менее 107 л. с. на один литр.
На сто километров будет расходоваться приблизительно 0,09 литра дистиллированной воды.

В M4 GTS предусмотрели пятилитровый бак, доливать воду придется после пробега 3 000 км. Поскольку вода полностью испаряется, отсутствует риск появления ржавчины внутри мотора.

Чтобы адаптировать систему водяного впрыска для холодного климата, инженеры планируют добавить в схему систему подогрева водяного бачка. Будет ли это тепло от двигателя или инженеры используют другие нагревательные элементы, пока неизвестно.

История инновации

Технология водяного впрыска, как говорилось ранее, впервые использовали на истребителях. Затем схему встраивали в гоночные автомобили. Для легкового транспорта водяное охлаждение использовала компания Oldsmobile для своего Jetfire 1962 года, а Saab позже предложил водяной впрыск на 99 Turbo S 1978 года.

Интересно, что до 2016 года технологию не лицензировала ни одна компания. Разработка от Bosch претендует на патент отдельного изобретения.

Читать далее

Просто о сложном: дифференциал – что это и зачем

Дифференциал является неотъемлемой частью любого четырехколесного транспортного средства. Если говорить коротко, то этот узел позволяет ведущим колесам одновременно вращаться с разной скоростью. Зачем это нужно и почему на многих автомобилях требуется устанавливать блокиратор для этого важного узла, рассмотрим подробно.

Немного теории

Двигатель передает свою мощность через карданный вал на ведущие колеса. Если рассматривать траекторию, по которой проходят колеса во время поворота, несложно заметить, что внутреннее колесо проходит меньший путь, чем внешнее. Это значит, что скорость внутреннего колеса всегда меньше, чем внешнего. Если бы колеса были жестко соединены с полуосью, автомобиль бы всегда поворачивал со значительными пробуксовками, и чтобы этого не происходило, требуется дифференциал. Его главное назначение — обеспечить ведущим колесам различную частоту вращений при переводе мощности от ДВС.

По своим конструкциям, узлы относятся к двум классам:

  • простой;
  • ДПВС (дифф. с повышенным внутренним сопротивлением).

Последние классифицируются на узлы с большой чувствительностью к разрыву, или момента, или угловых скоростей. По конструктивному типу блокиратора дифференциал с высоким внутренним трением разделяется на узел с блокиратором:

  • винтовым;
    • червячным;
    • дисковым;
    • шариковым;
    • вискомуфта;
    • насос героторный.

Особенности конструктивного типа и принцип работы свободного дифференциала

Это самый простой тип дифференциала, где не установлены никакие блокираторы. Конструкция позволяет изменять скорость ведущих колес при передаче мощности на оба колеса.

Свободный тип дифференциала

Рассмотрим подробно схему работы свободного агрегата. Мощность двигателя передается с ведущей шестерни вала карданного на ведомую шестеренку дифференциала. Ведомая шестерня стоит на жесткой сцепке с сателлитом, который расположен внутри дифференциала. Для легковых машин, седанов, хетчбеков, кроссоверов устанавливают два сателлита. Для грузового транспорта, на некоторых внедорожниках можно встреть четыре, иногда шесть, десять шестерен.

Сателлиты выполняют движение двух типов, крутятся на пару с ведомой шестерней и вокруг своей оси. Далее сателлиты соединены через передачу зубчатую с двумя полуосевыми шестернями. Это позволяет передать мощность от мотора на оба колеса.

Если автомобиль движется строго прямо, сателлит крутится только совместно с ведомой шестеренкой и неподвижен по своей оси. Во время такого хода сателлит и полуосевая шестерня работают совместно, аналогично жесткому соединению. Но такие ситуации занимают всего 5% от времени движения транспортного средства. Даже при езде на шоссе водитель корректирует поведение машины и осуществляет пусть и небольшие, в 3-5 градусов, но повороты.

Во время поворота шестерни-сателлиты начинают оборачиваться по своей оси, передавая различную угловую скорость на полуосевые шестерни, разрешая таким образом колесам во время поворота вращаться по-разному. Поворачивая направо, правое колесо будет крутиться со скоростью меньшей, чем левое, и наоборот. Это позволит автомобилю не буксовать и не «рвать дифференциал».

Кроме главной функции передачи разных скоростей, дифференциал выполняет еще две работы:

  1. Ведомая шестерня понижает частоту вращений карданной шестерни, увеличивая таким образом момент.
  2. Конструкция дифференциала позволяет передать мощностной параметр на ведущие колеса под прямым углом.

У свободного дифференциала есть один главный недостаток — он перестает работать, если ведущие колеса имеют разный показатель давления во время сцеплении с дорожным полотном. Простой дифференциал всегда передает большую силу на колесо с низким показателем — например, если оно попало на лед, второе колесо, стоящее на ровном участке, получит минимальную мощность, и автомобиль начнет буксовать. Для решения этой проблемы в технологии дифференциала используются либо блокираторы, либо другой конструктивный тип узла — ДПВС.

Особенности конструкции ДПВС

В свободном или простом дифференциале правая и левая полуось не связаны жестко между собой. Дифференциал с увеличенным внутренним трением позволит ограничить независимость полуосей относительно друг друга. Одна из главных и часто встречающихся схем ограничения вращения — это принцип на основе блокировки через диски (дифференциал высокого трения).

ДПВС версия

В конструкции ДПВС, кроме главных узлов свободного дифференциала, встроен комплект фрикционных и стальных шайб, которые расположены между полуосевой и корпусом. Фрикционные диски соединяются с полуосевой, стальные шайбы соединяются с корпусом узла.

Полуосевая шестерня и диски фрикционные всегда вращаются вместе, стальные же диски вращаются только с блоком корпуса. Если пакет дисков сжать, то вся конструкция начнет двигаться как единое целое, и мощность будет передаваться на ось напрямую, замедлив или остановив вращение сателлита.

В пространство между полуосевыми шестернями устанавливается пружина преднатяга, которая оказывает постоянное давление на диски сцепления, слегка их сжимая. Кроме этого, особая конструкция шестерни сателлита и люфт, который есть между полуосью и полуосевой шестерней, увеличивают отталкивающую силу, которая будет сжимать диски на той оси, колесо которой имеет лучшее сцепление. Это позволит распределить мощность на буксующее колесо, которое находится на льду, и на то, которое находится на ровном месте равномерно, и проскальзывание прекращается.

Червячный блокиратор

Дифференциал с червячным блокиратором

В конструктивной схеме дифференциала с данным типом блокировки используется планетарная передача шестеренок и сателлитов на перекрещенных осях. Пары соединяются на оси по принципу червячной передачи. Ярким типом такого агрегата остается технология компании Torsen NA Inc дифференциал Торсен. Основная функция узла такая, как и у любого другого — распределение мощности между мостами или по осям колес. Агрегат относится к классу дифференциалов, реагирующих на момент.

Технология позволяет автоматически заблокировать необходимый сателлит (или серию сателлитов) при сравнительно небольшом различии момента. В конструкции «Торсен 1» используются ведомая полуосевая червячная шестеренка, ведущий червячный сателлит. В основе лежит принцип: движущаяся червячная шестерня может поворачивать червячный сателлит, вращение же наоборот невозможно.

Червячные пары устанавливаются в корпус дифференциала. Мощность распространяется на сателлиты, которые соединяются с прямозубыми шестернями. При езде прямо шестерни-сателлиты толкают, не крутят червячные шестерни, момент и мощность передаются на ведущие колеса пропорционально. При повороте, например, направо червячная шестерня левой полуоси заставит сателлит начать вращение вокруг своей оси. При этом правый сателлит начнет вращение в противоположную сторону, обеспечивая правому колесу меньшую скорость. Зацеп прямозубых шестерен на концах сателлитов обеспечит их равную скорость вращения.

При варианте, когда колеса имеют разное сцепление с дорогой, в дифференциале Torsen произойдет передача избыточной скорости буксующего колеса на червячный сателлит, который через планетарную передачу передает избыточную скорость смежному сателлиту второй полуоси. Поскольку сателлит не может вращать соответствующую полуосевую шестерню, происходит абсолютная блокировка дифференциала. Это позволяет распределить момент и мощность равномерно на две полуоси.

Дифференциал с винтовым блокиратором

Узел с винтовой блокировкой имеет в конструкции простейшие рядные или двухрядные планетарные передачи. В конструкции винтовая передача в классическом виде не применяется. Название произошло от того, что шестерня-сателлит похожа на винт. Главная особенность винтового дифференциала — это использование цилиндрических шестерен с косыми зубьями на всех зацепляющих парах.

Самоблокирующийся дифференциал

 

Сателлиты производят вращение не по своей оси, а в цилиндрическом блоке. Блокировка происходит в то время, когда при косом зацеплении значительно увеличивается осевая сила, которая при проскальзывании колеса расклинивает сателлиты в своих блоках. Шестерни-сателлиты давят на корпус узла, одновременно выравнивая угловые скорости ведомых шестерен. В конструкции винтовых дифференциалов используются до семи пар сателлитов.

Межосевой дифференциал

Аналогичный узел, который устанавливается не между колесами, а между передней и задней осью. Межосевой дифференциал распределяет мощность и момент на четыре колеса в автомобилях с полным приводом. В конструкции межосевых дифференциалов также есть простые (свободные) конструкции, с коэффициентом повышенного внутреннего сопротивления, с возможностью полной или частичной блокировки.

Расположен узел чаще всего в раздаточной коробке и разделяется на симметричный и несимметричный.

Симметричный межосевой узел распределяет момент на оси 50/50. Несимметричный узел может распределять мощность и момент в разных пропорциях, в зависимости от конструкции и условий езды.

Вискомуфта

В современных конструкциях для блокировки главных деталей простого дифференциала используют вискомуфту и героторный насос. Это позволяет снизить трение внутренних шестерен дифференциала, как шестерен-сателлитов, так и ведомых полуосевых, за счет использования силы вращения плотной среды в конструкции.

Читать далее