Pedeorelha | Hoe vierwielaandrijving werkt

Yurii Mongol
0
4206
1073

Hummers werken op vierwielaandrijving. Zie foto's van off-road rijden.

Er zijn bijna net zoveel verschillende soorten vierwielaangedreven systemen als er vierwielaangedreven voertuigen zijn. Het lijkt erop dat elke fabrikant verschillende schema's heeft om alle wielen van stroom te voorzien. De taal die door de verschillende autofabrikanten wordt gebruikt, kan soms een beetje verwarrend zijn, dus voordat we beginnen met uitleggen hoe ze werken, laten we wat terminologie ophelderen:

Vierwielaandrijving - Meestal als autofabrikanten zeggen dat een auto heeft vierwielaandrijving, ze verwijzen naar een deeltijd systeem. Om redenen die we later in dit artikel zullen bespreken, zijn deze systemen alleen bedoeld voor gebruik in omstandigheden met weinig tractie, zoals offroad of op sneeuw of ijs.
Vierwielaandrijving - Deze systemen worden soms genoemd fulltime vierwielaandrijving. Vierwielaandrijvingssystemen zijn ontworpen om op alle soorten ondergrond te functioneren, zowel op de weg als offroad, en de meeste kunnen niet worden uitgeschakeld.

Parttime en fulltime vierwielaandrijvingssystemen kunnen aan de hand van dezelfde criteria worden beoordeeld. Het beste systeem stuurt precies de juiste hoeveelheid koppel naar elk wiel, dat is het maximale koppel waardoor de band niet gaat slippen.

In dit artikel leggen we de basisprincipes van vierwielaandrijving uit, te beginnen met wat achtergrondinformatie over tractie, en kijken we naar de componenten waaruit een vierwielaandrijving bestaat. Daarna zullen we een aantal verschillende systemen bekijken, waaronder die op de Hummer, vervaardigd voor GM door AM General.

We moeten er iets over weten koppel, tractie en wielslip voordat we de verschillende vierwielaandrijvingssystemen van auto's kunnen begrijpen.

Koppel is de draaiende kracht die de motor produceert. Het koppel van de motor is wat uw auto beweegt. De verschillende versnellingen in de transmissie en het differentieel vermenigvuldigen het koppel en verdelen het over de wielen. In de eerste versnelling kan meer koppel naar de wielen worden gestuurd dan in de vijfde versnelling, omdat de eerste versnelling een grotere overbrengingsverhouding heeft om het koppel te vermenigvuldigen.

Het onderstaande staafdiagram geeft de hoeveelheid koppel aan die de motor produceert. Het merkteken in de grafiek geeft de hoeveelheid koppel aan die wielslip veroorzaakt. De auto die goed start, overschrijdt dit koppel nooit, zodat de banden niet slippen; de auto die een slechte start maakt, overschrijdt dit koppel, waardoor de banden slippen. Zodra ze beginnen te slippen, zakt het koppel tot bijna nul.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Het interessante aan koppel is dat in situaties met weinig tractie de maximale hoeveelheid koppel die kan worden gecreëerd, wordt bepaald door de hoeveelheid tractie, niet door de motor. Zelfs als je een NASCAR-motor in je auto hebt, als de banden niet aan de grond blijven kleven, is er gewoon geen manier om die kracht te benutten.

Omwille van dit artikel zullen we definiëren tractie als de maximale hoeveelheid kracht die de band op de grond kan uitoefenen (of die de grond op de band kan uitoefenen - ze zijn hetzelfde). Dit zijn de factoren die de tractie beïnvloeden:

Het gewicht op de band -- Hoe meer gewicht op een band, hoe meer tractie hij heeft. Gewicht kan verschuiven als een auto rijdt. Wanneer een auto bijvoorbeeld een bocht maakt, verschuift het gewicht naar de buitenste wielen. Wanneer het accelereert, verschuift het gewicht naar de achterwielen. (Zie Hoe remmen werken voor meer details.)

De wrijvingscoëfficiënt -- Deze factor relateert de hoeveelheid wrijvingskracht tussen twee oppervlakken aan de kracht die de twee oppervlakken bij elkaar houdt. In ons geval relateert het de hoeveelheid tractie tussen de banden en de weg aan het gewicht dat op elke band rust. De wrijvingscoëfficiënt is meestal een functie van het soort banden op het voertuig en het type ondergrond waarop het voertuig rijdt. Een NASCAR-band heeft bijvoorbeeld een zeer hoge wrijvingscoëfficiënt wanneer hij op een droge, betonnen baan rijdt. Dat is een van de redenen waarom NASCAR-raceauto's met zulke hoge snelheden in bochten kunnen rijden. De wrijvingscoëfficiënt voor diezelfde band in modder zou bijna nul zijn. Daarentegen zouden enorme, knobbelige offroad-banden op een droge baan niet zo'n hoge wrijvingscoëfficiënt hebben, maar in de modder is hun wrijvingscoëfficiënt extreem hoog..

Wielslip -- Banden kunnen twee soorten contact maken met de weg: statisch en dynamisch.

statisch contact -- De band en de weg (of grond) slippen niet ten opzichte van elkaar. De wrijvingscoëfficiënt voor statisch contact is hoger dan voor dynamisch contact, dus statisch contact zorgt voor een betere tractie.
dynamisch contact -- De band slipt ten opzichte van de weg. De wrijvingscoëfficiënt voor dynamisch contact is lager, waardoor je minder tractie hebt.

Simpel gezegd, wielslip treedt op wanneer de kracht die op een band wordt uitgeoefend groter is dan de tractie die voor die band beschikbaar is. Er wordt op twee manieren kracht op de band uitgeoefend:

In de lengterichting -- De kracht in de lengterichting wordt veroorzaakt door het koppel dat door de motor of door de remmen op de band wordt uitgeoefend. Het heeft de neiging om de auto te versnellen of te vertragen.
Lateraal -- Zijwaartse kracht ontstaat wanneer de auto in een bocht rijdt. Er is kracht voor nodig om een auto van richting te laten veranderen - uiteindelijk zorgen de banden en de grond voor zijwaartse kracht.

Stel dat u een vrij krachtige auto met achterwielaandrijving heeft, en u rijdt in een bocht op een nat wegdek. Uw banden hebben voldoende tractie om de zijdelingse kracht uit te oefenen die nodig is om uw auto op de weg te houden tijdens het nemen van de bocht. Stel dat u het gaspedaal in het midden van de bocht indrukt (doe dit niet!) - uw motor stuurt veel meer koppel naar de wielen, waardoor een grote hoeveelheid kracht in de lengterichting wordt geproduceerd. Als je de longitudinale kracht (geproduceerd door de motor) en de laterale kracht die in de bocht wordt gecreëerd, optelt en de som groter is dan de beschikbare tractie, heb je zojuist wielslip gecreëerd.

De meeste mensen komen niet eens in de buurt van de beschikbare tractie op droog wegdek, of zelfs op vlak, nat wegdek. Systemen met vierwielaandrijving en vierwielaandrijving zijn het nuttigst in situaties met weinig tractie, zoals in de sneeuw en op gladde heuvels.

Het voordeel van vierwielaandrijving is gemakkelijk te begrijpen: als je vier wielen bestuurt in plaats van twee, heb je het potentieel om de hoeveelheid kracht in de lengterichting (de kracht die je laat rijden) te verdubbelen die de banden op de grond uitoefenen..

Dit kan in verschillende situaties helpen. Bijvoorbeeld:

In sneeuw -- Het kost veel kracht om een auto door de sneeuw te duwen. De hoeveelheid beschikbare kracht wordt beperkt door de beschikbare tractie. De meeste tweewielaangedreven auto's kunnen niet rijden als er meer dan een paar centimeter sneeuw op de weg ligt, omdat in de sneeuw elke band slechts een kleine hoeveelheid tractie heeft. Een auto met vierwielaandrijving kan de tractie van alle vier de banden gebruiken.
Van de weg af -- In offroad-omstandigheden komt het vrij vaak voor dat ten minste één set banden zich in een situatie met weinig grip bevindt, zoals bij het oversteken van een beek of modderpoel. Met vierwielaandrijving heeft de andere set banden nog steeds grip, zodat ze je eruit kunnen trekken.
Glibberige heuvels beklimmen -- Deze taak vereist veel tractie. Een auto met vierwielaandrijving kan de tractie van alle vier de banden gebruiken om de auto de heuvel op te trekken.

Er zijn ook situaties waarin vierwielaandrijving geen voordeel oplevert ten opzichte van tweewielaandrijving. Met name de systemen met vierwielaandrijving helpen u niet om op gladde oppervlakken te stoppen. Het hangt allemaal af van de remmen en het antiblokkeersysteem (ABS).

Laten we nu eens kijken naar de onderdelen waaruit een vierwielaandrijvingssysteem bestaat.

Het meest voorkomende type differentieel - het open differentieel

De belangrijkste onderdelen van elk vierwielaandrijvingssysteem zijn de twee differentiëlen (voor en achter) en de tussenbak. Bovendien hebben parttime systemen vergrendelingsnaven en kunnen beide soorten systemen beschikken over geavanceerde elektronica die hen helpt om nog beter gebruik te maken van de beschikbare tractie..

Differentiëlen Een auto heeft twee differentiëlen, één tussen de twee voorwielen en één tussen de twee achterwielen. Ze sturen het koppel van de aandrijfas of transmissie naar de aandrijfwielen. Ze zorgen er ook voor dat de linker- en rechterwielen met verschillende snelheden kunnen draaien wanneer u een bocht neemt.

Wanneer je een bocht maakt, volgen de binnenwielen een ander pad dan de buitenwielen, en de voorwielen volgen een ander pad dan de achterwielen, dus elk van de wielen draait met een andere snelheid. De differentiëlen maken het snelheidsverschil tussen de binnen- en buitenwielen mogelijk. (Bij vierwielaandrijving wordt het snelheidsverschil tussen de voor- en achterwielen afgehandeld door de tussenbak - we zullen dit hierna bespreken.)

Er zijn verschillende soorten differentiëlen die in auto's en vrachtwagens worden gebruikt. De soorten differentiëlen die worden gebruikt, kunnen een aanzienlijk effect hebben op hoe goed het voertuig de beschikbare tractie benut. Zie Hoe differentiëlen werken voor meer details.

Een typische parttime verdeelbak met vierwielaandrijving: de planetaire tandwielreductie kan worden ingeschakeld om de versnelling in het lage bereik te leveren.

Overdrachtgeval

Dit is het apparaat dat het vermogen verdeelt tussen de voor- en achteras van een auto met vierwielaandrijving.

Terug naar ons voorbeeld van bochten draaien: terwijl de differentiëlen het snelheidsverschil tussen de binnen- en buitenwielen afhandelen, bevat de verdeelbak in een vierwielaandrijving een apparaat dat een snelheidsverschil tussen de voor- en achterwielen mogelijk maakt. Dit kan een viskeuze koppeling, middendifferentieel of een ander type tandwielset zijn. Met deze apparaten kan een vierwielaandrijvingssysteem op elk oppervlak correct functioneren.

De tussenbak op een parttime vierwielaandrijving vergrendelt de aandrijfas van de vooras aan de aandrijfas van de achteras, zodat de wielen met dezelfde snelheid moeten draaien. Dit vereist dat de banden slippen wanneer de auto een bocht maakt. Dergelijke deeltijdsystemen mogen alleen worden gebruikt in situaties met weinig trekkracht waarin de banden relatief gemakkelijk kunnen slippen. Op droog beton is het niet gemakkelijk voor de banden om te slippen, daarom moet de vierwielaandrijving worden uitgeschakeld om schokkerige bochten en extra slijtage van de banden en aandrijflijn te voorkomen.

Sommige tussenbakken, meestal die in deeltijdsystemen, bevatten ook een extra set versnellingen die het voertuig een laag bereik. Deze extra overbrengingsverhouding geeft het voertuig extra koppel en een super lage uitvoersnelheid. In de eerste versnelling in het lage bereik heeft de auto een topsnelheid van ongeveer 8 km / u, maar er wordt een ongelooflijk koppel geproduceerd aan de wielen. Hierdoor kunnen bestuurders langzaam en soepel zeer steile heuvels opkruipen.

Hubs vergrendelen

Elk wiel in een auto is met bouten aan een naaf bevestigd. Parttime vrachtwagens met vierwielaandrijving hebben meestal vergrendelingsnaven op de voorwielen. Wanneer de vierwielaandrijving niet is ingeschakeld, worden de vergrendelingsnaven gebruikt om de voorwielen los te koppelen van het voorste differentieel, steekassen (de assen die het differentieel met de naaf verbinden) en de aandrijfas. Hierdoor kunnen het differentieel, de steekassen en de aandrijfas stoppen met draaien wanneer de auto op tweewielaandrijving staat, waardoor slijtage van die onderdelen wordt bespaard en het brandstofverbruik wordt verbeterd..

Handmatige vergrendelingsnaven waren vroeger heel gewoon. Om de vierwielaandrijving in te schakelen, moest de chauffeur daadwerkelijk uit de truck stappen en aan een knop op de voorwielen draaien totdat de naven op slot gingen. Nieuwere systemen hebben automatische vergrendelingsnaven die worden ingeschakeld wanneer de bestuurder overschakelt naar vierwielaandrijving. Dit type systeem kan meestal worden ingeschakeld terwijl het voertuig in beweging is.

Of ze nu handmatig of automatisch zijn, deze systemen gebruiken over het algemeen een glijdende kraag die de voorste halve assen aan de naaf vergrendelt.

Geavanceerde elektronica

Op veel moderne voertuigen met vierwiel- en vierwielaandrijving speelt geavanceerde elektronica een sleutelrol. Sommige auto's gebruiken het ABS-systeem om selectief te remmen op wielen die beginnen te slippen - dit wordt genoemd rem-tractiecontrole.

Anderen hebben geavanceerde, elektronisch geregelde koppelingen die de koppeloverdracht tussen wielen beter kunnen regelen. We zullen later in het artikel een dergelijk geavanceerd systeem bekijken.

Laten we eerst eens kijken hoe het meest basale parttime vierwielaandrijvingssysteem werkt.

Schema van basissysteem

Het type parttime systeem dat doorgaans wordt aangetroffen op pick-ups met vierwielaandrijving en oudere SUV's werkt als volgt: het voertuig is meestal achterwielaandrijving. De transmissie sluit rechtstreeks aan op een tussenbak. Van daaruit draait een aandrijfas de vooras en een andere de achteras.

Wanneer de vierwielaandrijving is ingeschakeld, vergrendelt de tussenbak de voorste aandrijfas aan de achterste aandrijfas, zodat elke as de helft van het koppel ontvangt dat van de motor komt. Tegelijkertijd vergrendelen de voornaven.

De voor- en achteras hebben elk een open differentieel. Hoewel dit systeem een veel betere tractie biedt dan een voertuig met tweewielaandrijving, heeft het twee belangrijke nadelen. We hebben er al een besproken: het kan niet op de weg worden gebruikt vanwege de vergrendelde tussenbak.

Het tweede probleem wordt veroorzaakt door het type differentiëlen dat wordt gebruikt: een open differentieel verdeelt het koppel gelijkmatig over elk van de twee wielen waarmee het is verbonden (zie Hoe differentiëlen werken voor meer details). Als een van die twee wielen van de grond komt, of op een zeer gladde ondergrond staat, daalt het koppel dat op dat wiel wordt toegepast tot nul. Omdat het koppel gelijkmatig wordt verdeeld, betekent dit dat ook het andere wiel nulkoppel krijgt. Dus zelfs als het andere wiel voldoende tractie heeft, wordt er geen koppel op overgedragen. Onderstaande animatie laat zien hoe een systeem als dit reageert onder verschillende omstandigheden.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Animatie van een basissysteem dat verschillende combinaties van terrein tegenkomt. Dit voertuig loopt vast als twee van zijn wielen op het ijs staan.

Eerder zeiden we dat het beste vierwielaandrijvingssysteem precies de juiste hoeveelheid koppel naar elk wiel zal sturen, de juiste hoeveelheid is het maximale koppel dat ervoor zorgt dat die band niet gaat slippen. Dit systeem scoort vrij slecht op basis van dat criterium. Het stuurt naar beide wielen de hoeveelheid koppel die de band niet met de minst tractie om uit te glijden.

Er zijn enkele manieren om verbeteringen aan te brengen in een systeem als dit. Het vervangen van het open differentieel door een achterdifferentieel met beperkte slip is een van de meest voorkomende - dit zorgt ervoor dat beide achterwielen hoe dan ook wat koppel kunnen uitoefenen. Een andere optie is een sperdifferentieel, dat de achterwielen aan elkaar vergrendelt om ervoor te zorgen dat ze allemaal toegang hebben tot al het koppel dat in de as komt, zelfs als een wiel van de grond is - dit verbetert de prestaties in offroad-omstandigheden.

In de volgende sectie zullen we kijken naar wat het ultieme vierwielaandrijvingssysteem zou kunnen zijn: die op de Hummer.

Het militaire voertuig AM General Hummer combineert een aantal geavanceerde mechanische technologie met geavanceerde elektronica om misschien wel het beste beschikbare vierwielaandrijvingssysteem te creëren..

De Hummer heeft een fulltime systeem met extra functies die kunnen worden ingeschakeld voor verbeterde offroad-prestaties. In dit systeem wordt, net als in ons basissysteem, de transmissie aangesloten op de tussenbak. Vanuit de tussenbak is één aandrijfas verbonden met de vooras en één met de achteras. De tussenbak op de Hummer vergrendelt echter niet automatisch de voor- en achteras aan elkaar. In plaats daarvan bevat het een set open differentieelversnellingen die door de bestuurder kunnen worden vergrendeld. In open modus (niet vergrendeld) kunnen de voor- en achteras met verschillende snelheden bewegen, zodat het voertuig probleemloos op droge wegen kan rijden. Als het differentieel vergrendeld is, hebben de voor- en achteras elk toegang tot het motorkoppel. Als de voorwielen in drijfzand zitten, krijgen de achterwielen al het koppel dat ze aankunnen.

Diagram van het Hummer-systeem, een cool kenmerk van de Hummer zijn de versnellingsnaven die het bij elk wiel gebruikt. Deze heffen de hele aandrijflijn op, waardoor de Hummer 40,64 cm bodemvrijheid heeft, meer dan het dubbele van wat de meeste vierwielaandrijvingen hebben.

De voor- en achterdifferentiëlen zijn beide Torsen^® verschillen. Deze differentiëlen hebben een unieke versnellingsset: zodra het een afname van het koppel naar het ene wiel detecteert (wat gebeurt wanneer een band op het punt staat te slippen), draagt de versnellingsset het koppel over op het andere wiel. Torsen-differentiëlen kunnen twee tot vier keer het koppel van het ene wiel naar het andere overbrengen. Dit is een grote verbetering ten opzichte van open differentiëlen. Maar als het ene wiel van de grond is, krijgt het andere wiel nog steeds geen koppel.

Om dit probleem op te lossen is de Hummer uitgerust met een rem tractie controlesysteem. Wanneer een band begint te slippen, remt de tractiecontrole van de remmen dat wiel. Hiermee worden twee dingen bereikt:

Het zorgt ervoor dat die band niet wegglijdt, waardoor hij maximaal gebruik kan maken van de beschikbare tractie.
Hierdoor kan het andere wiel meer koppel uitoefenen.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Het Hummer-systeem komt verschillende terreincombinaties tegen: om de Hummer vast te houden, zouden alle vier de wielen grip moeten verliezen.

Het remtractiecontrolesysteem past een aanzienlijk koppel toe op het wiel dat wil slippen, waardoor het Torsen-differentieel twee tot vier keer dat verhoogde koppel op het andere wiel kan toepassen.

Laten we de Hummer op de proef stellen.

Het systeem op de Hummer is in staat om een grote hoeveelheid koppel naar elke band met grip te sturen, zelfs als dit betekent dat het allemaal naar een enkele band moet worden gestuurd. Dit brengt de Hummer vrij dicht bij onze definitie van een ideaal vierwielaandrijvingssysteem: een systeem dat elke band voorziet van het maximale koppel dat het aankan..

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over vierwielaandrijving en aanverwante onderwerpen.

Meer geweldige links

Inleiding tot All Wheel Drive-systemen
4x4NOW: 4-Wheeling "How-To"
Slimme automobilist: vierwielaandrijving, vierwielaandrijving, tractiecontrole
Vraag het aan Yahoo !: Wat is het verschil tussen "vierwielaandrijving" en "vierwielaandrijving"?
The Car Guy: vierwielaandrijving, voorwielaandrijving, vierwielaandrijving - Huh?

Hoe vierwielaandrijving werkt

Overdrachtgeval

Hubs vergrendelen

Geavanceerde elektronica

gerelateerde artikelen

Meer geweldige links