SH-AWD всебічний аналіз

Система Acura SH-AWD (скорочення від: Super Handling-All Wheel Drive) часто описується неоднозначно в більшості автомобільної літератури. Деякі статті навіть говорили, що це вдосконалена версія Honda VTM-4, що невірно.

У цій статті ми детально розберемо SH-AWD, зосередившись на цих трьох питаннях:

1. Як працює SH-AWD?
2. Чому SH-AWD може постійно передавати велику кількість потужності на задні колеса, не турбуючись про проблеми зношування та перегріву?
3. Чим відрізняється Acura SH-AWD від системи Honda VTM-4?

Огляд: системи SH-AWD
На даний момент існує 4 різних типи SH-AWD:

1. SH-AWD використовувався на Acura RL 2005-2012
2. SH-AWD використовується на Acura RDX 2007-2012, MDX 2007-2013 (2-е покоління), MDX 2014-2015 (3-є покоління), ZDX 2010-2013 і TL 2009-2014
3. SH-AWD використовується на Acura TLX 2015+ та MDX 2016+, а також i-VTM4 використовується на Honda Pilot 2016 року та пізніших
4. SH-AWD використовується на Acura RLX Sport Hybrid 2014 року

Зверніть увагу: хоча 2016 MDX є того ж покоління, що і 2014/2015 модельного року, їх система SH-AWD кардинально відрізняється одна від одної. Коротко кажучи: найновіший SH-AWD на TLX і MDX – НЕ той самий SH-AWD, про який ви могли подумати – насправді ви можете вважати його версією VTM-4 PLUS (я поясню чому в наступних розділах) .

Тип 4 (2014 Acura RLX Sport Hybrid SH-AWD) повністю відрізняється від інших типів: його передні колеса приводяться в рух від газового двигуна, а задні колеса – від електромотора. Цей SH-AWD не входить до сфери обговорення цієї статті.

Нижче зображено систему SH-AWD, яка використовується на Acura RL.

По-перше, давайте зосередимося на SH-AWD типу №2, згаданому вище.

SH-AWD на Acura MDX (до 2016 р.), ZDX, RDX (1-го покоління) і TL
Можливо, ви вже знаєте, що в системі SH-AWD використовується центральний карданний вал, один кінець якого з’єднаний з передньою коробкою передач, а інший — із заднім приводом. У задньому приводі є гіпоїдна передача, яка передає потужність на кожну задню вісь. На даний момент SH-AWD залишається таким же, як і система VTM-4. Однак після цього кроку все стає цікавішим.

Для SH-AWD кожне заднє колесо з’єднане з планетарною передачею та електромагнітним багатодисковим пакетом зчеплення, який отримує потужність від згаданої вище гіпоїдної передачі. Одна з поширених помилок полягає в тому, що електромагнітний багатодисковий пакет зчеплення діє як силова муфта, і він відповідає за передачу потужності від двигуна до заднього колеса. Ця концепція помилкова.

Фактично, SH-AWD схожий на систему повного приводу, яка використовує центральний диференціал з планетарною передачею з багатодисковим зчепленням, що діє як функція обмеженого ковзання; різниця в тому, що SH-AWD використовує два таких диференціали, по одному для кожного колеса. Перегляньте наведену нижче діаграму, яка показує потік потужності для кожного заднього колеса.

Для короткого ознайомлення з тим, що таке планетарний редуктор, зверніться до Додатку 1 у кінці цієї статті. Для SH-AWD є планетарна передача для кожного заднього колеса. Кінцева шестерня з'єднана з центральним приводним валом (через гіпоїдну шестерню); Carrier Planet Gear Carrier з’єднаний із половиною задньої осі (яка приводить в рух заднє колесо); Одна група дисків зчеплення з'єднана з Sun Gear, а інша група дисків зчеплення закріплена на задньому корпусі силового агрегату і є повністю нерухомою. На зображенні нижче чітко показано, як сконструйований пакет зчеплення в задньому приводі.

Якщо блок зчеплення повністю заблокований (це означає, що Sun Gear нерухомий), різні номери передач між Ring Gear і Planet Gear призведуть до того, що Ring Gear (підключений до переднього колеса в кінцевому підсумку) і Carrier Planet Gear (підключений) до заднього колеса), щоб обертатися з різними швидкостями, таким чином заднє колесо обертатиметься на 1,7% швидше (перевантажене), ніж переднє колесо.

Однак, якщо автомобіль рухається по прямій і дорожнє покриття має чудове зчеплення (наприклад, їзда по прямій трасі між штатами), неможливо, щоб задні колеса оберталися на 1,7% швидше, ніж передні. Це тому, що: якщо це може статися, передні колеса ефективно гальмують автомобіль, що взагалі не має сенсу. Тому за такої ситуації і передні, і задні колеса мають обертатися з однаковою швидкістю, пакет зчеплення також не блокується, тому Sun Gear обертатиметься повільно, а в дисках зчеплення існує тертя ковзання. Блок керування SH-AWD регулює тиск, що прикладається до фрикційних дисків. Крутний момент, створюваний силою тертя, поширюватиметься через сонячну шестерню та кільцеву шестерню, потім подаватиметься на носій планетарної шестерні та, нарешті, досягне заднього колеса. Це процес, у якому заднє колесо отримує крутний момент від двигуна.

Коли пакет зчеплення повністю вимкнено, крутний момент на заднє колесо взагалі не передаватиметься. Візьмемо, наприклад, MDX, SH-AWD може передавати до 70% загального крутного моменту на задні колеса. Цей коефіцієнт розподілу крутного моменту може бути досягнутий лише тоді, коли пакет зчеплення повністю заблокований, що еквівалентно випадку, коли задні колеса обертаються на 1,7% швидше, ніж передні колеса. З наведеного вище обговорення ми знаємо, що це може статися лише під час жорстких поворотів, тому це також є причиною, чому в офіційному описі продукту Acura каже: «На кривій під час сильного прискорення 70% ефективного крутного моменту може бути спрямовано назад» – Зверніть увагу на формулювання, Acura згадала «криву» з причин.

На зображенні нижче ви бачите, що сила соленоїда, створена повітряним зазором якоря, передається на поршень, який стискає диски зчеплення, закріплені на корпусі.

Ось запитання, яке може перевірити ваше розуміння системи SH-AWD.

Питання: яка різниця між системою повного приводу SH-AWD і системою повного приводу, що використовує міжосьовий диференціал планетарної передачі + багатодискову муфту як самоблокуючу?

Відповідь: для системи повного приводу, яка використовує міжосьовий диференціал планетарної передачі + багатодискову муфту як самоблокуючу, є один вихід: потужність двигуна; два виходи: один на передні колеса, а інший на задні колеса. Пакет зчеплення використовується для зміни відсотка розподілу крутного моменту на основі коефіцієнта за замовчуванням. Для більш глибокого аналізу міжосьового диференціала планетарної передачі див. Додаток 2 у кінці цієї статті.

Для SH-AWD кожен із комплекту планетарних передач + пакету зчеплення: вхід – це потужність двигуна, вихід: один – на заднє колесо (Planet Gear Carrier), а інший – на зчеплення (Sun Gear), що «імітує ” віртуальне колесо. Якщо одне «колесо» (симульоване зчепленням) отримує тягу (реалізується за допомогою зчеплення), інше колесо (заднє колесо) також отримає потужність. Зчеплення використовується для визначення того, який крутний момент буде доставлено.

Оскільки кожне заднє колесо має свій спеціальний планетарний набір передач і муфту, крутний момент, який прикладається до кожного з них, можна регулювати окремо, що досягає мети розподілу крутного моменту.

Нижче наведено ілюстрацію міжосьового диференціала планетарної передачі з багатодисковим зчепленням, що виконує функції обмеженого ковзання, на Volkswagen Touareg. Він показує подібність/відмінність між SH-AWD і планетарним центральним диференціалом. Ви можете побачити пакет зчеплення, який модулює розподіл крутного моменту між передніми/задніми колесами.

Чому SH-AWD може постійно витримувати великий крутний момент?
З нашої попередньої статті, де описано, як працює система повного приводу Twinster у Focus RS, ми знаємо, що пакет зчеплення GKN Twinster повністю відповідає за передачу потужності на задні колеса. Це означає, що у Focus RS, якщо кожне задні колеса отримує 50 к.с., ці 50 к.с. повністю передаються через тертя ковзання всередині зчеплення. Отже, виникне серйозна проблема зношування та перегріву, якщо зчеплення увімкнено протягом тривалого часу.

З іншого боку, якщо ви їздили на Acura TL/MDX, ви побачите, що задні колеса часто отримують велику потужність; під час руху з постійною швидкістю задні колеса все ще отримують принаймні 10% розподілу крутного моменту. Для Acura RL задні колеса можуть навіть постійно отримувати 30% потужності двигуна. Чому SH-AWD не потрібно турбуватися про знос і перегрів?

Щоб відповісти на це запитання, нам потрібно пам’ятати: пакет зчеплення в SH-AWD НЕ в основному відповідає за передачу потужності, натомість він використовується для «модуляції» співвідношення передачі крутного моменту між вінцевою шестернею (вхід) і планетарною шестернею ( продуктивність), диски зчеплення відчувають набагато менше навантаження.

У кожній планетарній шестерні SH-AWD шестерня Ring Gear має 78 зубів, Sun Gear має 30, а кожна планетарна шестерня має 24 зуби. Прості алгебраїчні обчислення говорять нам: крутний момент на вінцевій шестерні в 2,6 рази більше, ніж у сонячної шестерні (78/30 = 2,6). Таким чином, загальний крутний момент, який отримує Planet Gear Carrier, у 3,6 рази (2,6 + 1 = 3,6) перевищує крутний момент, прикладений до пакета зчеплення (який безпосередньо підключений до Sun Gear). Іншими словами, для передачі 1 к.с. навантаження на диски зчеплення становить лише 0,278 к.с.; Інші компоненти механічної передачі відповідають за передачу решти 0,722 к.с. З іншого боку, пакет зчеплення також можна розглядати як поглинач енергії, який піклується про надмірну енергію, що генерується різницею швидкості передніх і задніх коліс на 1,7%.

Таким чином, знос і тепло, що утворюється тертям ковзання, набагато менше в SH-AWD. Порівняно з іншими системами повного приводу, такими як GKN Twinster і Haldex, пакет зчеплення в SH-AWD потребує лише 27,8% (1/3,6) робочого навантаження, яке повинні витримувати системи Twinster/Haldex за тих самих умов потужності. Це причина, чому в системі SH-AWD на задні колеса може застосовуватися більше навантаження, без загрози зносу та перегріву.

Коли SH-AWD НЕ працюватиме?
SH-AWD на останній моделі Acura RL є оновленою версією SH-AWD, що використовується на MDX і TL. Це означає, що система SH-AWD на MDX/ZDX/TL не працює. Перш ніж обговорювати SH-AWD, який використовується на Acura RL 2005-2012, давайте спершу поставимо запитання:

Чому Acura встановлює 1,7% передачі між передніми та задніми колесами в MDX/ZDX/RDX/TL?

Що, якби Acura НЕ вбудувала різницю в швидкості обертання спереду/заду? Якщо це було так, коли ви робите поворот праворуч, ваше ліве заднє колесо обертатиметься набагато швидше, ніж передні колеса. Кожного разу, коли зчеплення задіяно, планетарна передача потрапляє у випадок, коли вхід намагається рухати щось (вихід), що обертається швидше. Це означає, що двигун гальмує заднє колесо, що спричинить втрату контролю, а це не те, чого ми хочемо. Отже, якщо немає вбудованої різниці обертання, заднє колесо не зможе отримати жодної потужності під час поворотів, не кажучи вже про розподіл вектора крутного моменту.

Це також природно вводить інше питання:

Чи є шанс, що заднє колесо обертається більш ніж на 1,7% швидше, ніж переднє?

Відповідь - так. Припустімо, що ви робите поворот, і діаметр повороту достатньо великий, щоб припустити, що обидва колеса обертаються з однаковим діаметром. Візьмемо як приклад MDX, його задня колія становить 1,684 метра, отже, якщо радіус повороту становить 49,5 м, зовнішнє заднє колесо обертатиметься (1,684/2)/49,5 = 1,7% швидше, ніж передні колеса. Тому, якщо ваш радіус повороту менший за 49,5 метрів (162,4 футів), теоретично заднє колесо MDX обертатиметься швидше та використовуватиме всі дозволені 1,7% різниці швидкості обертання. Коли це станеться, вихідні диски зчеплення (підключені до Sun Gear) почнуть обертатися в протилежному напрямку, і зчеплення має бути повністю вимкнено, щоб уникнути згаданого раніше «ефекту гальмування»; і, звичайно, заднє колесо не отримує жодної потужності протягом цього періоду часу.

Деякі читачі можуть запитати:

Багато людей їздили на MDX/ZDX/TL за різних умов, чому ніхто ніколи не помічав вищезазначену проблему?

По-перше, наведене вище є лише теоретичним обчисленням, є два фактори, які допомагають пом’якшити вищезазначену проблему.

У реальному світі, оскільки MDX/ZDX/TL засновані на передньопривідній платформі, під час виконання повороту, важкий ніс спричинить вищий коефіцієнт ковзання на передніх колесах, ніж на задніх колесах, це фактично додало ще один шар «подушки» поверх припуску 1,7%;
коли радіус повороту стає досить малим, той факт, що передні колеса мають більший радіус повороту, ніж задні колеса, починає діяти, це ще один тип «подушки», який можна використати до того, як буде досягнуто 1,7% надбавки на передачу.
Таким чином, радіус повороту, який робить SH-AWD неефективним, може не становити 49,5 метрів (162,4 футів), як розраховано вище, але він існуватиме в діапазоні від 0 до 49,5 м.

На малюнку нижче показано, що під час крутого повороту передні колеса автомобіля матимуть відносно більший радіус повороту, ніж задні колеса.

SH-AWD на Acura RL
Основна відмінність між SH-AWD на RL і MDX/ZDX/TL полягає в тому, що він встановив пристрій прискорення перед заднім приводом. Цей «пристрій прискорення» насправді є 2-швидкісною коробкою передач: одна передача забезпечує передачу 1,7% переднього/заднього колеса; інша передача забезпечує вищий коефіцієнт 5,7%. На малюнку нижче показано пристрій прискорення, встановлений перед заднім приводом.

Відрізок SH-AWD з пристроєм прискорення
Причина, чому йому потрібен коефіцієнт 5,7%, полягає в тому, щоб вирішити вищезгадану проблему: малий радіус повороту зробить SH-AWD неефективним. Забезпечуючи вищий коефіцієнт підвищеної передачі, зменшується ймовірність того, що заднє колесо використає запас, наданий коефіцієнтом підвищеної передачі. Це означає, що SH-AWD на Acura RL може охоплювати ширший діапазон радіусів повороту, ніж SH-AWD на інших моделях Acura.

Однак, незважаючи на те, що зчеплення заднього колеса не приймає повного робочого навантаження, все одно має подбати про частину енергії. Таким чином, більший передавальний коефіцієнт означає більший знос і нагрівання в пакеті зчеплення. Таким чином, за нормальних умов водіння пристрій прискорення перемикатиметься на іншу передачу, яка використовує нижче передавальне число для зменшення зносу та нагрівання.

Єдиним недоліком цієї конструкції є: існує затримка в часі для пристрою прискорення для перемикання між двома передачами, тому він може працювати не так швидко, як вам хотілося б, у деяких особливих ситуаціях водіння.

Acura SH-AWD проти Honda VTM-4
У системі SH-AWD для кожного заднього колеса, якщо ви заміните планетарний набір передач і зчеплення одним пакетом зчеплення мокрого типу, ви отримаєте систему VTM-4 (звичайно, деякі компоненти, а також ECU відрізняються, однак механічна схема буде такою). Дивіться наведену нижче ілюстрацію.

Це принципово змінює принцип роботи заднього приводу. Тепер пакет зчеплення на 100% відповідає за передачу потужності на заднє колесо. Він працює так само, як GKN Twinster. Знос і тепло, що утворюється від тертя, викликають серйозне занепокоєння, тому система VTM-4 не може передавати потужність на задні колеса протягом тривалого часу. Насправді, коли транспортний засіб досягне швидкості 28 миль/год і перебуває в стані постійної швидкості, зчеплення в VTM-4 повністю вимкнеться, що означає, що транспортний засіб фактично перебуває в режимі чистого переднього приводу за цієї умови (під час прискорення VTM-4 все ще може спрацювати та забезпечити тимчасовий крутний момент на задні колеса).

Зверніть увагу: наведений тут опис стосується лише моделей Pilot 2015 року та попередніх років.

SH-AWD на Acura TLX 2015 і MDX 2016, i-VTM4 на Honda Pilot 2016+
На останніх TLX і MDX Acura «таємно» змінила дизайн системи SH-AWD. Нижче наведено зображення в розрізі, на якому показано його механічну структуру, ви бачите, що його можна вважати варіантом Honda VTM-4.

Основні функціональні відмінності між цим новим SH-AWD і «старим» VTM-4:

1. Задні колеса завжди отримають потужність;
2. Функція векторизації крутного моменту на задніх колесах (апаратне забезпечення VTM-4 також може зробити це, однак Honda вирішила не впроваджувати це)

У порівнянні з попереднім SH-AWD, цей новий SH-AWD має наступні особливості:

Коефіцієнт підвищеної передачі підвищено до 2,7% (з 1,7%) – це зменшить ймовірність того, що SH-AWD стане неефективним, як обговорювалося в розділі «Коли SH-AWD не працює» вище;
2. Муфта з гідравлічним керуванням (старий SH-AWD: електромагнітна муфта)
3. Менший і легший
Простіше кажучи, пакети зчеплення в новій системі SH-AWD відповідають за 100% робочого навантаження, із збільшеним коефіцієнтом передачі на 2,7%, проблема зносу та перегріву має бути серйознішою, ніж раніше. Причина, чому Acura все ще може пропускати таку систему принаймні 10% крутного моменту під час руху по прямій, полягає в тому, що прогрес у технології матеріалів дозволяє виготовляти диски зчеплення з відмінними протизносними властивостями, тому, хоча існує багато зносу тертя та нагрівання за нормальних умов експлуатації новий компонент SH-AWD може зберігати високу надійність.

Для Honda Pilot 2016 року і вище, хоча Honda продає свою систему повного приводу як «i-VTM4», вона фактично ідентична останньому SH-AWD.

Щоб отримати додаткові технічні відомості про цей новий SH-AWD, перегляньте цей документ SAE (він буде опублікований 14.04.2015):

Розробка високоефективного заднього приводу нового покоління SH-AWD

У підсумку:

1. Можна вважати, що «старий» SH-AWD працює за подібним принципом, як і інші автомобілі з повним приводом, які використовують планетарний міжосьовий диференціал + багатодискове зчеплення як обмежене ковзання; їх відмінність полягає лише в компонуванні, а також у налаштуваннях коефіцієнта обмеженого ковзання.

2. Новий SH-AWD і GKN Twinster (використовуються на Ford Focus RS 2016 р.) за своєю суттю однакові.