Журнальная статья 1985-ого "Torsen и Ferguson — две новые системы самоблокирующихся дифференциалов." (Auto Motor und Sport)

Перевод статьи "Torsen и Ferguson — две новые системы самоблокирующихся дифференциалов." от немецкого автомобильного журнального издания Auto Motor und Sport, № 24, 1985.

ОГРАНИЧЕННАЯ ЗОНА

Torsen и Ferguson — две новые системы самоблокирующихся дифференциалов.

Когда речь заходит о максимально эффективной реализации крутящего момента на покрытии, инженеры формульной команды McLaren и их коллеги из раллийного департамента Audi полагаются на идентичный узел: самоблокирующийся дифференциал Torsen. Речь идет о новой разработке американских специалистов по зуборезному делу из компании Gleason, в которой блокирующий эффект нарастает непрерывно, в строгом соответствии с коэффициентами трения на колесах. Однако сначала немного теории.

Как известно, дифференциал служит в первую очередь для компенсации разности пройденного пути и частоты вращения ведущих колес при прохождении поворотов. Одновременно с этим он обеспечивает равновесие сил на обоих ведущих колесах. Мощность от двигателя передается через так называемую ведомую шестерню главной передачи на корпус дифференциала. Отсюда через конические шестерни (сателлиты и полуосевые шестерни) она поступает на оба приводных вала. При движении по прямой сателлиты не вращаются вокруг своей оси и служат лишь связующим звеном между корпусом дифференциала и полуосями. В работу они вступают только в повороте: вращаясь на осях сателлитов, они компенсируют разницу скоростей между ведущими колесами. Таким образом, колеса не связаны друг с другом жестко. Однако из самого принципа работы свободного дифференциала следует, что ни одно колесо не может передать больше тягового усилия, чем другое. Если одно колесо начинает буксовать на рыхлом грунте, теряя способность передавать момент, то и другое колесо, стоящее на зацепистой поверхности, остается без тяги. Оно просто замирает.

Этот фундаментальный недостаток обычного межосевого или межколесного дифференциала можно обойти с помощью так называемого самоблокирующегося дифференциала. Благодаря своей конструкции этот тип дифференциала способен до определенной степени самостоятельно ограничивать столь желаемый в иных условиях эффект выравнивания скоростей. Определенная доля внутреннего трения притормаживает относительное движение шестерен, расположенных в корпусе.

В зависимости от конструкции сопутствующий эффект блокировки обеспечивается пакетами фрикционов или коническими муфтами, которые дополнительно устанавливаются в обычный по своей структуре дифференциал. Они создают силовое замыкание между корпусом дифференциала и шестернями, причем трение, а следовательно и степень блокировки, увеличиваются по мере роста тягового усилия. В дополнение к этому моменту, зависящему от нагрузки, пружинные элементы (чаще всего тарельчатого типа) обеспечивают постоянную преднатяговую составляющую, благодаря которой автопроизводитель может индивидуально настраивать характеристики блокировки.

Степень блокировки обычно указывается в процентах, при этом значение отображает разность крутящих моментов на выходных валах дифференциала. Для серийных машин типичные значения составляют от 25 до 40 процентов. Однако применяемые сегодня, как правило, многодисковые фрикционные блокировки подвержены износу, из-за чего эффективность их работы при длительной эксплуатации снижается.

Над этим недостатком, а также над тем фактом, что традиционные блокировки имеют лишь фиксированный коэффициент, задумался американец Вернон Глисман. Он разработал дифференциал принципиально нового типа с непрерывно нарастающим блокирующим эффектом. Инженер-изобретатель продал свое детище американским экспертам из Gleason — компании, которая десятилетиями поставляет классические дифференциалы почти всем американским концернам, а также снабжает ими немецкие фирмы, такие как Daimler-Benz и BMW.

Новинка, продвигаемая под названием Torsen (от Torque Sensing — «чувствительный к моменту»), принципиально отличается от всех известных ранее дифференциалов. В ее основе лежит конструктивный принцип червячной передачи: червяк может приводить в движение червячное колесо, но не наоборот. Мощность двигателя передается через обычную главную передачу на корпус дифференциала. Отсюда поток мощности идет на червячные колеса (сателлиты), которые находятся в зацеплении с червяками (солнечными шестернями) на полуосях.

Внутри корпуса дифференциала Torsen скрывается на первый взгляд сложная совокупность червячных и прямозубых шестерен. Если разбирать «внутренности» детально: по периферии расположены три пары валов; на концах валов находятся входящие в зацепление друг с другом прямозубые шестерни, выполняющие роль связующих звеньев; аксиально между прямозубыми шестернями на каждом валу сидит червячное колесо, которое взаимодействует с соответствующим червяком на приводном валу.

Благодаря геометрии червячной пары колеса блокируют червяк и таким образом увлекают за собой полуось. Сопротивление, которое встречают полуосевые червяки при прохождении поворота, позволяет перераспределять крутящий момент в необходимой пропорции. Дифференциал Torsen позволяет передавать на одно колесо до 90 процентов крутящего момента. Это решение с его по сути самоблокирующейся червячной передачей «перемножает» момент и позволяет полностью реализовать тяговое усилие при сохранении наилучшей компенсации разности скоростей:

1. Если одно ведущее колесо оказывается на покрытии с очень низким коэффициентом трения (снег, лед, грязь), оба колеса вращаются с одинаковой скоростью, однако Torsen увеличивает крутящий момент на том колесе, которое имеет лучший зацеп.

2. При прохождении поворота в условиях неоднородного покрытия дифференциал Torsen непрерывно обеспечивает прибавку момента на колесе с более высоким коэффициентом сцепления.

Это выравнивание моментов происходит плавно и автоматически подстраивается под текущие условия без необходимости для конструктора задавать жесткий коэффициент блокировки. Благодаря специфике используемой червячной передачи — степень блокировки зависит от геометрии червячных колес — эффект проявляется только под нагрузкой. Как только дифференциал переходит в режим принудительного холостого хода (выбега), оба ведущих колеса мгновенно развязываются. Благодаря этому такой дифференциал без каких-либо ограничений полностью совместим с ABS.

Еще одним преимуществом системы является относительная компактность. Ее можно устанавливать в корпуса стандартных дифференциалов без значительных переделок, и она не тяжелее сопоставимых систем. Кроме того — и это делает Torsen еще более интересным для производителей полноприводных моделей — его можно без существенных модификаций использовать в качестве межосевого дифференциала.

Пионер полного привода Audi уже некоторое время плотно занимается этой американской разработкой и впервые применил данную систему на нынешнем ралли Сан-Ремо на своем эволюционном Audi Sport Quattro S1. На асфальтовых спецучастках экс-чемпион мира Вальтер Рёрль доверился трансмиссии Torsen и благодаря свободному вращению передних и задних колес в режиме наката смог лучше маневрировать своим 500-сильным Audi. После успешного дебюта (Рёрль выиграл с преимуществом в 6 минут 29 секунд перед чемпионом мира Тимо Салоненом на Peugeot) Audi намерена выступать с этой системой и в будущих ралли. В первой эйфории от победы руководитель Audi Sport Роланд Гумперт даже довел философию Sport Quattro до абсурда: «Новая система привода фактически делает короткую колесную базу Sport Quattro излишней».

Но не только спортсмены Audi сейчас активно изучают Torsen. Их коллеги из отдела серийных разработок уже досконально знакомы со всеми особенностями червячных шестерен, и серийное производство уже запланировано. Инсайдеры в Ингольштадте убеждены, что полноприводные версии новых моделей 80/90, выходящие осенью 1986 года, будут сходить с конвейера с дифференциалами Torsen в базовой комплектации.

Если эти знатоки правы, Audi станет как минимум первым немецким производителем, доверившимся американскому решению. В Италии Maserati уже около года использует самоблокирующийся дифференциал Torsen под обозначением Sensitork в обеих своих линейках — Quattroporte и Biturbo. По эту сторону Альп тюнинг-ателье AMG уже применяет систему Torsen для доработки моделей S-класса. А для третьей и пятой серий BMW фирма Heidenwag & Krautter из Шорндорфа адаптировала этот дифференциал и намерена предложить его в качестве альтернативы заводскому решению с начала 1986 года.

Чисто механический самоблокирующийся дифференциал Torsen тем временем успешно завершил испытания на прочность. Ведь не только Вальтер Рёрль, но и оба чемпиона мира Формулы-1 1984 и 1985 годов, Ники Лауда и Ален Прост, на своих быстрых кругах всегда использовали Torsen. Но не только по этой причине Райнхард Риттер, сотрудник Gleason в Германии, убежден, что решение Torsen «в ближайшие годы завоюет рынок, так как помимо известных преимуществ наша система практически не подвержена износу и не требует дополнительного пространства».

Напротив, больше места требует другой тип самоблокирующегося дифференциала, который в последнее время также стал активно применяться. В данном случае обычный дифференциал комбинируется с вискомуфтой по принципу Фергюсона. Ее пакет фрикционов, погруженный в силиконовую жидкость, при возникновении разности скоростей создает нарастающее силовое замыкание. Такие виско-блокировки сейчас встречаются как в межосевых, так и в задних дифференциалах полноприводных моделей BMW и Ford.

По сравнению с традиционными фрикционными блокировками виско-принцип имеет существенные достоинства: он срабатывает очень мягко, практически не изнашивается и имеет переменную степень блокировки вплоть до жесткой связи. Помимо уже упомянутых габаритов и большего веса, у виско-блокировки есть еще один недостаток по сравнению с дифференциалом Torsen: из-за инерционности силиконовой жидкости такая блокировка лишь ограниченно совместима с ABS. Ford и BMW, к примеру, на своих полноприводных моделях используют пониженную частоту циклов регулировки на задней оси. VW на своем полноприводном Golf Syncro обходит проблему инерционности вискомуфты с помощью обгонной муфты в заднем дифференциале, которая мгновенно разрывает силовую связь в режиме наката. Впрочем, VW использует вискомуфту и как блокировку, и как межосевой дифференциал одновременно.

Если же производитель отказывается от сложного и дорогого полного привода, который в обычных условиях требуется крайне редко, новые самоблокирующиеся дифференциалы Torsen или системы на принципе Фергюсона становятся весьма дельными помощниками для улучшения тяги в сложных условиях. Тем более что доплата (порядка 600–800 марок) находится в разумном соотношении с результатом — полный привод нужен далеко не всегда.