Články


Samosvorné diferenciály

2016-02-10 Přečteno: 714x

Samosvorný diferenciál. Na fanoušky automobilů, kteří se rádi svezou rychle, funguje toto slovní spojení doslova magicky. Je ale skutečným účelem těchto diferenciálů zajistit rychlejší průjezd zatáčkou? A jak se jednotlivé typy odlišují?

Povídání o samosvorných diferenciálech jsme se rozhodli rozdělit na dvě části. V té první se zaměříme na obecné principy a dále na systémy pracující na ryze mechanickém principu. Ve druhém díle si povíme něco o systémech, využívajících „vyšší logiku“. I těch existuje několik napříč automobilovými výrobci.

Kola se nesmějí smýkat

Diferenciál používá každé auto. Smyslem je umožnit různou velikost otáček levého a pravého kola při jízdě zatáčkou. V ní se totiž vnější kolo odvaluje po delší dráze než kolo vnitřní. Nebo jinak řečeno, vnější kolo se musí točit rychleji než to vnitřní.

Pokud by se tak nedělo, docházelo by ke smýkání jednoho z kol a zároveň ke zvýšenému silovému namáhání převodového ústrojí a samozřejmě k předčasnému opotřebení pneumatik. Vznikaly by zde parazitní momenty, které by v extrému mohly vést až k poškození hnacího řetězce třeba v podobě prasknutí některého z hnacích hřídelů.

V tomto případě se jedná o takzvaný otevřený diferenciál. Tedy zcela bez svorného účinku. V praxi, pokud bychom jedno kolo poháněné nápravy mechanicky zablokovaly, bude celý točivý moment přenášený na druhé kolo, které je ve vzduchu. Toto dobře znají všichni, kteří se v zimě někdy pokoušeli někam vyjet. Jistě jste zažili situaci, kdy vám jedno kolo prokluzuje, druhé se netočí a vůz se ani nehne.

Otevřený diferenciál tedy vlastně splňuje dvě základní podmínky. Jednak dovoluje rozdílné úhlové rychlosti hnacích kol a také rozděluje rovnoměrně přiváděný točivý moment mezi obě kola hnané nápravy. Aby toto bylo splněno, musí mít mechanismus diferenciálu minimálně dva stupně volnosti.

Naprostá většina otevřených mezinápravových diferenciálů je kuželového typu. Skládají se z úhlového stálého převodu, klece diferenciálu, satelitů a planetových kol kuželového tvaru. Právě ty stojí za pojmenováním tohoto typu diferenciálu. Mechanická účinnost kuželového diferenciálu je asi 95 procent.

Alternativou ke kuželovému diferenciálu je čelní planetový diferenciál s přímými zuby. Používá se téměř výhradně k rozdělení hnací síly mezi přední a zadní nápravu. Jeho výhodou v porovnání s kuželovým diferenciálem je to, že umožňuje točivý moment dělit asymetricky. Ve funkci mezinápravového diferenciálu jej dříve používala celá řada automobilů. V minulosti například Peugeot 405 Mi16x (rozděloval točivý moment mezi přední a zadní nápravu v poměru 53:47), později Jaguar X-Type (40:60). Dnes je nahrazován různými aktivními lamelovými spojkami. Zmíněný Peugeot 405 Mi16x4 navíc měl tento typ diferenciálu také k rozdělení hnací síly mezi kola přední nápravy. Jde o dost atypické řešení.

Samosvorné diferenciály

Opakem otevřeného diferenciálu je samosvorný diferenciál. Novináři jej občas chybně popisují jako „diferenciál s omezenou svorností“. Toto slovní spojení v principu vlastně vylučuje vlastnost, kvůli které se používá. Správně je to „s omezeným prokluzem“, z angličtiny LSD (Limited Slip Differencial). Takový diferenciál má naopak jistou svornost. Ta vlastně snižuje jeho původní účinnost.

Svornost diferenciálu se vyjadřuje v procentech. Co si ale představit pod tím, když někdo řekne, že jeho vozidlo používá diferenciál s padesátiprocentní svorností. Pokud se bude jedno kolo odvalovat na povrchu s nízkým součinitelem smykového tření (malou adhezí) a druhé kolo naopak na povrchu s vysokým součinitelem smykového tření (dobrou přilnavostí), bude se na druhé jmenované kolo přenášet trojnásobný točivý moment, než jaký je schopno přenést kolo odvalující se na kluzkém povrchu. Dělení hnacího momentu mezi obě kola téže nápravy bude v danou chvíli 75:25 %.

Umí být i samosvorný

Jak už víte z úvodu, kuželový diferenciál je otevřený a tedy bez svorného efektu. Přesto se kuželové diferenciály používají i jako samosvorné. K tomu musejí být vybaveny doplňkovým zařízením, které je blokuje. Jde o takzvaný lamelový samosvorný diferenciál.

Již desítky let jej najdete u modelů značek BMW či Mercedes-Benz a nově také u Opelu v modelech Corsa OPC či Astra OPC. U tohoto typu diferenciálu se k vyvození svorného účinku a tedy k omezení prokluzu používají třecí elementy. Mohou to být třeba kuželové spojky, častěji se však používají lamelové spojky.

Lamelové spojky jsou v diferenciálu umístěny mezi planetová kola a jeho skříň. Jejich sevření vzniká v důsledku axiálních sil v kuželovém ozubení. Čím větší počet lamel v diferenciálu je, tím je náběh svorného účinku plynulejší. Toho velice rádi využívají drifteři, neboť se jim snáze vůz kontroluje při jízdě v přetáčivém smyku.

Lamely bývají pro zlepšení účinnosti někdy doplněny o talířovou pružinu. Její konstantní předpětí způsobuje určitou výchozí svornost diferenciálu bez ohledu na velikost přenášeného točivého momentu.

Originální řešení z Itálie

Zajímavé řešení samosvorného diferenciálu nabízely výkonné italské vozy s předním pohonem v 90. letech. Asi nejznámějším uživatelem systému Viscodrive byl Fiat Coupe 16V a 20V Turbo. A dále Lancie Nuova Delta HF či Kappa s přeplňovaným či šestiválcovým motorem.

Soustava Viscodrive pracuje s konvenčním kuželovým a tedy otevřeným mezinápravovým diferenciálem. Vtip spočívá v jeho doplnění o viskosní lamelovou spojku. Ta našla své místo v prostoru vloženého hřídele, jímž se vlastně vyrovnávají nestejné vzdálenosti mezi diferenciálem a levým, respektive pravým kole. Díky vloženému hřídeli mohou být použity stejně dlouhé hnací kloubové hřídele. To je výhodné z hlediska souměrnosti záběru.

Základní schéma činnosti Viscodrive je následující: viskosní spojka v tomto případě omezuje prokluz jednoho z kol v souladu s druhým. V praxi tak dokáže ve stejnou dobu přenést část točivého momentu z prokluzujícího kola na kolo s lepší přilnavostí.

Viskosní spojka je naplněna kapalinou s vysokou viskositou, jejíž vnitřní tření se mění v závislosti na rostoucí teplotě. Navíc zmíněný olej se po celou životnost spojky nemění, takže je vlastně bezúdržbová. V praxi tomu tak bylo, nicméně dnes jsou tato auta přes dvacet let stará, takže jejich uživatelé se potýkají s netěsnostmi spojky. Ale o tom někdy jindy.

Dal si trochu načas

V současnosti je nejvíce rozšířený samosvorný šroubový diferenciál torsen. Slovo „torsen“ je akronym slov „torque sensing“ neboli citlivý na točivý moment. Správně je to tak, že velikost třecího momentu diferenciálu je závislá na velikosti vstupního momentu do diferenciálu. Tedy čím větší hnací moment na diferenciál přivádíme, tím je jeho svorný účinek (daný vnitřním třením) větší.

Ačkoliv se diferenciál torsen používá masověji teprve od 80. let, pro využití k rozdělení momentu mezi kola jedné nápravy dokonce ještě o dekádu později, letos slaví už 58. narozeniny. Původně si jej nechal patentovat Vernon Gleasman. V roce 1982 od něj koupila práva na výrobu tohoto typu diferenciálu americká firma Gelason corporation (od roku 1994 Zexel Gleason). Ta se již dlouhou dobu zabývá výrobou ozubených převodů. Jde tedy o konkurenta německé firmy ZF (Zahnradfabrik – doslova fabrika na ozubená kola).

Své první uplatnění našel torsen v terénním vozidle AM general HMMWV (High Multi-purposed Wheeled Vehicle), kterému nikdo dnes neřekne jinak než Hummer. Od roku 1986 je torsem základem systému Audi Quattro.

Není torsen jako torsen

Torsen coby diferenciál rozdělující točivý moment mezi kola téže nápravy byl použit třeba u již zmíněného Peugeotu 405 Mi16x4 z roku 1989. V tomto případě na zadní nápravě. Mezi přední kola se dostal v první polovině 90. Let, a to zásluhou dnes již zesnulé anglické automobilky Rover. Ta nabízela zvláštní verzi převodovky PG1 ve voze Rover 200 Coupe Turbo (lidově zvaný tomcat), dále ve výkonné variantě pohledného sedanu 600 Ti, případně v modelu vyšší třídy 800 Turbo. A jelikož Rover tehdy úzce spolupracoval s Hondou, použila i ta torsen u některých svých modelů. Asi nejznámější je sportovní kupé Integra Type R či sedan Accord Type R. Dnes torsen mají rychlé Renaulty Mégane R. S. nebo Peugeoty RCZ R, 208 GTi by Peugeot Sport a nová 308 GTi.

Do současnosti vznikly tři verze diferenciálu torsen: typy A, B a C. První dva uvedené dělí při běžné jízdě točivý moment symetricky, takže jsou vhodné pro použití na jedné nápravě. Torsen typu C je asymetrický, používaný automobilkou Audi v poslední generaci modelu A6 nebo od minulého vydání A4. Dále ho naleznete v Toyotě Land Cruiser.


Je to trochu alchymie

U torsenu pohání ozubené talířové kolo stálého převodu klec diferenciálu. Dále je tady šest šnekových kol, které jsou čepy uchyceny do klece diferenciálu. Uloženy jsou vždy po dvou a rozmístěny v kleci symetricky, tedy s přesazením o 120 stupňů. Tři šneková kola zabírají s jedním šnekem. Šneky jsou duté, přičemž jimi prochází výstupní hřídele. Vzájemný přenos mezi výstupními hřídeli a šneky je řešen za pomoci drážkování. Aby se nemohly šneky axiálně na drážkování posouvat, jsou zajištěny klecí diferenciálu, přičemž se o sebe vzájemně opírají. Zmíněná šneková kola mají navíc každé na obou koncích čelní ozubená kola. Ta u dvou paralelních šnekových kol do sebe zabírají.

Při přímé jízdě se diferenciál otáčí jako jeden celek. V okamžiku, kdy vozidlo projíždí zatáčkou, začnou oba výstupní hřídele rotovat rozdílnými otáčkami. Spolu s tím budou mít odlišné otáčky také oba šneky, každý spojený s jiným výstupním hřídelem. Tím jsou také šneková kola otáčena různými otáčkami, jelikož jsou s nimi v záběru. Následně se čelní ozubená kola spojující paralelně uspořádaná šneková kola začnou vzájemně odvalovat. Jak šneky zabírají se šnekovými koly, dochází k mechanickým ztrátám, čímž klesá účinnost diferenciálu. Její úbytek je úměrný vznikajícímu svornému účinku. Točivý moment je v tu chvíli mezi výstupy z diferenciálu rozdělen nerovnoměrně.

Zvláštní typ, torsen C, je svojí podstatou spíše planetový diferenciál. S tím rozdílem, že jak planetové kolo, tak i satelity mají ozubení tvaru šroubovice. U běžného planetového diferenciálu jsou satelity uloženy na čepech unášeče v jehlových nebo valivých ložiskách. U torsenu typu C v porovnání s klasickým planetovým diferenciálem odpadají právě čepy unášeče. Satelity jsou tak ve svých polohách uloženy jako plovoucí v kruhových výřezech. Z důvodu šikmého ozubení dochází při záběru ke vzniku axiálních sil. Ty volně uložené planetové kolo axiálně posouvají a přitlačují na třecí kroužek.

Tento typ diferenciálu se může napříč jednotlivými výrobci automobilů lišit počtem satelitů, geometrií ozubení (úhlem šroubových ploch) či tvarem středících kroužků.

V průběhu let se objevily některé variace, většinou z důvodu vztahující se k patentům na určité řešení. Za všechny uvedeme systém Quaife. Používá jej třeba Ford Focus RS první a druhé generace a dále americké vozy Dodge Viper nebo ostrý Chrysler (Dodge) Neon SRT-4. Technicky vzato je diferenciál Quaife vlastně variací na torsen typu B. S tím rozdílem, že ozubená kola mají čelní, šikmé evolventní ozubení. Točivý moment vstupuje do diferenciálu klecí, vystupuje pak čelním planetovým kolem.

Nyní si ukážeme několik příkladů samosvorných diferenciálů, využívajících „vyšší inteligenci“.

Pod pojmem „aktivní diferenciál“ rozumíme zařízení k rozdělování točivého momentu, ať už mezi nápravy nebo kola téže nápravy, jehož svorný účinek je dán na základě údajů z mnoha snímačů. Samotná svornost se děje s využitím elektriky, případně hydrauliky.

Předností těchto typů svorných diferenciálů je, že pracují pouze v případě, kdy jsou opravdu potřeba. Tím šetří mimo jiné pneumatiky, u nichž nedochází k tak rychlému opotřebení. Také z pohledu bezpečnosti a samozřejmě snížení spotřeby paliva a množství emisí jsou systémy s elektronikou přínosnější.

Na druhou stranu je otázkou, zda jsou tak úplně vhodné pro sportovně založené řidiče. Jejich činnost je totiž ovlivněna celou řadou proměnných, čímž klesá šance naučit se svorný efekt těchto diferenciálu dobře využívat. Pojďme si tedy představit ty nejzajímavější aktivní mezinápravové diferenciály.

Volkswagen/Seat/Škoda VAQ

VAQ je zkratka VorderAchsQuersperre (volně přeloženo „uzávěrka přední nápravy pracující v příčném směru“). Poprvé se tento systém objevil v nejnovějším VW Golfu GTI „Performance“ v roce 2013. Později jej dostal také rychlý Seat Leon Cupra a loni rovněž Škoda Octavia RS. Důležité je použití takzvaného 17palcového brzdového systému.

Základem systému VAQ je elektrohydraulická lamelová spojka Haldex 5. generace. Pouze není vložena do hnacího řetězce před diferenciál zadní nápravy, nýbrž napravo od konvenčního kuželového diferenciálu přední nápravy. Podobně jako u pasivního systému Fiat Viscodrive, o němž jsme psali minule, využívá prostor pro vedení pomocného hřídele, vymezujícího nestejnou vzdálenost od převodovky k levému a pravému kolu. Je tedy vlastně připevněna na skříň převodovky. Tou může být šestistupňové DSG (DQ250) nebo šestistupňové manuální ústrojí MQ350.

Soustava VAQ se skládá z dvojice hřídelů. Vnitřním plným, který je spojený s planetovými koly diferenciálu. Ten prochází vnějším a tedy dutým hřídelem, jenž je spojený s klecí diferenciálu. Lamelové spojky jsou spojeny na střídačku s vnějším a vnitřním hřídelem. Stlačovány jsou hydraulicky ovládaným pracovním pístem. Ten je ovládán tlakem hydraulické kapaliny, který generuje elektrická pumpa. Aby nedošlo k přehřátí spojky a tedy zničení lamel, je systém vybaven bezpečnostním ventilem, jenž v případě nadměrného tepelného zatížení sníží tlak kapaliny přiváděný na píst stlačující lamely.

Předností VAQ, tedy podle Volkswagenu, je zlepšení reakce na řízení v zatáčkách a zároveň snížení nedotáčivosti. S tím jde ruku v ruce vyšší rychlost průjezdu zatáčkou. Dále je uváděno přesnější a agilnější řízení. Z pohledu techniky stojí spíše za zmínku omezení zásahů protiprokluzového systému TCS. Podobně jako mezinápravový Haldex vyžaduje také VAQ pravidelnou údržbu, čítající výměnu oleje každé tři roky bez ohledu na počet najetých kilometrů.

Zařízení VAQ pracuje ve třech základních režimech - při přímé jízdě se převodové ústrojí chová jako klasické, tedy bez VAQ. Pokud vnitřní kolo přenáší pouze část svého točivého momentu na vozovku, dojde k lehkému stlačení lamel spojky a tedy vyvození mírného svorného účinku spojky. Tím je ta část hnací síly, která nemůže být vnitřním kolem přenesena na povrch vozovky, následně transformována na vnější kolo. O tuto hodnotu se na něm zvýší točivý moment. Poslední je situace, kdy jsou lamely spojky zcela stlačeny. To znamená plný svorný efekt, takže na vnější kolo se přenáší maximální hnací moment.

Mitsubishi S-AWC

S-AWC je akronym slov Super-All Wheel Control. Ideově vzato jde vlastně o paralelu zařízení VAQ, které jsme popsali výše. S-AWC je ale technicky vzato o něco jednodušší, jakkoliv je funkce tohoto systému podobná VAQ. Na rozdíl od systému VW ale S-AWC pracuje v součinnosti se stálým pohonem všech kol „Multi-Select“. Najdete jej u nejnovější generace Mitsubishi Outlander. V případě S-AWC najdete lamelovou spojku AFD, která se u Outlanderu používá již léta pro rozdělení hnací síly mezi přední a zadní nápravu.

Zásadním rozdílem je ale ovládání spojky. To se u Outlanderu nespoléhá na elektrohydrauliku, lamely jsou stlačovány elektromagnetickým efektem. Opět zde najdeme dutý hřídel, jímž prochází plný hřídel. A i tady jsou lamely spojky uloženy střídavě na hřídelích. Akčním členem však není elektrické čerpadlo generující tlak kapaliny, nýbrž elektrická cívka. Pokud do ní přivedeme proud, dojde k posunutí a zároveň pootočení její kotvy. Tento pohyb je přenesen na spouštěcí axiální vačkové kolo, které přes kuličkový mechanismus stlačí (přesněji spíše odtáhne) hlavní vačkové kolo. Systém využívá vlastní řídicí jednotku, která je společná i pro lamelovou spojku ve funkci mezinápravového diferenciálu.

S-AWC může pracovat ve čtyřech základních režimech. V módu AWC Eco je hnací síla přenášena pouze na přední nápravu. Pouze v případě, že přední kola proklouznou, dojde k připojení pohonu zadní nápravy. Dalším režimem je Normal, v němž je hnací moment řízený podle okamžitých adhezních podmínek. Následuje režim Snow, který, jak název napovídá, se uplatní hlavně na povrchu se sníženou přilnavostí pneumatik. A konečně Lock, v němž je mezinápravová spojka zcela uzavřena.

Součástí S-AWC jsou doplňková zobrazení na vícefunkčním displeji. Ten ukazuje řidiči nejen aktuální rozdělení točivého momentu mezi přední a zadní nápravu, nýbrž i moment stáčení vozidla kolem svislé osy. Ten je vlastně ukazatelem toho, jak moc se aktivní spojky účastní změny směru vozu. Tady se využívá snímače AYC (Active Yaw Control).

Mitsubishi AYC (Super AYC)

Systém pohonu všech kol S-AWC není jediným tohoto druhu od Mitsubishi. Už od 90. let nabízí japonská značka podobné řešení u svých výkonných automobilů Galant VR4 (v Evropě, vyjma Anglie se neprodával) a Lancer Evolution (EVO X). I tyto stroje mají pohon všech kol. K rozdělení hnací síly mezi obě nápravy využívají aktivní centrální diferenciál ACD (Active Centre Differential), který na zadní nápravě doplňuje diferenciál AYC (Active Yaw Control). Tedy podpora stáčení vozidla do zatáčky kolem svislé osy procházející těžištěm.

Funkce je podobná jako na Outlanderu, avšak na rozdíl od něj je AYC použito na zadní nápravě. Principy obou diferenciálů používaných na Galantu VR4 a Lanceru Evo jsou však odlišné od těch na Outlanderu.

Centrální diferenciál používaný na Lanceru Evo je kuželový a tedy otevřený. Hnací sílu dělí mezi přední a zadní nápravu za normálních podmínek v poměru 50:50 procent. Navíc je ale doplněný o elektrohydraulicky ovládanou lamelovou spojku, která zmíněný diferenciál blokuje. Jde v zásadě o VAQ, jen mezi oběma nápravami, nikoliv pouze na jedné.

Také zadní náprava těchto vozů využívá kuželový diferenciál. Ten je ale navíc doplněný o dvojici přídavných stálých převodů - jedním “do rychla” a druhým “do pomala”. A dále jsou tu dvě lamelové spojky. Při jízdě v přímém směru jsou obě rozpojeny, takže točivý moment je na kola přenášen klasicky, tedy přes otevřený diferenciál a jeho stálý převod. Jakmile vůz začne zatáčet, dojde k aktivaci lamelových spojek, a to hydraulickou cestou. Jedna spojka aktivuje redukční převod, zatímco druhá urychlovací převod. Pak už záleží na tom, na kterou stranu vůz zatáčí. Podle toho je stálý převod zadní nápravy v součinnosti s pohonem daného kola zvětšován, nebo zmenšován. Tím se dále zvýší rozdíl obvodových rychlostí levého a pravého zadního kola při jízdě v zatáčce. To pak znamená zvýšený stáčivý moment auta kolem svislé osy procházející jeho těžištěm, takže vůz jde mnohem ochotněji do zatáčky (je tedy potlačeno jeho nedotáčivé chování).

Jak vidíte, zásadní rozdíl mezi Mitsubishi S-AWC a AYC/ACD leží v ovládání spojek. Prvně jmenovaný sází na elektromagneticky ovládané spojky, zatímco AYC/ACD na elektrohydraulicky řízené spojky. A jaký je vlastně rozdíl mezi systémy AYC a Super AYC? První používaly modely Lancer Evoluzion Mk4 až Mk6. Od Mk7 je v nabídce pokročilejší verze. Oboje využívají výše zmíněný planetový převod k urychlení otáček vnějšího kola v zatáčce. Původní AYC má však zadní diferenciál kuželový, zatímco Super AYC planetový. Další rozdíl tkví v odstupňování redukčního/rychloběžného převodu přídavné převodovky.

GKN Twinster

Zcela originální systém pohonu všech kol s aktivním rozdělováním točivého momentu představila už před necelými třemi lety firma GKN, specialista na ložiska a ozubená soukolí. Sama společnost GKN převodový systém nazývá Twinster. Prvním uživatelem měl být Range Rover Evoque, avšak zatím zůstává jen u slibů. V loňském roce jsme byli na zimním ježdění s vozy této značky v Rakousku a o inovativním GKN Twinsteru nebylo ani vidu ani slechu.

Prvním reálným uživatelem je tak nový Ford Focus RS, nabízený s pohonem všech kol. Modrý ovál nazývá tento pohon „Ford Performance All-Wheel-Drive“. A samozřejmě se nikde nedočtete, že pochází od GKN. Naproti tomu tato firma se ve svých materiálech k Fordu Focus RS, stejně jako k Evoque, hrdě hlásí.

Systém Twinster dostal své pojmenování podle diferenciálu zadní nápravy. Je zde klasický úhlový stálý převod, ale pak už nic. Klasický diferenciál s klecí, planetovými koly a satelity nahrazují dvě lamelové spojky, každá pro jedno kolo. Ford tomu říká RDU (Rear Drive Unit). Spojky jsou v tomto případě stlačovány hydraulicky, přičemž tlak kapaliny generuje akční člen, připevněný na skříň jednotky RDU (Twinsteru).

Stejně pozoruhodný jako zadní „diferenciál“ je i transfer, zde nazývaný PTU (Power Transfer Unit). I tady stačí pouhý úhlový převod, otáčející tok točivého momentu o 90 stupňů. Celkově je na zadní nápravu přenášeno za normálních podmínek 55 procent točivého momentu. V extrému to ale může být až 70 procent, přičemž z nich dokáže systém díky Twinsteru přenést v praxi až 90 procent pouze na jedno kolo (teoreticky je to ale až 100 procent). K tomu stačí, aby jedna lamelová spojka byla zcela rozpojena a druhá naopak sepnuta maximální silou. Jak je ale možné, že je hnací síla mezi přední a zadní nápravu dělena variabilně, když zde není žádný uzavírací člen a dokonce ani centrální diferenciál? Tady si systém pravděpodobně pomáhá přibrzďováním předních kol podobně, jako to umí XDS+.

Honda ATTS a SH-AWD

Aktivní diferenciál na přední nápravě není ničím novým. Už v roce 1997 v souvislosti s představením páté generace kupé Prelude (SH) Honda uvedla tehdy vskutku ojedinělý převodový systém ATTS (Active Torque Transfer System). To ale pouze v Evropě. V Japonsku je znám už od roku 1991, ale v součinnosti s pohonem všech kol.

Základem ATTS je nápravový planetový diferenciál, který je samozřejmě otevřený. Z něj se točivý moment přivádí na ATTS. Při jízdě v přímém směru pracuje převodové ústrojí jako každý jiný planetový otevřený diferenciál. Tedy planetové kolo pohání levé kolo, zatímco unašeč planet diferenciálu pravé. Jinak je tomu při zatáčení. Při jízdě do levé zatáčky se aktivuje lamelová spojka blíže k levému kolu. Díky tomu dojde k přibrzdění planetového kola zcela vlevo (tedy nejblíže sepnuté lamele). V tu chvíli začnou satelity planetového převodu roztáčet planetu pravého kola, které se tím urychlí.

Naopak při zatáčení doprava je aktivována pravá lamelová spojka, tedy ta blíže diferenciálu vozidla. Ta naopak brzdí, případně dokonce zcela zastaví unašeč satelitů planetového převodu jednotky ATTS. Levý hnací hřídel je poháněn prostředním z trojice planetových převodů. Tímto je část hnací síly pravého kola odebírána ve prospěch levého kola.

V poslední generaci Hondy Legend byl použit tento upravený systém pojmenovaný SH-AWD (Super Handlig-All Wheel Drive). Tady už jsou hned čtyři lamelové spojky. Pohon zadní nápravy je řešen klasicky od transferu s úhlovým převodem kloubovým hřídelem do centrálního diferenciálu. Tomu se tady říká akcelerační jednotka. Skládá se ze dvou třecích spojek, urychlovacího planetového převodu a elektrohydraulického ovládacího členu.

Honda uvádí, že by v extrému mohlo být na každé z předních kol přenášeno pouhých 15 procent točivého momentu a zbylých 70 procent na jedno zadní kolo!

Za urychlovací jednotkou se nachází diferenciál zadní nápravy s hypoidním převodem. Za ním však už není, podobně jo u systému GKN Twinster, žádný kuželový diferenciál. Jeho roli suplují dvě lamelové spojky, každá pro jedno kolo. Na rozdíl od Twinsteru jej však nebrzdí, nýbrž urychlují. A to připojením přídavného planetového převodu. Vše je řízeno elektrohydraulicky na základě pokynů z řídicí jednotky. Do ní vstupují signály z mnoha snímačů, mimo jiné třeba ze snímače příčného zrychlení (gyroskopu).

Audi Sport diferenciál a BMW variabilní M-diferenciál

Variabilní diferenciál zadní nápravy nabízejí také značky Audi a BMW u svých výkonných sportovních modelů. Ač jsou oba spojovány se slovem “sport“, každý z nich pracuje úplně jinak. Sportovní diferenciál Audi je v mnohém podobný systému Hondy a Mitsubishi. K rozdělení hnací síly na zadní nápravě využívá klasický otevřený kuželový diferenciál. Pokud vůz jede rovně, je točivý moment dělený tímto diferenciálem zcela běžným způsobem, tedy v poměru 1:1.

Jinak je tomu při jízdě v zatáčce. K tomu jsou zde navíc dvě lamelové spojky, každá pro jedno kolo. Ovládány jsou hydraulicky, přičemž při jízdě v zatáčce aktivují dodatečný planetový převod, který má každé kolo vlastní. Přesněji řečeno tady dochází k propojení dvou korunových kol planetového převodu. Tím dojde ke zvýšení obvodové rychlosti na vnějším kole na úkor kola vnitřního a tedy vyvození stáčivého momentu vozidla kolem osy procházející těžištěm. Zdrojem tlaku oleje je u sportovního diferenciálu Audi elektrohydraulické čerpadlo. Dodavatelem sportovního diferenciálu pro Audi je firma Magna Powertrain.

Poněkud odlišný je BMW variabilní M-diferenciál. Poprvé byl použit v modelu M3 řady E46. Následně jej BMW představilo také u M5 E60. BMW M-diferenciál pracuje na rozdíl od všech ostatních zde uvedených na mechanicko-hydraulickém principu. Samo BMW uvádí, že rozdíl mezi ním a klasickým samosvorným diferenciálem (u BMW tradičně lamelovým) tkví ve schopnosti poskytovat výhody svorného účinku také v extrémních jízdních situacích. Systém pracuje mechanicky. V okamžiku, kdy dojde k rozdílným rychlostem otáčení levého a pravého kola, začne čerpadlo oleje, které je součástí korunového kola diferenciálu generovat tlak oleje a ten pak stlačuje lamely spojky. Tím diferenciál blokuje. Uzavírací efekt vyjádřený v newtonmetrech je u tohoto diferenciálu lineárně závislý na rozdílu obvodových rychlostí obou kol. BMW variabilní M-diferenciál ale vlastně není aktivním typem, navíc pracuje zcela s vyloučením elektroniky.

Diferenciál, jak vlastně funguje?

Následující popis proto vysvětluje základní vlastnosti jednotlivých typů diferenciálů. Funkce a uspořádání bývají obdobné pro všechny druhy, nezáleží tedy na tom, jestli jsou jsou umístěny mezi nápravami nebo mezi koly.

Úvodem dvě základní podmínky. Točivý moment můžeme chápat jako silové působení motoru. Je důležité si uvědomit základní podmínku - aby točivá síla mohla na hřídeli vůbec působit, potřebuje nezbytně na opačné straně nějaký odpor působící proti ní. Bez odporu žádný točivý moment nevznikne. Také v praxi, pokud budeme mít zařazený neutrál a přidáme plyn, motor zvýší otáčky ale bez zatížení nebude produkovat žádný točivý moment přestože by podle výrobce měl mít spoustu Newtonmetrů.

Je také nutné důsledně rozlišovat pojmy točivý moment a otáčky. Točivý moment jakožto silové působení může existovat i u hřídele, která se vůbec neotáčí, a naopak hřídel otáčející se volně bez odporu nebude přenášet žádný točivý moment.

A nyní k diferenciálům

Diferenciál je mechanický prvek umožňující rozdělení pohonu na dva výstupní hřídele. Podle svého provedení upravuje rozdělení přiváděného točivého momentu a dovoluje rozdílné otáčky obou výstupů. To je potřebné především v zatáčkách, kdy jednotlivá kola opisují odlišné dráhy. Rozeznáváme v zásadě diferenciály otevřené (klasické) a diferenciály s nějakým druhem závěrky.

Otevřený diferenciál

Otevřený diferenciál je nejrozšířenějším typem v motorových vozidlech. Je tvořen obvykle klecí se dvěma volně otočnými kuželovými ozubenými koly, která zabírají do ozubených kol na výstupních hřídelích. Celá klec je poháněna od převodovky. Přiváděný točivý moment se tak rozděluje na oba výstupy vždy rovným dílem, tj. v procentech 50:50 (například 1600Nm rozděluje na 800Nm+800Nm). 

otev1.gif otev2.gif

Otevřený diferenciál nikdy neposkytne jednomu výstupu větší moment než druhému, bez ohledu na rozdíl jejich otáček, prokluz nebo zatížení kol. Pokud dojde ke snížení adheze jednoho kola natolik, že začne prokluzovat, sníží se jeho odpor proti otáčení a tím i přiváděný moment. To má však za následek i okamžité snížení momentu o stejnou hodnotu na druhém neprokluzujícím kole. Obě kola tak táhnou méně, jedno sice prokluzuje a točí se výrazně rychleji, ale momenty a tažné síly obou se nadále rovnají (např. 600Nm+600Nm, v procentech stále 50:50). Je zřejmé, že snížení tažné síly jednoho kola se tak projeví vlastně dvojnásobně a celkový tah auta výrazně poklesne.

1.jpg 2.jpg

Na obrázcích je vidět funkci diferenciálu při stejných otáčkách výstupních hřídelí. Modře označené talířové kolo pohání přes zeleně označený satelit planetová kola žluté i červené výstupní hřídele. Pokud se obě výstupní hřítele točí stejnou ruchlostí, satelit se vůči talířovému kolu neotáčí.

Když je levá (červená) hřídel zablokována, zeleně označený satelit se začne otáčet a druhá (žlutá) výstupní hřídel se roztočí dvojnásobnou rychlostí.

Diferenciál se závěrkou

Aby se zabránilo poklesu momentu na neprokluzujícím kole, jsou otevřené diferenciály doplňovány tzv. závěrkou. Závěrkou se rozumí určitá forma vzájemného propojení obou výstupních hřídelí, která napomáhá vyrovnání jejich otáček a převádí část momentu z jednoho výstupu na druhý. Přenosem nadbytku momentu z protáčejícího se kola na druhé s lepší adhezí se jednak omezí protáčení prvního a zároveň zvýší tah druhého kola. Propojení může být částečné nebo úplné.

Úplná závěrka spojí výstupy napevno bez možnosti rozdílu otáček, jakoby auto mělo pevnou hnací osu. Často se chybně udává, že se přiváděný moment v takovém případě rozděluje v pevném poměru 50:50. Není to pravda, moment se tady rozděluje naprosto nekontrolovaně a to pouze v závislosti na okamžitých odporech každého kola. Pro snadnější pochopení, rozdělení 50:50 by bylo jen za ideálního stavu - jízda v přesně rovném směru po dokonalé rovině a s koly shodného průměru. Stačí však aby se jedno kolo třeba z důvodu nerovnosti nadzvedlo. Ihned ztratí adhezi a celou tažnou sílu přebírá kolo druhé, jehož moment tak nejenže nepoklesne, ale dokonce se v ideálním případě až zdvojnásobí. Poměr momentů je náhle 100:0 (v příkladu 1600Nm + 0Nm) a je zřejmé, že ke změně došlo bez jakékoliv cílevědomé činnosti uzávěrky. Poměr momentů u pevného propojení může proto kolísat v rozsahu 0:100 až 100:0 a jeho okamžitá hodnota je závislá pouze na vnějších podmínkách.

Úplná závěrka má sice největší účinek, zároveň však zcela ruší základní funkci diferenciálu. Tím že nedovolí ani nejmenší rozdíl v rychlosti obou kol je omezeno její použití jen na kluzký povrch. Pro trvalou funkci na všech druzích povrchu se proto používá kompromisní řešení ve formě diferenciálů s omezeným prokluzem (LSD, samosvorné). Obsahují obvykle viskózní spojku, třecí spojku nebo šnekové soukolí a umí do značné míry omezit protáčení kol a zároveň dovolí jejich odlišnou rychlost v zatáčkách.

Samosvorný diferenciál Torsen

  
Samosvorný diferenciál s viskózní spojkou (citlivý na rozdíl otáček)

Závěrka s viskózní spojkou propojuje oba výstupní hřídele a při rozdílu jejich otáček začne přenášet moment z rychlejšího výstupu na pomalejší - je citlivá na rozdíl jejich otáček. Podle provedení se v extrémním případě uzavře prakticky úplně a umožní stejné rozdělení momentu jako úplná závěrka. Při malém rozdílu otáček však zůstává téměř otevřená, tj. rozdělení je přibližně 50:50.

Uzávěrka diferenciálu

Podobně třecí spojka nebo šnekové soukolí (Torsen) momentově propojí výstupy navzájem při snížení odporu jednoho z nich, jsou tedy citlivé na rozdíl výstupních momentů. Zároveň nejsou závislé na otáčkách a neumí se uzavřít úplně. Například Torsen obvykle účinkuje až do poměru 75:25. To znamená, že v případě snížení adheze - momentu jednoho kola dokáže přenést až trojnásobek jeho sníženého momentu na kolo druhé (1200Nm + 400Nm). Pokud se odpor kola s malou adhezí zmenší ještě více, nedokáže už torsen přenést více momentu a kolo se začne protáčet. Torsen sice nadále zachová poměr 75:25 ale všechny momenty se sníží (např. na 600Nm + 200Nm). V praxi je ovšem funkce ještě poněkud složitější.

Méně často se montují do aut tzv. aktivní diferenciály, což je řešení většinou odvozené od uzávěrky s viskózní spojkou. Účinek viskózní kapaliny je zde nahrazen dokonalejším nuceným ovládáním a elektronickým řízením, silové poměry jsou však obdobné.

Samostatnou kapitolou jsou ještě mezinápravové spojky typu Haldex, xDrive apod. sloužící k řízenému přenosu točivého momentu od jedné trvale poháněné nápravy na nápravu druhou. I když se v tomto případě nejedná o diferenciál, spojka jeho funkci do určité míry nahrazuje. Spojka v základním stavu přenese jen minimální moment, ale v případě potřeby zcela spojí otáčkově obě nápravy. Při úplně sepnuté spojce platí stejně jako u diferenciálu s úplnou závěrkou, že moment se nerozděluje na obě nápravy v pevném poměru 50:50 ale může opět kolísat v rozsahu 0:100 až 100:0 v závislosti na adhezních schopnostech jednotlivých kol.

 
Mezinápravový diferenciál s čelními koly (1), umístěný před rozvodovkou se stálým převodem a diferenciálem zadní nápravy (2) a doplněný viskózní spojkou (3).

Poznámka: V popisech nejsou pro zjednodušení zahrnuty setrvačné účinky v pohonu při náhlé změně otáček a další komplexnější vlivy. Stejně tak nejsou uvedeny diferenciály s nesouměrným rozdělením točivého momentu.

Diskuze o článku Nové téma



Články