Ukázka maturitní práce ve 4.ročníku

Transkript

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola dopravní, Praha 1, Masná 18
Masná 18, 110 00 Praha 1
Obor vzdělání:
Zaměření:
23-45-M/01 Dopravní prostředky
Silniční vozidla
MATURITNÍ PRÁCE
Téma: Pohon všech kol vozidel Škoda
Třída : DP4
Školní rok: 2011/2012
……………………………….
Marek Červenka
Prohlašuji, že maturitní práci jsem vypracoval samostatně na základě uvedené seznamu
použité literatury.
Souhlasím, aby tato maturitní práce byla použita k výukovým účelům Vyšší odborné a
Střední průmyslové školy dopravní, Praha 1, Masná 18.
Dne
…………………………………
podpis žáka
Shrnutí
V práci se stručně píše o historii pohonu všech kol, všeobecně, ale také o minulosti pohonu
4x4 u vozidel Škoda. Druhá část řeší účel a požadavky na vozidla s pohonem všech kol.
Ve třetí části se dozvíme, jaké jsou možnosti uspořádání a konstrukční provedení pohonů
všech kol. Čtvrtá část se zaměřuje na vozidla Škoda s konstrukčním provedením
4x4 a jejich hnací ústrojí. Tato část se nejvíce zaměřuje na mezinápravovou spojku Haldex
4. generace, která je doposud využívána v modelech Škoda auto. Poslední kapitola
se věnuje trakční charakteristice Škody Superb 3,6 FSI s automatickou převodovkou DSG,
ze které lze vyčíst správný čas řazení. V závěru práce se píše něco málo o vývoji v blízké
budoucnosti.
Obsah:
Úvod ................................................................................................................................. - 1 1 Historie pohonu všech kol ........................................................................................ - 2 2 Pohon všech kol ........................................................................................................ - 3 2.1 Účel pohonu všech kol ....................................................................................... - 3 2.2 Požadavky pohonu všech kol ............................................................................. - 3 3 Uspořádání a konstrukční provedení pohonů všech kol ........................................... - 4 3.1 Druhy pohonu všech kol .................................................................................... - 4 3.1.1
Připojitelný pohon všech kol s rozdělovací převodovkou .......................... - 4 3.1.2
Stálý pohon všech kol ................................................................................. - 5 3.1.3
Samočinně připojitelný pohon všech kol ................................................... - 7 4 Vozidla Škoda s pohonem všech kol ........................................................................ - 9 4.1 Hnací ústrojí pohonu všech kol ....................................................................... - 10 4.1.1
Převodovka s kuželovým soukolím .......................................................... - 10 4.1.2
Kardanův hřídel ........................................................................................ - 11 4.1.3
Rozvodovka zadní nápravy ...................................................................... - 11 4.2 Haldex 1. generace ........................................................................................... - 12 4.3 Haldex 2. generace ........................................................................................... - 13 4.4 Haldex 3. generace ........................................................................................... - 13 4.5 Haldex 4. generace ........................................................................................... - 13 4.5.1
Mechanická konstrukční skupina ............................................................. - 14 4.5.2
Elektrohydraulická konstrukční skupina a řídicí jednotka spojky Haldex - 15 4.5.2.1
Řídicí jednotka spojky Haldex J422 ................................................. - 16 4.5.3
Regulace spojky Haldex ........................................................................... - 17 4.5.4
Jízdní situace ............................................................................................ - 18 4.5.5
Kontrola funkce spojky Haldex ................................................................ - 19 4.6 Porovnání spojky Haldex 2. a 4. generace ....................................................... - 20 5 Trakční charakteristika vozidla .............................................................................. - 21 5.1 Výpočet poloměru kola .................................................................................... - 21 5.2 Výpočet obvodu kola ....................................................................................... - 21 5.3 Výpočet rychlostí pro trakční a pilový diagram .............................................. - 21 5.4 Výpočet trakčních sil na kola........................................................................... - 22 5.5 Výpočet síly odporu vzduchu .......................................................................... - 22 5.6 Výpočet valivého odporu ................................................................................. - 23 5.7 Výkonový diagram .......................................................................................... - 23 Závěr ............................................................................................................................... - 24 Poznámky ......................................................................................................................... - 1 Seznam použité literatury ................................................................................................. - 2 Přehled příloh ................................................................................................................... - 3 Přílohy .............................................................................................................................. - 4 -
Seznam obrázků a tabulek:
Obrázek 1. Bugatti, typ 53 ................................................................................................ - 2 Obrázek 2. Porovnání průjezdu zatáčkou ......................................................................... - 3 Obrázek 3. Vozidlo 4x4 s rozdělovací převodovkou ....................................................... - 4 Obrázek 4. Rozdělení točivého momentu planetové převodovky .................................... - 5 Obrázek 5. Uzávěrka diferenciálu .................................................................................... - 5 Obrázek 6. Diferenciál Torsen Obrázek 7. Viskózní spojka před zadní rozvodovkou.. - 6 Obrázek 8. Volnoběžka .................................................................................................... - 6 Obrázek 9. Rozvodovka Viscomatic a její uspořádání ..................................................... - 8 Obrázek 10. Schéma elektroniky Haldex spojky.............................................................. - 8 Obrázek 11.Škoda Yeti s pohonem 4x4 a spojkou Haldex 4. generace ........................... - 9 Obrázek 12. Uspořádání pohonu 4x4 ............................................................................. - 10 Obrázek 13. Tok momentu přední rozvodovkou ............................................................ - 10 Obrázek 14. Kardanový hřídel........................................................................................ - 11 Obrázek 15. Rozvodovka zadní nápravy ........................................................................ - 11 Obrázek 16. Haldex 1. Generace .................................................................................... - 12 Obrázek 17. Haldex 2. generace používaná ve vozech 4x4 od roku 2004 ..................... - 13 Obrázek 18. Průřez spojkou Haldex 4. generace ............................................................ - 14 Obrázek 19. Rozložená mechanická konstrukční skupina ............................................. - 15 Obrázek 20. Pístové elektrické čerpadlo Obrázek 21. Elektromagnetický ventil........ - 16 Obrázek 22. Řídicí jednotka spojky Haldex J422 .......................................................... - 17 Obrázek 23. Okruh oleje ve spojce Haldex .................................................................... - 17 Obrázek 24. Rozjezd a akcelerace .................................................................................. - 18 Obrázek 25. Rychlá jízda................................................................................................ - 18 Obrázek 26. Decelerace .................................................................................................. - 18 Obrázek 27. Zastavení .................................................................................................... - 18 Obrázek 28. Parkování ................................................................................................... - 18 Obrázek 29. Jízda po kluzké vozovce ............................................................................ - 19 Obrázek 30. Zásah systému ABS/ ESP .......................................................................... - 19 Obrázek 31. Simulace prokluzu při rozjezdu ................................................................. - 19 Obrázek 32. Momentový a výkonový diagram .............................................................. - 23 Tabulka 1. Srovnání 2. generace se 4. generací spojky Haldex ..................................... - 20 Tabulka 2. Rychlosti pro trakční a pilový diagram Rychlost [km.h-1] ....................... - 21 Tabulka 3. Trakční síly na obvodu kol Síla [N]........................................................... - 22 Tabulka 4. Odpor vzduchu ............................................................................................. - 22 Tabulka 5. Účinný výkon ............................................................................................... - 23 -
Pohon všech kol vozidel Škoda
Marek Červenka, DP4
školní rok 2011/2012
Úvod
Výroba vozidel s pohonem pouze jedné nápravy je zcela ekonomického charakteru. Tyto
automobily mají nižší výrobní cenu, jelikož se uspoří konstrukční díly, jako hnací hřídele,
spojovací hřídel, mezinápravový diferenciál a diferenciál druhé nápravy. Při rozjezdu na
mokré, nebo zledovatělé vozovce mají vozidla s pohonem jedné nápravy horší zrychlení
a může docházet k prokluzu kol. V takovéto situaci je velice výhodné užití pohonu všech
kol. Dalšími výhodami jsou zvýšená schopnost rozjezdu a stoupavosti nezávisle
na zatížení, menší citlivost na boční vítr, stejnoměrné opotřebení pneumatik, příznivější
chování pří možném aquaplaningu, dobré rozložení na zatížení náprav a také výhodnější
pro tažení přívěsu. Nevýhodami pohonu všech kol jsou zvýšené pořizovací náklady, vyšší
pohotovostní hmotnost a vyšší spotřeba paliva až o 10%.
-1-
1 Historie pohonu všech kol
Automobil vznikl ve třetí čtvrtině 19. století, kdežto první vozidlo s pohonem všech kol,
nebo také 4x4 byl zřejmě postaven v roce 1900, který navrhl Ferdinad Porsche ve věku 25
let pro rakouského výrobce Jacoba Lohnera. V roce 1903 byl sestaven a představen
veřejnosti
vůz
Spyker
do vrchu a zkonstruovaný
1902
4WD
holandskými
60k/
bratry
44
kW,
byl
Hendrikem
určený
a
pro
Janem
závody
Spijerem
Jacobuseovými v Amsterdamu. Pohon všech kol byl stálý a zajišťoval ho centrální
diferenciál. Spyker nikdy nebyl vyráběn sériově a ani nejsou žádné údaje, že by byl někdy
vyroben jiný kus. Byl tedy pouze jediný kus, který je doposud pojízdný a je vystaven
v nizozemském Národním Automobilovém muzeu. V roce 1905 společnost Brookville ze
spojených států přišla s návrhem pohonu všech kol. První vozidlo 4x4 bylo představeno
ve Spojených státech až v roce 1911 společností FWS z Wisconsinu. Ettore Bugatti
vytvořil tři vozy s pohonem všech kol v roce 1932, vozy byly označené jako typ
53(obrázek číslo 1). Vozy byly známé tím, že měly problémy se zatáčením.
Prvním sériově vyráběný vůz s pohonem všech kol byl Jeep CJ-2A, zvaný Willys.
Stal se synonymem pro pohon všech kol.
Během padesátých a šedesátých let 20. století vývojáři viděli v pohonu všech kol vysoké
ambice v zlepšování jízdních vlastností u osobních vozidel, terénních, ale také nákladních
vozidel. V této době bylo hodně investováno do vývoje pohonu všech kol.
Pohon všech čtyř kol dává více nových možností u závodních vozidel, ale i u sériově
vyráběných osobních automobilů. V současné době se systémy pohonu 4x4 stále vyvíjí,
snaží se zvýšit spolehlivost, vyšší účinnost, ale tak aby byli co nejnižší výrobní náklady.
Obrázek 1. Bugatti, typ 53
-2-
2 Pohon všech kol
Vozidlo s pohonem všech kol při shodném zatížení je schopno přenášet dvakrát více síly
na hnací kola oproti vozidlu s pohonem pouze jedné nápravy. Což například
znamená, že při zatížení 1800kg a rovnoměrném zatížení každého kola je hmotnost
rozdělena na 450kg. To je rovno FN = 4500N na jedno kolo. Pokud vezmeme v úvahu
možnost zledovatělé vozovky, na níž je koeficient tření µ = 0,1, tak jedno kolo může
přenést maximálně 450N, vyplynulo to ze vztahu FA = FN · µ. Výsledkem je, že u vozidla
s pohonem dvou kol FA2 = 2·450N = 900N a s pohonem všech kol FA4 = 4·450N = 1800N,
tedy přenesení dvojnásobné síly pro styk kol s vozovkou.
2.1 Účel pohonu všech kol
Účelem pohonu všech kol je možnost zajistit lepší trakční vlastnosti automobilu
za zhoršených povětrnostních podmínek na vozovce, v terénu, ale také při nešetrném
zacházení s vozidlem, nebo sportovní jízdě. Zlepšuje stabilitu vozidla, a tím zvyšuje
bezpečnost řidiče i posádky automobilu.
2.2 Požadavky pohonu všech kol
Požadavkem je lepší záběr kol, vyšší směrová stabilita a lepší bezpečnost vozidla. Pohon
všech kol umožňuje rychlejší a bezpečnější průjezd zatáčkou za jakýchkoliv podmínek.
Na obrázku číslo 2 je výrazně vidět lepší průjezd zatáčkou vozidla s pohonem všech kol.
Největší zkouškou jsou výlety do hor v zimním období, kde jsou požadavky řidiče vysoké
na průjezd zasněženou, či zledovatělou vozovkou. Dalším možným požadavkem je snazší
průchodnost v terénu, písek, bláto, voda nebo strmé stoupání.
Obrázek 2. Porovnání průjezdu zatáčkou
-3-
3 Uspořádání a konstrukční provedení pohonů všech kol
Provedení pohonu může mít více možností, může mít jednoduchou konstrukci, proto může
být levnější, ale o to horší bude kvalita a jízdní vlastnosti vozidla. Samozřejmě pro jízdu
v těžkém terénu, kde nevyužijeme výhody připojitelných pohonů všech kol, je lepší mít
stálý pohon všech kol, který není vždy nejlepším řešením pro pohon po suché a rovné
vozovce.
3.1 Druhy pohonu všech kol
Dnes běžně používané druhy pohonu lze rozdělit do tří skupin, a to na připojitelný pohon
všech kol s rozdělovací převodovkou, stálý pohon všech kol a samočinně připojitelný
pohon všech kol, který je dnes nejpoužívanější u osobních automobilů.
3.1.1 Připojitelný pohon všech kol s rozdělovací převodovkou
Vozidla s připojitelným pohonem všech kol jsou opatřena rozdělovací převodovkou
(obrázek číslo 3). Hnací moment z rozdělovací převodovky je přenášen na diferenciál
přední a zadní nápravy. Při běžném provozu je vozidlo poháněno pouze jednou nápravou.
Z pravidla bývá poháněná zadní náprava, k ní se v případě potřeby připojí přední náprava.
Přední a zadní náprava se propojí až po zařazení pohonu všech kol. Jako rozdělovací
převodovka může být použit kuželový diferenciál, ten rozděluje hnací moment v poměru
50:50,
tedy
50%
síly
pro
každou
z náprav.
Dále
lze
použít
planetového
diferenciálu, u kterého lze hnací moment dělit v nerovnoměrném poměru pro každou
z náprav (obrázek číslo 4). Absence mezinápravového diferenciálu neumožňuje různé
otáčení přední a zadní nápravy, tím dochází k většímu namáhání kloubových hřídelů,
zhorší se jízdní vlastnosti a zvyšuje se opotřebení pneumatik. Pohon nesmí být
zapnut na suché silnici. Umístěním volnoběžek do přípojných hnacích kol se dosáhne
mírnému zlepšení. Vyrovnávací převodovky občas mají uzávěrku diferenciálu (obrázek
číslo 5).
Obrázek 3. Vozidlo 4x4 s rozdělovací převodovkou
-4-
Obrázek 4. Rozdělení točivého momentu planetové převodovky
Obrázek 5. Uzávěrka diferenciálu
3.1.2 Stálý pohon všech kol
Je pohon, kdy jsou stále poháněny obě nápravy, respektive všechna čtyři kola. Přední
a zadní náprava je propojena mezinápravovým diferenciálem. Může být použit kuželový
diferenciál, nebo samosvorný šnekový diferenciál Torsen, tento typ uspořádání je možno
nalézt u automobilů Audi (obrázek číslo 6). Pohon využívá elektronický systém EDS místo
uzávěrky diferenciálu. EDS může měnit točivý moment podle potřeby na jednotlivé
nápravy. Systém využívá části prvků ABS, kterým přibrzďuje prokluzující kola. Dojde-li
k prokluzu, kola s lepší přilnavostí dostanou větší točivý moment. Při jízdě v přímém
směru, diferenciál rozděluje točivý moment ve stejném poměru na přední a zadní nápravu.
Další možností je viskózní spojka, která je umístěna na kloubovém hřídeli, spojující
nápravy. Spojka rozděluje točivý moment v závislosti na prokluzu kol, vyrovnává různé
počty otáček a působí jako uzávěrka diferenciálu automaticky v závislosti na trakci
vozidla. Při větším rozdílu otáček lamel ve spojce dojde k většímu víření oleje a tím
k přenosu většího točivého momentu. Jedna z konstrukčních možností je umístění spojky
-5-
před zadní diferenciál (obrázek číslo 7). Při běžné jízdě připadá většina točivého momentu
na přední nápravu, přibližně 98%, jakmile dojde k prokluzu přední nápravy, uzavře
se vyrovnávání počtu otáček a přidělí se tak zadní nápravě více točivého momentu.
Hodnota uzavření viskózní spojky se pohybuje mezi 2% a 98%. Některé koncepce pohonu
s viskózní spojkou obsahují volnoběžku. Díky volnoběžce tento pohon všech kol
nezabraňuje správné činnosti protiblokovacího systému ABS. Vozidla bez ABS mají
s volnoběžkou také výhody, například v případě zablokování předních kol při prudkém
brzdění se zastaví hnací člen volnoběžky, tím dojde k odblokování volnoběžky a hnací člen
se může dále otáčet v původních otáčkách. Vozidlo tak neztratí směrovou stabilitu, protože
se nezablokují kola a vozidlo nepůjde do smyku. V případě zablokování zadních kol
se zablokuje i volnoběžka a pohon od předních kol přes viskózní spojku roztočí zadní
nápravu (obrázek číslo 8).
Obrázek 6. Diferenciál Torsen
Obrázek 7. Viskózní spojka před zadní rozvodovkou
Obrázek 8. Volnoběžka
-6-
3.1.3 Samočinně připojitelný pohon všech kol
Stálý pohon všech kol s viskózní spojkou je jednoduché a elegantní řešení, ale má několik
chyb. Při prokluzu přenáší točivý moment na nápravu, která má lepší přilnavost,
ale bohužel nepozná, jestli je prokluz způsoben rychlým průjezdem zatáčkou, nebo horší
adhezí pneumatik. Omezuje přenesení točivého momentu na zadní kola. Další komplikace
způsobují stále modernější systémy ABS, protiblokovací systém, ASR, protiprokluzový
systém, nebo ESP, systém zlepšující stabilitu vozu.
Problémy spojené s viskózní spojkou odstraňují systémy s elektrickou regulací spojení
pohonu všech kol. Pomocí elektrické regulace pracují například systémy s mezinápravovou
rozvodovkou Viscomatic, nebo mazinápravovou lamelou spojky Haldex, kterou využívají
vozidla Škoda.
Mezinápravová rozvodovka Viscomatic byl první pohon všech kol s elektronickou regulací
(obrázek číslo 9). Sériově využíván od roku 1992 v automobilu Alfa Romeo 164
Quadrifoglio 4. Systém využívá kombinaci jednoduchého planetového převodu
a hydrostaticky ovládané viskózní spojky, a tím umožňující plynulou změnu točivého
momentu na nápravy. Rozdělovací planetová převodovka s viskózní spojkou je spojena
se zadní nápravou, stálým převodem a samosvorný diferenciál Torsen pro pravé a levé
kolo. Hnací moment může být dělen v poměru od 0 do100% k přední i zadní nápravě.
Systém Viscomatic pracuje zcela samočinně. Řídící jednotka ovládá mezery mezi
lamelami pomocí hydraulického oleje změnu viskózní spojky.
Druhou nejvyužívanější metodou je mezinápravová lamelová spojka Haldex, byla vyvinuta
švédskou firmou Haldex. Na vývoji spolupracovala automobilka Volkswagen a SteyerDaimler-Puch. Poprvé byla využita u vozidel Audi TT Coupé quatro a Volkswagen Golf 4
Motion v roce 1998. Spojka Haldex se montuje mezi přední a zadní rozvodovkou. Je
připevněna přímo na skříni zadní rozvodovky pomocí příruby. Řídí se výhradně
elektronicky, rozdělení točivého momentu mezi nápravami, vyrovnávání počtu otáček
a uzávěr vyrovnání otáček mezi zadní a přední rozvodovkou. Má vlastní řídící jednotku,
která vyhodnocuje stokrát za sekundu rychlost otáčení jednotlivých kol, polohu škrtící
klapky, točivý moment na kolech, otáčky motoru ale i činnost brzdové soustavy.
Při běžné jízdě je 100% hnacího točivého momentu veden na přední nápravu a 0%
na zadní nápravu. Proto se může uzavírací hodnota pohybovat mezi 0% a 100%. Točivý
moment je přidělován nápravě s lepší přilnavostí, tedy bez prokluzu. Haldex spojka reaguje
-7-
velice rychle, otvírá se při sešlápnutí brzdového pedálu, ale i při regulačním provozu ABS
a ESP, zavírá se při provozu ESD a ASR v závislosti na prokluzu, šetří množství snímačů,
protože využívá snímače ABS, ESD, ASR, a ESP pomocí sběrnice CAN, při poruše
a nutném odtahu lze táhnou se zdviženou přední nápravou, ale pouze danou vzdálenost
při určité maximální rychlosti, tato kritéria jsou dána výrobcem vozidla (obrázek číslo 10).
Obrázek 9. Rozvodovka Viscomatic a její uspořádání
Obrázek 10. Schéma elektroniky Haldex spojky
-8-
4 Vozidla Škoda s pohonem všech kol
Již 13 let lze zakoupit modely Škoda s pohonem všech kol. Prvním modelem byla Škoda
Octavia Combi v roce 1999. Tehdy pohon 4x4 umožňovala spojka Haldex 1. generace.
Vozy měly osazené motory 2,0 MPI s výkonem 85kW a 1,9 TDI s 66kW, které byly
používány po dlouhou dobu. O rok později bylo možno koupit vozidla s motory 1,8 20V
Turbo s výkonem 110kW a 1,9 TDI PD s 74kW. Rok 2002 umožnil také k zakoupení
Octavii liftback s pohonem všech kol.
Spojka Haldex 2. generace byla montována do vozidel Škoda Octavia Combi od roku
2004. Poslední modely, od roku 2008, měli už Haldex 4. Generace, která se montuje
dodnes modelům Škoda Octavia Combi, Škoda Superb, ale i do prvního terénního vozidla
firmy Škody Yeti (obrázek číslo 11).
Obrázek 11.Škoda Yeti s pohonem 4x4 a spojkou Haldex 4. generace
-9-
4.1 Hnací ústrojí pohonu všech kol
Kola přední nápravy jsou standardním způsobem poháněna přes diferenciál přední
nápravy. Z tohoto diferenciálu se hnací moment přenáší na převodovku s kuželovým
soukolím, připojenou pomocí příruby na kardanův hřídel, který je spojen se spojkou
Haldex. Dále se přenáší odpovídající točivý moment k rozvodovce zadní nápravy.
Obrázek 12. Uspořádání pohonu 4x4
4.1.1 Převodovka s kuželovým soukolím
Na spojovací hřídel jsou přenášeny otáčky z převodovky s kuželovým soukolím
v převodovém poměru 1,6. Tímto se tedy spojovací hřídel otáčí 1,6 krát rychleji a je
možno použít spojovací hřídel o menším průměru. V rozvodovce zadní nápravy se otáčky
mění zpět se stejným převodovým poměrem. Výhodou je nižší hmotnost hřídele. Hnací
moment je přenášen z čelního kola přes klec diferenciálu na dutý hřídel s talířovým kolem
na výstup pro spojovací hřídel přes pastorek(obrázek číslo 13).
Obrázek 13. Tok momentu přední rozvodovkou
- 10 -
4.1.2 Kardanův hřídel
Skládá se ze dvou částí, které spojuje stejnoběžný kloub. Hřídel je spojen s převodovkou
s kuželovým soukolím a se spojkou Haldex přes kloubové podložky. Kloubová podložka,
nacházející se u zadní nápravy je nedemontovatelná a je opatřena tlumičem torzních kmitů.
Podložka omezuje přenos torzních kmitů z rozvodovky zadní nápravy na karoserii vozu.
Rozvodovka zadní nápravy a kloubový hřídel je vyvažován již při výrobě, proto nemusí
být vyvažován jako celek na vozidle. Stejnoběžný kloub je nerozebíratelný, to umožňuje
lehčí a kompaktnější konstrukci(obrázek číslo 14).
Obrázek 14. Kardanový hřídel
4.1.3 Rozvodovka zadní nápravy
Rozvodovka obsahuje stálý kuželový převod, diferenciál a spojku Haldex. Na skříni je
instalována řídící jednotka (obrázek číslo 15).
Obrázek 15. Rozvodovka zadní nápravy
- 11 -
4.2 Haldex 1. generace
Jak bylo již zmíněno, spojka Haldex 1. generace (obrázek číslo 16) byla montována
do modelů Škoda Octavia 1. generace. I první Haldex spojka byla ovládaná
Elektrohydraulickou spojkou. Celý systém, řídící jednotka Haldex, lamelová spojka
i čerpadlo oleje, je umístěn mezi kardanovým hřídelem a rozvodovkou zadní nápravy. Její
činnost je výjimečná vzájemnou souhrou mechanického, hydraulického a elektrického
řízení. Ve skříni spojky je soustava lamel v olejové lázni. Spojkové lamely jsou
přitlačovány hydraulickým tlakem oleje. Tento přítlak umožňuje přenos momentu na zadní
nápravu.
Dvě axiální čerpadla zajišťují potřebný tlak pro pracovní píst. Čerpadla pohání axiální
vačková deska. Tlak je plynule měněn pomocí hydraulického regulačního ventilu. Haldex
spojka má pouze snímač teploty, potřebný k vyrovnání viskozity oleje, jenž je závislá
na teplotě. Zbylé signály potřebné k regulaci sbírá pomocí propojení CAN-BUS.
Informace potřebné k řízení jsou:
rychlost jednotlivých kol,
zatížení motoru,
otáčky motoru,
stav vozidla, ve kterém se nachází, tedy přímá jízda, brzdění, ABS,
poloha pedálu akcelerace a případně poloha škrtící klapky
Díky těmto informacím je rozeznáván průjezd zatáčkou, zrychlení, ale také jízda s kolem
odlišného poloměru, které může být dojezdové rezervní kolo.
Obrázek 16. Haldex 1. Generace
- 12 -
Podmínkou pro sepnutí spojky je rozdíl otáček přední a zadní nápravy. Mechanická axiální
čerpadla vytvářejí tlak působící na lamely spojky poháněná axiálním vačkovým kotoučem
spojeným s výstupní hřídelí shodně jako u spojky Haldex 1. Generace.
U spojky Haldex 1. i 2. generace (obrázek číslo 17) je rozdíl otáček přední a zádní nápravy
využíván k tomu, aby se pomocí zvlněné kladky, ovládací kladky a dvěma rovnoběžně
se pohybujícími písty vytvářel pracovní tlak oleje. Ten přes píst stlačuje soustavu lamel
k přenosu točivého momentu. Přenášený točivý moment je určován pracovním tlakem,
který je regulován sacími a tlakovými ventily, elektronicky ovládaným ventilem a řídicí
jednotkou.
Obrázek 17. Haldex 2. generace používaná ve vozech 4x4 od roku 2004
Spojka Haldex 3. generace nebyla využívána u vozidel Škoda. Tato 3. generace byla
nějaký čas využívána například u automobilky Volvo
Čtvrtá generace spojky Haldex je ovládaná výhradně elektronicky, což umožňuje zajistit
potřebný hnací moment kdykoliv a nezávisle na prokluzu kol. Mezi přední a zadní
nápravou je rozdělení hnacího momentu variabilní a závisí na jízdním stylu, případně
situaci. Spojka je schopna přenést až 50% hnacího momentu na zadní nápravu, pokud
dojde k prokluzu přední nápravy. Princip přenosu hnací síly je v zásadě shodný jako
u předchozích modelů. Rozdílem ale je, že tlak potřebný k spínání spojky zajišťuje elektrické
čerpadlo. Přenos hnacího momentu je regulován řídící jednotkou spojky Haldex J492 pomocí
elektromagnetického ventilu.K aktivaci spojky Haldex 4. generace není zapotřebí rozdílných
otáček kol přední a zadní nápravy. Spojka Haldex 4. generace má funkci jako regulátor
- 13 -
velikosti hnacího momentu přenášeného na zadní nápravu.Velikost přenášeného hnacího
momentu určuje stupeň rozpojení spojky.
Obrázek 18. Průřez spojkou Haldex 4. generace
Technické znaky
elektrohydraulicky ovládaná lamelová spojka
spojka je umístěna ve skříni rozvodovky
jednodušší hydraulický okruh
čerpadlo ovládáno v závislosti na aktuální potřebě
Výhody
aktivace spojky v závislosti na jízdním stylu
rychlejší nárůst hnacího momentu
propojení se systémy regulace prokluzu, tedy ABS, ESP
nezávislost na jízdní situaci
Spojku Haldex z funkčního hlediska můžeme dělit na dvě skupiny:
Mechanická konstrukční skupina
Elektrohydraulická konstrukční skupina a řídicí jednotka spojky Haldex
4.5.1 Mechanická konstrukční skupina
Celá mechanická konstrukční skupina zajišťuje silové spojení mezi přední a zadní
nápravou. Soustava lamel je stlačována působením tlaku pracovního pístu. Hnací moment
na zadní nápravu je přenášen podle tlaku působícího na lamely.
Lamelová spojka se skládá z hnacího náboje, soustavy lamel a koše spojky. Hnací náboj
je poháněn přes přírubu kardanovým hřídelem. Třecí lamely a ocelové lamely tvoří celou
soustavu lamel, vždy je jeden opěrný kotouč vpředu a vzadu. Třecí lamely jsou vyráběny
s vnitřním drážkováním a nasunuty na náboj. Ocelové lamely jsou přes vnější drážkování
spojeny s košem spojky (obrázek číslo 19). Podle typu vozidla se liší i počet lamel. Koš
- 14 -
spojky má nástrčné drážkování, je spojen s hnacím pastorkem zadní nápravy. Další částí je
pracovní píst, který má tvar prstence. Jakmile je spojka aktivována, vytvořeným pracovním
pístem se přenáší dále přes jehličkové ložisko na soustavu lamel. Soustava lamel se vlivem
hnacích otáček točí, pracovní píst drží pevně. Poslední částí mechanické konstrukční
skupiny je talířová pružina, která je umístěna za strany pracovního pístu, na níž působí
tlakový olej.
Obrázek 19. Rozložená mechanická konstrukční skupina
4.5.2 Elektrohydraulická konstrukční skupina a řídicí jednotka spojky
Haldex
Do této skupiny se řadí čerpadlo spojky Haldex V181, olejový filtr, akumulátor tlaku oleje,
elektromagnetický ventil řízení stupně otevření spojky N373 a samotná řídicí jednotka
spojky Haldex J492.
O vytváření tlaku oleje se u spojky Haldex 4. generace stará pístové elektrické čerpadlo,
které je umístěno ve spodní části spojky. Čerpadlem je zásobován akumulátor tlaku oleje
v olejovém okruhu a je spínáno podle potřeby řídicí jednotkou spojky. Těleso čerpadla má
pět otvorů. Každý otvor má píst s vodícím čepem a vratnou pružinu. Šikmo uložené
kuličkové ložisko umožňuje pístům s vodícími čepy posuvný pohyb (obrázek číslo 20).
Šikmé uložení umožňuje, že spodním otvorem v tělesu válců je nasáván olej, který
po otočení otvoru o 180° do horní polohy stlačením vytéká. Pokud by olejové čerpadlo
mělo poruchu, není tak možné vytvářet tlak oleje, a proto by nebylo možné přenášet hnací
moment na zadní nápravu. Olejový filtr je bezúdržbový, je tvořen z filtrační vlákniny.
- 15 -
Součástí tělesa olejového filtru je zpětný ventil, zamezující snížení tlaku oleje přiváděného
k čerpadlu spojky. Akumulátor tlaku oleje nastavuje pracovní tlak oleje pomocí sil tří
paralelně umístěných pružin na hodnotě 3 MPa. Je umístěn na vrchní části spojkyna je
velice kompaktních rozměrů. Elektromagnetický ventil řízení stupně otevření spojky N373
(obrázek číslo 21) reguluje tlak oleje přiváděného k pracovnímu pístu. Napájecí proud
ovlivňuje hodnotu tlaku. Každá hodnota napájecího proudu má přiřazenou a přesně
definovanou hodnotu tlaku, který následně ventil vytváří. Čerpadlo spojky společně
s akumulátorem
tlaku
oleje
udržuje
tlak
3
MPa.
Napájením
cívky
vzniká
elektromagnetická síla. Ta uvádí do pohybu regulační píst a ten otevírá průtok, kterým
proudí tlakový olej k pracovnímu pístu. Pokud je přiváděn maximální proud na cívku
elektromagnetu, přívod zůstává otevřený a plný tlak oleje se využívá jako pracovní tlak.
Jakmile je potřeba rozpojit spojku, přeruší se přívod proudu a regulační ventil se vrátí
do výchozí polohy, uvolní se otvor pro odtok oleje směrem k zásobníku oleje, tak klesne
tlak oleje v pracovním pístu.
Obrázek 20. Pístové elektrické čerpadlo
Obrázek 21. Elektromagnetický ventil
4.5.2.1 Řídicí jednotka spojky Haldex J422
Řídicí jednotka spojky Haldex (obrázek číslo 22) reguluje dobu chodu čerpadla a aktivuje
elektromagnetický ventil regulace stupně otevření spojky N373. Tlak oleje určuje
výhradně nastavení ventilu N373. Snímač teploty oleje je umístěn přímo na desce tištěných
spojů řídicí jednotky spojky. Řídicí jednotka spojky je propojena se sběrnicí CAN hnacího
ústrojí, proto může mít řídicí jednotka pouze integrovaný snímač teploty a ostatní důležité
informace získává ze sběrnice CAN. Pokud do jízdy zasáhne systém ABS nebo ESP,
- 16 -
získává řídicí jednotka ABS/ESP informace o stupni otevření spojky. Při výpadku funkce
řídicí jednotky spojky Haldex dojde k rozpojení spojky. Hnací moment není možné
dopravit na zadní nápravu.
Obrázek 22. Řídicí jednotka spojky Haldex J422
4.5.3 Regulace spojky Haldex
Elektrohydraulické součásti vytvářejí pracovní tlak oleje, tím je ovládán přítlak v lamelové
spojce. Schéma olejového okruhu můžeme vidět na obrázku číslo 23. Řídicí jednotka
spojky je aktivní již při zapnutém zapalování, ale nedochází k vytváření pracovního tlaku.
Když není elektromagnetický ventil regulace spojky napájen, přívod oleje pro pracovní píst
je uzavřen a odtok směrem k zásobníku oleje je otevřen. Systém bez tlaku oleje je
zapotřebí při vlečení vozidla, nebo na válcové zkušebně brzd.
Obrázek 23. Okruh oleje ve spojce Haldex
Ihned při spuštění motoru se aktivuje čerpadlo spojky Haldex. Při dosažení 400 1/min
otáček motoru dochází ke spuštění čerpadla. Olej je nasáván přes olejový filtr
do akumulátoru tlaku oleje, dokud není v olejovém okruhu dosažen tlak 3 MPa.
Elektromagnetický ventil regulace stupně otevření spojky dostává pokyn od řídicí jednotky
spojky k otevření tlakové větve a pracovní tlak je přiváděn na tlakový píst, stlačující
- 17 -
soustavu lamel. Proto při rozjezdu a akceleraci lze využít ihned plný hnací moment zadní
nápravy. Pracovní tlak se pohybuje v rozmezí 0% při brzdění a 100% při akceleraci.
4.5.4 Jízdní situace
Rozjezd a akcelerace – Při rozjezdu a akceleraci je potřebný hnací moment na
zadních kolech. Z toho důvodu se elektromagnetický ventil zcela otevře a umožní
pracovnímu tlaku dosáhnout maxima.
Obrázek 24. Rozjezd a akcelerace
Rychlá jízda – Zadní náprava potřebuje jen minimální hnací moment. Pracovní tlak
je regulován dle potřeby v regulační oblasti.
Obrázek 25. Rychlá jízda
Decelerace – Při deceleraci není potřeba mít hnací moment na zadní nápravě a tak
se spojka rozpojí.
Obrázek 26. Decelerace
Zastavení – Po předchozím brzdění je spojka rozpojena. Během rozjezdu se opět
vyvine pracovní tlak a je k dispozici plný hnací moment.
Obrázek 27. Zastavení
Parkování – Na zadní nápravu je přenášen pouze malý hnací moment, spojka je
ovládána podle potřeby.
Obrázek 28. Parkování
- 18 -
Jízda po kluzké vozovce – Pracovní tlak je regulován dle potřeby. K regulaci
pracovního tlaku jsou využívány signály od řídící jednotky ABS/ESP.
Obrázek 29. Jízda po kluzké vozovce
Zásah systému ABS/ESP – Stupeň rozpojení spojky je řízen nepřímo řídicí
jednotkou ABS/ESP. Spojka Haldex může být zcela rozpojena při zásahu ABS,
zatímco při zásahu systému ESP může dojít k sepnutí.
Obrázek 30. Zásah systému ABS/ ESP
Rozjezd s prokluzem kol – Při prokluzu obou kol přední nápravy je přenášen
nejvyšší možný hnací moment na zadní nápravu. Stane-li se, že se protáčí jedno
přední kolo, zasáhne elektronická uzávěrka EDS, ta přibrzdí protáčející se kola, tím
se zvýší hnací síla druhého kola. Zároveň se sepne spojka Haldex a část momentu
přenese na zadní nápravu.
Obrázek 31. Simulace prokluzu při rozjezdu
4.5.5 Kontrola funkce spojky Haldex
Předpokladem pro správnou kontrolu funkce spojky Haldex je, že výška hladiny oleje
ve spojce splňuje předpis, namontována řídící jednotka motoru a řídicí jednotka ABS/ESP
souhlasí s modelem a vozidlo je zvednuto na zvedáku, tak aby se kola nedotýkala země.
U kontroly funkce spojky Haldex u vozidel s mechanickou převodovkou postupujeme
následovně. Nejdříve nastartujeme motor a zařadíme 1. rychlostní stupeň, pustíme pomalu
spojku. Všechna čtyři kola se začnou otáčet. Poté zatáhneme ruční brzdu, tak, že se zadní
kola zastaví a točí se pouze přední kola. Uvolníme ruční brzdu, se stále zařazeným 1.
rychlostním stupněm sešlápneme pedál akcelerace přibližně na 25%, opět zatahujeme
pomalu ruční brzdu. Zadní kola musí mít snahu se otáčet. Jestliže proběhne zkouška
úspěšně, funkce spojky Haldex je v pořádku. Pokud by zkouška neproběhla úspěšně,
možné závady mohou být následující: elektromagnetický ventil řízení stupně otevření
- 19 -
spojky muže být zablokovaný, mechanická závada spojky, vadná řídicí jednotka spojky,
nebo
může být vadný spínač kontrolky ruční brzdy. Kontrolka s automatickou
převodovkou se provádí podobným způsobem.
Spojka Haldex 4. generace lze samostatně vyměnit. Po výměně není zapotřebí náročného
seřizování, jelikož je hnací pastorek součástí rozvodovky zadní nápravy a nevyměňuje se.
Pro spojku byl speciálně vyvinut vysokovýkonný olej.
4.6 Porovnání spojky Haldex 2. a 4. generace
Společnými prvky jsou :
elektrohydraulicky řízená vícelamelová spojka
umístění u zadní nápravy ve společné skříni s rozvodovkou a diferenciálem,
kompatibilita s elektronickými systémy stability jízdy, ABS a ESP
Srovnání mezinápravové spojky Haldex 2. a 4. generace v tabulce číslo 1.
Tabulka 1. Srovnání 2. generace se 4. generací spojky Haldex
Haldex 2. generace
Řídicí jednotka Haldex určuje připojení
zadní nápravy. Podmínkou pro sepnutí
spojky je rozdíl otáček mezi přední a zadní
nápravou
Haldex 4. generace
Řídicí jednotka Haldex určuje připojení zadní
nápravy na základě signálu od řídicí jednotky
motoru, snímače otáček motoru a polohy
plynového pedálu, řídicí jednotka ABS,
snímače otáček kol, spínače brzdových světel,
snímače natočení volantu, snímačů příčného a
podélného zrychlení. Nezbytnou podmínkou
již není prokluz kol jedné z náprav.
Tlak působící na lamely spojky zajišťují
dvě mechanická axiální pístová čerpadla
poháněná axiálním vačkovým kotoučem
spojeným s výstupní hřídelí
Elektromagnetický ventil reguluje tlak, který
působí na lamely spojky, na základě pokynů
řídicí jednotky spojky Haldex. Tlak vytváří
elektrické čerpadlo.
- 20 -
5 Trakční charakteristika vozidla
Trakční charakteristika vozidla v grafu (příloha číslo 4), sestrojená pro určité vozidlo
a podmínky jízdy může být využita pro určení nejvyšší rychlosti jízdy na rovině, jízdní
vlastnosti vozidla na jednotlivých rychlostních stupních, čas a správné otáčky, kdy je
účelné řadit z hlediska dynamiky a pro zrychlení vozidla.
Na pilovém diagramu se trakční sílá má přibližovat ideálnímu průběhu(příloha číslo 5).
Vozidlo má dosahovat požadovaných jízdních vlastností při optimálním počtu rychlostních
stupňů. Pro vozidlo jsou důležité mezní hodnoty, nejmenší celkový převod a nejvyšší
celkový převod. Ideálně odstupňované a vhodný počet rychlostních stupňů. Požadavky
na odstupňování a počet rychlostních stupňů jsou, že převody mají zajistit převážnou práci
motoru na stabilní větvi momentové charakteristiky, a aby se hnací síla nejvíce přiblížila
k ideálnímu průběhu výkonu motoru.
Potřebné údaje k výpočtům nalezneme v příloze číslo 3.
5.1 Výpočet poloměru kola
Poloměr kola je potřebný k dalším výpočtům pro získání hodnot a sestrojení grafu.
rk=
m
5.2 Výpočet obvodu kola
Hodnota obvodu kola je důležitá k získání rychlosti vozidla na daný převodový stupěň.
O = π × d = 2 × π × r = 2 π × 0,31715 = 1,993 m
5.3 Výpočet rychlostí pro trakční a pilový diagram
Rychlosti vypočítané v tabulce číslo 2 užijeme v sestrojení trakčního a pilového diagramu.
v=
0,06 =
Rychlost [km.h-1]
Tabulka 2. Rychlosti pro trakční a pilový diagram
Otáčky/ moment
Převodový stupeň
1.
2.
3.
4.
5.
6.
2000 / 285 Nm
17,17
28,01
42,14
60,42
65,99
72,67
2500 / 350 Nm
21,47
35,02
52,68
75,53
82,49
90,84
5000 / 350 Nm
42,94
70,04
105,36
151,06
164,98
181,68
6000 / 303 Nm
6500 / 275 Nm
51,52
55,82
84,05
91,06
126,43
136,96
181,27
196,3
197,98
214,48
218,01
236,18
Celkový převod
13,925
8,536
5,675
3,958
3,624
3,291
- 21 -
5.4 Výpočet trakčních sil na kola
Mm – točivý moment motoru
ic – celkový převodový poměr
ηm – mechanická účinnost(0,9)
rk – poloměr kola(0,31715 m)
Síla [N]
Tabulka 3. Trakční síly na obvodu kol
Otáčky/ moment
Převodový stupeň
3.
4.
4590
3201
2000 / 285 Nm
1.
11262
2.
6904
2500 / 350 Nm
5000 / 350 Nm
6000 / 303 Nm
6500 / 275 Nm
13831
13831
11973
10867
8478
8478
7340
6661
5637
5637
4880
4429
Celkový převod
13,925
8,536
5,675
5.
2931
6.
2662
3931
3931
3403
3089
3599
3599
3116
2828
3269
3269
2830
2568
3,958
3,624
3,291
5.5 Výpočet síly odporu vzduchu
Na odporu vzduch závisí rychlost vozidla, výpočet nalezneme v tabulce číslo 4.
Fvz = 0,5
ρ
Cx
S
v2
Hustota vzduchu
ρ = 1,2 kg.m3
Součinitel odporu vzduchu
C x= 0,31
Čelní plocha automobilu
S = 1,99m2
Tabulka 4. Odpor vzduchu
Rychlost[m.s-1]
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Rychlost [km.h-1]
18
36
54
72
90
108
126
144
162
180
198
216
234
252
- 22 -
Odpor vzduchu[N]
9,2535
37,014
83,2815
148,056
231,3375
333,126
453,4215
592,224
749,5335
925,35
1119,6735
1332,504
1563,8415
1813,686
5.6 Výpočet valivého odporu
Ff = FG x f = m x g x f = 1665 x 9,81 x 0,015 = 245,005 N
FG
tíhová síla
f
součinitel odporu valení(0,015)
m
pohotovostní hmotnost vozidla
5.7 Výkonový diagram
Na výkonovém diagramu lze vyčíst výkon za určitých otáček, nebo točivý moment za
určitých otáček
Obrázek 32. Momentový a výkonový diagram
Tabulka 5. Účinný výkon
Body/parametry
1
2
3
4
5
Otáčky
2000
2500
5000
6000
6500
Výkon
70
104
180
191
190
Výkon x účinnost
63
93,6
162
171,9
171
Účinnost
0,9
- 23 -
Závěr
Vývoj vozidel s pohonem všech kol se zabývá v dnešní době především elektronicky
řízenými systémy jako je mezinápravová spojka Haldex. Samozřejmě některé automobilky
zůstávají u mechanické uzávěrky diferenciálu. Koncepce stálého pohonu všech kol má
výhody a nevýhody stejně jako připojitelný pohon. Velice záleží na využití vozidla a místě,
kde se bude vozidlo provozovat.
Škoda auto má ve své nabídce automobily 4x4 pro různé využití, chcete-li občas zajet
do mírného terénu, zvolte první terénní model automobilky Škoda Yeti 4x4, pokud máte
chuť vyrazit v zimě s rodinou do hor, zvolte Škodu Octavii Combi 4x4, chcete být elegán,
máte možnost
k výběru Škodu Superb 4x4. Všechna tato
s mezinápravovou spojkou Haldex 4. generace.
- 24 -
vozidla disponují
Poznámky
Seznam použité literatury
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
Automobily II.– Milan Pilárik a Jiří Pabst
Automobily, Převody – Nakladatelství Avid s.r.o., Brno
Příručka pro automechanika – Sobotáles
Dílenská učební pomůcka
Propagační katalog Škoda
Internetové stránky
Sešit, Silniční vozidla
Přehled příloh
Příloha 1. Průřez spojkou Haldex 1. generace
Příloha 2. Přehled systému s Haldex 4. Generace
Příloha 3. Tabulka s technickými údaji
Příloha 4. Trakční diagram
Příloha 5. Pilový diagram
Příloha 6. Haldex spojka 4. generace, Škoda Superb II
Příloha 7.Tlumič torzních kmitů
Příloha 8. Kardanový hřídel upevněný v přední rozvodovce
Příloha 9. Spojka Haldex 4. generace s částí podvozku
Přílohy
Příloha 1. Průřez spojkou Haldex 1. generace
Příloha 2. Přehled systému s Haldex 4. Generace
Technické údaje
Motor
Motor
3,6 FSI V6/191kW (A)
Počet válců
Zdvihový objem [cm3]
Vrtání × zdvih [mm × mm]
Maximální výkon/ otáčky
Maximální točivý moment/ otáčky
Kompresní poměr
Exhalační norma
Plnění
Palivo
Provozní vlastnosti
Maximální rychlost [km/h]
Zrychlení 0-100 km/h [s]
Spotřeba (dle normy 99/100, EU 4, EU 3)
Kombinovaná [l/100 km]
Emise CO2 [g/ km]
Pohon
Pohon
Spojka
Převodovka
Převodové stupně
Stálý převod
Podvozek
Rozchod kol vpředu/ vzadu [mm]
Kola
Pneumatiky
Karoserie
Součinitel odporu vzduchu cx
Délka[mm]
Šířka[mm]
Výška[mm]
Čelní plocha [m2]
Hmotnosti
Pohotovostní hmotnost [kg]
Celková hmotnost [kg]
Maximální hmotnost přípojného nebrzděného
vozidla [kg]
Maximální hmotnost přípojného vozidla
brzděného – stoupání 12 % [kg]
Pohotovostní hmotnost [kg]
Zážehový, vidlicový, chlazený kapalinou, přímé
vstřikování, 2× OHC, uložený vpředu napříč
6
3597
89,0 × 96,4
191/ 6000
350/ 2500 – 500
11,4
EU 4
Elektronicky řízené přímé vstřikování paliva
Bezolovnatý benzin (min. o. č. 95)
250
6,5
EU 4
10,1
235
Pohon 4x4 se samočinným elektronickým
rozdělováním točivého momentu mezi nápravy
vícelamelovou spojkou Haldex
Dvě souosé spojky, mokré, vícelamelové
Šestistupňová DSG s možností řazení Tiptronic
1. 2,92
2. 1,79
3. 1,19
4. 0,83
5. 0,86
6. 0,69
4,769/ 3,444
1537/1510
7J × 17´´
225/ 45 R17
0,31
4838
1817
1462
1,99
1665
2285
750
1800
1665
Příloha 3. Tabulka s technickými údaji
Příloha 4. Trakční diagram
Příloha 5. Pilový diagram
Příloha 6. Haldex spojka 4. generace, Škoda Superb II
Příloha 7.Tlumič torzních kmitů
Příloha 8. Kardanový hřídel upevněný v přední rozvodovce
Příloha 9. Spojka Haldex 4. generace s částí podvozku

Ukázka maturitní práce ve 4.ročníku

Transkript

Podobné dokumenty

Klárka

Vkládání obrázků