MATURITNÍ PRÁCE. Téma: Pohon všech kol vozidel Škoda

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 -



4.3 Haldex 2. generace 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

4.4 Haldex 3. generace Spojka Haldex 3. generace nebyla využívána u vozidel Škoda. Tato 3. generace byla nějaký čas využívána například u automobilky Volvo

4.5 Haldex 4. generace 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

MATURITNÍ PRÁCE. Téma: Pohon všech kol vozidel Škoda

Recommend Documents