Elektroniczne blokady mechanizmu różnicowego. Jak działają? Gdzie są stosowane?

Jak w najbardziej efektywny sposób zamienić moment obrotowy wytworzony przez silnik na siłę ciągu poruszającą samochód ? Przede wszystkim trzeba przenieść go na wszystkie koła jezdne. W przypadku typowych aut osobowych mamy do czynienia z czterema kołami, do których trzeba dostarczyć napęd z silnika. Robi się to przy wykorzystaniu półosi napędowych, wałów i przekładni kątowych. Przydaje się jeszcze międzyosiowy mechanizm różnicowy, bo bez niego napęd obu osi, czyli czterech kół, można wykorzystywać tylko na luźnych nawierzchniach. Komponentów jak widać jest sporo. Taki układ zwany 4x4, 4WD albo AWD znacząco poprawia trakcję, a w konsekwencji komfort i bezpieczeństwo jazdy, ale komplikuje konstrukcję samochodu i podnosi koszty produkcji, a dodatkowo odpowiada za wyższą masę i zużycie paliwa.

Ale klasyczne terenówki zaczęły tracić popularność, za to pojawiły się auta „uterenowione”, kupowane przez ludzi o niewielkich aspiracjach w kwestii zdobywania bezdroży. Układy napędowe zaczęto upraszczać, by pozwalały jedynie na poruszanie się po typowych drogach gruntowych o lepszej czy gorszej jakości w sposób rekreacyjny. Mijały lata i okazało się, że moda na samochody rekreacyjne, udające jedynie terenówki i zwane potocznie SUV-ami, SAV-ami czy Crossoverami, ogarnęła także tych, którzy w ogóle nie zjeżdżają z asfaltu. Dlatego w niższych klasach aut rekreacyjnych producenci traktują wersje 4x4 w sposób marginalny, albo w ogóle ich nie proponują. Niewielu klientów jest nimi zainteresowanych, a grupę potencjalnych nabywców zmniejsza dodatkowo duża różnica cenowa między wersjami 4x2 i 4x4 tego samego modelu.

Życie nie znosi pustki. Nawet ci, którzy kupują niewielkie SUV-y, w których nie przewidziano napędu 4x4, potrzebują od czasu pokonać błotnisty leśny dukt jadąc na oddaloną od utartych szlaków działkę, albo zmierzyć z zapiaszczonym traktem, podczas weekendowego wypadu na łono natury. A takie drogi dla aut z napędem jednej osi czasem stanowią zbyt duże wyzwanie. Wystarczy, że jedno z napędzanych kół wjedzie na błotnistą maź i zacznie się ślizgać, albo trafi na łachę luźnego piasku i zacznie „buksować”, a mechanizm różnicowy zadba o to, by auto nie mogło jechać dalej. Działanie mechanizmu różnicowego zamontowanego na osi napędzanej polega bowiem na tym, że pozwala kołom tej osi obracać się niezależnie od siebie. Jeśli jedno z kół będzie pracowało z mniejszym oporem (ślizganie się, „buksowanie”) to właśnie ono będzie cały czas napędzane. Trzeba przywrócić mu przyczepność, by samochód mógł ruszyć.

Dla uniknięcia takich sytuacji w niektórych samochodach stosowano mechaniczne lub elektromechaniczne blokady mechanizmu różnicowego. Ale były one drogie i zaczęto szukać dla nich alternatywy. Z pomocą przyszła elektronika. Konstruktorzy wpadli początkowo na pomysł, by do poprawy trakcji w trudnych warunkach wykorzystać elektroniczny system kontroli trakcji i odpowiednio zarządzać hamulcami. Wystarczy bowiem pozyskać dane ze sterownika ABS o tym, które koło obraca się szybko a które się nie obraca, a natychmiast można je zatrzymać lub spowolnić, wysyłając sygnał do hamulców. Prekursorem takiego systemu był Land Rover pod koniec lat dziewięćdziesiątych.

Dzisiaj elektroniczne blokady mechanizmów różnicowych przydatnych w terenie tworzy się głównie na potrzeby niedużych i niedrogich samochodów rekreacyjnych, projektując je niezależnie od systemu kontroli trakcji, bazując na czujnikach systemu kontroli toru jazdy ESP. Przykładami mogą być Traction+ montowany w Fiatach i Grip Control, stosowany w autach grupy PSA. Systemy takie korzystają ze specjalnych algorytmów zarządzających układem hamulcowym, by jak najlepiej naśladować działanie blokad elektromechanicznych. Traction+ po aktywowaniu przez kierowcę zaczyna działać gdy wykryje zerową lub bardzo niską przyczepność jednego z napędzanych kół. Zostaje ono przyhamowane, a moment obrotowy w większym wymiarze trafia na drugie koło o lepszej przyczepności. Traction+ działa do prędkości 30 km/h.

Swoją wersję elektronicznej blokady mechanizmu różnicowego Grip Control znacznie mocniej rozbudował koncern PSA. Ma ona aż pięć trybów pracy, przy czym pierwszy (ESP standard) wykorzystywany jest wówczas, gdy ryzyko poślizgu jest bardzo małe. Drugi (śnieg) rekomendowany jest do szczególnie śliskich nawierzchni i jest aktywny do prędkości 50 km/h. Trzeci (off road), aktywny do prędkości 80 km/h kierowca powinien włączać na drogach szutrowych, gdzie utrata przyczepności może nastąpić przez błoto lub piasek. Czwarty tryb (piasek), dopuszczający lekkie uślizgi kół i działający do prędkości 120 km/h, umożliwia płynne pokonanie dróg pokrytych grubą warstwą piasku. Piąty (ESP off) wyłącza system kontroli toru jazdy, ale tylko do prędkości 50 km/h. Jednym z elementów systemu Grip Control jest specjalne ogumienie typu Mud & Snow (błoto i śnieg).

Elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego może mieć jednak nie tylko typowo terenowy charakter. Koncern Volkswagena stosuje takie rozwiązanie w swoich samochodach poprawiając dynamikę jazdy i precyzję prowadzenia w zakrętach. Układ zwany XDS zaczyna działać, gdy podczas dynamicznego pokonywania zakrętu koło od wewnętrznej strony łuku zaczyna być zbyt mocno odciążone. Elektronika rozpoznając taką sytuację wysyła sygnał, by zostało ono przyhamowane, a tym samym dociążone. Moment obrotowy w większym wymiarze trafia w tym czasie na mocno dociążone koło po zewnętrznej stronie zakrętu. Samochód uzyskuje nie tylko lepszą trakcję, ale również precyzyjniejsze prowadzenie. Bo zbyt mocne odciążenie koła „wewnętrzego” skutkowało by większym znoszeniem koła „zewnętrznego”.

Niektórzy porównują tego typu rozwiązania do układu kontroli trakcji. Jest to jednak zupełnie inne rozwiązanie, dużo bardzie efektywne. Mechanizm, od początku zaprojektowany jako elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego, nie zmniejsza momentu obrotowego przenoszonego na oś napędzaną. Pozostałe atuty, takie jak prostota techniczna i praktycznie zerowy wpływ na masę samochodu, pozwalają sądzić, że to niemal idealna alternatywa dla napędu 4x4. Tak jednak nie jest, bo są i wady. W pewnych warunkach terenowych oba napędzane koła mogą podlegać poślizgowi, a wówczas ich przyhamowywanie nie pomoże. Poza tym aktywowanie hamulców powoduje ich rozgrzanie i spadek skuteczności działania. Może to nastąpić nawet po kilkuset metrach. W przypadku rozwiązań takich jak XDS przegrzewanie hamulców nie jest tak problematyczne, bo prędkości są znacznie wyższe i układ hamulcowy ma lepsze chłodzenie.

Czy zatem warto wyposażyć kupowany samochód w elektroniczną blokadę mechanizmu różnicowego ? Na pewno tak, biorąc pod uwagę, jak zdumiewająco skuteczne są tego typu rozwiązania w praktyce i jak niewiele trzeba by je mieć. Peugeot żąda za Grip Control zaledwie 2000 zł, Fiat oferuje Traction+ jako standard we wszystkich wersjach niektórych modeli, w innych zaś w wyższych odmianach wyposażeniowych. Samochody koncernu Volkswagena mają XDS na liście seryjnego wyposażenia. Nawet tak popularne jak Skoda Fabia czy VW Golf.

Zobacz także: Kultowa Syrena z napędem elektrycznym Źródło: TVN Turbo/x-news