Články


VTD - Variable Torque Distribution

2007-03-01 Přečteno: 11 659x

Úvod

Na úvod krátké shrnutí. Subaru používá ve svých vozech několik druhů pohonů 4x4. Kromě Justy, což je trochu specialitka, je ve všech ostatních nám dostupných modelech pohon všech kol ve 3 verzích, souhrně „Symetrical AWD“ (All Wheel Drive):

  • Continuous AWD mají modely s manuální převodovkou, jde o klasický systém s mezinápravovým diferenciálem a viskózní spojkou (dohromady LSD – Limited Slip Differential)
  • Active AWD je generačně starší druh pohonu u automatických 4-stupňových převodovek, založený dle dostupných informací na spojce připojující zadní nápravu
  • VTD je nejnovější systém použitý u některých 4-stupňových převodovek od roku 2002 a u současných pětistupňových automatů, a právě o něm je tento článek

A nyní k tématu ...

VTD

VTD je zkratkou Variable Torgue Distribution, jde o jeden ze systémů pohonu všech kol u některých modelů Subaru s automatickou převodovkou. Od roku 2002 je použit u některých 4-stupňových a později u všech 5-ti stupňových. Dá se říci, že jde o nejpokročilejší, nejsofistikovanější a také nejdražší systém a tomu odpovídá i nasazení pouze u vyšších modelů.

Technicky konkrétněji jde o speciální provedení mezinápravového diferenciálu. Vozy vybavené VTD jsou zpravidla vybaveny i VDC (Vehicle Dynamics Control), tedy elektronickým stabilizačním systémem, se kterým se vhodně doplňují. Toto uvádím také proto, abych zdůraznil rozdíl mezi oběma zkratkami.

Systém VTD je příbuzný klasické koncepci Subaru, použité u modelů s manuální převodovkou, tedy jde o systém stálého pohonu 4x4 s mezinápravovým diferenciálem a spojkou ve funkci uzávěrky. Liší se ve dvou vlastnostech ...

  • Prvním rozdílem je výchozí rozdělení přenosu sil 36:64 ve prospěch zadní nápravy, oproti 50:50 u manuálních převodovek.
  • Druhým a podstatným rozdílem je funkce uzávěry diferenciálu. Viskózní spojka je zde nahrazena sofistikovaným systémem, tvořeným hydraulicky ovládanou lamelovou spojkou a řídící elektronikou. A to je vlastně jádro celého systému.

VTD má hodně společného s aktivním diferenciálem DCCD použitým u Imprezy STi. Vlastně jde o stejný systém, hlavní rozdíl je v tom, že VTD funguje automaticky, zatímco DCCD je ovládán řidičem.

VTD se skládá ze 3 základních částí:

  • otevřený planetový diferenciál
  • lamelová spojka v olejové lázni, hydraulicky ovládaná
  • řídící elektronika napojená na další systémy ve voze

Diferenciál

Mechanickým základem systému je planetový diferenciál. Jde o otevřený diferenciál bez funkce “torque-sensing” (jako je Torsen), rozdělení sil je tedy nezávislé na aktuálním přenášeném točivém momentu. Konstrukcí je dán výchozí poměr přenášených sil 36:64 ve prospěch zadní nápravy, rozdíly v adhezi vedou až k 100:0 resp. 0:100.

Pro srovnání, Torsen je diferenciál se šnekovými převody, jejichž stoupání umožňuje měnit poměr přenášeného točivého momentu v rozmezí 3,5:1 až 5,5:1 ve prospěch nápravy s lepší adhezí.

Lamelová spojka

Funkci uzávěrky diferenciálu plní lamelová spojka. Jde o vícelamelovou spojku v olejové lázni, jedna sada lamel je spojená se zadní výstupní hřídelí a druhá s přední výstupní hřídelí. Pokud se lamely stlačí k sobě, spojí se tím hřídele napevno dohromady a diferenciál je tím uzavřen.

Lamely jsou k sobě stlačovány hydraulicky (u DCCD elektromagneticky). Při ztrátě adheze na jedné z náprav dojde k protočení hřídelí vůči sobě, je zvýšen tlak v hydraulickém okruhu stlačujícím lamely k sobě a tím dojde k částečnému či úplnému zablokování diferenciálu.

Tlak je vytvářen axiálním čerpadlem. Na jedné z hřídelí je kotouč, jehož obvod je ve směru osy jakoby “zvlněný”. S druhou hřídelí jsou spojeny písty, které jsou propojeny s hydraulickým okruhem. Při protočení obou hřídelí vůči sobě výstupky, resp. vlny na kotouči na první hřídeli střídavě zatlačuji písty spojené s druhou hřídelí, tím se zvyšuje tlak v okruhu a lamely spojky jsou tlačeny k sobě. Výše tlaku je regulována elektronikou dle aktuálních podmínek, viz dále.

V systému jsou pravděpodobně elektromagnetické přepouštěcí ventily, jejichž otevřením je regulován tlak vyvíjený axiální pumpou.

Pro srovnání, spojka funguje v principu podobně jako spojka Haldex, ale její úkol je jiný. Zatímco spojka u VTD plní funkci uzávěrky diferenciálu, spojka Haldex přenáší sama výkon na zadní nápravu. Viz dále ...

Alternativně jsou lamely k sobě stlačovány i jiným zdrojem tlaku, aby bylo umožněno, stejně jako například u Haldexu druhé generace, vytvořit předtlak a stlačit lamely předem, při běžné jízdě, ještě před tím než dojde k prokluzu kol. Tím je jednak částečně zamezeno vzniku prokluzu kol a také je umožněna rychlejší reakce v případě, že k prokluzu přece jen dojde. Toto vše je již plně pod kontrolou řídící elektroniky.

Jako zdroj tlaku je zřejmě využívána automatická převodovka, bližší detaily bohužel ve zdrojích informací chybí. U DCCD je předtlak vyvíjen elektromagneticky.

Řídící elektronika

Poslední důležitou částí systému je řídící elektronika s centrální řídící jednotkou (TCU). Jejím úkolem je řídit, tedy dle situace omezovat či zvyšovat tlak v hydraulickém okruhu. Elektronika využívá a vyhodnocuje informace ze senzorů ABS o otáčkách kol, z řízení o směru jízdy, předpokládám že i z řídící jednotky motoru a další. Vše je propojeno sběrnicí CAN.

Auto původního článku měřením zjistil, že za běžné jízdy rovně je spojka stále částečně stlačena. Úkolem řídící jednotky je měnit tlak dle režimu jízdy, tedy například do zatáčky je nutné snížit tlak, aby nedocházelo kromě zhoršení jízdních vlastností také k mechanického namáhání pohonu, což je důležité především na suchu. Pokud dojde k prokluzu kol, řídící jednotka tlak zvýší, resp. umožní jeho zvýšení axiálními pumpami popisovanými výše.

VTD bývá ve vozech společně se stabilizačním systémem VDC (Vehicle Dynamics Control), se kterým spolupracuje a funkcionalitou se oba systémy vzájemně doplňují. Zatímco VTD dle situace přizpůsobuje svornost mezinápravového diferenciálu, VDC analogicky vyhodnocuje jízdní situaci a přibržďováním kol či omezením výkonu motoru pomáhá například vyrovnat smyk.

Předpokládám, že funkce je podobná ESP, kdy kupříkladu při nedotáčivém smyku v zatáčce je přibržděno vnitřní zadní kolo (vnitřní vůči zatáčce) a omezen výkon motoru a vůz nasměrován, pokud to fyzikální zákony umožňují, správným směrem.

VTD musí spolupracovat jak s VDC, tak s ABS. Pokud má být například přibržděno jedno z kol při výše uvedeném smyku, případně naopak pokud dojde k aktivaci ABS při brždění, musí být snížen tlak v hydraulice spojky VTD, aby nedocházelo ke vzájemné interakci.

Důležité je uvědomit si jednu věc. Funkce vlastní spojky po mechanické stránce je zřejmá, ale důležitou roli zde hraje právě řídící jednotka a inteligence jejího software. Různými nastaveními lze zásadně měnit funkcionalitu systému tak, že se může ve výsledku chovat naprosto jinak, než by bylo možné předpokládat. Elektronika zde tedy neplní jen pomocnou funkci, naopak je nejdůležitější částí systému a řídí jeho chování. Toto je důležité si uvědomit také v obecné souvislosti při hodnocení jiných systémů, kdy zcela shodné systémy se mohou chovat naprosto jinak díky jinak naladěnému software, dá se tím hodně pokazit nebo naopak.

Srovnání

VTD má jednu nevýhodu projevující se při sportovní jízdě. Funguje totiž automaticky bez možnosti ovládání řidičem. Při běžné jízdě to není problém, nepříjemné je to při ostré jízdě, kdy spojka reaguje na prokluz kol a mění svornost diferenciálu, což ale způsobuje nepředvidatelné změny v chování auta. Autor původního článku se pustil do vývoje jednotky, která by dokázala vyřadit z činnosti TCU a nastavit řidičem, stejně jako u DCCD, míru svornosti spojky. Blíže viz původní diskuze ...

Srovnáme-li VTD s klasickým systémem 4x4 s viskózní spojkou, je zřejmé, že jde o vyspělejší (a tudíž i dražší) systém. Zatímco viskózní spojka potřebuje k reakci nějaký čas a rozdíl otáček, VTD reaguje rychleji díky tomu, že v systému je již předtlak a záleží jen na řídící jednotce, jak jej využívá. Druhou a podstatnou výhodou je to, že zatímco viskózní spojka omezuje prokluz jen částečně a nedokáže přenést plný výkon, má tedy jistou hranici kdy se prostě “utrhne”, VTD dokáže zcela uzavřít difereciál a přenositelný výkon je zřejmě daleko vyšší.

Dovolil bych si ještě jedno srovnání. Možná to nezní populárně, ale funkce vlastní lamelové spojky je velice podobná funci spojky Haldex druhé generace. Přesněji dle dostupných informací jsem nenašel žádný podstatný rozdíl. Rozdíl je v úloze spojky.

Vozy se systémem Haldex nemají mezinápravový diferenciál, přední a zadní výstupní hřídel z převodovky jsou napevno spojeny a hydraulická spojka, umístěná zpravidla ve skříni zadního diferenciálu, slouží k připojení či odpojení zadní nápravy. Úkolem spojky je tedy přímý přenos výkonu na zadní nápravu, tedy až 100%, při ztrátě adheze na nápravě přední a rozdílu otáček kol. U vozů vybavených tímto systémem je za běžných podmínek poháněna jen přední náprava.

Lamelová spojka u VTD slouží jen k uzavření diferenciálu, je využita teprve když dojde k prokluzu kol jedné z náprav, k čemuž díky stálému pohonu 4x4 dojde z principu později a jen za jistých podmínek.

Závěr

Na závěr ještě osobní komentář. Velice příjemně mě překvapilo, že narozdíl od starších automatických převodovek jsou automaty s VTD plnohodnotné čtyřkolky, a nejen že plnohodnotné, ale dokonce pokročilejší a vyspělejší. Z omezených dostupných informací o původním systému 4x4 u 4-stupňových automatů vyplývá, že standartně je poháněna jen přední náprava a zadní je připojena dle potřeby prostřednictvím nějaké spojky. Tvrdil jsem vždy, že je to vlastně Haldex, byl jsem a asi opět budu kamenován, majitelé tvrdili, že je to samozřejmě daleko lepší a že to funguje dobře, možná ano, ale bohužel nikdo nevíme přesně jak. V každém případě si myslím, že VTD je perfektní a doufám, že se časem dostane i do manuálních převodovek (prozatím jen STi). A nebo naopak, jedna z vlastností automatů, která mě odrazovala, je pryč.

Tak, splnil jsem co jsem kdysi slíbil. Originální diskuze je zajímavá a kvalitní, ale přesto ani zdaleka ne úplná, spousta podstatných informací chybí. Proto navrhuji, kdokoliv najde v tomto článku chybu, a především má nebo zjistí další podrobnosti, ať dá vědět a společně to dáme dohromady. Zásluhy nikomu upírat nebudu ... ostatně na tomto článku jsem se zasloužil jen překladem a přidáním nějakých poznatků o Haldexu v rámci srovnání, protože se to nabízelo.

Ještě jedna podstatná věc chybí. Originál se odkazuje na nějaký obrázek VDC, ten se mi ale nezobrazil a nepodařilo se mi jej najít, takže tímto vyhlašuji mezinárodní pátrání ...

Tento článek vychází z diskuze na NASIOC:
http://forums.nasioc.com/forums/showthread.php?t=226610

Diskuze o článku Nové téma



Články