ΔΙΑΦΟΡΙΚΟ (ΜΠΛΟΚΕ)!!

[Vasilis]

3 Η ενεργός μετάδοση

Αρχικά ο δυναμικός έλεγχος του βαθμού εμπλοκής των αξόνων, δηλαδή ο έλεγχος της μεταδιδόμενης ροπής, χρησιμοποιήθηκε για τη βελτίωση μόνο της ελκτικής πρόσφυσης, όπως ακριβώς είχε γίνει με το «παθητικό» ABS/TCS, το οποίο αποφάσιζε για το κλείσιμο του γκαζιού, ή και το φρενάρισμα του τροχού που σπίναρε.

Στην πραγματικότητα όμως, το ενδιαφέρον σημείο των μηχανισμών αυτών δεν βρίσκεται στην απλή εμπλοκή των δύο ημιαξονίων, αλλά στη δυνατότητά τους για παρεμβολή μιας, ή μάλλον δύο γραναζωτών σχέσεων, που διαφοροποιούν βαθμιαία την ποσόστωση του διαμοιρασμού της ροπής, κατά βούληση της ηλεκτρονικής μονάδας.



Όταν ένα τέτοιο σύστημα θέλει να διορθώσει το φαινόμενο της υποστροφής σε ένα δικίνητο όχημα, θα φροντίσει να μεταδώσει ένα επιπλέον ποσό ροπής στον εξωτερικό τροχό (πιθανότατα σε συνδυασμό με το κλείσιμο του γκαζιού, ενέργεια η οποία θα του δώσει τη δυνατότητα να στρίψει περισσότερο, μαζί με κάποια επιβράδυνση, έτσι ώστε να μειωθεί η πιθανότητα εξόδου από τη στροφή πριν ολοκληρωθεί η διόρθωση της πορείας).

Στα συστήματα της ενεργού μετάδοσης η κάθε διορθωτική ενέργεια γίνεται μέσω της μεταβολής του κατανεμημένου, σε κάθε τροχό, ποσού ροπής, δηλαδή «ενεργού» ροπής, που προέρχεται από τον ίδιο τον κινητήρα και όχι «παθητικά» από κάποιο δισκόφρενο.

Άλλωστε, η υπολογισμένη κατανομή ροπής σε κάθε τροχό χωριστά φαίνεται να διορθώνει τα λάθη ακριβώς τη στιγμή της γέννησής τους, αφήνοντας στον οδηγό μια αρκετά «φυσική» αίσθηση, σε αντίθεση με τη διορθωτική ενεργοποίηση του δισκόφρενου που συχνά μοιάζει σαν τη φοβισμένη θεία στο πίσω κάθισμα.

Στην περίπτωση ενός τετρακίνητου με σύστημα ενεργού μετάδοσης, πολλές διορθωτικές κινήσεις μπορούν να γίνουν με τη διαφοροποίηση της μεταδιδόμενης ροπής ανάμεσα στον μπροστινό και τον πίσω άξονα. Μεταδίδοντας ένα μεγαλύτερο ποσοστό ροπής μπροστά, το αυτοκίνητο θα τείνει να μαζέψει την ουρά του προς το εσωτερικό της στροφής, μειώνοντας την υπερστροφή, ενώ αν οι πίσω τροχοί γίνουν «δυνατότεροι», θα μαζεύεται πιο εύκολα η μούρη του αυτοκινήτου.

4 Το βασικό σχέδιο
Στο σχήμα 2 φαίνεται η βασική διάταξη ενός μηχανισμού ενεργού μετάδοσης με ενσωματωμένο ένα μίνι κιβώτιο δύο ταχυτήτων στον πίσω άξονα και ένα στην ένωση των αξόνων μπροστινής και πίσω κίνησης. Αυτό που βλέπετε βέβαια, δεν είναι παρά ένα υπεραπλουστευμένο σχέδιο, το οποίο «επινοήσαμε» για την παρουσίαση μόνο της αρχής λειτουργίας αυτών των συστημάτων.

Στην πράξη, τα πράγματα είναι πολύ πιο σύνθετα. Σκεφτείτε ότι, κανονικά, στο μίνι διτάχυτο κιβώτιο, οι πολύδισκοι συμπλέκτες με τα πιεστικά τους και ολόκληρο το διαφορικό τού πίσω άξονα είναι διατεταγμένα με τέτοιο τρόπο, που να μην πιάνουν πολύ περισσότερο χώρο απΆ ό,τι ένα συμβατικό διαφορικό.

ΓιΆ αυτό, σπάνια χρησιμοποιούνται διαφορικά με κωνικά γρανάζια (όπως στο σχέδιο) και το μίνι κιβώτιο αποτελείται συνήθως από γραναζωτούς επικυκλικούς πολλαπλασιαστές, που συνωστίζονται σε ελάχιστο χώρο και λειτουργούν με ανοχές ωρολογοποιίας.

5 Η εξέλιξη της «σκέψης»



Ένα από τα στοιχήματα (ίσως το πιο σημαντικό) των δημιουργών του λογισμικού των συστημάτων ενεργού μετάδοσης, όπως το περιγράψαμε, είναι ο καθορισμός του βαθμού παρέμβασής τους στη φυσική λειτουργία του αυτοκινήτου. «Εφόσον μπορούμε να μεταβάλλουμε την ποσόστωση της διαμοιραζόμενης ροπής όπως επιθυμούμε, δεν μένει παρά να διευκρινίσουμε πόσο ακριβώς επιθυμούμε».

Γιατί, μπορεί μεν, αρχικά, το βαθμιαίο γεφυρωτικό μπλοκάρισμα του διαφορικού να χρησιμοποιούνταν για να φρενάρει τον τροχό με την ελάχιστη πρόσφυση, αλλά μόλις εφοδιάστηκε με το ενεργητικό σύστημα μεταβολής της ποσόστωσης διαμοιρασμού (δηλ. τα μίνι κιβώτια), άρχισαν να δοκιμάζονται κι άλλες εφαρμογές. Άρχισε, δηλαδή, να προγραμματίζεται έτσι ώστε να δίνει περισσότερη ροπή στους τροχούς που κρατούσαν καλύτερα. Και στις νορμάλ οδηγικές συνθήκες οι τροχοί που κρατάνε καλύτερα είναι οι τροχοί που μεταφέρουν το μεγαλύτερο βάρος.

Έτσι, όσον αφορά την κατανομή δεξιά αριστερά, η ροπή κατανέμεται περισσότερο προς τους εξωτερικούς τροχούς, δηλαδή τους πιο πιεσμένους (λόγω φυγόκεντρων δυνάμεων… – θα τα πούμε άλλη φορά αυτά).
Σε ένα τετρακίνητο η ροπή προγραμματίζεται να κατανεμηθεί έτσι που να ταιριάζει ακριβώς με το φορτίο που έχει να κουβαλήσει ο καθένας από τους τέσσερις τροχούς, με τέτοιο τρόπο ώστε να μη σπινάρει. Όλα αυτά βέβαια δεν αφορούν παρά μόνο τα ζητήματα της ελκτικής πρόσφυσης.

Όπως, όμως, και στο παθητικό TCS, έτσι κι εδώ, από ένα εξελικτικό στάδιο και πέρα, παρατηρήθηκε ότι, ο ελεγχόμενος διαμοιρασμός της ροπής μπορεί να επηρεάσει και τη δυνατότητα του αυτοκινήτου για να γίνει πιο «υπάκουο» στις εντολές του οδηγού του. Να επηρεάσει δηλαδή την κατευθυντικότητά του.

[Vasilis]

6 Η θεωρία της στροφής

Υπάρχουν τρεις τρόποι δημιουργίας του ζεύγους δυνάμεων που χρειάζεται το κάθε αυτοκίνητο για να στρίψει. α) Με το τιμόνι. Δηλαδή με αλλαγή της διεύθυνσης των κατευθυντήριων (μπροστινών) τροχών, οι οποίοι καλούνται να «δείξουν» την εφαπτομένη τής κάθε φορά επιθυμητής καμπύλης που πρέπει να διαγράψει το όχημα.

β) Με το φρενάρισμα των τροχών που βρίσκονται στο εσωτερικό της επιθυμητής στροφής. Στην περίπτωση αυτή ένα μέρος της κινητικής ενέργειας ολόκληρου του αυτοκινήτου θα δαπανηθεί για την περιστροφή περί τον κατακόρυφο άξονα και όχι για την επιτάχυνσή του.

γ) Με εξαναγκασμό σε επιτάχυνση των εξωτερικών τροχών, οι οποίοι θα δημιουργήσουν ένα ενεργητικό ζεύγος εκτροπής, δηλαδή μια έκκεντρη ώθηση, έτσι ώστε να ελαφρώσει το «χρέος» των μπροστινών τροχών, επιτρέποντας παράλληλα τη συνέχιση της επιτάχυνσης χωρίς να κουράζονται και τα φρένα, που ίσως τα χρειαστούμε αργότερα.

Στην πραγματικότητα οι τρόποι β) και γ) εκτελούνται τις περισσότερες φορές με ταυτόχρονο στρίψιμο και του τιμονιού, εφόσον βέβαια μιλάμε για νορμάλ χειρισμούς και όχι για δεξιοτεχνικές απόπειρες επικοινωνίας με το μεταφυσικό.

Το στρίψιμο του αυτοκινήτου, δηλαδή η μεταβολή της γωνίας του προσανατολισμού του, μετριέται σε μοίρες, αλλά αυτό δεν αρκεί. Μια βασικότατη λειτουργική παράμετρος της κάθε μεταβολής της γωνίας προσανατολισμού είναι ο ρυθμός της μεταβολής αυτής, στη μονάδα του χρόνου. Δηλαδή η μέτρηση του πόσο γρήγορα μπορεί να γίνει η μεταβολή αυτή.

Επειδή κάθε τρισδιάστατο όχημα διαθέτει μάζα και, ως εκ τούτου, τείνει να προβάλλει αδρανειακές αντιστάσεις στην κάθε αλλαγή της κινητικής του κατάστασης, έτσι και το κάθε αυτοκίνητο, ανάλογα με την κατανομή των βαρών του, απαιτεί διαφορετικά μεγέθη στις δυνάμεις που θα τείνουν να το περιστρέψουν γύρω από τον κατακόρυφο άξονα. ΓιΆ αυτό υπάρχουν αυτοκίνητα που από κατασκευής τους είναι πιο ευσταθή και άλλα που είναι πιο ευέλικτα. (ΣΆ αυτό, βέβαια, παίζουν σημαντικό ρόλο κι άλλες σχεδιαστικές παράμετροι, όπως η γεωμετρία του τιμονιού και των αναρτήσεων, αλλά γιΆ αυτά θα μιλήσουμε παρακάτω).

7 Ευστάθεια και ευελιξία



Η ευστάθεια και η ευελιξία είναι έννοιες αντίθετες μεταξύ τους. Είναι βολικό και ξεκούραστο να οδηγείς ένα ευσταθές όχημα σε ανοιχτό δρόμο, αλλά τι γίνεται όταν χρειαστεί ένας ξαφνικός και γρήγορος ελιγμός αποφυγής εμποδίου; Πόσο αποτελεσματικά λέτε ότι θα αντιδρούσε ένα αμερικάνικο αυτοκίνητο του Ά70, που σχεδιάστηκε για να ταξιδεύει ανέμελα στα ηλιόλουστα highways του Τέξας; Όταν οι μπροστινοί τροχοί ενός αυτοκινήτου στρίψουν, δημιουργούνται δυνάμεις τριβής με το οδόστρωμα.

Αυτές οι δυνάμεις τριβής χρησιμοποιούνται για να νικήσουν την αδρανειακή αντίσταση και να μεταβάλουν τον προσανατολισμό του αυτοκινήτου. Αν η αδρανειακή αντίσταση είναι μεγαλύτερη, η πρόσφυση θα κινδυνέψει να χαθεί και το αυτοκίνητο, πιθανότατα, δεν θα μπορέσει να μεταβάλει την κατεύθυνσή του στον δεδομένο χρόνο.

Σε μια τέτοια περίπτωση, αυτός που οδηγεί το ευσταθές «ταξιδιάρικο» αυτοκίνητο, μπορεί να σκεφτεί ότι θα προτιμούσε να ήταν λίγο πιο ευέλικτο. Το αντίθετο συμβαίνει με ένα ελαφρύ και ευέλικτο αυτοκίνητο, το οποίο θα συμπεριφέρεται ατίθασα και νευρικά επειδή θα τείνει να υπερβάλλει στις γωνίες και το ρυθμό μεταβολής των αλλαγών του προσανατολισμού του.

Τα συστήματα της ενεργού μετάδοσης έρχονται να γεφυρώσουν ακριβώς αυτό το «χάσμα», ανάμεσα στην επιθυμητή και ξεκούραστη ευστάθεια και στη σπορτίβικη ευελιξία, η οποία όμως είναι συχνά απαραίτητη για λόγους ασφαλούς οδηγησιμότητας.

8 Το υπάκουο αυτοκίνητο



Η μονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου των συστημάτων της ενεργού μετάδοσης βασίζει τη λειτουργία της στην επεξεργασία μιας σειράς δεδομένων, τα οποία την πληροφορούν για δύο πράγματα. Πρώτον, γιΆ αυτά που ο οδηγός θέλει να γίνουν από το αυτοκίνητο και δεύτερον, γιΆ αυτά που το ίδιο το αυτοκίνητο τείνει να κάνει. Θα μπορούσαμε δηλαδή να πούμε ότι η ενεργός μετάδοση (όπως άλλωστε και ο παθητικός έλεγχος της σταθερότητας) στοχεύει στον περιορισμό της «ανυπακοής» του αυτοκινήτου στα «λόγια» του οδηγού.

Οι αισθητήρες είναι κι εδώ, όπως και στα παθητικά συστήματα, οι ίδιοι.
α) Αισθητήρες βούλησης του οδηγού
Αισθητήρας θέσης του τιμονιού και ρυθμού της κίνησής του και αισθητήρες των πεταλιών του γκαζιού και του φρένου.

β) Αισθητήρες συμπεριφοράς του αυτοκινήτου
Αισθητήρας πλευρικής μετατόπισης, δηλαδή, μέτρησης των πλευρικών g, αισθητήρας ρυθμού μεταβολής της περιστροφής περί τον κατακόρυφο άξονα, μαζί φυσικά με τις πληροφορίες των αισθητήρων του ABS, που δείχνουν τις ακριβείς στροφές του κάθε τροχού χωριστά.

Ένα άλλο κρίσιμο ζήτημα στο σχεδιασμό του λογισμικού ενός τέτοιου συστήματος βρίσκεται στο ότι αυτό που πρέπει να εξακριβωθεί είναι η πρόθεση του οδηγού για το πού ακριβώς θέλει να πάει με το αυτοκίνητο. Δεν αρκεί απλώς να ακολουθεί κάθε μικροδιορθωτική (ή νευρική) κίνηση του τιμονιού, το οποίο μπορεί να δείχνει πότε εδώ και πότε εκεί, όπως συχνά συμβαίνει σε μια κατάσταση οριακής πρόσφυσης.

Σχετικά με το λογισμικό της «ερμηνείας» των προθέσεων του οδηγού, είναι καλό εδώ να αναφέρουμε τη δυνατότητα των «σκεπτόμενων» μονάδων του συστήματος να θεωρούν είτε ότι το όχημα κινείται σε ευθεία γραμμή, είτε ότι διαγράφει καμπύλη μιας δεδομένης ακτίνας. Έτσι, είναι σε θέση να κάνει κάποια αυτόματη διορθωτική κίνηση όταν το αυτοκίνητο, που μέχρι τώρα κινούνταν στην ευθεία, τείνει να στραφεί λόγω ανωμαλίας στο οδόστρωμα, ενώ τα χέρια του οδηγού κρατούν το τιμόνι σταθερό και ίσιο.

9 Το… δια ταύτα
Τα συστήματα ενεργού μετάδοσης, αφού λάβουν μια ακριβή και έγκυρη πληροφόρηση από τη μεριά των αισθητήρων κίνησης, αλλά και αφού ενημερωθούν θετικά για το τι επιθυμεί ο οδηγός, μπορούν να παρέμβουν διορθωτικά σε κάθε επικίνδυνο φαινόμενο υποστροφής ή υπερστροφής του οχήματος.

Εκτός, βέβαια, αν ο ίδιος ο κ. Οδηγός επιθυμεί να «παίξει» με την πιθανότητα ανυπακοής του αυτοκινήτου του, οπότε καλύτερα θα ήταν να απενεργοποιήσει το σύστημα αμέσως. (Θέλω να πιστεύω ότι οι λέξεις υπερστροφή και υποστροφή δεν σας είναι άγνωστες. Αν κάνω λάθος, ειδοποιήστε με).

Σε ένα σύστημα ενεργού μετάδοσης, με έλεγχο και στα τρία διαφορικά της τετρακίνησης, μπορεί μια αύξηση στο ποσοστό ροπής των εξωτερικών τροχών (προκειμένου να διατηρηθεί η βέλτιστη ελκτική πρόσφυση, σε στροφή), να γίνεται παράλληλα με τη ρύθμιση του μπρος πίσω διαμοιρασμού (που γίνεται για διευκόλυνση των χειρισμών του τιμονέματος). Όλα αυτά είναι τέλεια! Το μόνο πράγμα που μένει για να συζητήσουμε, είναι το κατά πόσον είναι απαραίτητη μια τόσο σύνθετη και πολύπλοκη εφαρμογή σε απλά, καθημερινά αυτοκίνητα.
Στην περίπτωση βέβαια των σπορ αυτοκινήτων… ούτε λόγος.



Πηγη: Drive