Векторизация крутящего момента
Векторизация крутящего момента — это технология, используемая в автомобильных дифференциалах , которая позволяет изменять крутящий момент на каждой полуоси с помощью электронной системы; или в железнодорожных транспортных средствах, которые достигают того же, используя колеса с индивидуальным приводом. Этот метод передачи энергии недавно [ когда? ] стали популярны в полноприводных автомобилях. [1] Некоторые новые переднеприводные автомобили также имеют базовый дифференциал векторизации крутящего момента. По мере совершенствования технологий в автомобильной промышленности все больше автомобилей оснащаются дифференциалами с векторизацией крутящего момента. Это позволяет колесам лучше сцепляться с дорогой, обеспечивая лучший старт и управляемость.
История
[ редактировать ]
В 1996 году Honda и Mitsubishi выпустили спортивные автомобили с системами векторизации крутящего момента. Идея векторизации крутящего момента основана на основных принципах стандартного дифференциала. Дифференциал с векторизацией крутящего момента выполняет основные задачи дифференциала, а также независимо передает крутящий момент между колесами. Эта способность передавать крутящий момент улучшает управляемость и тягу практически в любой ситуации. Дифференциалы с векторизацией крутящего момента изначально использовались в гонках. Раллийные автомобили Mitsubishi были одними из первых, кто использовал эту технологию. [2] Технология медленно развивалась и в настоящее время внедряется в небольшое количество серийных автомобилей. Сегодня векторизация крутящего момента наиболее распространена в автомобилях с полным приводом.
Флагманская Honda Prelude пятого поколения 1996 года была оснащена дифференциалом с векторизацией крутящего момента системы активной передачи крутящего момента (ATTS), приводящим в движение передние колеса; на разных рынках он был известен как Type S (Япония), VTi-S (Европа) и Type SH (Северная Америка). [3] По сути, ATTS представляет собой небольшую автоматическую коробку передач, соединенную с дифференциалом, с электронным блоком управления, приводящим в действие сцепления для изменения выходного крутящего момента между каждым ведущим колесом. ATTS эффективно противодействовала естественной склонности с передним расположением двигателя и передним приводом Prelude к недостаточной поворачиваемости . [3] Super Handling Позже к 2004 году Honda разработала эту систему в свою систему полного привода (SH-AWD), которая улучшила управляемость за счет увеличения крутящего момента на внешних колесах. [4]
Примерно в то же время, в 1996 году, Lancer Evolution IV GSR был оснащен аналогичной системой Active Yaw Control (AYC). [5] AYC был установлен на задние колеса и аналогичным образом противодействует недостаточной поворачиваемости с помощью ряда муфт с электронным управлением, которые контролируют выходной крутящий момент. [6]
Фраза «Векторизация крутящего момента» впервые была использована Рикардо в 2006 году применительно к их технологиям трансмиссии. [7]
Функциональное описание
[ редактировать ]Идея и реализация векторизации крутящего момента сложны. Основная цель векторизации крутящего момента — независимое изменение крутящего момента на каждом колесе. Дифференциалы обычно состоят только из механических компонентов. Дифференциал с векторизацией крутящего момента требует наличия электронной системы контроля в дополнение к стандартным механическим компонентам. Эта электронная система сообщает дифференциалу, когда и как изменять крутящий момент. Из-за количества колес, которые получают мощность, дифференциал переднего или заднего привода менее сложен, чем дифференциал полного привода. Влияние распределения крутящего момента заключается в создании момента рыскания, возникающего из-за продольных сил и изменения бокового сопротивления, создаваемого каждой шиной. Применение большей продольной силы уменьшает боковое сопротивление, которое может возникнуть. Конкретные условия вождения диктуют, каким должен быть компромисс между демпфированием или усилением ускорения рыскания. Эта функция не зависит от технологии и может быть реализована с помощью устройств трансмиссии для обычной трансмиссии или с помощью электрических источников крутящего момента. Затем следует практический элемент интеграции с функциями стабилизации тормозов для удовольствия и безопасности.
Передний/задний привод
[ редактировать ]Дифференциалы с вектором крутящего момента на передне- или заднеприводных автомобилях менее сложны, но обладают многими из тех же преимуществ, что и полноприводные дифференциалы. Дифференциал меняет только крутящий момент между двумя колесами. Электронная система мониторинга контролирует только два колеса, что упрощает задачу. Дифференциал переднего привода должен учитывать несколько факторов. Он должен контролировать поворот и угол поворота колес. Поскольку эти факторы изменяются во время движения, на колеса действуют разные силы. Дифференциал контролирует эти силы и соответствующим образом регулирует крутящий момент. Многие переднеприводные дифференциалы способны увеличивать или уменьшать крутящий момент, передаваемый на определенное колесо. [8] Эта способность улучшает способность автомобиля сохранять тягу в плохих погодных условиях. Когда одно колесо начинает буксовать, дифференциал может уменьшить крутящий момент на этом колесе, эффективно тормозя колесо. Дифференциал также увеличивает крутящий момент на противоположном колесе, помогая сбалансировать выходную мощность и сохранить устойчивость автомобиля. Дифференциал векторизации крутящего момента заднего привода работает аналогично дифференциалу переднего привода.
Полный привод
[ редактировать ]Большинство дифференциалов с векторизацией крутящего момента установлены на полноприводных автомобилях. Базовый дифференциал векторизации крутящего момента меняет крутящий момент между передними и задними колесами. Это означает, что при нормальных условиях движения передние колеса получают заданный процент крутящего момента двигателя, а задние колеса - остальную часть. При необходимости дифференциал может передавать больший крутящий момент между передними и задними колесами для улучшения характеристик автомобиля.
Например, автомобиль может иметь стандартное распределение крутящего момента: 90 % на передние колеса и 10 % на задние. При необходимости дифференциал меняет распределение на 50/50. Новое распределение крутящего момента более равномерно распределяется между всеми четырьмя колесами. Более равномерное распределение крутящего момента увеличивает тягу автомобиля. [9]
Существуют также более совершенные дифференциалы с векторизацией крутящего момента. Эти дифференциалы основаны на базовой передаче крутящего момента между передними и задними колесами. Они добавляют возможность передачи крутящего момента между отдельными колесами. Это обеспечивает еще более эффективный метод улучшения характеристик управляемости. Дифференциал контролирует каждое колесо независимо и распределяет крутящий момент в соответствии с текущими условиями.
Электромобили
[ редактировать ]В электромобилях полный привод обычно реализуется с помощью двух независимых электродвигателей , по одному на каждую ось. В этом случае векторизация крутящего момента между передней и задней осями — это всего лишь вопрос электронного управления распределением мощности между двумя двигателями, которое может осуществляться в миллисекундном масштабе. [10] В случае электромобилей с тремя или четырьмя двигателями еще более точное векторирование крутящего момента может быть реализовано с помощью электроники, с контролем крутящего момента на каждое колесо в миллисекундном интервале в случае с четырьмя двигателями. [11] и два колеса с управлением на каждое колесо плюс одно с управлением на ось в трехмоторном корпусе.
Векторизация крутящего момента может быть еще более эффективной, если она осуществляется через два привода электродвигателей, расположенных на одной оси, поскольку такая конфигурация может использоваться для формирования характеристики недостаточной поворачиваемости автомобиля и улучшения переходных характеристик автомобиля. [12] [13] Rivian R1T Трехмоторная модель Tesla Cybertruck (запланировано на 2022 год) имеет одну ось с двумя двигателями, а ( выпуск в 2021 году) имеет по два двигателя на каждой оси, передней и задней. [11]
Специальный блок трансмиссии использовался в экспериментальном автомобиле MUTE Мюнхенского технического университета 2014 года , где больший двигатель обеспечивает движущую силу, а меньший - для функции векторизации крутящего момента. Подробная система управления векторизацией крутящего момента описана в докторской диссертации доктора технических наук. Михаил Граф. [14]
В случае электромобилей с четырьмя электродвигателями одинаковый общий крутящий момент на колесах и момент рыскания могут быть созданы посредством почти бесконечного числа распределений крутящего момента на колесах. Энергоэффективность можно использовать в качестве критерия распределения крутящего момента между колесами. [15] [16] Такой подход использован в Rivian R1T , представленном в 2021 году. легком грузовике [11]
Железнодорожный транспорт
[ редактировать ]В настоящее время проводятся исследования по использованию векторизации крутящего момента для активного управления колесными парами железных дорог на пути. Заявленные преимущества включают резкое снижение износа гусениц и колес, а также возможность упростить или даже исключить механически сложную, тяжелую и громоздкую тележку .
Компания Stored Energy Technology Limited создала и успешно продемонстрировала свою систему Actiwheel с вектором крутящего момента , в которой используется мотор-ступица собственной разработки. [17]
2022 полномасштабный макет ходовой части с вектором крутящего момента, предназначенной для следующего поколения Немецкий аэрокосмический центр представил на выставке Innotrans поезда . [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Айресон, Нельсон (28 декабря 2010 г.). «Ford Focus 2012 года получит систему векторизации крутящего момента, мы не в восторге» . MotorAuthority.com . Проверено 2 ноября 2012 г.
- ^ «Векторизация крутящего момента и активный дифференциал» . Torque-vectoring.belisso.com . 22 ноября 2009 г. Проверено 12 марта 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Назаров, Димитр (2016). «Что такое АТТС» . АвтомобильДроссельная заслонка . Проверено 1 августа 2022 г.
- ^ Кунии, Рики; Ивадзаки, Акихиро; Ацуми, Ёсихиро; Мори, Ацуши (октябрь 2004 г.). «Разработка системы SH-AWD (Super Handling-All Wheel Drive)» . Технический обзор . 16 (2). Хонда НИОКР.
- ^ Савасе, Каору; Сано, Ёсиаки (апрель 1999 г.). «Применение активного контроля рыскания к динамике транспортного средства за счет использования движущей / тормозной силы». Обзор JSAE . 20 (2): 289–295. дои : 10.1016/S0389-4304(98)00070-8 .
- ^ «Активное управление рысканьем» . Лаборатория автомобильной электроники Университета Клемсона . Проверено 7 марта 2023 г.
- ^ Уилс, Дж.; Дин, М.; Друри, С.; Гриффит, Г.; Харман, П.; Паркинсон, Р.; Шеперд, С.; Тернер, А. (2006). Проектирование и моделирование заднего моста Torque Vectoring™ . Всемирный конгресс и выставка. Общество инженеров автомобильной промышленности. дои : 10.4271/2006-01-0818 . ISSN 0148-7191 .
- ^ «Векторизация крутящего момента» (PDF) . VehicleDynamicsInternational.com .
- ^ «Векторизация крутящего момента: гиперумное и экономичное будущее полного привода» . Популярная механика . 01.10.2009 . Проверено 12 марта 2012 г.
- ^ Дэвис, Алекс (10 октября 2014 г.). «Модель D — самый мощный автомобиль Tesla за всю историю, плюс автопилот» . Wired.com . Проверено 11 октября 2014 г.
Маск сказал, что дополнительная эффективность достигается благодаря электронной системе, которая переключает мощность между передним и задним двигателями от одной миллисекунды к другой, поэтому каждый из них всегда работает в наиболее эффективной точке.
- ^ Перейти обратно: а б с Молоуни, Том (28 сентября 2021 г.). «Обзор первого привода Rivian R1T 2022 года: доминирование электрического внедорожника» . ВнутриEVs . Проверено 5 октября 2021 г.
- ^ Де Новеллис, Л.; Сорниотти, А.; Грубер, П.; Орус, Дж.; Родригес, Х.М.; Теуниссен, Дж.; Де Смет, Дж. (2015). «Прямое управление моментом отклонения от курса, приводимое в действие с помощью электрической трансмиссии и фрикционных тормозов: теоретическое проектирование и экспериментальная оценка» . Мехатроника . 26 : 1–15. дои : 10.1016/j.mechatronics.2014.12.003 .
- ^ Годжа, Томмазо; Сорниотти, Альдо; Де Новеллис, Леонардо; Феррара, Антонелла; Грубер, Патрик; Теуниссен, Йохан; Стенбеке, Дирк; Кнаудер, Бернхард; Зехетнер, Йозеф (май 2015 г.). «Интегральный скользящий режим для управления вектором крутящего момента полностью электрических транспортных средств: теоретическое проектирование и экспериментальная оценка» . Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 64 (5): 1701–1715. дои : 10.1109/TVT.2014.2339401 . S2CID 32516116 .
- ^ Граф М., «Метод создания и проверки целевой спецификации на основе модели для систем управления динамикой транспортных средств» , Мюнхенский технический университет, 2014.
- ^ Де Новеллис, Леонардо; Сорниотти, Альдо; Грубер, Патрик (май 2014 г.). «Критерии распределения крутящего момента на колесах для электромобилей с дифференциалами с векторизацией крутящего момента» . Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 63 (4): 1593–1602. дои : 10.1109/TVT.2013.2289371 . S2CID 2982503 .
- ^ Чен, Ян; Ван, Цзюньмин (сентябрь 2012 г.). «Быстрое и глобальное оптимальное энергоэффективное распределение управления с применением к перегруженным наземным электрическим транспортным средствам». Транзакции IEEE по технологии систем управления . 20 (5): 1202–1211. дои : 10.1109/TCST.2011.2161989 . S2CID 8730039 .
- ^ Actiwheel, революционная технология тяги SET Limited.
- ^ Высокотехнологичная ходовая часть поезда будущего DLR Portal.