stringtranslate.com

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 самого с помощью индивидуально приводимых колес. Этот метод передачи мощности недавно [ когда? ] стал популярным в полноприводных транспортных средствах. [1] Некоторые новые переднеприводные транспортные средства также имеют базовый дифференциал векторизации крутящего момента. По мере совершенствования технологий в автомобильной промышленности все больше транспортных средств оснащаются дифференциалами векторизации крутящего момента. Это позволяет колесам сцепляться с дорогой для лучшего старта и управления.

История

Prelude VTi-R 5-го поколения с ATTS (Австралия, 2011)

В 1996 году Honda и Mitsubishi выпустили спортивные автомобили с системами векторизации крутящего момента. Идея векторизации крутящего момента основана на базовых принципах стандартного дифференциала. Дифференциал векторизации крутящего момента выполняет основные дифференциальные задачи, а также независимо передает крутящий момент между колесами. Эта способность передачи крутящего момента улучшает управляемость и тягу практически в любой ситуации. Дифференциалы векторизации 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. Наиболее распространенное использование векторизации крутящего момента в автомобилях сегодня — в полноприводных автомобилях.

Флагманская модель Honda Prelude пятого поколения 1996 года была оснащена дифференциалом с векторизацией крутящего момента Active Torque Transfer System (ATTS), ведущим передние колеса; на разных рынках она была известна как Type S (Япония), VTi-S (Европа) и Type SH (Северная Америка). [3] По сути, ATTS представляет собой небольшую автоматическую трансмиссию, соединенную с дифференциалом, с электронным блоком управления, приводящим в действие муфты для изменения выходного крутящего момента между каждым ведущим колесом. ATTS эффективно противодействовала естественной тенденции Prelude с передним двигателем и передним приводом к недостаточной поворачиваемости . [3] Позднее Honda разработала систему в свою систему полного привода Super Handling (SH-AWD) к 2004 году, которая улучшила управляемость за счет увеличения крутящего момента на внешних колесах. [4]

Lancer Evolution IV GSR с AYC (Япония, 2014)

Примерно в то же время, в 1996 году, Lancer Evolution IV GSR был оснащен аналогичной системой Active Yaw Control (AYC). [5] AYC была установлена ​​на задних колесах и аналогичным образом работала для противодействия недостаточной поворачиваемости с помощью ряда электронно-управляемых муфт, которые контролируют выходной крутящий момент. [6]

Термин «Векторизация крутящего момента» впервые был использован компанией Ricardo в 2006 году в отношении их технологий трансмиссии. [7]

Функциональное описание

Идея и реализация векторизации крутящего момента сложны. Основная цель векторизации крутящего момента — независимо изменять крутящий момент на каждом колесе. Дифференциалы обычно состоят только из механических компонентов. Дифференциал с векторизацией крутящего момента требует электронной системы мониторинга 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 с передним или задним приводом менее сложен, чем дифференциал с полным приводом. Влияние распределения крутящего момента заключается в создании момента рыскания, возникающего из-за продольных сил и изменений в боковом сопротивлении, создаваемом каждой шиной. Приложение большей продольной силы снижает боковое сопротивление, которое может быть создано. Конкретные условия вождения диктуют, каким должен быть компромисс для гашения или возбуждения ускорения рыскания. Функция не зависит от технологии и может быть достигнута с помощью устройств трансмиссии для обычного силового агрегата или с помощью электрических источников крутящего момента. Затем следует практический элемент интеграции с функциями устойчивости тормозов как для удовольствия, так и для безопасности.

Передний/задний привод

Дифференциалы с векторизацией крутящего момента на передне- или заднеприводных автомобилях менее сложны, но при этом обладают многими из тех же преимуществ, что и дифференциалы с полным приводом. Дифференциал изменяет крутящий момент только между двумя колесами. Электронная система мониторинга контролирует только два колеса, что делает его менее сложным. Дифференциал с передним приводом должен учитывать несколько факторов. Он должен контролировать угол поворота и поворота колес. Поскольку эти факторы изменяются во время движения, на колеса действуют разные силы. Дифференциал отслеживает эти силы и соответствующим образом регулирует крутящий момент. Многие дифференциалы с передним приводом могут увеличивать или уменьшать крутящий момент, передаваемый на определенное колесо. [8] Эта способность улучшает способность автомобиля поддерживать тягу в плохих погодных условиях. Когда одно колесо начинает пробуксовывать, дифференциал может уменьшить крутящий момент на этом колесе, эффективно притормаживая колесо. Дифференциал также увеличивает крутящий момент на противоположном колесе, помогая сбалансировать выходную мощность и поддерживать устойчивость автомобиля. Дифференциал с векторизацией крутящего момента на заднем приводе работает аналогично дифференциалу с передним приводом.

Полный привод

Большинство дифференциалов с векторизацией крутящего момента установлены на полноприводных автомобилях. Базовый дифференциал с векторизацией крутящего момента изменяет крутящий момент между передними и задними колесами. Это означает, что при нормальных условиях вождения передние колеса получают установленный процент крутящего момента двигателя, а задние колеса получают остальную часть. При необходимости дифференциал может передавать больше крутящего момента 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 изменяет распределение на 50/50. Это новое распределение распределяет крутящий момент более равномерно между всеми четырьмя колесами. Более равномерное распределение крутящего момента увеличивает тягу автомобиля. [9]

Существуют также более продвинутые 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 доступный крутящий момент в соответствии с текущими условиями.

Электромобили

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, что может быть сделано в масштабе миллисекунд. [10] В случае электромобилей с тремя или четырьмя двигателями может быть применена еще более точная векторизация крутящего момента с помощью электроники, с управлением крутящим моментом на каждое колесо в миллисекундах в случае с четырьмя двигателями, [11] и двумя колесами с управлением на каждое колесо плюс одним с управлением на каждую ось в случае с тремя двигателями.

Векторизация крутящего момента может быть еще более эффективной, если она приводится в действие посредством двух электродвигательных приводов, расположенных на одной оси, поскольку эта конфигурация может использоваться для формирования характеристики недостаточной поворачиваемости транспортного средства и улучшения переходного отклика транспортного средства, [12] [13] Трехмоторная модель Tesla Cybertruck (запланирована на 2022 год) имеет одну ось с двумя двигателями, в то время как Rivian R1T (в производстве с 2021 года) имеет два двигателя на каждой оси, спереди и сзади. [11]

Специальный блок трансмиссии был использован в экспериментальном автомобиле MUTE 2014 года Мюнхенского технического университета , где больший двигатель обеспечивает движущую силу, а меньший — функциональность векторизации крутящего момента. Подробная система управления векторизацией крутящего момента описана в докторской диссертации доктора технических наук Михаэля Графа. [14]

В случае электромобилей с четырьмя электродвигателями тот же общий крутящий момент колес и момент рыскания могут быть получены с помощью почти бесконечного числа распределений крутящего момента колес. Энергоэффективность может использоваться в качестве критерия распределения крутящего момента по колесам. [15] [16] Этот подход используется в малотоннажном грузовике Rivian R1T , представленном в 2021 году. [11]

Рельсовые транспортные средства

Ведутся исследования по использованию векторизации крутящего момента для активного управления колесными парами на рельсах. Заявленные преимущества включают резкое снижение износа как рельсов, так и колес, а также возможность упростить или даже устранить механически сложную, тяжелую и громоздкую тележку .

Компания Stored Energy Technology Limited построила и успешно продемонстрировала свою систему векторизации крутящего момента Actiwheel, в которой используется двигатель ступицы колеса собственной разработки. [17]

Немецкий аэрокосмический центр представил на выставке Innotrans 2022 полномасштабный макет ходовой части с вектором крутящего момента, предназначенной для поезда следующего поколения. [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Айресон, Нельсон (28 декабря 2010 г.). «Ford Focus 2012 года выпуска получит систему векторизации крутящего момента, мы не в восторге». MotorAuthority.com . Получено 2 ноября 2012 г.
  2. ^ "Векторизация крутящего момента и активный дифференциал". Torque-vectoring.belisso.com . 2009-11-22 . Получено 2012-03-12 .
  3. ^ ab Назаров, Димитар (2016). "Что такое ATTS". CarThrottle . Получено 1 августа 2022 г. .
  4. ^ Кунии, Рикия; Ивадзаки, Акихиро; Ацуми, Ёсихиро; Мори, Ацуши (октябрь 2004 г.). «Разработка системы SH-AWD (Super Handling-All Wheel Drive)». Технический обзор . 16 (2). НИОКР Хонды.
  5. ^ Савасэ, Каору; Сано, Ёсиаки (апрель 1999 г.). «Применение активного управления рысканием к динамике транспортного средства путем использования движущей/тормозной силы». Обзор JSAE . 20 (2): 289–295. doi :10.1016/S0389-4304(98)00070-8.
  6. ^ "Active Yaw Control". Лаборатория автомобильной электроники Университета Клемсона . Получено 7 марта 2023 г.
  7. ^ Уилс, Дж.; Дин, М.; Друри, С.; Гриффит, Г.; Харман, П.; Паркинсон, Р.; Шеперд, С.; Тернер, А. (2006). Проектирование и моделирование задней оси с векторизацией крутящего момента . Всемирный конгресс и выставка. Общество инженеров-автомобилестроителей. doi :10.4271/2006-01-0818. ISSN  0148-7191.
  8. ^ "Векторизация крутящего момента" (PDF) . VehicleDynamicsInternational.com .
  9. ^ "Torque Vectoring: гиперинтеллектуальное, топливосберегающее будущее полного привода". Popular Mechanics . 2009-10-01 . Получено 2012-03-12 .
  10. ^ Дэвис, Алекс (10.10.2014). «Модель D — самый мощный автомобиль Tesla, плюс автопилот». Wired.com . Получено 11.10.2014 . Маск сказал, что дополнительная эффективность достигается благодаря электронной системе, которая переключает мощность между передними и задними двигателями с одной миллисекунды на другую, поэтому каждый из них всегда работает в своей наиболее эффективной точке.
  11. ^ abc Молоуни, Том (28 сентября 2021 г.). "Обзор первого хода Rivian R1T 2022 года: доминирование на электрическом бездорожье". InsideEVs . Получено 5 октября 2021 г. .
  12. ^ De Novellis, L.; Sorniotti, A.; Gruber, P.; Orus, J.; Rodríguez, JM; Theunissen, J.; De Smet, J. (2015). «Прямое управление моментом рыскания, приводимое в действие посредством электрических трансмиссий и фрикционных тормозов: теоретическое проектирование и экспериментальная оценка». Мехатроника . 26 : 1–15. doi : 10.1016/j.mechatronics.2014.12.003 .
  13. ^ Goggia, Tommaso; Sorniotti, Aldo; De Novellis, Leonardo; Ferrara, Antonella; Gruber, Patrick; Theunissen, Johan; Steenbeke, Dirk; Knauder, Bernhard; Zehetner, Josef (май 2015 г.). «Интегральный скользящий режим для управления векторизацией крутящего момента полностью электрических транспортных средств: теоретическое проектирование и экспериментальная оценка». IEEE Transactions on Vehicular Technology . 64 (5): 1701–1715. doi : 10.1109/TVT.2014.2339401 . S2CID  32516116.
  14. ^ Граф М., «Метод zur Erstellung und Absicherung einer modellbasierten Sollvorgabe für Fahrdynamikregelsysteme», Мюнхенский технический университет, 2014.
  15. ^ Де Новеллис, Леонардо; Сорниотти, Альдо; Грубер, Патрик (май 2014 г.). «Критерии распределения крутящего момента на колесах для электромобилей с дифференциалами векторизации крутящего момента». Труды IEEE по автомобильным технологиям . 63 (4): 1593–1602. doi : 10.1109/TVT.2013.2289371 . S2CID  2982503.
  16. ^ Чэнь, Янь; Ван, Цзюньминь (сентябрь 2012 г.). «Быстрое и глобальное оптимальное распределение энергоэффективного управления с применением к наземным электрическим транспортным средствам с избыточным приводом». Труды IEEE по технологиям систем управления . 20 (5): 1202–1211. doi :10.1109/TCST.2011.2161989. S2CID  8730039.
  17. ^ Actiwheel, революционная технология тяги SET Limited
  18. ^ Высокотехнологичная ходовая часть для поезда будущего DLR Portal