Полный привод ControlTrac — это торговая марка выбираемой автоматической системы постоянного полного привода, предлагаемой Ford Motor Company . Система полного привода была спроектирована и разработана компанией BorgWarner в рамках подразделения TorqTransfer Systems в середине 1980-х годов. [1] [2] [3] BorgWarner называет систему Torque-On-Demand (TOD). ControlTrac была первой автоматической системой, в которой использовалось программное управление и не было планетарного или конического межосевого дифференциала. [1] Вместо планетарного или конического межосевого дифференциала в системе используется регулируемый центральный многодисковый дифференциал с интеллектуальной блокировкой . [4]
ControlTrac дебютировал 12 января 1995 года в модели 1995 года на среднеразмерном внедорожнике Ford Explorer второго поколения . [1] Версия ControlTrac для тяжелых условий эксплуатации была представлена в 1996 году в качестве модели 1997 года на полноразмерном внедорожнике Ford Expedition первого поколения. [2]
*Не имеет режима Four Low с пониженной передачей для бездорожья.
Ford Explorer 2011 года пятого поколения (U502) заменил автоматический полный привод ControlTrac на автоматический полный привод Intelligent и Terrain Management. [5] [6]
Идея системы полного привода с электронным управлением возникла в компании BorgWarner в 1985 году. [1] Первоначальная конструкция BorgWarner предусматривала использование как электромагнитного многодискового (также называемого многодисковым) пакета сцепления с программным управлением, так и планетарного или конического центра с зубчатой передачей. дифференциал вместе. Первый прототип системы был грубым, а его первоначальный контроллер пакета сцепления представлял собой реостат . [1]
Межосевой дифференциал с зубчатой передачей будет использоваться, чтобы позволить переднему и заднему приводным валам вращаться с разной скоростью вращения, чтобы исключить любое «заедание трансмиссии» или «накручивание крутящего момента» во время использования системы на асфальте . Интеллектуальная многодисковая муфта будет использоваться для постепенной передачи крутящего момента назад-вперед и вперед-назад между передним и задним приводными валами, когда это необходимо, а также будет блокироваться, обеспечивая постоянно заблокированное распределение крутящего момента между передней и задней частью 50:50. [1]
За год контроллер стал больше и сложнее. Электронная версия макета с усилителями датчиков и большими модулями управления занимала всю заднюю часть универсала. Входные данные поступали от датчиков переменного сопротивления, установленных на переднем приводном валу, заднем приводном валу, дроссельной заслонке, тормозах и рулевом управлении. Целью было контролировать срабатывание сцепления путем регулирования тока. [1]
Однако по мере продолжения процесса разработки инженеры BorgWarner обнаружили, что с помощью умного программного обеспечения они могут управлять регулируемой электромагнитной многодисковой муфтой до такой степени, что это позволит переднему и заднему приводным валам вращаться с разной скоростью вращения. самостоятельно, без помощи планетарного или конического межосевого дифференциала. В автоматическом режиме новые алгоритмы программного обеспечения позволяли фрикционным дискам многодискового пакета сцепления и дискам сцепления проскальзывать по мере необходимости, имитируя межосевой дифференциал с планетарной или конической передачей, что делало дифференциал с зубчатой передачей ненужным. Таким образом, от редукторного дифференциала отказались, и поэтому он никогда не включался в окончательную серийную версию системы полного привода. [1]
Мы спросили себя: зачем нам дифференциал? Там было все это железо, весь этот вес, вся эта стоимость. И здесь мы увидели, что можем очень точно управлять пакетом сцепления и без него.
- Рональд А. Шенбах [1]
Команда разработчиков обрела уверенность в своей концепции в 1989 году, когда совершила прорыв в системе управления многодисковым сцеплением. Развитие системы управления с обратной связью упростило ее работу. [1] С его помощью многодисковая муфта вносила меньшие регулировки, но делала это чаще. [1] Микропроцессор будет проверять входные данные датчиков каждые 20 миллисекунд и решать, нужен ли передней оси больший крутящий момент . Используя эту технику, компьютер устройства следил за пробуксовкой ведущего колеса. Если он ощущал разницу всего в половину оборотов между передней и задней осями, он посылал сигнал мощности на многодисковую муфту. Сцепление включилось, перенаправляя крутящий момент на переднюю ось с шагом 10 процентов, пока не уменьшилось проскальзывание ведущего колеса. В результате система могла контролировать скорость разбега ведущего колеса всего за треть оборота колеса. [1]
На ранних этапах разработки компания BorgWarner использовала материал сцепления из спеченной бронзы , который демонстрировал рабочие условия, широко известные как «прерывистое проскальзывание». Проскальзывание вдохновило инженеров заменить его материалом на основе бумаги, установленным поверх металла . В статье был предложен лучший коэффициент трения и решена проблема проскальзывания. Авторство решения принадлежит подразделению компонентов автоматических трансмиссий компании BorgWarner . [1]
Однако жара оказалась постоянной проблемой. Чрезмерное накопление тепла может привести к сгоранию нового материала сцепления. Чтобы решить проблему, инженеры изучили крутящий момент сцепления. Было установлено, что чрезмерное нагревание было вызвано недостаточным крутящим моментом сцепления. Инженеры увеличили мощность системы и оснастили парк испытательных машин, которые отправились в пустыню Анза-Боррего на юге Калифорнии . В общей сложности они совершили 11 поездок, подвергая прототипы воздействию жары, езды по горам и глубокому песку , а интеллектуальные многодисковые сцепления были задействованы для почти непрерывной передачи крутящего момента. Поначалу окружение быстро сожгло хватки. Но по мере того, как инженеры получали знания, сцепления совершенствовались. В конце концов, инженерам удалось усовершенствовать пакеты сцепления настолько, что тестовые автомобили можно было практически уничтожить в условиях жесткого бездорожья, но пакеты сцепления по-прежнему выглядели бы хорошо. [1]
ControlTrac имеет разные режимы движения, а также различное рабочее поведение для этих режимов в зависимости от того, в каком автомобиле он используется. Например, Ford Expedition использовал новую функцию автоматической блокировки в автоматическом режиме. Автоматический режим с автоблокировкой в то время не был доступен в Проводнике. [2]
В основном Explorer не оснащался режимом Two High, за исключением моделей 1995–1996 годов. В модельных годах 1998-х годов Two High не было доступно. Предлагались только режимы «Авто», «Четыре высоких» и «Четыре низких». Режим Two High был уникальным для Expedition, хотя в период с 1999 по 2002 годы его производство было прекращено. Режим Two High был вновь представлен на обновленном Expedition второго поколения (U222) в 2003 модельном году и отличался новой системой полного отключения передней оси с передними блокирующими ступицами с вакуумным управлением , которые отсоединяли переднюю ось, передний дифференциал и передний приводной вал, когда они не используются. необходим для более тихой и экономичной работы на асфальте. [7] Форд заявил, что улучшенный режим Two High может помочь увеличить экономию топлива до полумили на галлон бензина. [7] В режиме Two High крутящий момент передается только на задние ведущие колеса, имитируя задний привод .
Автоматический режим был доступен как на Explorer, так и на Expedition и позволяет при необходимости использовать всепогодный постоянный полный привод на асфальте. В автоматическом режиме крутящий момент двигателя обычно передается на задние ведущие колеса. Ошибочным представлением об этой системе является то, что она постоянно переключается на полный привод и выключается по мере необходимости. Это не так, поскольку при выборе автоматического режима ступицы переднего моста постоянно включены, фиксируя их на передних полуосях, переднем дифференциале и переднем приводном валу . Это означает, что передний приводной вал всегда вращается (поворачивается), когда автомобиль движется на скорости . Компьютерной системе управления необходимо, чтобы передний приводной вал вращался, чтобы она могла контролировать и сравнивать скорость вращения как переднего, так и заднего приводного вала. Если задний приводной вал начинает вращаться быстрее, чем передний, система интерпретирует это (вместе с данными от других датчиков) как потерю тяги. При обнаружении потери тяги крутящий момент передается на передний дифференциал с шагом 10 процентов через центральную многодисковую муфту. При этом интеллектуальное программное обеспечение управления позволяет центральной многодисковой муфте вести себя как межосевой дифференциал, так что не происходит «заедания трансмиссии» и «накрутки крутящего момента».
В начале 2000-х годов ControlTrac была обновлена и представлена в 2002 году с более совершенным программным обеспечением, основанным на искусственном интеллекте системы . [8] Обновленный искусственный интеллект системы полного привода позволил системе прогнозировать потерю тяги до того, как она произойдет, так что крутящий момент может быть передан до того, как он понадобится. [7] [8] Это улучшение означало, что система могла работать больше как другие «всегда включенные» системы постоянного полного привода, поскольку ей больше не приходилось «ждать» потери тяги, чтобы сработать. [8] Еще одним улучшением стала возможность « смещать крутящий момент » вперед-назад в автоматическом режиме. Интеллектуальный многодисковый дифференциал ControlTrac теперь может передавать все 100 процентов крутящего момента двигателя вперед, смещая его на передний дифференциал, если ожидается, прогнозируется или обнаруживается серьезная потеря тяги. [8]
Четыре высоких и четыре низких режима также были представлены как в Explorer, так и в Expedition. Режим Four High дает команду интеллектуальному блокирующемуся многодисковому дифференциалу заблокироваться, обеспечивая постоянно заблокированное распределение крутящего момента 50:50. [4] Передний и задний приводные валы полностью заблокированы, что заставляет их вращаться с одинаковой скоростью независимо от условий тяги. Режим Four Low также дает команду интеллектуальному блокирующемуся многодисковому дифференциалу заблокироваться, однако он дает команду раздаточной коробке BorgWarner выбрать пониженную передачу для бездорожья . [4] Понижающая передача используется для снижения скорости автомобиля до приемлемого минимума и для увеличения (умножения) крутящего момента, поступающего от двигателя. Таким образом, ведущие колеса имеют достаточный крутящий момент для движения автомобиля на низких скоростях. Он также используется для контроля скорости спуска при спуске по крутому склону и для улучшения проходимости автомобиля по бездорожью .
Как режим Four High, так и режим Four Low нельзя использовать на асфальте, поскольку могут возникнуть «заедание трансмиссии» и «накрутка крутящего момента», что приведет к повреждению системы полного привода.
Автоматическая система полного привода ControlTrac может быть соединена с электронной системой стабилизации AdvanceTrac , которая включает в себя электронную систему контроля тяги всех четырех колес . Сочетание этих двух систем является инновационным, поскольку транспортное средство, оборудованное таким образом, может продолжать двигаться вперед, имея тягу только на одном колесе. [7] Электронная система контроля тяги AdvanceTrac для четырех колес использует четырехканальную антиблокировочную тормозную систему (ABS) с четырьмя датчиками автомобиля и запрограммирована с помощью дополнительной противобуксовочной логики для имитации блокировки дифференциала посредством агрессивной « блокировки тормоза ». дифференциалы переднего или заднего ведущего моста . Благодаря тормозу с АБС, блокирующему передний и задний дифференциалы, до 100 процентов крутящего момента может передаваться на любое ведущее колесо, что позволяет автомобилю продолжать движение, даже если два ведущих колеса (одно переднее и одно заднее) полностью оторвались от земли. . [7]
ControlTrac II представлял собой систему полного привода Ford, основанную на вискомуфте . Вискомуфта заменила типичный межосевой дифференциал, используемый в полноприводных автомобилях. Система работала нормально при переднем приводе, но помимо привода передних колес приводится в действие вал, идущий к вискомуфте сзади. Если передние колеса пробуксовывают, вискомуфта постепенно передает крутящий момент на задние колеса. Кроме того, система ControlTrac II обеспечивала механическую блокировку полного привода, хотя система не обеспечивала пониженный диапазон.
ControlTrac II с тех пор был заменен автоматической системой полного привода Intelligent, аналогичной системой, в которой вискомуфта заменена муфтой, управляемой компьютером. Система Intelligent 4WD функционально действует аналогично системе ControlTrac II, при этом привод преимущественно осуществляется на передние колеса, а крутящий момент передается на задние колеса только в зависимости от условий. В системе Intelligent 4WD также отсутствует механическая блокировка ControlTrac II.