Aktivní jízdní dynamika: Jak zařídit, aby auto lépe zatáčelo?
Otevřený, zpravidla kuželový diferenciál, umožňuje vozidlu při jízdě v zatáčce rychlejší otáčení vnějšího kola oproti vnitřnímu. Odvaluje se totiž po delší dráze. Pokud by tomu tak nebylo, auto by se chovalo extrémně nedotáčivě. To poznal každý, kdo někdy u starého offroadu uzavřel diferenciál a zkusil si na povrchu s dobrou adhezí zatáčet.
Při jízdě v zatáčce tak pneumatiky kol zachytávají boční i odstředivou sílu. V praxi se to projevuje tak, že se pneumatika začne odvalovat po poněkud odlišné dráze, než je žádoucí. Ta je dána úhlem takzvané boční směrové úchylky, který je vzhledem k tečně teoretické nebo chcete-li požadované dráhy kruhového tvaru. Vůz tedy nesleduje ideální a řidičem požadovaný směr daný natočením předních kol, ale jede s mírnou odchylkou.
Smyslem aktivního rozdělování hnací síly mezi poháněná kola téže nápravy je zvýšit hnací sílu na vnějším kole v zatáčce na úkor síly na vnitřním kole. Tímto vznikne kolem těžiště vozidla přídavný moment (stáčivý moment), který pomůže kompenzovat výše zmíněnou směrovou úchylku pneumatik. Pneumatiky se tedy mohou odvalovat po vhodnější dráze, takže vozidlo se začne pohybovat více ve směru, určeném natočením řídících kol. Tímto se průjezd zatáčkou stane více neutrální, což je žádoucí.
Cest, jak toho docílit, je více, přičemž rozhoduje samozřejmě cena. Ta se odvíjí od konstrukční složitosti a počtu komponentů. Níže se tedy pokusíme podrobněji popsat ty nejzajímavější a současně vídané v moderních autech.
S pomocí brzd – Nejlevnější a zároveň i nejméně efektivní řešení
Nejlevnějším způsobem, jak vozidlu přidat „stáčivý“ moment k tomu, aby snáze a tedy neutrálněji projelo zatáčku, je použít brzdy. Současné systémy ABS/ESP již umožňují celou řadu doplňkových funkcí, jmenovitě třeba multikolizní brzdu, či systém RBS, který dokáže při zapnutí stíračů předního skla vysoušet brzdy, až po plně samočinné brzdění vozidla na základě informace z radaru, lidaru či kamery s vysokým rozlišením.
Využití brzd k tomu, aby vozidlo lépe projelo zatáčku, lze najít napříč snad všemi výrobci automobilů. Všichni totiž používají stejnou jednotku ABS/ESP, takže proč toho nevyužít? Pokud zůstaneme doma, tak Škoda (stejně jako vozy koncernu VW) dnes nabízí dvě verze tohoto systému. Jednak starší a méně efektivní XDS a dále modernější a také účinnější XDS Plus. Oba pracují na stejném principu, tedy přibrzďování kol.
Zásadní rozdíl mezi XDS a XDS Plus spočívá ve využití. K tomu, aby řidič pocítil něco z výhod XDS, musí jet s vozidlem poněkud ostřeji a tedy rychleji v zatáčkách. XDS totiž zasahuje pouze při vyšších hodnotách příčného zrychlení. Tedy na vozovce s povrchem s dobrou přilnavostí.
XDS Plus pracuje na úplně stejném principu, ovšem s tím rozdílem, že je účinné při mnohem nižších hodnotách příčného zrychlení. Uplatní se tedy i při normální jízdě a tedy i na silnici s mnohem nižším součinitelem přilnavosti, tedy třeba na mokrém povrchu. XDS Plus tak vylepšuje ovladatelnost vozidla i pokud projíždíte zatáčky nižší rychlostí. Nejnovější systémy XDS Plus, třeba v současné Škodě Fabia, umí přibrzďovat nejen vnitřní přední kolo, ale současně také vnitřní zadní. Tím vozidlu přidá další stáčivý moment.
Systém rozdělování hnací síly mezi kola při průjezdu zatáčkou pracující s brzdami, má samozřejmě své nevýhody. Předně dochází k rychlejšímu opotřebení brzd, neboť auto „brzdí“, i když řidič nešlape na brzdový pedál. Při hodně rychlé jízdě to může vést i k dočasnému mírnému snížení účinnosti brzd, pokud se nadměrně ohřejí.
Druhou nevýhodou je omezený účinek systému. V praxi tedy nižší maximální hodnota přidaného momentu, který vozidlu pomůže zatočit či přesněji řečeno neutrálněji projet zatáčku. XDS (XDS Plus) tak autu sice vylepší ovladatelnost, ovšem pouze do určité míry.
Výhody
Cena, dostupnost, snadná zástavba do vozidla, nevyžaduje žádný další „hardware“
Nevýhody
Omezená účinnost, opotřebení brzd, základní systémy fungují pouze při velkém bočním zrychlení
Příklady použití
VW Group XDS/XDS+, Alfa Romeo eQ2, Ford TVC aj.
Diferenciál s aktivním členem - Účinný, rychlý, ale drahý
Použití brzd k vyvození svorného účinku je sice levné, ale z hlediska účinnosti má své limity. Mnohem lepší cestou je použití dalšího zařízení, využívající jednu či více aktivně ovládaných lamelových spojek. V závislosti na systému mohou být spojky ovládány buď elektromotoricky, elektrohydraulicky, nebo elektromagneticky. Dnes převažuje ovládání elektrohydraulické. Samotná spojka může blokovat konvenční otevřený diferenciál, nebo aktivně připojovat/odpojovat pohon jednoho z kol nápravy, případně připojovat/odpojovat přídavný planetový převod za účelem zvýšení otáček vnějšího kola v zatáčce. Všechny uvedené koncepce se používaly, případně používají.
VW VAQ - S jednou elektrohydraulicky ovládanou lamelovou spojkou
Systém VW VAQ (Vordeachsquesperre) pracuje podobně jako systém XDS (XDS Plus). S tím rozdílem, že svorný účinek není docilován brzdami, ale speciálním zařízením s elektrohydraulickou lamelovou spojkou.
Systém VAQ tedy nepřipojuje ani neodpojuje pohon některého z předních kol. Pouze doplňuje konvenční otevřený kuželový diferenciál. Jeho základem je elektrohydraulicky ovládaná lamelová spojka, v podstatě Haldex. Tlak oleje, potřebného k sevření lamel spojky a tedy vytvoření svorného účinku, je generován elektricky poháněným čerpadlem na základě pokynu z řídicí jednotky, která je součástí VAQ.
Jak to funguje? Při přímé jízdě se převodové ústrojí chová stejně jako každé jiné s otevřeným kuželovým diferenciálem. Změna přichází v zatáčce, kdy citlivá senzorika zjistí prokluz vnitřního kola, k čemuž dochází při přebytku výkonu a jízdě pod plynem. V tu chvíli se roztočí elektrická pumpa, která začne v systému spojky vytvářet tlak hydraulické kapaliny. Ta pod tlakem proudí k pracovnímu pístu, který začne stlačovat lamely a to podle požadavků řídicí jednotky. Stlačením lamel dojde k přenesení části točivého momentu z vnitřního prokluzujícího kola na vnější. O kolik se sníží moment na vnitřním kole, o stejnou hodnotu se zvýší na tom vnějším. Při tom však rozdíl v otáčkách vnějšího a vnitřního kola zůstává takový (tedy stejný), jaký byl před zásahem VAQ. Točivý moment, který může být spojkou VAQ přenášen, se pohybuje v rozsahu od 0 do 100 procent.
Výhody
Na rozdíl od systému založeném na principu přibrzďování kol (XDS) nedochází k opotřebení brzd. Mnohem výraznější a hlavně plně řízený svorný účinek
Nevýhody
Vyžaduje údržbu (každých 60 000 km nový olej, stejně jako Haldex), vyšší cena, zástavbové rozměry.
Příklad použití
VW Golf GTI Performance, Seat Leon Cupra, Škoda Octavia RS 245
GKN Twinster – Spojky místo diferenciálu
Alternativu k systému VAQ představuje řešení britské firmy GKN pojmenované Twinster. To se ovšem na rozdíl od řešení používaném skupinou VW pojí výhradně s pohonem všech kol. Jako první jej ohlásil Range Rover v modelu Evoque, přičemž i firma GKN tento vůz využívala k vývoji tohoto pohonu. K zákazníkům se ovšem Twinster v Evoque dostal o něco později. V reálu jsme si jej mohli dále vyzkoušet v ostrém Focusu RS, přičemž nedávno jej dostala také druhá generace Opelu Insignia s pohonem všech kol.
Základem systému je jednotka pohonu zadní nápravy, takzvaná PTU (Power Transmission Unit), tvořená pouze úhlovým převodem. Od ní vede hnací hřídel pro pohon zadní nápravy, zakončený opět úhlovým převodem. Celý systém si tak vystačí jen s dvojicí lamelových spojek, z nichž jedna dokáže zcela odpojit levé zadní kolo od pohonu, druhá pravé zadní. Současně se jejich stlačováním mění rozdělení hnací síly mezi přední a zadní nápravu. Zadní část systému, tedy ta se spojkami a zadním úhlovým převodem, se nazývá RDU (Rear Drive Unit).
Při jízdě, řekněme v pravotočivé zatáčce, se tak spojka pravého zadního kola téměř rozpojí, naopak levého zcela sevře. Točivý moment je pak rozdělený následovně - levé a pravé přední kolo každé 25 procent, levé zadní přenáší 40 procent, na pravém zůstává 10 procent. Ovšem v extrému je údajně možné přenést na jedno kolo až 100 procent hnací síly. Alespoň takto to uvádí firma GKN. K ovládání spojek v olejové lázni se používá elektrohydrauliku, tedy stejně jako u Haldexu, případně VAQ.
Výhodou GKN Twinster je nepotřebnost centrálního diferenciálu či mezinápravové spojky. Druhou výhodou je fakt, že obě aktivně ovládané spojky vlastně zajišťují dvě funkce - dělí hnací sílu mezi obě poháněné nápravy a současně mezi obě zadní kola.
Systém GKN Twinster v zásadě dále rozvíjí myšlenku málo známého zařízení Twin geromatic nebo také Twin gerotor. Druhý jmenovaný vyvinulo GM ve spolupráci s rakouskou specializovanou firmou Stey-Daimler Puch a následně použilo v pohonu vozidel Pontiac Aztec a Buick Rendezvous. Uspořádání je podobné twinsteru a tedy se také obejde bez mezinápravového a zadní diferenciálu, tudíž si i tady vystačí s dvojicí lamelových spojek. Ovšem na rozdíl od GKN Twinsteru jsou spojky stlačovány výhradně na mechanicko-hydraulickém principu. Systém tak pracuje s rozdílem otáček vstupního výstupního hřídele hnací jednotky zadní nápravy, stejně jako s rozdílem otáček levého a pravého zadního kola.
Výhody
Nepotřebuje centrální diferenciál ani diferenciál zadní nápravy, dokáže zcela odpojit jedno zadní kolo, může až 100 procent hnací síly přenést na jedno zadní kolo, nabídka doplňkových funkcí (například režim podporující driftování).
Nevýhody
Pojí se výhradně s pohonem všech kol, neodzkoušená a poměrně exotická technika, cena, v budoucnu lze očekávat opotřebení spojek z důvodu jejich vyššího zatížení.
Příklad použití
Ford Focus RS Mk3, Range Rover Evoque, Opel Insignia II AWD
Audi Sport Diferencial – Lamelové spojky s přídavným převodem
Alternativou k výše popsaným systémům představuje sportovní diferenciál firmy Audi. Na první pohled vypadá zařízení podobně jako řešení GKN Twinster. To znamená, že i tady jsou použity dvě lamelové spojky. To je ale asi tak jediné, co mají oba systémy společné. Na rozdíl od GKN Twinster pracuje sportovní diferenciál Audi s běžným kuželovým a tedy otevřeným diferenciálem. Druhou odlišností je činnost zmíněných spojek. Kromě nich je totiž na každé straně kuželového diferenciálu navíc planetový převod, skládající se ze dvojice centrálních kol a dvojice korunových kol.
Pokud jede auto rovně, jsou obě lamelové spojky rozpojeny, a tedy točivý moment se na obě zadní kola dělí otevřeným kuželovým diferenciálem. Naproti tomu v zatáčce dojde připojením planetového převodu na straně vnějšího kola k jeho zrychlení, čímž vznikne dodatečný stáčivý moment. A to tak, že se propojí obě korunová kola na straně vnějšího kola, přičemž korunové kolo 2 pohání centrální kolo 2. Tento dodatečný převod se přidává k přímému výstupu hnací síly z kuželového diferenciálu.
Spojky sportovního diferenciálu Audi jsou ovládány podobně jako u GKN Twinster elektrohydraulicky. Velkou výhodou sportovního diferenciálu Audi je fakt, že lamelové spojky tady nepřenášejí plný točivý moment, ale pouze výrazně redukovaný. Díky tomu nedochází k tak velkému zatížení spojek a ty by tudíž neměly mít problém s životností.
Výhody
Nízké zatížení lamelových spojek (předpoklad dlouhé životnosti), vysoká účinnost
Nevýhody
V porovnání s GKN Twinster skokové zvýšení stáčivého momentu (planetový převod je připojený, nebo odpojený), vyžaduje údržbu, cena, zástavbové rozměry.
Příklad použití
Sportovní verze vozů Audi (RS5, RS6), supersport R8
Škoda
Volkswagen
Mercedes-Benz
Ford
BMW
Audi
Opel
Renault
Toyota
Mazda
Seat
Fiat