Sådan fungerer firehjulstræk

Hummere kører på firehjulstræk. Se billeder af off-roading.

Der er næsten lige så mange forskellige typer af firehjulstrækssystemer, som der er firehjulstrækskøretøjer. Det ser ud til, at hver producent har flere forskellige ordninger til at levere strøm til alle hjulene. Det sprog, der bruges af de forskellige bilproducenter, kan undertiden være lidt forvirrende, så inden vi begynder at forklare, hvordan de fungerer, lad os rydde op i nogle terminologier:

• Firehjulstræk - Normalt når bilproducenter siger, at en bil har det firehjulstræk, de henviser til en deltid system. Af grunde, som vi vil undersøge senere i denne artikel, er disse systemer kun beregnet til brug under forhold med lavt trækkraft, f.eks. Off-road eller på sne eller is.
• Firehjulstræk - Disse systemer kaldes undertiden fuldtids firehjulstræk. Systemer til firehjulstræk er designet til at fungere på alle typer overflader, både på og off-road, og de fleste af dem kan ikke slukkes.

Deltid og fuldtids fire-hjulstrækkesystemer kan evalueres ved hjælp af de samme kriterier. Det bedste system sender nøjagtigt den rigtige mængde drejningsmoment til hvert hjul, hvilket er det maksimale drejningsmoment, der ikke får det dæk til at glide.

I denne artikel skal vi forklare de grundlæggende elementer i firehjulstræk, startende med en vis baggrund om trækkraft, og se på komponenterne, der udgør et firehjulstrekkersystem. Så kigger vi på et par forskellige systemer, inklusive det, der findes på Hummer, fremstillet til GM af AM General.

Vi er nødt til at vide lidt om drejningsmoment, trækkraft og hjulslip før vi kan forstå de forskellige firehjulstrækkesystemer, der findes på biler.

Moment er den drejningskraft, som motoren producerer. Momentet fra motoren er det, der bevæger din bil. De forskellige gear i transmissionen og differentieret multiplicerer drejningsmomentet og deler det op mellem hjulene. Der kan sendes mere drejningsmoment til hjulene i første gear end i femte gear, fordi første gear har et større gearforhold for at multiplicere drejningsmomentet.

Søjlediagrammet nedenfor viser mængden af ​​drejningsmoment, som motoren producerer. Mærket på grafen viser den mængde drejningsmoment, der vil forårsage hjulskridt. Den bil, der giver en god start, overstiger aldrig dette drejningsmoment, så dækkene glider ikke; den bil, der starter med en dårlig start, overstiger dette drejningsmoment, så dækkene glider. Så snart de begynder at glide, falder drejningsmomentet ned til næsten nul.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Det interessante ved drejningsmoment er, at i situationer med lavt trækkraft bestemmes den maksimale mængde drejningsmoment, der kan oprettes, af mængden af ​​trækkraft, ikke af motoren. Selv hvis du har en NASCAR-motor i din bil, hvis dækkene ikke klæber til jorden, er der simpelthen ingen måde at udnytte den kraft.

Af hensyn til denne artikel definerer vi trækkraft som den maksimale mængde kraft, dækket kan anvende mod jorden (eller at jorden kan anvende mod dækket - de er de samme ting). Dette er de faktorer, der påvirker trækkraft:

Vægten på dækket -- Jo mere vægt på et dæk, jo mere trækkraft har det. Vægten kan skifte, når en bil kører. Når en bil for eksempel drejer, skifter vægten til yderhjulene. Når det accelererer, skifter vægten til baghjulene. (Se Sådan fungerer bremser for flere detaljer.)

Friktionskoefficienten -- Denne faktor relaterer mængden af ​​friktionskraft mellem to overflader til kraften, der holder de to overflader sammen. I vores tilfælde angår det mængden af ​​trækkraft mellem dækkene og vejen til den vægt, der hviler på hvert dæk. Friktionskoefficienten er for det meste en funktion af typen af ​​dæk på køretøjet og den type overflade, som køretøjet kører på. For eksempel har et NASCAR-dæk en meget høj friktionskoefficient, når det kører på et tørt, konkret spor. Det er en af ​​grundene til, at NASCAR racerbiler kan hjørne i så høje hastigheder. Friktionskoefficienten for det samme dæk i mudder ville være næsten nul. I modsætning hertil ville kæmpestore, dyre, off-road dæk ikke have en så høj friktionskoefficient på et tørt spor, men i mudderet er deres friktionskoefficient ekstremt høj.

Hjulslip -- Der er to slags kontakt, som dæk kan gøre med vejen: statisk og dynamisk.

• statisk kontakt -- Dækket og vejen (eller jorden) glider ikke i forhold til hinanden. Friktionskoefficienten for statisk kontakt er højere end for dynamisk kontakt, så statisk kontakt giver bedre trækkraft.
• dynamisk kontakt -- Dækket glider i forhold til vejen. Friktionskoefficienten for dynamisk kontakt er lavere, så du har mindre trækkraft.

Hjulslip opstår ganske enkelt, når kraften, der påføres et dæk, overstiger den træk, der er tilgængelig for det dæk. Kraft påføres dækket på to måder:

• på langs -- Langsgående kraft kommer fra drejningsmomentet, der påføres dækket af motoren eller af bremserne. Det har en tendens til enten at fremskynde eller decelerere bilen.
• lateralt -- Sidekraft oprettes, når bilen kører rundt om en kurve. Det tager kraft for at få en bil til at ændre retning - i sidste ende giver dækkene og jorden sidekraft.

Lad os sige, at du har en ret kraftig baghjulstrækket bil, og at du kører rundt på en kurve på en våd vej. Dine dæk har masser af trækkraft til at anvende den sidekraft, der er nødvendig for at holde din bil på vejen, når den går rundt på kurven. Lad os sige, at du gulver gaspedalen midt i svingen (ikke gør dette!) - Din motor sender meget mere drejningsmoment til hjulene og producerer en stor mængde langsgående kraft. Hvis du tilføjer den langsgående kraft (produceret af motoren) og den sidekraft, der oprettes i drejen, og summen overstiger den tilgængelige trækkraft, oprettede du lige hjulskridt.

De fleste mennesker kommer ikke engang tæt på at overskride den tilgængelige trækkraft på tør fortov eller endda på fladt, våd fortov. Firehjulede og firehjulede drevssystemer er mest nyttige i situationer med lavt trækkraft, såsom i sne og på glatte bakker.

Fordelen ved firehjulstræk er let at forstå: Hvis du kører fire hjul i stedet for to, har du potentialet til at fordoble mængden af ​​langsgående kraft (den kraft, der får dig til at gå), som dækkene anvender på jorden.

Dette kan hjælpe i forskellige situationer. For eksempel:

• I sne -- Det kræver en masse kraft at skubbe en bil gennem sneen. Mængden af ​​tilgængelig kraft er begrænset af den tilgængelige trækkraft. De fleste tohjulede drevne biler kan ikke bevæge sig, hvis der er mere end et par centimeter sne på vejen, for i sneen har hvert dæk kun en lille mængde trækkraft. En fire-hjulet-drevet bil kan bruge trækkraft for alle fire dæk.
• Off-road -- Under terrænforhold er det forholdsvis almindeligt, at mindst et sæt dæk befinder sig i en situation med lavt trækkraft, f.eks. Når man krydser en strøm eller mudderpytter. Med firehjulstræk har det andet sæt dæk stadig trækkraft, så de kan trække dig ud.
• Klatre glatte bakker -- Denne opgave kræver en masse trækkraft. En fire-hjulet drevet bil kan bruge trækkraft af alle fire dæk til at trække bilen op ad bakken.

Der er også nogle situationer, hvor firehjulstræk ikke giver nogen fordel i forhold til tohjulstræk. Mest bemærkelsesværdigt hjælper firehjulstrækkesystemer ikke dig med at stoppe på glatte overflader. Det hele er op til bremserne og det anti-lock bremsesystem (ABS).

Lad os nu kigge på de dele, der udgør et fire-hjulstræk-system.

Den mest almindelige type differensial - den åbne differensial

Hoveddelene i ethvert firehjulstrækssystem er de to forskelle (for og bag) og overførselshylster. Derudover har deltidssystemer låsehub, og begge typer systemer kan have avanceret elektronik, der hjælper dem med at udnytte den tilgængelige trækkraft endnu bedre.

Bagtøjer En bil har to forskelle, den ene er placeret mellem de to forhjul og en mellem de to baghjul. De sender drejningsmomentet fra drivakslen eller transmission til drivhjulene. De tillader også, at venstre og højre hjul roterer i forskellige hastigheder, når du går rundt om en sving.

Når du går rundt om en sving, følger de indvendige hjul en anden sti end de udvendige hjul, og forhjulene følger en anden sti end baghjulene, så hvert af hjulene drejer med en anden hastighed. Differentialerne muliggør hastighedsforskellen mellem det indvendige og det ydre hjul. (I firehjulstræk håndteres hastighedsforskellen mellem for- og baghjulet af overføringshylsteret - vi diskuterer det næste.)

Der er flere forskellige slags forskelle, der bruges i biler og lastbiler. De anvendte typer forskelle kan have en betydelig indflydelse på, hvor godt køretøjet udnytter den disponible trækkraft. Se hvordan forskelle fungerer for flere detaljer.

En typisk deltid på firehjulstransportoverførsel: Planetreduktionsreduktion kan aktiveres for at give gearet med lavt omfang.

Overfør sagen

Dette er enheden, der deler kraften mellem for- og bagakslerne på en fire-hjulstrækket bil.

Tilbage til vores hjørnevendende eksempel: Mens forskellene håndterer hastighedsforskellen mellem indvendige og udvendige hjul, indeholder overføringshylsteret i et firehjulstrækkesystem en enhed, der tillader en hastighedsforskel mellem for- og baghjul. Dette kan være en viskos kobling, centerdifferensial eller anden type gear. Disse enheder tillader, at et firehjulstrinssystem fungerer korrekt på enhver overflade.

Det overdragelsessag på et deltids fire-hjulstrækkesystem låser forakselens drivaksel til bagakslens drivaksel, så hjulene tvinges til at dreje med samme hastighed. Dette kræver, at dækkene glider, når bilen går rundt. Deltidssystemer som dette bør kun bruges i situationer med lavt trækkraft, hvor det er relativt let for dækkene at glide. På tør beton er det ikke let for dækkene at glide, så firehjulstrækket skal kobles fra for at undgå ujævn sving og ekstra slid på dækkene og drivhjulet.

Nogle overførselssager, mere almindeligt dem i deltidssystemer, indeholder også et ekstra sæt gear, der giver køretøjet en lav rækkevidde. Dette ekstra gearforhold giver køretøjet ekstra drejningsmoment og en super-langsom udgangshastighed. I første gear i lavt omfang har køretøjet måske en tophastighed på ca. 5 km / h (8 km / t), men der produceres utroligt drejningsmoment ved hjulene. Dette gør det muligt for chauffører langsomt og glat at krybe op ad meget stejle bakker.

Låse nav

Hvert hjul i en bil er fastgjort til et nav. Deltid firehjulstrækkelige lastbiler har normalt låse nav på forhjulene. Når firehjulstræk ikke er i indgreb, bruges låsenavene til at frakoble forhjulene fra forreste differentiale, halvaksler (akslerne, der forbinder differensen til navet) og drivakslen. Dette gør det muligt for differencen, halvakslerne og drivakslen at stoppe at dreje, når bilen er i tohjulstræk, hvilket sparer slid på disse dele og forbedrer brændstoføkonomien.

Manuelle låsningsknapper var tidligere ganske almindelige. For at gå i indgreb med firehjulstrækning måtte føreren faktisk komme ud af trucken og dreje en drejeknap på forhjulene, indtil navene låste. Nyere systemer har automatisk låsehub, der går i indgreb, når føreren skifter til firehjulstræk. Denne type system kan normalt bruges, mens køretøjet bevæger sig.

Uanset om det er manuelt eller automatisk, bruger disse systemer normalt en glidende krave, der låser de forreste halvaksler til navet.

Avanceret elektronik

På mange moderne firehjulede og firehjulede køretøjer spiller avanceret elektronik en nøglerolle. Nogle biler bruger ABS-systemet til selektivt at anvende bremserne på hjul, der begynder at skride - dette kaldes bremsetrækkestyring.

Andre har sofistikerede, elektronisk styrede koblinger, der bedre kan styre drejningsmomentoverførslen mellem hjul. Vi kigger på et sådant avanceret system senere i artiklen.

Lad os først se, hvordan det mest basale deltid-fire-hjulstræk fungerer.

Diagram over grundlæggende system

Den type deltidssystem, der typisk findes på pick-ups med fire drev og ældre SUV'er, fungerer sådan: Køretøjet er normalt baghjulstræk. Transmissionen tilslutter sig direkte til en overførselssag. Derfra drejer den ene drivaksel forakslen, og den anden drejer bagakslen.

Når firehjulet drev er aktiveret, låser overførselshuset den forreste drivaksel til den bageste drivaksel, så hver aksel modtager halvdelen af ​​det drejningsmoment, der kommer fra motoren. På samme tid låses de forreste nav.

For- og bagakslerne har hver en åben forskel. Selvom dette system giver meget bedre trækkraft end et køretøj med to hjul, har det to største ulemper. Vi har allerede drøftet en af ​​dem: Den kan ikke bruges på vej på grund af den låste overførselssak.

Det andet problem kommer fra den anvendte type forskelle: En åben differentiel opdeler drejningsmomentet jævnt mellem hvert af de to hjul, det er forbundet til (se Sådan fungerer forskelle for flere detaljer). Hvis et af disse to hjul kommer fra jorden eller er på en meget glat overflade, falder det påførte drejningsmoment til nul. Da drejningsmomentet er jævnt fordelt, betyder det, at det andet hjul også modtager nulmoment. Så selvom det andet hjul har masser af trækkraft, overføres intet moment til det. Animationen herunder viser, hvordan et system som dette reagerer under forskellige forhold.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Animation af et grundlæggende system, der støder på forskellige kombinationer af terræn. Dette køretøj sidder fast, når to af dets hjul er på isen.

Tidligere sagde vi, at det bedste firehjulstrinssystem sender nøjagtigt den rigtige mængde drejningsmoment til hvert hjul, hvor den rigtige mængde er det maksimale drejningsmoment, der ikke får det dæk til at glide. Dette system vurderes forholdsvis dårligt efter dette kriterium. Det sender til begge hjul mængden af ​​drejningsmoment, der ikke forårsager dækket med mindst trækkraft at glide.

Der er nogle måder at gøre forbedringer på et system som dette. Udskiftning af det åbne differensial med en begrænset glidende bagdifferens er en af ​​de mest almindelige - dette sikrer, at begge baghjul er i stand til at anvende noget drejningsmoment, uanset hvad. En anden mulighed er en låseforskel, der låser baghjulene sammen for at sikre, at hver enkelt har adgang til alt det drejningsmoment, der kommer ind i akslen, selvom et hjul er væk fra jorden - dette forbedrer ydeevnen under terrænforhold.

I det næste afsnit tager vi et kig på, hvad der kan være det ultimative firehjulstrinssystem: det på Hummer.

AM General Hummer militære køretøj kombinerer en række avanceret mekanisk teknologi med sofistikeret elektronik for at skabe det, der uden tvivl er det bedste firehjulstrinssystem, der findes.

Hummeren har et heltidssystem med yderligere funktioner, der kan bruges til forbedret off-road-ydelse. I dette system, ligesom i vores basissystem, er transmissionen koblet til overførselshylsteret. Fra overførselshuset tilsluttes en drivaksel til forakslen og en til bagakslen. Overføringshylsteret på Hummer låser imidlertid ikke automatisk for- og bagakslerne sammen. I stedet indeholder det et sæt åbne differentielle gear, der kan låses af føreren. I åben tilstand (ikke låst) kan for- og bagaksler bevæge sig i forskellige hastigheder, så køretøjet kan køre på tørre veje uden problemer. Når differentieret er låst, har for- og bagaksler hver adgang til motorens drejningsmoment. Hvis forhjulene er i kviksand, får baghjulene alt det drejningsmoment, de kan håndtere.

Diagram over Hummer-systemet, en cool funktion af Hummer, er de gearknapper, den bruger på hvert hjul. Disse hæver hele drivlinjen, hvilket giver Hummer 40 tommer (40,64 cm) jordhøjde, mere end det dobbelte af det, de fleste firehjulstræk har.

For- og bagforskellen er begge Torsen^® differentialer. Disse forskelle har et unikt gear: Så snart det registrerer et fald i drejningsmomentet til det ene hjul (som opstår, når et dæk er ved at glide), overfører gearet drejningsmomentet til det andet hjul. Torsens differentier kan overføre fra to til fire gange drejningsmomentet fra det ene hjul til det andet. Dette er en stor forbedring i forhold til åbne forskelle. Men hvis det ene hjul er væk fra jorden, får det andet hjul stadig intet drejningsmoment.

For at håndtere dette problem er Hummer udstyret med en bremsetrækkestyringssystem. Når et dæk begynder at glide, anvender bremsetrækkestyringen bremserne på det hjul. Dette opnår to ting:

• Det forhindrer, at dækket glider, så det maksimalt kan udnytte dets tilgængelige trækkraft.
• Det giver det andet hjul mulighed for at anvende mere drejningsmoment.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Hummer-systemet støder på forskellige kombinationer af terræn: For at Hummer kan sætte sig fast, skulle alle fire hjul miste trækkraft.

Bremsetrækkestyringssystemet anvender et betydeligt drejningsmoment på det hjul, der ønsker at glide, hvilket giver Torsen-differensen mulighed for at anvende to til fire gange det forøgede drejningsmoment på det andet hjul.

Lad os sætte Hummer på prøve.

Systemet på Hummer er i stand til at sende en stor mængde drejningsmoment til de dæk, der har trækkraft, selvom det betyder at sende det hele til et enkelt dæk. Dette bringer Hummer temmelig tæt på vores definition af et ideelt fire-hjulstrinssystem: et, der forsyner hvert dæk med den maksimale mængde drejningsmoment, den kan håndtere.

For mere information om firehjulstræk og relaterede emner, se linkene på næste side.

relaterede artikler

• Quiz til bilophæng
• Hvordan forskelle fungerer
• Sådan fungerer anti-lock bremser
• Sådan fungerer luftposer
• Sådan fungerer dæk
• Sådan fungerer kraft, magt, drejningsmoment og energi
• Sådan fungerer bilstyring
• Sådan fungerer gaspriser
• Sådan fungerer brændstofmålere
• Sådan fungerer hestekræfter
• Hvad betyder det at kalde en pickup en 'halv ton lastbil'?

Flere gode links

• Introduktion til All Wheel Drive Systems
• 4x4NOW: 4-Wheeling "How-To"
• Smart bilist: Firehjulstræk, Firehjulstræk, trækkontrol
• Spørg Yahoo !: Hvad er forskellen mellem "firehjulstræk" og "firehjulstræk"?
• The Car Guy: Fire-Wheel, Front-Wheel, All-Wheel Drive - Huh?