Фрикционная муфта Haldex

Разделы: 4WD, Муфты

Haldex — бренд фрикционной муфты подключаемого полного привода (on-demand 4WD) шведской компании Haldex Traction; устройство, передающее вращающий момент посредством гидравлически сжимаемого пакета фрикционов. Применяется в разного рода дифференциалах, использовалась во множестве моделей Audi, Volkswagen, Skoda, Seat, Lamborghini (Aventador LP 700-4), Bugatti (Veyron), Volvo, Ford, Land Rover, Saab, GM, Mazda. Отличается высокой скоростью срабатывания (в последних поколениях) и постоянным нахождением в небольшом преднатяге.

Имеет на сегодня пять поколений, сильно различных по конструкции и свойствам. Несмотря на заявленную «необслуживаемость», требует регулярной замены масла и фильтров (обычно через 60000км пробега).

Интересно, что техническая эволюция муфты Haldex очень схожа с эволюцией системы DPS (Honda), что определяется особенностями использованного в обоих продуктах гидравлического решения.


Муфты Haldex разных поколений

Первое поколение Haldex (1998-)

Раскрыть...

Принцип действия

Раскрыть...

Муфта Haldex первого поколения построена на гидравлически сжимаемом мокром пакете фрикционов. Механический насос, питающий гидравлику, приводится разницей в скоростях вращения ведущего и ведомого валов. Таким образом, Haldex первого поколения включается в работу только при довольно существенном проскальзывании (не менее четверти оборота колеса).

Гидравлический насос Haldex первого поколения

Обратите внимание на волнообразную рабочую поверхность гидравлического насоса:

Гидравлический насос Haldex первого поколения

Кулачковые шайбы гидравлического насоса, обкатываясь по волнообразной рабочей поверхности, толкают поршни насосов, которые накачивают масло в исполнительный цилиндр, который, в свою очередь, сжимает пакет фрикционов.

Тонкая регулировка степени сжатия фрикционов производится путем стравливания давления электроникой в ситуациях, когда:

  • машина движется в парковочных режимах;
  • машина движется с высокой скоростью;
  • водитель дёрнул рычаг стояночного тормоза (в т.ч. для обеспечения «полицейских разворотов»);
  • нажата педаль тормоза (чтобы не мешать работе ABS; устраняет необходимость в обгонной муфте).

Haldex первого поколения

В нормальном состоянии муфта первого поколения находится в небольшом преднатяге (5%, что соответствует 97,5% момента на переднюю ось и 2,5% момента на заднюю). Преднатяг осуществляется за счет зацепления дисков фрикциона вследствие вязкого трения в слое масла между ними. При блокировке муфты момент распределяется в пропорции 50/50.

Поведение автомобиля с такой муфтой на скользкой дороге неоднозначно и выражается во внезапном подключении задней оси автомобиля, что особенно заметно при поворотах, когда недостаточная поворачиваемость вдруг становится избыточной.

Уже в первом поколении Haldex применялся подпиточный электронасос с давлением в 4 атмосферы, предназначенный для поддержания системы под давлением и ускорения ее срабатывания. Однако развиваемое им давление недостаточно для сколько-нибудь заметного преднатяга и способно лишь удерживать фрикционы в слегка прижатом состоянии.

Отсутствие давления в гидросистеме

Возможно определенное проскальзывание муфты в свободном и почти сжатом состоянии. В корпусе муфты два рабочих поршня, на которые воздействует пара роликовых опор. Поэтому впускных и напорных клапанов тоже два.

Haldex первого поколения: давления в гидросистеме нет

Гидросистема под предварительным давлением

Масляный насос включается при частоте вращения двигателя более 400 об/мин, через сетку забирает масло (жидкость для гидросистем) из полостей внутри корпуса муфты, где давление отсутствует, и прокачивает масло через фильтр и впускные клапана к сдвижным поршням. Сдвижные поршни подпитываются маслом и одновременно через роликовые опоры прижимаются к ступице и удерживаются в таком состоянии.

Одновременно масло через регулировочный и напорные клапана попадает в рабочий поршень, который также занимает прижатое положение. Предварительное давление выбирает люфты в пакете дисков, что повышает быстродействие муфты.

Предварительное давление в 4 бар обеспечивается аккумулятором. Еще одной функцией аккумулятора является выравнивание колебаний давления масла.

Haldex первого поколения: предварительное давление

Давление над сдвижными клапанами, регулировочный клапан закрыт

Созданное сдвижными клапанами давление масла через напорные клапаны достигает рабочего клапана. Пакет дисков сжимается и ообеспечивает передачу момента между входным (синим) и выходным (красным) валами. Величина давления на диски определяется регулировочным клапаном.

Серводвигатель по командам блока управления муфты определяет положение регулировочного клапана. Когда регулировочный клапан закрыт, на пакет дисков воздействует максимальное по величине давление (определяется ограничительным клапаном).

Haldex первого поколения: рабочее давление

Давление над сдвижными клапанами, регулировочный клапан открыт на одну треть

Регулировочный клапан открыт примерно на одну треть, поэтому часть масла через аккумулятор
сливается в масляный поддон. Давление ограничено, и муфта может передать только ограниченный по величине крутящий момент. Таким образом, при определенных режимах движения автомобиля муфта может передавать ограниченное по величине тяговое усилие на заднюю ось.

Haldex первого поколения: давление ограничено

Давление над сдвижными клапанами, регулировочный клапан открыт

Регулировочный клапан открыт, так что масло через регулировочный клапан и аккумулятор сливается в поддон. Поэтому в рабочем цилиндре нет давления. Пакет дисков не поджат, передачи крутящего момента нет. Аккумулятор поддерживает в сливной магистрали регулировочного клапана предварительное давление (4 бар).

Haldex первого поколения: давления нет

При перегреве масла выше 100 градусов электроника принудительно отключает муфту для ее охлаждения.

[свернуть]

Конструкция

Раскрыть...

Haldex первого поколения

Гидравлический насос Haldex первого поколения

[свернуть]
[свернуть]

Второе поколение Haldex (2001-)

Раскрыть...

При переходе от первого поколения ко второму принцип действия муфты Haldex не изменился. Были произведены конструктивные и компоновочные улучшения.

Муфта стала срабатывать намного быстрее — при угловой разнице между осями уже в 10 градусов, достигая полной блокировки при 20 градусах.

Технические улучшения относительно первого поколения:

  • Муфту интегрировали в один блок с задним дифференциалом, при этом гидравлический модуль стал отдельным компонентом с возможностью легкой замены.
  • Электромагнитный клапан был заменен на электрогидравлический, что повысило скорость работы системы.
  • Выросла производительность электронасоса подпитки.
  • Масляный фильтр стал полностью необслуживаемым (ага, конечно… — прим. Panick).
  • Рабочий объем масла был увеличен для продления межсервисного интервала.

Haldex второго поколения

Устройство муфты Haldex второго поколения

[свернуть]

Третье поколение Haldex (2006-)

Раскрыть...

Принцип действия

Раскрыть...

Дебютировало на Land Rover Freelander 2 и затем было внедрено на всей линейке Volvo, где проходило под торговой маркой «Instant Traction».

Начиная с третьего поколения, муфта Haldex получила возможность преднатяга пакета фрикционов с помощью электронасоса (торговая марка PreX), что обеспечивает возможность замыкания муфты по командам электроники даже на неподвижном автомобиле. Поскольку подпиточный электронасос использовался и раньше, можно сказать, что только в третьем поколении муфты электронасос достиг минимально необходимого давления. Полная блокировка муфты достигалась за 150 миллисекунд. Необходимость включения полного привода определяется электроникой в реальном времени на основании датчика положения педали газа, угла поворота руля и т.п.

Однако, в гидравлике третьего поколения в качестве основного все ещё используется механический насос (в силу недостаточности давления, развиваемого электронасосом).

[свернуть]

Конструкция

Устройство муфты Haldex третьего поколения

[свернуть]

Четвертое поколение Haldex (2007-)

Раскрыть...

Принцип действия

Раскрыть...

Была впервые применена на автомобиле Saab 9-3 Turbo-X в конце 2007 года под торговой маркой XWD (Cross-Wheel Drive).

Ключевым фактором четвертого поколения муфты Haldex стал полный отказ от механического насоса и полный переход на электрогидравлическую схему, что радикально упростило конструкцию. Блокировка муфты стала независимой от угловой разницы вращения передней и задней оси, что позволяет постоянно перебрасывать назад заметный момент (около 10%). Благодаря увеличенному почти в 10 раз (до 30 атм) давлению в гидроаккумуляторе (относительно Haldex 2 поколения) сократилось время, необходимое для полной блокировки муфты.

Haldex четвертого поколения

Блок управления муфтой получает информацию по CAN шине от датчиков: поперечного ускорения, продольного ускорения, рысканья автомобиля, оборотов двигателя, положения педали акселератора, частоты вращения колес, выключателя стоп-сигнала и угла поворота рулевого колеса. Основным является датчик педали газа. При нажатии на газ муфта превентивно блокируется, не дожидаясь пробуксовки колес, что хорошо заметно при прохождении поворотов под тягой. Важной особенностью четвертого поколения Haldex является требование наличия на машине системы ESP, т.к. Haldex использует её сигналы в своей работе.

Для наглядности ниже — график распределения общей мощности (WhlPwr) по передней (FwRIPw) и задней (RwRIPw) осям Audi TT на стоковом контроллере Haldex. Наглядно видно быстрое убывание мощности на задней оси после 5000 об/мин, когда электроника распускает муфту и переводит момент на переднюю ось.

график стоковой ТТ на стоковом контроллере Haldex

[свернуть]

Конструкция

Раскрыть...

В силу отказа от гидравлического насоса конструкция муфты радикально упростилась.

Haldex четвертого поколения

Устройство муфты Haldex четвертого поколения

Количество дисков в пакете фрикционой зависит от модели автомобиля (от передаваемого крутящего момента). Так, для полноприводной Шкоды Октавии предельный крутящий момент составляет 2000Нм, а для VW Tiguan 2400Нм.

Муфта Haldex четвертого поколения в разрезе

Начиная с четвертого поколения, в муфте Haldex используется новое масло (G 055 175 A2) в емкости 1 литр, ранее использовалось масло G 052 175 A1. Важно, что это масло только для муфты и не имеет отношения к редуктору заднего моста.

Заявленный интервал смены масла — 60000км, а фильтр — несменяемый. Однако на практике нормальный срок эксплуатации масла — 30000км, а фильтра — 60000км, после этих пробегов начинаются проблемы:

  • включения привода с ударом;
  • запаздывание включения задних колёс, т.е. пробуксовка передних при старте;
  • толчки и удары при торможении (очень часто эту проблему ошибочно связывают с АКПП);
  • полное отключение привода;
  • выход из строя насоса, датчика давления или соленоида.

Ниже — поработавший фильтр Haldex и его крышка с комками грязи.

Фильтр Haldex

Крышка фильтра Haldex

Таким образом, на муфтах Haldex 1-4 поколений замена фильтра и масла требуется каждые 40-60 тысяч километров (!), в зависимости от режима эксплуатации. Каждые 80 тысяч практики рекомендует снимать насос и чистить его сетку.

[свернуть]


[свернуть]

Пятое поколение Haldex (2012-)

Раскрыть...

Принцип действия

Раскрыть...

Разрабатывалась фирмой BorgWarner. Принцип действия остался неизменным, однако были произведены множественные конструктивные улучшения. Ключевым из них является новое электро-гидравлическое сцепление с центробежным перепускным клапаном, что устраняет необходимость в гидроаккумуляторе, клапане управления сжатием и фильтре.

Haldex пятого поколения

[свернуть]

Конструкция

Раскрыть...

Обеспечивает передачу момента до 3600Нм.

Устройство муфты Haldex пятого поколения

Сердцем муфты пятого поколения является поршневой насос со встроенным центробежным регулятором. Он создаёт давление в гидросистеме муфты и регулирует его, а блок управления J492 постоянно удерживает насос включённым.

Поршневой насос муфты Haldex пятого поколения

Поршневой насос приводится валом от электродвигателя. Установленный под углом упорный шарикоподшипник (качающаяся шайба) поочерёдно нажимает подпружиненные поршни шести цилиндров. При вращении барабана насоса поршни совершают возвратно-поступательное движение. Масло засасывается в камеры и подаётся затем от стороны нагнетания к кольцевому поршню и во внутреннюю часть центробежного регулятора.

Поршневой насос муфты Haldex пятого поколения

Встроенный центробежный регулятор управляет давлением масла и состоит из центробежных рычагов и центробежных клапанов (шариков). При вращении рычаги регулятора под воздействием центробежной силы отжимаются наружу и прижимают шарики клапанов к их сёдлам.

Центробежный регулятор муфты Haldex пятого поколения

Когда давление масла в насосе превышает 44 бара и становится больше прижимающего усилия пружины, пружина сжимается и шарик предохранительного клапана отходит от седла. Через открывшееся отверстие масло муфты возвращается в масляный поддон.

Предохранительный клапан Haldex пятого поколения

Давление масла подается на кольцевой поршень в результате совместной работы поршневого насоса и центробежного регулятора. Кольцевой поршень сжимает пакет дисков фрикциона с различной силой. Величина усилия сжатия определяет передаваемый на заднюю ось крутящий момент.

Подача масла Haldex пятого поколения

При небольшой частоте вращения электродвигателя насоса давление масла на кольцевой поршень не подаётся. Центробежные рычаги пока не могут создавать никакого усилия на шариках клапанов. Перекачиваемое насосом масло через открытые шариковые клапаны стекает обратно в масляный поддон.

Давление на низких оборотах, Haldex пятого поколения

При увеличении частоты вращения электродвигателя в кольцевом цилиндре создаётся давление масла. Центробежные рычаги прижимают шарики клапанов к сёдлам. Создаваемое давление масла слегка отжимает шарики назад. Устанавливается равновесие между центробежными усилиями и гидравлическим давлением. По мере дальнейшего повышения частоты вращения увеличивается и давление на кольцевой поршень, а с ним и передаваемый муфтой крутящий момент.

Давление на средних оборотах, Haldex пятого поколения

При очень высокой частоте вращения электродвигателя центробежные рычаги прижимают шарики клапанов с таким большим усилием, что на кольцевой поршень действует недопустимо высокое давление. При превышении значения рабочего давления в 44 бара открывается предохранительный клапан. Тем самым рабочее давление уменьшается, масло стекает обратно в масляный поддон.

Давление на высоких оборотах, Haldex пятого поколения

При снижении частоты вращения электродвигателя сила нажатия центробежных рычагов на шарики клапанов уменьшается. Через образующийся зазор масло перетекает в масляный поддон. Рабочее давление масла уменьшается. Между центробежными усилиями и гидравлическим давлением вновь устанавливается равновесие.

Снижение давления, Haldex пятого поколения

После каждой замены насоса муфты и блока управления необходимо выполнять базовую установку. В ходе такой базовой установки привод муфты сначала прокачивается, после чего калибруется на 0 и на 44 бар. В результате этой калибровки устанавливается, какая сила тока требуется для поддержания определённого давления. Блок управления насоса использует эту нелинейную характеристику, чтобы определить значение тока, необходимого для реализации крутящего момента, передаваемого на заднюю ось в той или иной ситуации. При сбое базовой установки устанавливаются значения по умолчанию, заданные производителем. Прокачка и калибровка выполняются автоматически в ходе каждой поездки.

Управление муфтой осуществляется блоком управления по заложенной в нём динамической модели. Важные для регулирования сигналы, такие как скорость вращения колёс, положение автомобиля и испытываемое им ускорение, поступают от блока управления ABS J104. Другие сигналы, например, развиваемый общий крутящий момент, поступают от блока управления двигателя J623. Сигналы движения в повороте регистрируются датчиком угла поворота рулевого колеса и передаются блоком управления усилителя рулевого управления J500. Через межсетевой интерфейс поступают также сигналы от блока Mechatronik КП DSG J743 и блока управления комбинации приборов J285.

Управление муфтой, Haldex пятого поколения

Т.к. пятое поколение Haldex не имеет фильтра, оно требует смены масла каждые 20-40 тысяч километров. Если этого не делать, муфта очень быстро «умирает».

[свернуть]
[свернуть]

Первоисточники

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*