• Oprócz sił odśrodkowych na kołach sile napędowej przeciwdziałają następujące siły: bezwładność masy pojazdu, momenty bezwładności w układzie napędowym, opór toczenia na kołach i opór powietrza pojazdu. 
• Jeśli zwiększy się moment obrotowy napędu, koło w końcu zacznie się obracać. Gdy tylko pojawi się tarcie ślizgowe, prędkość obwodowa koła będzie większa niż prędkość pojazdu. 
• Elektroniczna kontrola trakcji ma jednak pewne ograniczenia. W porównaniu z mechanicznymi blokadami mechanizmu różnicowego duża część momentu napędowego jest tracona poprzez zamianę na ciepło.
• Napęd modułu eBKV jest realizowany za pomocą bezszczotkowego silnika prądu stałego o mocy 300 W. Silnik jest sterowany przez jednostkę sterującą za pomocą sygnału o stałej amplitudzie.

Jak powszechnie wiadomo, podwozie samochodu ma do spełnienia wiele zadań. Powinno na przykład utrzymywać samochód bezpiecznie na drodze w każdej sytuacji, być wygodne i podkreślać charakter pojazdu. W mieście i na krętych wiejskich drogach pojazd powinien być łatwy w prowadzeniu, precyzyjny i zwinny. A do tego wszystkiego powinien być w stanie jechać tam, gdzie kończy się asfalt.

Przyczepność opony

Podstawowym warunkiem jest przyczepność. W pojazdach napędzanych silnikiem silnik zapewnia siłę pociągową. Trakcja odnosi się do zdolności przenoszenia tej siły napędowej na drogę. Im lepsza przyczepność, tym lepiej pojazd może przyspieszać. Oprócz sił odśrodkowych na kołach sile napędowej przeciwdziałają następujące siły: bezwładność masy mpojazdu, momenty bezwładności w układzie napędowym, opór toczenia na kołach i opór powietrza pojazdu. Aby rozłożyć moment napędowy silnika na koła i poprawić trakcję, producenci samochodów stosują obecnie różne rozwiązania. Na przykład można zainstalować następujące komponenty: poprzeczne lub wzdłużne mechanizmy różnicowe osi, mechaniczne blokady mechanizmów różnicowych lub elektronicznie sterowane blokady wielotarczowe. Trakcja na danym kole zależy wówczas od następujących zmiennych:

• aktualnej siły napędowej, tj. momentu obrotowego docierającego do koła,
• ruchomego obciążenia, tj. części masy pojazdu, którą musi uciągnąć poszczególne koło napędowe,
• współczynnika tarcia między oponą a nawierzchnią drogi.

W przypadku idealnej opony i idealnie przyczepnej nawierzchni współczynnik tarcia byłby równy 1. Jeśli natomiast koło znajduje się na gładkiej powierzchni (lodzie), współczynnik tarcia jest bliski 0. W przypadku normalnej opony na suchym asfalcie współczynnik tarcia wynosi ok. 0,7. Przyczepność koła może być opisana za pomocą wzoru na siłę przyczepności, która jest zależna od współczynnika tarcia i siły nacisku działającej na koło. Wzór ten wygląda następująco:

Fp = μ x Fn

gdzie:
Fp = siła przyczepności koła,
μ = współczynnik tarcia (określa, jak dobrze koło przylega do nawierzchni),
Fn = siła nacisku działająca na koło (jest równa masie koła pomnożonej przez przyspieszenie ziemskie).

Oznacza to, że im bardziej przyspieszamy, tym lepiej pojazd będzie się poruszał, ponieważ im większa siła przyczepności, tym większy jest napęd. Z innej strony, jeśli zwiększy się masa pojazdu przez dodanie ładunku, pojazd będzie poruszał się gorzej, ponieważ im większa jest masa do przemieszczenia,tym słabszy napęd. Jeśli pojazd stoi na gładkiej powierzchni, tj. jeśli współczynnik tarcia wynosi 0, siła napędowa może być tak wysoka, jak to konieczne, ale pojazd nie może ruszyć.

Aby moment obrotowy na kołach napędowych mógł zostać przekształcony w napęd pojazdu, musi istnieć wystarczające tarcie między oponą a nawierzchnią drogi. Ta siła tarcia umożliwia obracającemu się kołu oparcie się na podłożu, a nie tylko obrót. Innymi słowy: siła napędowa może powstać tylko wtedy, gdy siła tarcia działa jako przeciwwaga dla momentu napędowego. Maksymalna możliwa siła tarcia zależy od właściwości bieżącego podłoża i właściwości opony. Obejmują one np. mieszankę gumy, bieżnik, temperaturę opony i ciśnienie w oponie.

Siła tarcia

Istnieją różne rodzaje tarcia. W przypadku trakcji ważne jest tarcie statyczne, tarcie toczne i tarcie ślizgowe. O tarciu statycznym mówimy, gdy powierzchnie styku dwóch ciał przylegają do siebie. Oznacza to, że dwa ciała nie poruszają się względem siebie Na przykład, jeśli metalowy sześcian stoi na lekko nachylonej płaszczyźnie wykonanej z drewna, sześcian nie przesunie się, ponieważ obie powierzchnie mają pewną chropowatość, dzięki czemu ich nierówności zazębiają się. To samo dotyczy koła stojącego na powierzchni o dobrej przyczepności. Również w tym przypadku powierzchnia styku opony nie przesuwa się względem podłoża.

Jeśli koło jest napędzane powoli, nazywa się to tarciem tocznym. Koło nadal nie ślizga się ze względu na wciąż dominujące tarcie statyczne, ale ulega sprężystemu odkształceniu w obszarze powierzchni styku opony z nawierzchnią drogi, co kosztuje dodatkową energię. Im wyższa siła tarcia statycznego na powierzchni styku, tym bardziej koło może być napędzane bez poślizgu opony na nawierzchni. Innymi słowy: przy czystym tarciu statycznym prędkość obwodowa koła jest równa prędkości pojazdu.

Jeśli powierzchnie styku dwóch ciał poruszają się względem siebie, nazywa się to tarciem ślizgowym. Na przykład, jeśli zwiększy się nachylenie pochyłej płaszczyzny wykonanej z drewna, metalowa kostka w pewnym momencie zacznie się ślizgać. Dotyczy to również napędzanego pojedynczego koła.

Jeśli zwiększy się moment obrotowy napędu, koło w końcu zacznie się obracać. Gdy tylko pojawi się tarcie ślizgowe, prędkość obwodowa koła będzie większa niż prędkość pojazdu. Tarcie ślizgowe jest również siłą, która przeciwdziała sile napędowej. Jest ono jednak znacznie mniejsze niż siła tarcia statycznego. 

Tarcie ślizgowe zawsze występuje na kole napędzanym. Dzieje się tak, ponieważ zawsze występuje co najmniej niewielkie przesunięcie między powierzchniami styku opony z nawierzchnią drogi ze względu na moment napędowy. Ta niewspółosiowość nazywana jest poślizgiem. Wraz ze wzrostem poślizgu tarcie statyczne w coraz większym stopniu zamienia się w tarcie ślizgowe.

Maksymalny możliwy napęd uzyskuje się, gdy koła napędowe znajdują się w zakresie optymalnego poślizgu. Jeśli moment napędowy jest dalej zwiększany, udział tarcia statycznego gwałtownie spada, a koło napędowe się obraca. Przeważa tarcie ślizgowe, co jeszcze bardziej zmniejsza napęd. Aby temu zapobiec, pojazdy z kontrolą trakcji (traction control system – TCS) zmniejszają moment obrotowy silnika.

Dobre wyważenie

W celu równomiernego rozłożenia siły napędowej na oba koła napędzanej osi pojazdu oczywiste wydaje się połączenie ich ze sobą na stałe w sposób blokujący siłę. Gdyby jednak oba koła napędowe były ze sobą trwale połączone za pośrednictwem osi napędowej, podczas pokonywania zakrętów pojawiłyby się poważne problemy. Przynajmniej na drodze – opony ślizgają się wtedy po nawierzchni, a pojazd jest trudny do kierowania.

Powód: podczas pokonywania zakrętów odległość, jaką musi pokonać koło zewnętrzne, jest większa niż odległość, jaką musi pokonać koło wewnętrzne. W przypadku swobodnie obracających się kół te różne długości drogi prowadzą do różnicy prędkości między dwoma kołami. Jednak w przypadku ciągłej osi napędowej oba koła byłyby zmuszone do obracania się z tą samą prędkością. Niezbędna kompensacja prędkości na zakrętach nie byłaby więc tutaj możliwa.

Mechanizm różnicowy osi został wynaleziony w celu umożliwienia kompensacji prędkości między napędzanymi kołami osi. Ilustracja 1. przedstawia schematyczną budowę mechanizmu różnicowego z przekładnią stożkową, który jest zwykle montowany w pojazdach z silnikiem z przodu i napędem na tylne koła. Stożkowa przekładnia napędowa znajduje się na wale Kardana, który jest podłączony do wyjścia ręcznej skrzyni biegów. Napędza on koło koronowe, co skutkuje przeniesieniem napędu na wolnobieg. Koło koronowe jest trwale połączone z obudową mechanizmu różnicowego, dzięki czemu obraca się z tą samą prędkością. Na końcu każdej z dwóch półosi znajduje się koło półosi. Ze względu na stałe połączenie z półosią obraca się ono zawsze z tą samą prędkością, co powiązane z nim koło napędowe. Między dwoma kołami półosi znajdują się dwa koła wyważające, które są zamontowane na osi w obudowie mechanizmu różnicowego.

Skutkuje to następującym przepływem mocy: wał Kardana napędza koło koronowe wraz z obudową mechanizmu różnicowego za pośrednictwem stożkowej przekładni napędowej. Obudowa mechanizmu różnicowego napędza dwa koła zębate mechanizmu różnicowego poprzez swoją oś, co powoduje obrót dwóch kół zębatych półosi wraz z półosiami. Te z kolei napędzają koła napędowe pojazdu. Mechanizm różnicowy jest w stanie kompensować różne prędkości dwóch napędzanych kół dzięki konstrukcji z kołami różnicowymi. Podczas jazdy na wprost obie półosie obracają się, a koła różnicowe w obudowie mechanizmu różnicowego stoją w miejscu, ponieważ nie jest wymagana kompensacja prędkości. 

Jednak podczas pokonywania zakrętów koło zewnętrzne musi pokonać dłuższy dystans. Ze względu na różnice prędkości, które to powoduje, koła różnicowe zaczynają obracać się wokół własnych osi, zapewniając w ten sposób odpowiednią kompensację. Niestety mechanizm różnicowy osi ma również wadę: koło o gorszej przyczepności decyduje o tym, ile napędu mogą przenieść wszystkie koła. Jeśli np. jedno z kół znajduje się na śliskiej nawierzchni, pojazd nie może ruszyć, ponieważ na przeciwległym kole nie można wytworzyć większej siły przeciwdziałającej – przynajmniej jeśli nie zostaną podjęte żadne środki zaradcze.

Trakcja w pojeździe z napędem na wszystkie koła

W pojeździe z napędem na 4 koła siła napędowa silnika jest rozdzielana na obie osie pojazdu i na wszystkie koła za pośrednictwem skrzyni rozdzielczej i dodatkowych wałów. Udział drugiej osi może być przełączalny. Jeśli druga oś jest stale zaangażowana, nazywa się to stałym napędem na wszystkie koła. W zależności od wybranej skrzyni rozdzielczej moment napędowy jest różnie rozdzielany między przednią a tylną oś, np. 50/50% lub 40/60%. Asymetryczny rozkład momentu napędowego poprawia trakcję, ponieważ uwzględnia dynamiczne przesunięcie obciążenia osi podczas przyspieszania. W końcu podczas przyspieszania przednia oś nie jest obciążona, a tylna jest obciążona. W związku z tym, ze względu na większą masę na tylnej osi, moment napędowy może być tam przekształcony w wyższy napęd niż na przedniej osi, która jest tymczasowo nieobciążona.

Rozkład momentu napędowego na osie również może być zmienny. W tych wariantach moc napędowa na przedniej osi może być bezstopniowo przełączana na napęd tylnej osi. Umożliwia to ciągłe dostosowywanie rozkładu momentu obrotowego na przednią i tylną oś do danej sytuacji na drodze. Sposób, w jaki moment napędowy jest rozdzielany na osie na wyjściu skrzyni biegów,zależy od wybranej w każdym przypadku skrzyni rozdzielczej. W pojazdach z napędem na wszystkie koła wymagany jest również mechanizm różnicowy na drugiej osi napędzanej.

Na ilustracji 2. przedstawiono przykład różnych odległości pokonywanych przez 4 napędzane koła na zakręcie i wynikające z tego różne prędkości. W tym przykładzie mechanizmy różnicowe osi przedniej i tylnej kompensują różnice prędkości na kołach jednej osi, ale dwa mechanizmy różnicowe także obracają się z różnymi prędkościami. W związku z tym istnieje również różnica prędkości między dwiema osiami napędowymi podczas pokonywania zakrętów. Ta różnica prędkości musi być kompensowana przez inny mechanizm różnicowy, tzw. wzdłużny mechanizm różnicowy. Jest on zintegrowany z odpowiednią skrzynią rozdzielczą. Skrzynia rozdzielcza musi zatem zawsze przyjmować funkcję mechanizmu różnicowego do kompensacji wzdłużnej.

Pojazdy z napędem na wszystkie koła wydają się być wystarczająco zabezpieczone przed problemami z trakcją tylko dlatego, że są napędzane na wszystkie koła. Jednak nawet w przypadku napędu na wszystkie koła, koło o najgorszej trakcji decyduje o tym, jaki napęd mogą wytworzyć pozostałe trzy koła. A to dlatego, że 3 mechanizmy różnicowe oznaczają, że na pozostałych 3 kołach również nie można wytworzyć większej siły przeciwdziałającej. Tak samo jest w tym przypadku: jeśli jedno koło znajduje się na śliskiej nawierzchni, pojazd nie może ruszyć – przynajmniej jeśli nie zostaną podjęte żadne dodatkowe środki zaradcze.

Poprawa trakcji

Najstarszą, ale nadal stosowaną metodą zapobiegania jednostronnemu obracaniu się kół napędowych jest mechaniczna blokada mechanizmu różnicowego. Przykładem takiego rozwiązania jest sprzęgło kłowe, które jest zamykane w celu zablokowania. Poniższe punkty charakteryzują taką mechaniczną blokadę mechanizmu różnicowego po aktywacji:

• Łączy oba wyjścia mechanizmu różnicowego ze sobą w sposób blokujący siłę. Moment obrotowy jest przekazywany w równych proporcjach na oba koła, niezależnie od różnicy w trakcji między nimi.
• Krzywa siły odpowiada osi napędowej bez mechanizmu różnicowego. Oba koła obracają się z taką samą prędkością i siłą, niezależnie od różnicy trakcji.
• Blokada ma dokładnie dwa stany: otwarty (nieaktywny) i zamknięty (aktywny). Otwarty stan pozwala na normalne działanie mechanizmu różnicowego, podczas gdy zamknięty stan łączy oba wyjścia w sposób blokujący.
• Słabsza trakcja na jednym z kół nie wpływa na trakcję na drugim kole. Nawet jeśli jedno z kół traci przyczepność lub znajduje się na powierzchni o niskim tarciu, drugie koło nadal otrzymuje pełną moc napędową.

Włączanie blokad mechanizmu różnicowego ma sens tylko wtedy, gdy są one aktualnie potrzebne. W zależności od pojazdu istnieją różne koncepcje obsługi. Począwszy od czysto mechanicznej obsługi za pomocą przełączników pociągowych i linek, a skończywszy na siłownikach elektrycznych. W obecnym Mercedesie Benz Klasy G – podobnie jak w jego poprzedniku – kolejność aktywacji poszczególnych blokad mechanizmu różnicowego jest określana za pomocą przycisków na konsoli środkowej. Jeśli warunki jazdy wymagają większej przyczepności, centralny mechanizm różnicowy jest zawsze blokowany jako pierwszy, następnie – mechanizm różnicowy tylnej osi, a na końcu mechanizm różnicowy przedniej osi. Jeśli wszystkie blokady mechanizmów różnicowych są włączone, przyczepność pojedynczego koła jest zwykle wystarczająca do napędzania samochodu.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Silnik i układ napędowy

Turbosprężarki w samochodach dostawczych

Turbosprężarki stały się standardowym wyposażeniem silników spalinowych. Te elementy są szczególnie obciążone w samochodach dostawczych z powodu intensywnego użytkowania oraz potrzeby ciągłego zwiększania mocy podczas transportu ciężkich ładunków.

Dezaktywacja blokad mechanizmu różnicowego następuje w kolejności odwrotnej do ich aktywacji. Ponadto wszystkie 3 blokady mechanizmów różnicowych aktywowane w tym samym czasie można wyłączyć jednocześnie, naciskając przycisk wzdłużnego mechanizmu różnicowego. Uruchomienie przełączników blokady mechanizmu różnicowego ma bezpośredni wpływ na sterowanie skrzynią rozdzielczą, a także na ESP, ABS i systemy wspomagania kierowcy.

Blokady wielopłytkowe

Aby móc stale regulować efekt blokowania mechanizmu różnicowego, producenci stosują blokady wielopłytkowe zamiast sprzęgieł kłowych. Dzięki nim pakiet tarcz ciernych może być ściskany w większym lub mniejszym stopniu za pomocą siłownika. Im większe tarcie między tarczami, tym większe połączenie cierne między dwiema półosiamii tym bardziej niwelowany jest efekt mechanizmu różnicowego. Blokada wielotarczowa jako blokada mechanizmu różnicowego została zastosowana w skrzyni rozdzielczej do bezstopniowej blokady wzdłużnej w Mercedesie Klasy G od aktualizacji modelu w 2018 r. Jest ona sterowana przez siłownik elektryczny i stopień blokady jest automatycznie dostosowywany w zależności od sytuacji na drodze. Kierowca ma również możliwość wykonania ręcznej blokady wzdłużnej skrzyni rozdzielczej. Za stosowaniem sprzęgieł wielopłytkowych przemawiają następujące zalety:

• Są bezstopniowo blokowane.
• Można je aktywować w każdej sytuacji na drodze.
• Za pomocą blokady wielopłytkowej (jako blokady wzdłużnej) moment napędowy może być dynamicznie i automatycznie rozdzielany między przednią i tylną oś.

Powszechnie stosowaną techniką, która poprawia trakcję, jest elektroniczny system trakcji (electronic traction system – ETS). Sposób jego działania przedstawiono na ilustracji 3. Jednostka sterująca hamulców ze zintegrowaną funkcją ETS za pośrednictwem odpowiedniego czujnika prędkości koła wykrywa, czy koło napędowe obraca się z powodu braku przyczepności (np. podczas próby ruszenia z miejsca).

Koło to jest wtedy automatycznie lekko hamowane przez ABS. Przyhamowane koło stawia większy opór pracującemu silnikowi niż koło, które się. W rezultacie silnik wytwarza wyższy moment napędowy, który działa na tym samym poziomie na przeciwległe koło napędowe o wystarczającej przyczepności. Ze względu na wyższy moment obrotowy po tej stronie rozruch jest teraz możliwy.Funkcja ETS symuluje w ten sposób blokadę mechanizmu różnicowego poprzez interwencję hamulca. Zamiast zamkniętego sprzęgła kłowego  lub tarcia w blokadzie wielotarczowej niezbędny przeciwny moment obrotowy wytwarza hamulec koła.

Elektroniczna kontrola trakcji jest stosowana także w pojazdach z napędem na wszystkie koła. W różnych modelach służy ona wyłącznie do poprawy trakcji w ruchu drogowym. W trudnym terenie układ napędowy wykorzystuje jednak dodatkowe mechaniczne blokady mechanizmów różnicowych osi. Za stosowaniem elektronicznych systemów trakcji przemawiają następujące zalety:

• Hamulce kół, które i tak są potrzebne, wystarczą jako siłowniki do kontroli trakcji.
• Za pomocą ETS można stosunkowo niedrogo „symulować” mechaniczne blokady mechanizmu różnicowego.
• Aby wyposażyć pojazd w ETS, zasadniczo należy dodać tylko odpowiednie elektroniczne sterowanie hamulcami kół.

Elektroniczna kontrola trakcji ma jednak pewne ograniczenia. W porównaniu z mechanicznymi blokadami mechanizmu różnicowego duża część momentu napędowego jest tracona poprzez zamianę na ciepło. Jeśli 3 koła w pojeździe z napędem na 4 koła są hamowane przez ETS, pozostały moment napędowy na jednym kole może być zbyt niski, aby nadal poruszać pojazdem. Załóżmy, że skrzynia rozdzielcza dostarcza 50% momentu napędowegom do każdej z przednich i tylnych osi (ilustracja 4).

Mechanizm różnicowy tylnej osi rozdziela te 50% równomiernie na 2 tylne koła. Ponieważ lewe tylne koło jest również hamowane, tylko 25% całkowitego momentu obrotowego pozostaje na prawym tylnym kole. Jeśli grozi to przegrzaniem hamulców, system ETS musi zostać wyłączony i przestaje być dostępny. Mechaniczne blokady mechanizmu różnicowego, takie jak prezentowane sprzęgło kłowe, mają jednak nie tylko zalety:

• Zwykle są skomplikowane, więc zwiększają koszty
• Wymagają odpowiedniej przestrzeni montażowej.
• Są cięższe.
• Gdy są aktywowane, utrudniają pokonywanie zakrętów. Jeśli blokada mechanizmu różnicowego jest włączona na tylnej osi, promień skrętu pojazdu się zwiększa. A jeśli blokada mechanizmu różnicowego jest również włączona na przedniej osi, pokonywanie zakrętów na nawierzchni o dobrej przyczepności nie jest już możliwe.

Wady te dotyczą również sprzęgieł wielopłytkowych. Ponadto tarcze cierne generują ciepło odpadowe. W niektórych zastosowaniach, np. przypadku sportowej konstrukcji pojazdu, jest ono tak duże, że tarcze muszą być chłodzone.

Podwozie i wspomaganie kierowcy

Jednak nie tylko blokady mechanizmów różnicowych i ETS zwiększają przyczepność pojazdów. Tylko podwozie, które jest dobrze dopasowane do przeznaczenia samochodu i jego systemów wspomagania, umożliwia dobre i bezpieczne prowadzenie, w którym przyczepność wzdłużna jest tylko jednym z wielu czynników. Poniżej zilustrowano różne aspekty na przykładzie Volkswagena Golfa 8. Może być on wyposażony w tzw. zwykłe podwozie, sportowe podwozie lub sterowane podwozie. Zawieszenie ma następujące cechy:

• oś przednia: kolumna resorująca zgodnie z zasadą MacPhersona,
• tylna oś: zawieszenie skrętne lub wielowahaczowe,
• układ kierowniczy: elektromechaniczny z podwójną zębatką z lub bez progresji,
• układ hamulcowy: ABS/ESC, elektromechaniczne wspomaganie hamulców, elektromechaniczny hamulec postojowy.

Volkswagen zastosował przednią oś MacPhersona z dolnym trójkątnym wahaczem i stabilizującym tor jazdy promieniem skrętu. Centralnie na przedniej osi znajduje się stalowa rama pomocnicza. Zaprojektowana z myślą o wysokiej sztywności, mieści układ kierowniczy i części mocowań jednostki napędowej oprócz elementów przedniej osi. W połączeniu z adaptacyjnym podwoziem rama pomocnicza wykonana jest z aluminiowej konstrukcji, która jest lżejsza o ok. 3 kg i sztywniejsza, co ma poprawić dynamikę jazdy.

Zoptymalizowany pod kątem masy stabilizator rurowy zmniejsza również tendencję samochodu do przechylania się. Gumowe łączniki są wulkanizowane bezpośrednio na stabilizatorze. Według Volkswagena proces ten zapewnia dobre właściwości akustyczne, a także dobrą dynamikę jazdy. W zależności od mocy silnika Volkswagen montuje 2 warianty tylnej osi. W przypadku pojazdów o mocy silnika poniżej 110 kW producent stosuje nowo opracowaną oś z belką skrętną. Jest ona wykonana ze stali o wysokiej wytrzymałości i zgodnie ze specyfikacjami fabrycznymi jest lekka i kompaktowa. W wariantach z silnikiem o większej mocy i napędem na wszystkie koła Volkswagen stosuje tylną oś wielowahaczową o następujących parametrach technicznych:

• Oś składa się z trzech wahaczy i wahacza wzdłużnego po każdej stronie pojazdu.
• Rama pomocnicza to spawany element stalowy, który jest sztywno połączony z nadwoziem.
• Obudowa łożyska koła jest dostosowana do zwiększonego rozstawu kół. Jest to odlewana część stalowa z formowanymi czopami osi, aby pomieścić łożysko koła.

Dzięki czterowahaczowej konstrukcji osi siły wzdłużne i poprzeczne są prawie całkowicie oddzielone od siebie, co zapewnia wysoki stopień stabilności i komfortu jazdy. Układ kierowniczy to elektromechaniczne wspomaganie kierownicy z podwójnym kołem zębatym firmy Bosch. Podstawową konstrukcję i sposób działania przejęto z poprzedniego modelu, ale przełożenie jest nieco bardziej bezpośrednie i wynosi 14,6 zamiast 15,0. Najważniejsze cechy przekładni kierowniczej to:

• zastosowanie silnika synchronicznego,
• bioniczna obudowa przekładni kierowniczej,
• dwupunktowe połączenie z przednią osią.

Opcjonalnie dostępny jest progresywny układ kierowniczy z jeszcze bardziej bezpośrednim przełożeniem pośrodku (i = 14,1) i tylko dwoma obrotami kierownicy od skrętu do skrętu.

Bezpieczne hamowanie

Pojazdy hybrydowe i elektryczne, a także nowoczesne silniki spalinowe wymagają modułowych i niezależnych od podciśnienia komponentów układu hamulcowego. Elektromechaniczne wspomaganie hamulca (electromechanical brake servo – eBKV) to komponent firmy Bosch, który spełnia te wymagania i jest używany np. przez Volkswagena. 

Dzięki bardzo szybkiemu wzrostowi ciśnienia eBKV zwiększa skuteczność systemów wspomagania kierowcy w ekstremalnych warunkach hamowania w sytuacjach potencjalnie wypadkowych. Nie jest to możliwe w przypadku konwencjonalnych systemów podciśnieniowych. Ten wzrost bezpieczeństwa oznacza, że np. droga hamowania przy prędkości 30 km/h do zatrzymania może zostać skrócona nawet o 1,3 m. W przypadku nieuniknionej kolizji obniżona prędkość podczas uderzenia zmniejszy ryzyko obrażeń u uczestników zdarzenia.

Według firmy Bosch elektromechaniczne wspomaganie hamulców za pomocą motoreduktora może samodzielnie wytworzyć ciśnienie trzykrotnie szybciej bez naciskania pedału hamulca i ustawić je znacznie dokładniej niż typowe układy ESP. Daje to znaczne korzyści np. w systemach automatycznego hamowania awaryjnego. W elektromechanicznym układzie wspomagania hamulców obecnej generacji zrezygnowano z zewnętrznego akumulatora ciśnienia w układzie hamulcowym na rzecz akumulatora zintegrowanego w układzie ESP. Jednostka ta pochłania płyn hamulcowy podczas rekuperacji.

Układ eBKV jest podzielony na następujące główne komponenty:

• obudowa,
• popychacz z mieszkiem,
• zespół silnik–przekładnia,
• moduł kontrolny,
• zbiornik płynu hamulcowego,
• podwójny główny cylinder hamulcowy.

Napęd modułu eBKV jest realizowany za pomocą bezszczotkowego silnika prądu stałego o mocy 300 W. Silnik jest sterowany przez jednostkę sterującą za pomocą sygnału o stałej amplitudzie. Moment obrotowy z silnika przenoszony za pomocą metalowego wałka zębatego do dwustopniowej przekładni. Kompaktowa przekładnia przekazuje ruch obrotowy za pośrednictwem wrzeciona na ruch posuwisto-zwrotny. Wrzeciono jest prowadzone przez tuleję, która wsuwa się w plastikowem koło zębate drugiego stopnia redukcji. Zapotrzebowanie kierowcy na hamowanie jest wykrywane przez czujnik położenia pedału hamulca.

Czujnik działa zgodnie z zasadą Halla i jest podłączony do wzmacniacza sygnału. Dodatkowy czujnik, czyli czujnik pozycji silnika dla wspomagania hamowania, jest zintegrowany z silnikiem elektrycznym i rejestruje pozycję wirnika. Moduł sterujący potrzebuje obu informacji do rozpoznania żądania hamowania i obliczenia aktualnie wymaganego momentu wspomagania. Czujnik jest zaprojektowany wewnętrznie w sposób redundantny, zapewniając wysoki poziom bezpieczeństwa w przypadku awarii. Nie może być wymieniany w przypadku konieczności naprawy. W przypadku awarii czujnika funkcję hamowania przejmuje system ESP (Elektroniczny Program Stabilizacji). W przypadku jednoczesnej awarii eBKV i ESP nadal możliwe jest mechaniczne hamowanie.

Przebieg działania podczas hamowania wygląda następująco. Gdy kierowca naciśnie pedał hamulca, będzie musiał pokonać siłę sprężyny. Po jej pokonaniu drążek wejściowy ciśnienia w eBKV przesuwa łącznik z magnesami Halla w kierunku głównego cylindra hamulcowego, aż zostanie pokonany luz między elementem dociskowym a tarczą reakcyjną. W ten sposób magnesy Halla mogą wykryć pozycją drążka i wysłać sygnał czujnika do jednostki sterującej wzmacniaczem hamulcowym. Aktualne położenie silnika przekazywane jest do jednostki sterującej za pomocą czujnika pozycji. Razem z aktualnymi danymi jazdy, sterownik oblicza wymagany moment wsparcia i wysyła sygnał PWM do silnika eBKV.

Ruch obrotowy silnika jest przekazywany przez przekładnię do tulei prowadzącej, co powoduje przesunięcie wrzeciona wraz z korpusem wspomagania w kierunku głównego cylindra hamulcowego. Jeśli kierowca zmniejszy siłę nacisku na pedał hamulca i warunki jazdy nie będą wymagały większej siły hamowania, system dokona redukcji wspomagania momentu hamowania. Gdy kierowca ściągnie nogę z pedału hamulca, ruchome elementy zostaną przesunięte przez sprężynę powrotną do swojego pierwotnego położenia. Elektromechaniczny wzmacniacz siły hamowania w przypadku uszkodzenia musi zostać wymieniony. Naprawa eBKV nie jest obecnie przewidziana. Po zamontowaniu nowego eBKV układ hamowania należy sprawdzić pod kątem wspomagania i odpowietrzenia. Podczas testu układu wspomagania dokonywana jest próba sprawności mechanicznej. Następnie za pomocą odpowiedniego testera diagnostycznego przeprowadza się próbę ciśnieniową.