Sprzęgło Haldex cz. 4.

Mariusz Leśniewski

Sterowane elektrohydraulicznie sprzęgło Haldex czwartej generacji umożliwia szybki transfer momentu obrotowego pomiędzy tylną a przednią osią pojazdu. Wartość tego momentu może zawierać się w dowolnym możliwym do uzyskania zakresie, pozwalając na płynną regulację zależną od zmiennych warunków drogowych.

Z punktu widzenia samej  konstrukcji układu sprzęgieł Haldex poprzednich generacji, uproszczeniu uległ obieg hydrauliczny oleju, przez co system stał się bardziej kompaktowy.

Obieg hydrauliczny sprzęgła Haldex czwartej generacji

W momencie uruchomienia silnika samochodu włączeniu ulega skokowo-rolkowa pompa Haldex V181. Czujnik prędkości obrotowej wału korbowego silnika G28 podaje informacje do sterownika Haldex J492 o osiągnięciu i przekroczeniu progu prędkości 400 obr./min, sygnał ten wysterowuje zasilanie pompy Haldex V181. Rozpoczyna się proces tłoczenia oleju hydraulicznego ze zbiornika wyrównawczego poprzez filtr do zasobnika/akumulatora (ilustracja 1).

Ciśnienie oleju wzrasta, osiągając pułap 30 barów, ustalony za pomocą sprężyny w zasobniku, następnie ciśnienie jest utrzymywane na stałym poziomie 30 barów pomiędzy pompą V181 a zaworem sterującym stopniem otwarcia sprzęgła N373. Sterownik sprzęgła Haldex J492 zamyka zawór sterujący N373, dzięki czemu olej hydrauliczny wywiera ciśnienie robocze na tłok roboczy, dociskając zestaw płytek sprzęgła. Przenoszony moment obrotowy jest wprost proporcjonalny do wartości natężenia prądu zasilającego zawór sterujący stopniem otwarcia sprzęgła N373. Odpowiednia regulacja zaworu N373 przez sterownik napędu na cztery koła J492 pozwala na generowanie ciśnienia roboczego w zakresie od 0% do 100%. Dzięki temu teoretycznie już podczas fazy ruszania, jak i dynamicznego przyśpieszania samochodu możliwe jest przekazanie całego dostępnego momentu napędowego kołom tylnej osi.

W sytuacji, gdy silnik samochodu nie pracuje a zapłon pozostaje włączony (ilustracja 2), sterownik Haldex J492 jest zasilany napięciem akumulatora, z kolei zawór sterujący otwarciem sprzęgła N373 pozostaje otwarty.

Ciśnienie robocze oleju nie jest generowane, gdyż pompa oleju V181 do rozpoczęcia tłoczenia wymaga sygnału prędkości obrotowej wału korbowego na poziomie minimum 400 obr./min. Faza, podczas której układ hydrauliczny napędu na cztery koła ze sprzęgłem Haldex jest pozbawiony ciśnienia oleju, pozostaje przydatna w sytuacjach wymagających holowania pojazdu lub pomiaru siły hamowania na stanowisku badawczym. Dystans, jaki może przebyć samochód, będąc holowanym (przy podniesionej przedniej osi), nie powinien przekraczać 50 km z limitem maksymalnej prędkości do 50 km/h. Ograniczenie to wiąże się z faktem, że sprężyna talerzowa generuje wstępny nacisk na tłok roboczy potrzebny do kasowania luzu zestawu płytek sprzęgła Haldex, co powoduje powstanie minimalnego momentu, który przenosi sprzęgło.

Tryby regulacji sprzęgła Haldex

Dwie pierwsze generacje sprzęgieł typu Haldex do wytworzenia ciśnienia roboczego oleju ściskającego zestaw płytek sprzęgła wymagały różnicy prędkości obrotowej pomiędzy przednią a tylną osią pojazdu. Generowanie ciśnienia roboczego realizowane było za pośrednictwem rozbudowanego mechaniczno-hydraulicznego układu rolek, przesuwnej tarczy i tłoków pompujących. W układzie napędowym 4Motion ze sprzęgłem Haldex czwartej generacji maksymalne ciśnienie robocze jest dostępne już po kilku sekundach od uruchomienia silnika pojazdu. W trakcie ruszania z miejsca, jak i dynamicznego przyśpieszania samochodu, koła tylnej osi dla zapewnienia optymalnej trakcji wymagają dostarczenia dużych wartości momentu obrotowego. W takiej sytuacji zawór sterujący stopniem otwarcia sprzęgła Haldex  N373 może zostać całkowicie zamknięty. Podczas szybszej jazdy sterownik systemu Haldex J492 reguluje pracę sprzęgła, ustalając stopień jego zamknięcia umożliwiający przeniesienie niewielkiego zakresu momentu obrotowego na tylną oś. Rozpoczęcie procesu hamowania samochodu inicjuje fazę otwarcia sprzęgła Haldex.

Nagłe dociążenie przedniej osi podczas hamowania wraz z odciążeniem tylnej osi powinno być realizowane przy jak najmniejszym transferze momentu obrotowego na tylne koła. Podczas hamowania pojazdu zawór stopnia otwarcia sprzęgła N373 pozostaje maksymalnie otwarty aż do momentu zatrzymania samochodu. Układ 4Motion ze sprzęgłem Haldex czwartej generacji, współpracując z systemami ESP/ABS pozwala na zapewnienie jeszcze lepszej kontroli nad pojazdem w sytuacjach utraty przyczepności w stosunku do napędu na jedną oś. Wysterowanie sprzęgła Haldex może być zależne od warunków panujących na drodze, uwzględniając dynamikę zmiennych parametrów (hamowanie, jazda po łuku, przyśpieszanie na odcinkach o zmiennej przyczepności). W trakcie jazdy po śliskiej nawierzchni zakres regulacji ciśnienia roboczego sterującego stopniem otwarcia sprzęgła określany jest przez sterownik Haldex J492 na podstawie wymiany danych (poprzez magistralę CAN) ze sterownikiem ABS J104 (ilustracja 3).

Do sterownika ABS J104 dane te dostarczane są za pośrednictwem czujników ABS poszczególnych kół, czujników przyśpieszeń poprzecznych i wzdłużnych, sensora kąta obrotu koła kierownicy oraz sygnałów z czujników pedału przyśpieszenia i hamulca (zasadniczego i ręcznego), umożliwiając zlokalizowanie utraty przyczepności danego koła. W sytuacji wymagającej interwencji elektronicznego programu stabilizacji jazdy ESP sterownik ABS J104 przejmuje priorytet nad kontrolą sprzęgła Haldex, pozwalając na regulację momentu obrotowego tylnych kół do czasu odzyskania stabilności pojazdu i osiągnięcia zadanego toru jazdy.

Podzespoły elektroniczne sprzęgła Haldex czwartej generacji

  1. Sterownik silnika J623 za pośrednictwem magistrali CAN przesyła do sterownika sprzęgła Haldex J492 dane o prędkości obrotowej silnika, momencie obrotowym, obciążeniu silnika, jak i położeniu pedału przyśpieszenia.
  2. Sterownik ABS J104 poprzez magistralę CAN dostarcza sterownikowi Haldex informacji o: prędkości obrotowej poszczególnych kół pojazdu, przyspieszeniu wzdłużnym/poprzecznym samochodu, stanie włączenia/wyłączenia hamulca zasadniczego i ręcznego, kącie obrotu koła kierownicy. Realizacja programu elektronicznej stabilizacji toru jazdy ESP jest funkcją nadrzędną i działania mające na celu korektę toru jazdy podejmowane są w pierwszej kolejności. Uszkodzenie sterownika ABS J104 powoduje wyłączenie działania sprzęgła Haldex.
  3. Sterownik automatycznej skrzyni biegów J217 nadzoruje prawidłowe funkcjonowanie automatycznej przekładni, w przypadku wykrycia nieprawidłości w jej działaniu i przejścia w tryb pracy awaryjnej sprzęgło Haldex może zostać rozłączone.
  4. Czujnik prędkości obrotowej silnika G28 wysterowuje elektryczną pompę Haldex V181, gdy sygnał jaki wysyła osiągnie i przekroczy pułap 400 obr./min. W przypadku uszkodzenia czujnika G28 regulacja sprzęgła Haldex może przebiegać z zakłóceniami lub stać się niemożliwa do zrealizowania.
  5. Sterownik elektromechanicznego hamulca postojowego J540 kontroluje pracę hamulca postojowego oraz, dzięki kompaktowej budowie, zawiera czujniki: prędkości kątowej pojazdu, przyspieszenia poprzecznego i wzdłużnego. Współpraca sterownika J540 ze sterownikiem ABS J104 pozwala na wymaganą regulację systemu ESP, jak i opcjonalne rozbudowanie systemów wspomagających kierowcę o układy zapobiegające swobodnemu staczaniu się pojazdu ze wzniesienia.
  6. Czujniki prędkości obrotowej kół G44, G45,G46,G47 dokonują pomiaru prędkości na podstawie zmiennego sinusoidalnego napięcia generowanego przez tarczę impulsową osadzoną w piaście danego koła. Im większa prędkość obrotowa koła, tym większa jest częstotliwość sygnału wytworzonego przez dany czujnik. Informacje z poszczególnych czujników przetwarzane są w sterowniku ABS/ESP i przesyłane do sterownika sprzęgła Haldex J492. W przypadku uszkodzenia tylko jednego z czujników prędkości obrotowej kół możliwa jest dalsza realizacja napędu na cztery koła, jednak gdy uszkodzeniu ulegną dwa czujniki, działanie systemu jest niemożliwe.
  7. Czujnik położenia pedału gazu G185/G79 to układ dwóch potencjometrów, o zmiennej bądź przesuniętej charakterystyce, zespolonych z pedałem gazu i odpowiadających jego położeniu. Gdy nastąpi uszkodzenie jednego z potencjometrów wówczas sterownik wykorzystuje dane z drugiego.
  8. Czujnik kąta skrętu koła kierownicy G85 to sensor pozwalający na określenie rzeczywistego kąta obrotu koła kierownicy niezbędnego to wyznaczenia wymaganego toru jazdy podczas regulacji programu ESP.
  9. Włącznik świateł hamowania F zintegrowany ze wspornikiem konsoli pedałów wysyła sygnał o naciśnięciu pedału hamulca bezpośrednio do sterownika ABS J104, gdzie za pomocą magistrali CAN informacja ta trafia do sterownika sprzęgła Haldex J492, który rozłącza sprzęgło Haldex.
  10.  Sterownik sprzęgła Haldex J492 połączony jest magistralą danych CAN ze sterownikiem silnika, sterownikiem ABS/ESP oraz opcjonalnie ze sterownikiem automatycznej skrzyni biegów. Pakiety danych przesyłanych z szeregu czujników do wymienionych sterowników pozwalają na dokładne obliczenie docelowego momentu obrotowego przenoszonego na koła tylnej osi pojazdu.  W momencie uszkodzenia lub zakłócenia sygnału do/ze sterownika sprzęgła Haldex, system napędu na wszystkie koła nie funkcjonuje.
  11. Zawór stopnia  otwarcia sprzęgła Haldex N373 reguluje ciśnienie robocze oleju hydraulicznego potrzebne to zamknięcia/otwarcia sprzęgła. Sterownik sprzęgła Haldex J492 w swojej pamięci przechowuje charakterystyki zależności natężenia prądu i ciśnienia roboczego zaworu N373. Awaria N373 lub zakłócenie jego sygnału powoduje odłączenie napędu sprzęgła Haldex.  
  12. Elektryczna pompa oleju  sprzęgła Haldex V181 (o konstrukcji skokowo-tłokowej) pobiera olej hydrauliczny ze zbiornika wyrównawczego, tłocząc go poprzez filtr do zasobnika, gdzie generowane jest ciśnienie systemowe o wartości 30 barów. Uszkodzenie pompy jest równoważne z brakiem możliwości regulacji napędu na wszystkie koła.

O Autorze

Mariusz Leśniewski

Inżynier mechanik, autor materiałów szkoleniowych dla branży motoryzacyjnej, audytor branży motoryzacyjnej

Tagi artykułu

autoExpert 10 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę