TEHNIKA Torque Vectoring

SVE ŠTO STE ŽELJELI ZNATI o pametnom diferencijalu koji od prosječnog vozača stvara majstora

    AUTOR:
  • OBJAVLJENO:
  • 05.12.2016. u 14:28

Rimac Automobili

Osim zakretanja upravljivih kotača - najčešće prednjih, a ponekad i sva četiri - automobil se željenom putanjom može voditi i uz pomoć pogonskih kotača. Aktivni pametni diferencijali rješenje su za konvencionalne pogonske sustave, no sve prisutniji električni pogon otvara i neke posve nove mogućnosti

Podjednako često koliko je puta u posljednje vrijeme spominjan Rimčev Concept_S, spominjan je i pojam Torque Vectoring. Premda bi umjesto pojma Torque Vectoring možda bilo ispravnije bilo koristiti pojam Torque Steering -upravljanje pomoću okretnog momenta - jer je upravo to sposobnost koju ovom električnom superautomobilu podaruju četiri zasebna elektromotora, po jedan za svaki kotač. Uz prikladno brzu i temeljito kalibriranu kontrolu rada tih motora, kod takve je pogonske koncepcije zapravo najlakše postići upravljanje vozilom uz pomoć različitih okretnih momenata koje isporučuje svaki pojedini kotač.

 

Foto: Rimac Automobili, Mazda

Da bismo manje upućenima plastično dočarali o čemu se radi, možda je najbolje napraviti usporedbu s plovilom koje pokreću dva motora, odnosno dva propelera, jedan s lijeve i jedan s desne strane. Ono će skretati u smjeru u kojem okrenete peraju kormila (što je analogno sa zakretanjem upravljivih kotača), no isto tako plovilo će mijenjati smjer ako neki od dva pogonska motora gura jače, odnosno slabije, što je analogija s Torque Vectoringom.

Kotači na jednoj osovini okreću se istom brzinom samo kad auto ide potpuno ravno. Čim počne skretati, kotači s unutarnje strane zavoje okretat će se sporije, a oni s vanjske brže. Također, prednji se kotači u zavojima kreću dužim putanjama nego stražnji, pa i među njima postoje razlike u brzini okretanja. Lijevi i desni pogonski kotač međusobno su povezani diferencijalom, prijenosnikom koji omogućava da se kotači okreću različitim brzinama, ali u svojoj uobičajenoj, otvorenoj varijanti, dijeli moment jednako prema oba kotača. A u zavoju ni pritisak, ni mogućnost prenošenja sile na podlogu, nisu jednaki s obje strane. U nastavku pročitajte na koje se načine ta činjenica može iskoristiti kako bi vozač i auto kroz zavoje jurili ne samo brže, već i vještije i sigurnije.

 

Ukratko

Aktivni diferencijal omogućava da i pogonske sile pomognu upravljanju

U uvodnom tekstu spomenuli smo da su lijevi i desni pogonski kotač međusobno povezani diferencijalom, koji omogućava različite brzine vrtnje kotača u zavojima i pritom ravnomjerno dijeli moment među njima. No, ako se jedan od pogonskih kotača nađe na skliskoj podlozi ili u zraku i zavrti u prazno, kotač na drugoj strani prenosit će samo onoliko momenta koliko na podlogu prenosi onaj koji proklizava - dakle, vrlo malo ili ništa, pa auto praktički ostaje bez potiska. Uz neki jednostavniji tip samoblokirajućeg diferencijala (popularna špera), auto neće posve ostati bez potiska, ali neće ni iskoristiti maksimum trenja koje stoji na raspolaganju. S obzirom na to da se auto u zavojima naginje i jače opterećuje vanjske kotače, trenje, a time i sila koja se može prenijeti na podlogu, veća je na kotačima s vanjske strane zavoja, a manja s unutarnje. Aktivni diferencijal omogućava da se moment koji se isporučuje lijevoj i desnoj strani dijeli sukladno tome koliko je trenja (prianjanja) na raspolaganju s pojedine strane. Na vanjski se pogonski kotač tako isporučuje više momenta (pogonske sile), a na unutarnji manje, čime se smanjuje rizik da unutarnji prokliže - povećava se i ukupni moment koji se šalje na kotače, a veći moment na vanjskom kotaču (ilustracija ispod) istovremeno pomaže skretanju vozila u željenom smjeru. Naravno, elektronika koja upravlja spojkama sa svake strane diferencijala uzima u obzir mnoštvo podataka (brzinu vozila, kut zakreta upravljača, bočno ubrzanje...)

 

Ukratko

Ulasci u zavoje i ubrzavanje nakon skretanja

Na zakret upravljača ulaskom u desni zavoj sukladno brzini auta i položaju papučice gasa, pametni aktivni diferencijal šalje više momenta na opterećeniji lijevi kotač i pomaže zakretanje auta. Kad auto ubrzava na izlasku iz zavoja i kad se upravljač poravna, obje su spojke otvorene i diferencijal isporučuje jednaki moment na oba pogonska kotača. U slučaju da se dosegne granica prianjanja, elektronika će obuzdati kotač koji pokaže tendenciju proklizavanju. Kod ulaska u lijevi zavoj, pametni diferencijal ponovo šalje više momenta na pogonski kotač s vanjske strane zavoja, ovaj puta desni. Aktivni diferencijal pomaže i kod stabiliziranja auta pri kočenju motorom, jer su i u tom slučaju u zavoju kotači neravnomjerno opterećeni.

 

Nezavisna kontrola pogona sva četiri kotača

Staro Pirellijevo reklamno geslo Snaga bez kontrole ne znači ništa dobiva pravi smisao tek kad snage, odnosno momenti, postanu toliko veliki da u svakom trenutku mogu preskočiti granicu trenja (prianjanja), kao što je slučaj kod moćnog Rimčevog Concepta_S. Hrvatski superauto stoga posjeduje sustav koji je nazvan Rimac All Wheel Torque Vectoring (R-AWTV), a omogućava da se u svakom trenutku na svaki kotač uputi onoliko snage/momenta koliko je potrebno sukladno zahtjevima vozača i uvjetima na cesti. Konkretnije, kako auto prolazi kroz zavoje, ubrzava ili usporava, tako se mijenja i opterećenje na svakom pojedinom kotaču, a time i sposobnost prenošenja sile pogona ili kočenja na taj kotač. Elektronika uzima to u obzir, zajedno s vozačevim inputom (položaj papučice gasa, kut zakreta upravljača...) i kontrolira moment koji će svaki elektromotor uputiti pripadajućem kotaču. U krajnjem slučaju, moment istodobno na vanjskim kotačima može biti pozitivan, u smjeru kretanja vozila, a na nekom unutarnjem negativan, suprotno smjeru kretanja (odnosno kočiti), ako to usmjerava auto tamo gdje je zamislio vozač.

 

PO JEDAN ZA SVAKI

Kad svaki kotač pokreće zasebni elektromotor, nema potrebe za diferencijalima, no ključna je precizna i usuglašena kontrola rada svakog pojedinog motora. Ovdje se to zove All Wheel Torque Vectoring.

 

ČUDOVIŠTE

Concept_S briljira performansama koje praktički spadaju u rang Formule 1, no njegovih 1384 KS i kamionskih 1800 Nm postaju upotrebljivi prije svega zahvaljujući moćnom elektroničkom mozgu koji njima upravlja.

 

Torsen - mehanička alternativa Torque Vectoringu

Pred gotovo 60 godina, točnije 1958., Amerikanac Vernon Gleasman patentirao je poseban tip diferencijala nazvan Torsen (skraćenica od Torque Sensing). Ovdje nemamo prostora da do detalja objasnimo njegov mehanički ustroj, no ključno je to da je Gleasman iskoristio svojstvo pužnog prijenosnika (kod kojeg se moment može prenositi u jednom smjeru, dok trenje onemogućava prijenos u suprotnom), i primijenio ga u mehanizmu diferencijala. To omogućava Torsen diferencijalu da do nekog maksimalnog konstrukcijom uvjetovanog omjera (primjerice 75:25), ako uvjeti prianjanja nisu jednaki s obje strane, dijeli moment između lijevog i desnog kotača (ili u nekim slučajevima prednjih i stražnjih kotača). To funkcionira na taj način sve dok strana s boljim prianjanjem (najčešće vanjska) može prenijeti veću porciju momenta - i evo pomoći upravljanju!

 

Veća snaga je i veći izazov za pogon

Ne tako davno većina je auta na cesti imala manje od 100 KS, a okretni momenti veći od 200 Nm bili su rijetkost. U današnjoj turbo eri bolje performanse isporučuju već jednolitreni trocilindraši. S druge strane, brojke od 400-500 konja više uopće ne djeluju zastrašujuće, kad postoje cestovni bolidi sa 1500 konja i momentima kojih se ne bi posramili ni 40-tonski tegljači. Ipak, fizika ima svoja ograničenja i tu silnu snagu - unatoč sve boljim gumama - ponekad je teško prenijeti na cestu i uz pomoć sva četiri pogonska kotača, ako u pomoć ne priskoči moćna elektronika. Ona u realnom vremenu ne kontrolira samo rad motora, već i distribuciju momenta prema kotačima, iskorištavajući na taj način do maksimuma rezerve prianjanja svakog kotača.

 

MazdaG-Vectoring Control
 

Algoritam za bolje ležanje u zavoju i manji umor vozača

Mazdini inženjeri smislili su jednostavan, ali vrlo inteligentan način softverske kontrole distribucije okretnog momenta, odnosno pogonske snage na kotače, kojim osiguravaju ne samo bolje ležanje i više sigurnosti nego i manje umaranje vozača i udobniju vožnju putnika. Dakle torque vectoring ovdje je u službi komfora

 

Tekst KRUNOSLAV ORMUŽ

Izdvajamo

Iz drugih medija