23 października 2017

Układy napędowe pojazdów samochodowych, w obecnym kształcie (rok 2010), są rezultatem wielu lat ewolucji. Choć cała historia motoryzacji ma ponad sto lat, to dynamiczny rozwój napędu wszystkich czterech kół w samochodach osobowych nastąpił dopiero od lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Taki rodzaj napędu wykazuje wiele zalet w porównaniu z napędem tylko jednej osi. Najistotniejsze jest jednak bezpieczeństwo i tu napęd ten wykazuje lepsze parametry ruchowe na nawierzchniach o niskim współczynniku przyczepności nad wszystkimi innymi rozwiązaniami. 

Jerzy Mydlarz, Andrzej Baier, Michał Majzner

Współczesne napędy czterech kół pomimo wielkiej różnorodności konstrukcji i zasad działania mają jedną wspólną cechę konstrukcyjną. Koła każdej osi są ze sobą sprzężone, najczęściej przez jeden z wielu typów mechanizmów różnicowych. Takie rozwiązanie konstrukcyjne a priori uniemożliwia optymalizację rozdziału siły napędowej na poszczególne koła.

1
Rys.1 Przednie lewe koło utraciło kontakt z podłożem pod wpływem siły napędowej i odśrodkowej
Zdjęcie ze zbioru Subaru World Rally Team, zamieszczono za zgodą Subaru Import Polska Sp. z o.o.
 
Na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Śląskiej podjęto próbę wyjaśnienia czy intuicyjne początkowo rozwiązanie można zbadać i zweryfikować doświadczalnie w świecie wirtualnym i rzeczywistym.
Na podstawie obserwacji (Rys. 1), sformułowano następujące wnioski: 
a) w czasie ruchu przyspieszonego na łuku drogi, koło tylne zewnętrzne (względem teoretycznego punktu skrętu) wywiera największy nacisk na podłoże, a zatem może przenieść największą siłę napędową;
b) w czasie ruchu przyspieszonego na łuku drogi, koło przednie wewnętrzne wywiera najmniejszy nacisk na podłoże, a zatem może przenieść najmniejszą siłę;
c) z uwagi na dwa powyższe stwierdzenia uznano, że w czasie jazdy po łuku ruchem przyspieszonym należy przenieść z przedniego wewnętrznego koła na tylne zewnętrze, część siły napędowej, której odciążone koło nie może przenieść na podłoże z powodu zmniejszonego nacisku.
Współczesne, produkowane komercyjnie, układy napędowe, nie zakładają takiej możliwości. Z uwagi na zaprezentowane rozumowanie została przedstawiona koncepcja układu napędowego, w którym koła pojazdu są sprzężone mechanicznie po przekątnej. Układ napędowy tego typu opatentowano w 2007 roku pod nazwą „Układ napędowy pojazdu silnikowego” (numer patentu PL 194829). Opatentowany układ napędowy nazwano krzyżowym bądź przekątnym układem napędowym. Dla celów popularyzacyjnych i skrócenia opisu ten układ napędowy nosi również nazwę „Diagodrive”. To jedno nowe, pochodzące z języka angielskiego, słowo zwięźle i dość precyzyjnie oddaje istotę nowego układu napędowego. Powstało ono z połączenia części słowa „diagonal”, co oznacza ukośny, przekątny, ze słowem „drive”, oznaczającym w języku angielskim technicznym napędzanie.
Pełny schemat kinematyczny krzyżowego układu napędowego, z trzema mechanizmami różnicowymi, pokazano na rysunku 2. Wszystkie trzy mechanizmy, w tym przykładzie, są typu otwartego, zrealizowane za pomocą stożkowych kół zębatych. 

rys2
Rys. 2. Schemat kinematyczny krzyżowego układu napędowego 

Model wirtualny
Typ modelu wirtualnego miał kluczowe znaczenie dla budowy modelu fizycznego. Mając na uwadze bardzo istotne porównywanie wyników uzyskanych w wyniku badań symulacyjnych z badaniami modelu fizycznego, postanowiono, że ostateczny model fizyczny będzie wiernym odwzorowaniem modelu wirtualnego. W ten sposób możliwe było znalezienie korelacji pomiędzy światem symulacji komputerowej a rzeczywistością. Przeprowadzone podczas oceniania każdej z koncepcji badania wstępne doprowadziły do zmian oraz zadecydowały o ostatecznej postaci konstrukcyjnej modelu właściwego.

tab_1

Stosowana w rzeczywistości wirtualnej metoda sterowania ruchem pojazdu wpłynęła na zastosowanie sterownika mikroprocesorowego w modelu fizycznym. Prototyp modelu zawieszenia przedstawiono na rysunku 3.

3
Rys. 3  Pierwotna wersja prototypu układu napędowego