Modul de funcionare al ambreiajului pentru transmisiile manuale(1) Echiparea automobilelor cucutii de viteze manualesauautomatedepinde n principal de ara n care se comercializeaz automobilul respectiv. De exemplu n Europa aproximativ 70% din automobile sunt oferite spre vnzare cu cutii de viteze manuale. La polul opus se afl regiuneaNAFTA(America de Nord, Canada i Mexic) i Japonia n care automobilele cu cutii automate reprezint 84%, respectiv 70%, din totalul de automobile. n cazul automobilelor echipate cucutii de viteze manualeeste indispensabil utilizarea unuiambreiaj. Acesta este poziionat ntre motor i cutia de viteze i are dou funcii majore:1. permite ntreruperea fluxului de putere dintre motor i cutia de viteze;2. permite cuplarea progresiv a motorului la cutia de viteze n timpul demarajului.

Foto: Ambreiaj montat pe motorSursa: Wikimedia Commons1. bloc motor2. volantamotorului3. discul de ambreiaj4. placa de presiune5. arc diafragm ntreruperea fluxului de putere dintre motor i cutia de viteze, n cazul n care o treapt de vitez este cuplat, este necesar n momentul n care turaia motorului tinde s scad sub turaia de mers ncet n gol (ralanti) pentru a preveni calarea motorului. De asemenea, schimbarea treptelor de vitez se face fr sarcin (fr flux de putere ntre motor i roi) deci este necesardecuplare motoruluide cutia de viteze prin intermediul ambreiajului.

Foto: Kit de ambreiaj ZF Sachs:Sursa: ZF Sachs1. discul de ambreiaj;2. carcas cu plac de presiune;3. arcul diafragm;4. rulmentul de presiune. Majoritatea automobilelor cu cutii manuale sunt echipate cu ambreiajemecanice(de friciune),monodisc(frecarea se realizeaz prin intermediul unui singur disc de ambreiaj), cufrecare uscat(fr ulei),acionate mecanic(cablu) sauhidraulic(fluid de lucru). Cum funcioneaz un ambreiaj? Explicaia este fcut cu ajutorul imaginii de mai jos. Cnd este apsat pedala de ambreiaj,rulmentul de presiune(7) acioneaz asupra prii interioare aarcului diafragm(5) care prin intermediultifturilor(10) ridicplaca de presiune(4) de pediscul de ambreiaj(3). Astfel se ntrerupe legtura dintrearborele cotit(1) iarborele de intrare n cutia de viteze(6). Ansamblul format dinarbore cotit(1),volanta(2),carcasa(8),arcul diafragm(5) iplaca de presiune(4) se rotesc mpreun, ct timp motorul este pornit. n cazul n care ambreiajul este cuplat micarea se transmite mai departe, prin intermediuldiscului de ambreiaj(5), ctrearborele de intrare n cutia de viteze(6).

Foto: Elementele componente ale unui ambreiajSursa: Wikimedia CommonsA. ambreiaj cuplat;B. ambreiaj decuplat.1. arbore cotit2. volant3. disc de ambreiaj4. placa de presiune5. arc diafragm6. arbore de intrare n cutia de viteze7. rulment de presiune8. carcas9. inele de reazem10. tift de fixare11. tift de fixareDiscul de ambreiaj(vezi foto de mai jos) este compus dintr-ogarnitur de friciune(1) care este fixat pediscul metalic(2) prin intermediul niturilor. De reinut c exist dou discuri metalice, unul pe care este fixatgarnitura de friciune(1) i altul care este fixat pebutucul canelat(4). ntre aceste dou discuri micarea de rotaie se transmite prin intermediularcurilor elicoidale(3) care au rolul de a prelua ocurile mecanice n momentul cuplrii ambreiajului.Butucul canelat(4) se monteaz pe arborele de intrare n cutia de viteze care, cu ambreiajul cuplat, preia micarea de la arborele cotit al motorului cu ardere intern.

Foto: Componentele unui disc de ambreiajSursa: superformance.co.uk1. garnitur de friciune;2. disc metalic;3. arcuri elicoidale;4. butuc canelat. Garniturile de friciune ale discului de ambreiaj trebuie s ndeplineasc cerine multiple pe ntreaga durat de via a unui ambreiaj: asigurarea unui coeficient de frecare pe ct posibil constant, ce nu-i modific valoarea odat cu variaiile de temperatur, turaie i cuplu; s proprieti mecanice ridicate (s reziste la ocuri mecanice). Uzura garniturilor de friciune depinde n primul rnd de energia disipat n momentul cuplrii ambreiajului. Nivelulenergiei disipateeste dat de valoarea diferenei de turaie ntre motor i cutia de viteze i de cuplului motor n timp. Astfel, de exemplu, dac la plecarea de pe loc, motorul se ridic la o turaie mare ia timpul de patinare al ambreiajului este de asemenea ridicat, energia disipat prin frecare va fi mare deci uzura ambreiajului semnificativ.Diferena de turaii ntre motor i cutia de vitezen [rot/min]Cuplul motorCm [Nm]Timpul de patinaretp [s]Energia disipat (uzura)Q [J]

micmicmicmic

mediemediumediumedie

maremaremaremare

Totodat dac timpul de patinare este foarte scurt cuplarea motorului la cutia de viteze se va face cu oc, lucru care nu este de dorit. Ideal timpul de patinare al unui ambreiaj este timpul minim pentru care ocurile n momentul cuplrii sunt acceptabile. Conductorul auto poate controla uzura discului de ambreiaj prin doi parametrii: diferena de turaientr motor i cutia de viteze; timpul de patinare. Cel de-al treilea parametru,cuplul motor, depinde de ncrcarea automobilului, care poate s creasc n cazul n care automobilul pleac n ramp sau dac sarcina util este mare.De reinut!Prin reducerea diferenei de turaii i a timpului de patinare se reduce uzura ambreiajului! Placa de presiune trebuie s asigure contactul discului de ambreiaj pe toat suprafaa acestuia, n mod uniform. De asemenea o parte din cldura rezultat n urma patinrii ambreiajului este absorbit de placa de presiune i degajat ctre mediul exterior.Arcul diafragmare rolul de a menine contactul ntre volant, disc de ambreiaj i placa de presiune ct timp pedala de ambreiaj nu este apsat.Rulmentul de presiunepermite acionarea arcului diafragm, care este n micare, prin intermediul unor prghii, care sunt fixe. Este elementul care este cel mai mult supus uzurii mai ales n cazul n care cuplrile i decuplrile ambreiajului sunt foarte dese. n funcie de sensul de acionare al arcului diafragm se deosebesc dou tipuri de ambreiaje: de tipul mpins (push type), la care decuplarea se face prin mpingerea arcului diafragm; de tipul tras (pull type), la care decuplarea se face prin tragerea arcului diafragm.ZFSachs este unul din productorii de ambreiaje care ofer ambele tipuri de acionare.

Foto: Componentele ambreiajelor pull-type i push-typeSursa: ZF SachsAmbreiaje ZF Sachs, monodisc, cu frecare uscat:1. carcasa ambreiajului;2. placa de presiune;3. tift de fixare;4. rulment de presiune;5. arc diafragm (prghia interioar);6. arc diafragm (prghia exterioar);7. arc lamelar. Avantajul ambreiajelor de tipul tras este fora de acionare mai mic relativ la aceeai for de apsare a arcului diafragm. Acest lucru permite ca pentru ambreiajele care pot transmite un moment maxim mai mare s se utilizeze acelai mecanism de acionare ca n cazul unui ambreiaj de tipul mpins.

Cutia de viteze manual - mod de funcionare i componente(0) Echiparea automobilelor cu cutii de viteze manuale sau automate depinde n principal de ara n care se comercializeaz automobilul respectiv. De exemplu n Europa aproximativ 70% din automobilele n circulaie sunt echipate cu cutii de viteze manuale. La polul opus se afl regiuneaNAFTA(America de Nord, Canada i Mexic) i Japonia n care automobilele cu cutii automate reprezint 84%, respectiv 70%, din totalul de automobile aflate n circulaie.Caracteristica de traciune a automobilului Utilizarea cutiilor de viteze pe un automobil este necesar datorit urmtoarelor limitri ale motorului cu ardere intern: turaie minim stabil relativ mare (600 ... 800 rot/min); un singur sens de rotaie al arborelui cotit; puterea maxim este obinut la o anumit turaie; consumul de combustibil depinde de turaia motorului. Necesitatea de traciune a unui automobil se poate explica cu ajutorul puterii disponibile la roile motoare. Astfel, puterea la roat este dat de produsul forei de traciune i a vitezei tangeniale a roii (care este egal cu viteza automobilului):P [W] = Ft [N] v [m/s] S presupunem c avem disponibil la roat puterea maxim a motorului Pmax, indiferent de valoarea vitezei de deplasare. n acest caz fora de traciune va depinde numai de viteza de deplasare a automobilului, deoarece puterea motorului este constant la valoarea maxim:Ft = Pmax / v Reprezentare grafic a relaie dintre fora de traciune i viteza automobilului se numete hiperbola ideal de traciune (HIT) i reprezint caracteristica ideal de traciune a unui automobil.

Foto: Caracteristica ideal de traciune a unui automobil Este evident c caracteristica de traciune a unui motor termic este departe de a fi apropiat de caracteristica ideal de traciune. Curba de culoare neagr reprezint caracteristica motorului termic fr s fie modificat de rapoartele unei cutii de viteze. Este echivalent cu raportul de priz direct a unei cutii de viteze la care raportul de transmitere este aproximativ 1.00. Suprafa colorat n albastru deschis reprezint zone de funcionare din punct de vedere ale traciunii dar care nu sunt acoperite de motorul termic. Rezult ca automobilul are nevoie de un convertor de cuplu i turaie care s aduc caracteristica motorului termic ct mai aproape de caracteristica ideal de traciune.

Foto: Caracteristica de traciune pentru o cutie de viteze n patru trepte pentru automobile Dup cum se observ dac utilizm o cutie de viteze n patru trepte se obine o caracteristic de traciune apropiat de cea ideal. Din punct de vedere al traciunii cu ct cutia de viteze are mai multe trepte cu att caracteristica de traciune este mai apropiat de cea ideal. Dac inem cont de limitrile motorului cu ardere intern precum i de necesarul de traciune al unui automobil putem spune c o cutie de viteze are urmtoarele roluri/funcii: adaptarea caracteristicii de cuplu a motorului n funcie de variaia rezistenelor la naintare; permite mersul napoi al automobilului pentru acelai sens de rotaie al arborelui cotit; permite decuplarea motorului de restul transmisie n cazul staionarii ndelungate a automobilului.Construcia i funcionarea cutiei de viteze manual n funcie de modul de poziionare ale motorului cu ardere intern structura unei cutii de viteze manual este diferit. De exemplu pentru automobilele cu motoare dispuse longitudinal pe puntea fa i traciune pe puntea spate cutia de viteze are trei arbori: unul de intrare, unul intermediar i al treilea de ieire.

Foto: Cutie de vitezeNVGcu cinci trepte pentru automobile cu traciune spate (motor dispus longitudinal)Sursa: General Motors n cazul automobilelor cu motor pe puntea din fa i traciune fa (soluia totul fa) cutiile de viteze au doi arbori: unul de intrare i unul de ieire.

Foto: Cutie de viteze i diferenial General Motors cu ase trepte pentru automobile cu traciune fa (motor dispus transversal)Sursa: General Motors Cutiile de viteze conin mai multe perechi de mecanisme cu roi dinate care au rolul de a transforma cuplul motor i turaia n scopul adaptrii motorului la cerinele de traciune. Dac o cutie de viteze este de tipul 5+1 nseamn c conine 5 mecanisme de roi dinate pentru mersul nainte i un mecanism pentru mersul napoi.

Foto: Cutie de viteze manual (5+1) pentru un automobil cu motor montat transversal i traciune fa.Sursa: Wikimedia Commons1. pinionul intermediar al treptei de mers napoi2. caneluri pe care se monteaz discul de ambreiaj3. arborele de intrare n cutia de viteze4. pinionul primar al treptei I5. pinionul prima al treptei de mers napoi6. pinionul primar al treptei II7. pinionul primar al treptei III8. furca de cuplare a treptelor III-IV9. pinionul primar al treptei IV10. pinionul primar al treptei V11. furca de cuplare a treptei V12. arborele secundar13. pinionul diferenialului14. pinionul secundar al treptei I15. furca de cuplare a treptelor I-II16. pinionul secundar al treptei II17. pinionul secundar al treptei III18. senzor de vitez19. pinionul secundar al treptei IV20. pinionul secundar al treptei V21. tij de selecie Pinioanele primare pentru toate treptele de vitez sunt fixe pe arbore, nu se pot roti independent fa de arborele primar. Pe de alt parte pinioanele de pe arborele secundar sunt libere pe arbore, acestea se rotesc chiar dac arborele secundar nu se rotete (caz n care vehiculul staioneaz). De reinut c toate mecanismele cu roi dinate sunt angrenate tot timpul, cuplarea i decuplarea unei trepte de vitez se face prin intermediul unor manoanelor de cuplare.

Foto: Schema cinematic a unei cutii de viteze 5+1 (automobil motor montat transversal pe puntea fa i traciune fa) Fiecare treapt de vitez este caracterizat de unraport de transmitere. Acest raport reprezint valoarea cu care este convertit cuplul motor i turaia motorului ntr-o anumit treapt de vitez. Raportul de transmitere depinde de mrimea pinioanelor ce compun treapta de vitez. Dac se cunosc numrul de dini sau diametrul fiecrui pinion se poate calcula raportul de transmitere:i = z2/z1 = d2/d1unde:z numrul de dinid diametrul1 pinionul conductor (motor)2 pinionul condus

Foto: Exemplu de angrenaj pentru cutie de viteze manualaSursa: Wikimedia Commons Raportul de transmitere al acestui angrenaj este de 2.8 deoarece pinionul condus are 28 de dini iar cel conductor 10 dini. Exemple de rapoarte de vitez:RaportulMotor 1(benzin 75 CP)Motor 2(benzin 258 CP)Motor 3(diesel 150 CP)

13.734.353.80

22.052.502.23

31.391.671.36

41.031.230.97

50.791.000.76

6-0.850.61

diferenial4.503.153.56

Pe baza valorilor rapoartelor treptelor cutiei de viteze putem extrage cteva informaii referitoare la automobil. De exemplu n primul exemplu (Motor 1) cutia de viteze este cu doi arbori, traciune fa, deoarece raportul de priz direct (treapta a patra) nu are valoarea 1.00 ci este apropiat (1.03). n cazul exemplului cu Motor 2 cutia de viteze este cu trei arbori, traciune spate, deoarece treapt de priz direct are valoare 1.00. n acest caz arborele de intrare din cutie este conectat la arborele de ieire fr s mai treac printr-un mecanism cu pinioane. n cazul unui automobil cu o singur punte motoare, fa sau spate, cuplul i turaia motorului sunt transformate de dou ori pn s ajung la roi. Prima conversie este fcut de raportul treptei de vitez cuplate iar a doua de raportul diferenialului. De exemplu dac, n cazul cutiei de pe Motorul 3 (diesel 150 CP) cuplul motor este de 130 Nm, iar prima treapt este cuplat, la fiecare roat motoare vom avea (130 x 3.8 x 3.56)/2 adic 879 Nm ! n acelai timp dac turaia motorului este de 2000 rot/min iar automobilul se deplaseaz n linie dreapt fiecare roat va avea turaia de (2000 / 3.8 / 3.56) adic 148 rot/min!Procesul de sincronizare al turaiilor arborilor Procesul de cuplare a unei trepte de vitez este fcut n dou etape:selecie: reprezint etapa de selectare a manonului de cuplare pentru treapta de vitez dorit (micarea levierului de viteze n stnga sau dreapta);angajare: reprezint cuplarea efectiv a treptei de vitez dorit (micarea levierului de viteze nainte sau napoi). Etapa de angajare a treptei de vitez este distinct deoarece n acest etap se face sincronizarea. n cazul n care schimbm o treapt de vitez (de exemplu 1-2) la trecerea n noua treapt de vitez, a doua, turaia arborelui de intrare trebuie sincronizat cu turaia arborelui de ieire. Exemplu: Schimbare de treapt 1-21) nintrare= 3000 rot/min2) i1= 3.733) nieire= 804 rot/min

6) nintrare= 1649 rot/min5) i2= 2.054) nieire= 804 rot/min

Din exemplul prezentat rezult c la schimbare din treapta 1 n treapta 2 turaia arborelui de intrare trebuie redus la 1649 rot/min de la 3000 rot/min. Astfel se face sincronizarea turaiilor arborilor. Sincronizarea este un proces care nu este perceput n mod evident de ctre conductorul auto. O schimbare de treapt de vitez dureaz n medie 0.7 secunde, perioad ce cuprinde att selecia ct i angajarea. Pentru a nelege cum se face sincronizarea trebuiesc studiate componentele care sunt implicate n procesul de schimbare a unei trepte de vitez. n figura de mai jos este prezentat o pereche de pinioane primare mpreun cu furca i manonul de cuplare. Pereche de pinioane primare cu elementele de acionare i sincronizare (poziie necuplat):1. arbore secundar2. pinion secundar (treapta n)3. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n)4. inel sincronizator (treapta n)5. manon de cuplare6. furc de acionare7. inel sincronizator (treapta n+1)8. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n+1)9. pinion secundar (treapta n+1)

Foto: Manon de cuplare n poziia neutrSursa: Wikimedia Commons n momentul n care se efectueaz angajareatreptei de vitez(9)manonul de cuplare(5) acionat defurca(6)mpinge inelul sincronizator(7) pecoroana dinat(8). Contactul dintre inelul sincronizator i coroana dinat se efectueaz pe o suprafa conic interioar i are ca rezultat ncetinirea turaiei arborelui primar care este solidar cupinionul(9). Cnd diferena de turaii dintre arborele primar i inelul sincronizator tinde spre zero, aceste piese se rotesc cu aceeai turaie,manonul de cuplare(5) se va deplasa pesteinelul sincronizator(7) icoroana dinat(8) rigidizndu-le. Astfel se realizeaz cuplare unei trepte prin sincronizare. Pereche de pinioane primare cu elementele de acionare i sincronizare (poziie cuplat):1. arbore secundar2. pinion secundar (treapta n)3. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n)4. inel sincronizator (treapta n)5. manon de cuplare6. furc de acionare7. inel sincronizator (treapta n+1)8. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n+1)9. pinion secundar (treapta n+1)10. butucul manonului de cuplare11. element de blocare a manonului pe poziia neutr

Foto: Manon de cuplare n poziia cuplatSursa: Wikimedia Commons De reinut c la o schimbare n sus (din treapta n n n+1) arborele primar trebuie frnat iar la o schimbare n jos (din treapta n+1 n n) arborele primar trebuie accelerat. Astfel la o schimbare n jos, mai ales dac schimbarea este de la n la n-2, pentru a avea o sincronizare mai rapid, se poate face o dubl debreiere. Acest procedeu const n accelerarea motorului, cu ambreiajul cuplat, nainte de a angaja treapta dorit, pentru accelerarea arborelui primar. Etapele succesive ale unei schimbri de vitez cu dubl debreiere sunt:1. decuplarea motorului de transmisie prin apsarea pedalei de ambreiaj2. scoaterea din treapta de vitez curent (n)3. cuplarea motorului prin eliberarea pedalei de ambreiaj4. accelerarea motorului pn la turaia dorit5. decuplarea motorului de transmisie prin apsarea pedalei de ambreiaj6. angajarea noii trepte de vitez (n-1 sau n-2) Acest procedeu este mult mai eficient la schimbri de trepte de tipul 3-1 sau 4-2 pentru care arborele primar trebuie accelerat cu aproximativ 2000 rot/min. Este evident c se poate efectua o schimbare de treapt clasic, fr dubl debreiere, dar care v-a dura mai mult datorit faptului c sincronizarea va fi mai lung. Majoritatea cutiilor de viteze manuale sunt prevzute cu sincronizatoare cu un singur inel. Exist cutii de viteze care au sincronizatoare duble, cu dou inele de sincronizare. Aceste sunt utilizate n special pentru treptele 1 i 2 la care sincronizarea poate presupune decelerarea sau accelerarea arborelui primar la valori mai ridicate.

Foto: Sincronizator dubluSursa: Borg Warner1. pinion secundar;2. coroan dinat;3. rulment cu ace;4. inel sincronizator interior;5. inel intermediar;6. inel sincronizator exterior;7. butuc manon de cuplare;8. manon de cuplare;9. element de blocare a manonului pe poziia neutr Una din constrngerile unei cutii de viteze manuale este necesitatea unei fore de acionare egale asupra sincronizatoarelor, indiferent de treapta de vitez. Pentru a realiza cuplarea treptelor de vitez n acelai interval de timp avem nevoie de o for mai mare de acionare pentru treptele inferioare. Soluia la acest inconvenient este sincronizatorul dublu, care la aceeai for de acionare ,datorit suprafeei de frecare mrit, realizeaz sincronizarea la fel de rapid ca n cazul treptelor superioare (prevzute cu sincronizatoare simple). n videoclipul de mai jos este explicat construcia i modul de funcionare al unei cutii de viteze manuale. Cutia prezentat este pentru un automobil cu traciune spate, cu trei arbori. nelegerea modului de funcionare al unei cutii manuale este deosebit de important deoarece permite nelegerea conceptelor mai avansate de cutii cum ar fi cutiile de viteze automatizate sau cu dublu ambreiaj. De asemenea cunotinele relativ la construcia i funcionarea unei cutii de viteze confer conductorului auto posibilitatea de exploata transmisia n condiii optime ce are ca efect extinderea duratei de via.

Modul de funcionare al unui diferenial(1) n momentul n care un automobil efectueaz un viraj, roile trebuie s parcurg distane diferite. Pentru a reui acest lucru, fiind ataate de automobil, acestea trebuie s se roteasc cu viteze diferite. Astfel, la efectuarea unui viraj, roile din interiorul virajului se rotesc cu viteze mai mici dect cele din exteriorul virajului.

Foto: Traiectoriile parcurse de roile unui automobil n timpul unui viraj La o punte nemotoare, roile fiind libere, nu este nici o problem, acestea se pot rotii independent una fa de cealalt. n cazul n care puntea este motoare, trebuie s se asigure ca roile pot primi cuplul motor de la aceeai sursa i n acelai timp, n viraje, s se roteasc cu turaii diferite.

Foto: Diferenial deschis (angrenaj conic)Sursa: ZF Dispozitivul care permite transmiterea cuplului motor i rotirea roilor cu turaii diferite se numetediferenial. Inventat de Pecquer n 1827, diferenialul modern i-a pstrat acelai principiul de funcionare, mbuntirile aduse fiind doar de ordin tehnologic (materiale, form, dimensiuni).

Foto: Cutie de viteze i diferenial (angrenaj cilindric)Sursa: Renault Constructiv, diferenialul conine ocarcas cu un angrenaj principal(numit i raport principal sau transmisie principal), i unmecanism epicicloidal. Acest mecanism permite rotirea roilor cu viteze diferite. Mecanismul epicicloidal conine dou roi dinate planetare (pe capetele arborilor planetari) i dou sau patru roi dinate satelii.

Foto: Componentele diferenialului motor montat longitudinal (angrenaj conic)1. arbore de ieire dincutia de viteze2. arbori planetari (antreneaz roile automobilului)3. pinion transmisie principal (pinion de atac)4. coroan transmisie principal5. roi dinate planetare6. roi dinate satelii7. carcas diferenial Cuplul i turaia este primit de lacutia de vitezeprin intermediul arborelui (1). Pinionul diferenialului (3) angreneaz cu coroana (4) i amplific cuplul de ieire din cutia de viteze, demultiplicnd cu acelai raport turaia arborilor planetari (2). Carcasa (7), pe care este fixat rigid coroana (4), antreneaz roile dinate satelit (6) care la rndul lor antreneaz roile dinate planetare (5). Cnd automobilul se deplaseaz n linie dreapt tot ansamblul se rotete cu aceeai turaie. n momentul n care automobilul efectueaz un viraj, ntre roile dinate satelit (6) i roile dinate planetare (5) apare o micare relativ care permite rotirea cu turaii diferite a celor doi arbori planetari (2).Animaie: Modul de funcionare al unui diferenial (angrenaj conic)Sursa: Geebee's Vector Animations n funcie de arhitectura grupului moto-propulsor diferenialul poate fi montat n aceeai carcas cu cutia de viteze sau separat. De asemenea tipul arhitecturii definete i tipul angrenajului principal al diferenialului care poate fi conic sau cilindric. motor montat transversal pe aceeai punte cu cutia de viteze: transmisia principal este cuangrenaj cilindric motor montat longitudinal pe aceeai punte cu cutia de viteze sau motor montat pe punte diferit fa de puntea motoare: transmisia principal este cuangrenaj conic Acest tip de diferenial, numit idiferenial deschis, are dezavantajul ca transmite cuplu egal pe cele dou roi. n cazul n care ambele roi au aderen (ruleaz pe asfalt) cuplul de ieire din cutia de viteze este divizat egal ntre cele dou roi motoare. n cazul n care una din cele dou roi ruleaz pe o suprafa cu aderen sczut (ghia, zpad, nisip) cuplul primit va fi mic (deoarece depete pragul de aderen) i va fi transmis i roii care ruleaz pe o suprafa cu aderen mare.

Foto: Arhitectur motor montat longitudinal pe puntea fa cu puntea motoare spate1. motor termic2. cutia de viteze3. diferenial4. roat motoare Datorit acestui dezavantaj al diferenialului deschis, n cazul n care una din roi pierde aderena, cuplul primit de roata cu aderen va fi acelai (redus). n aceste situaii se poate ntmpla ca automobilul s nu se poat deplasa deoarece roile motoare nu primesc cuplu suficient. Mai mult, dac una din roi (cea cu aderen) va sta pe loc, cealalt roat (fr aderen) se va roti cudublul turaiei de intrare(turaia carcasei).

Capacitatea de frnare a unui automobil are o importan deosebit, deoarece determin direct securitatea activ a automobilului i posibilitatea de utilizare integral a vitezei i acceleraiei acestuia n timpul exploatrii. n timpul frnrii, o parte din energia cinetic acumulat de automobil se transform prin frecare n cldur, iar o parte se pierde pentru nvingerea rezistenelor la rulare. Echipamentul de frnare reprezint totalitatea sistemelor de frnare de pe un automobil, care au rolul de a reduce viteza automobilului parial sau pn la oprire i de a-l menine n poziie de staionare dac acesta a fost deja oprit. Sistemul de frnare de serviciu este compus din toate elementele ale cror funcii pot fi controlate astfel nct s permit conductorului auto s reduc viteza automobilului n timpul deplasrii pn la oprire. Sistemul de frnare de serviciu constituie principalul sistem de frnare al automobilului aflat la dispoziia conductorului auto. Acesta trebuie s funcioneze n mod sigur i eficient, indiferent de starea de ncrcare i vitez i s acioneze pe toate roile. Din punct de vedere constructiv sistemul de frnare de serviciu este acionat pe cale hidraulic, pneumatic sau hidropneumatic. De asemenea acionarea poate fi fcut cu sau fr servomecanism. Sistemul de frnare de parcare este compus din toate elementele care permit meninerea automobilului n poziie staionar, printr-o acionare mecanic, chiar i pe o suprafaa nclinat, un timp nelimitat, mai ales n absena conductorului auto. n cazul n care sistemul de frnare de serviciu se defecteaz sistemul de frnare de parcare are rolul unui sistem de frnare de siguran. Standardele n vigoare impun utilizarea unui sistem de frnare dublu. Dintre cinci variante posibile versiunile II (n paralel) i X au devenit opiuni standard ale productorilor de automobile.

Foto: Configuraii ale sistemului de frnare de serviciuSursa: e-automobile.roa. structura IIb. structura Xc. structura HId. structura LLe. structura HH1. primul circuit de frnare2. al doilea circuit de frnareStructura II- distribuie fora de frnare ntre cele dou puni; primul circuit frneaza puntea fa iar cel de-al doilea puntea spate.Structura X- distribuie fora de frnare pe diagonal; primul circuit frneaz rota fa stnga i roata spate dreapta, cel de-al doilea circuit frneaz roata fa dreapta i roata spate stnga.Structura HI- primul circuit frneaz ambele puni (fa + spate), cel de-al doilea circuit frneaz n paralel doar puntea fa.Structura LL- primul circuit frneaz puntea fa i o roat a punii spate n timp ce de-al doilea circuit frneaz n paralel doar puntea fa.Structura HH- este cel mai complex sistem, ambele circuite de frnare acionnd asupra celor patru roi ale automobilului. Alturi de sistemul de direcie, sistemul de frnare de pe un automobil este utilizat aproape integral n timpul deplasrii acestuia. Componentele sistemului de frnare trebuie astfel proiectate nct s utilizeze n mod optim fora de apsare pe pedal, for exercitat de ctre conductorul auto, i s menin la un nivel constant fora de frnare pentru o comand constant.

Foto: Componentele unui sistem de frnare hidraulic cu structur n paralel pentru automobileSursa: Bosch1. etrier cu disc de frn2. conduct flexibil3. element de mbinare4. conduct rigid5. pompa central6. rezervor lichid frn7. servomecanism8. pedal frn9. levier frn de parcare10. cablu acionare frn de parcare11. supap de reglare a presiunii12. frn cu tambur Pentru a opera asupra sistemului de frnare pe un autovehicul convenional (sistem de frnare mecano-hidraulic) conductorul auto aplic o for de apsare pepedala de frn8 deplasnd tija pistonulservomecanismului7. Servomecanismul amplific fora de apsare pe pedal i o transmite pistonuluipompei centrale5. Pompa central face conversia forei din tij n presiune. Cele dou pistoane ale pompei central mresc presiunea lichidului de frn dinconductele rigide4 iflexibile2 care se transmite mai departefrnelor cu disc1 ifrnelor cu tambure12. n cazul unei avarii la unul dintre circuite sistemul rmne funcional datorit celui de-al doilea circuit.Rezervorulcu lichid de frn 6 conectat la pompa central are rolul de a compensa fluctuaiile de volum de lichid din sistemul de frnare. n timpul procesului de frnare, datorit deceleraiilor, puntea fa a automobilului este ncrcat cu o greutate mai mare dect cea a punii spate. Pentru a preveni frnarea excesiv a punii spate, ce poate provoca blocarea roilor acesteia,supapa de reglare a presiunii11 moduleaz presiunea de frnare a punii spate n funcie de ncrcarea automobilului. Sistemul de frnare de parcare (frna de mn) acioneaz asupra roilor punii spate prin intermediullevierului9 i acablului10.

Sistemul de frnare cu ABS - mod de funcionare(0) Sistemele de frnare, pe lng o serie de condiii generale pe care trebuie s le ndeplineasc (anumite deceleraii impuse, frnare progresiv, fr ocuri, efort minim de acionare, fiabilitate ridicat, intrarea rapid n funciune, construcie simpl i ieftin), trebuie s mpiedice blocarea roilor sau s menin alunecare ntre anumite limite.

Foto: Testarea sistemelor de frnareSursa: Continental Realizarea funciilor de mai sus este legat de importana care se acord asigurrii stabilitii n timpul rulrii. n aceeai msur se urmrete minimizarea distanei de frnare i reducerea uzurii excesive a pneurilor.De ce avem nevoie de ABS la automobile? n cazul blocrii roilor la frnarea automobilului pot s apar urmtoarele neajunsuri: pierderea stabilitii la blocarea roilor punii spate; pierderea controlului direciei cnd se blocheaz roile din fa; creterea spaiului de frnare, deoarece coeficientul de aderen la alunecarea roii este mai redus dect cazul n care roata se rotete. Pentru a mrii eficacitatea frnrii i a mbuntii stabilitatea i maniabilitatea autovehiculelor se folosesc sisteme de control automat al frnrii prin care se evit blocarea roilor indiferent de momentul de frnare aplicat i de coeficientul de aderen.

Foto: Dependena coeficientului de frecare de alunecarea roii unui automobilSursa: e-automobile.ro - coeficientul de frecare dintre roat i calea de rulare - alunecarea roii (dat de diferena dintre viteza roii i cea a automobilului) SistemulABStrebuie s menin alunecarea roii n domeniul stabil pentru a utiliza coeficientul de frecare optim. n cazul n care roata se blocheaz alunecarea tinde la 100% din domeniul instabil iar distana de frnare crete datorit unei fore de frecare mai mici. La frnarea unui vehicul, centru de greutate se deplaseaz spre puntea din fa, acestea nu preiau sarcini egale mai ales la frnri n curb. Din acest motiv anvelopele din punte spate pot pierde aderena mult mai uor dect cele de pe puntea din fa. Dac roile din spate derapeaz direcia n care se mic automobilul nu mai poate fi controlat prin sistemul de direcie. Sistemul de control automat permite reglarea frnrii n urmtoarele limite:a. la frnare sub limita de aderen a drumului, sistemul de control automat nu intervine, momentul de frnare meninndu-se la valoarea maxim comandat de conductorul auto.b. n cazul frnrii la limita de aderen a drumului, sistemul de control automat sesizeaz tendina de blocare a roii frnate i comand meninerea sau scderea presiunii n sistemul de frnare astfel nct s fie utilizat aderena maxim a drumului. La apariia tendinei de blocare a roii sistemul de control automat comand izolarea cilindrului de frn corespunztor, de restul sistemului de frnare. n funcie de accentuarea sau dispariia tendinei de blocare a roilor se comand reducerea sau creterea presiunii n cilindrul de frnare, executndu-se astfel o succesiune de cicluri de frnare-defrnare ce vor menine roata n zona optim de aderen.c. o frnare combinat are loc la parcurgerea zonelor cu aderen diferit, sistemul de control automat asigurnd prevenirea blocrii roilor, pe poriunile cu aderen sczut, i frnare maxim, pe poriunile cu aderen ridicat. De asemenea sistemul de control automat acioneaz eficace i n cazul n care o parte a automobilului se afl cu roile pe poriuni de drum cu coeficieni de frecare diferii.Istoria utilizrii sistemului de frnare cu ABS pentru automobile Aplicarea sistemelor automate de control al frnrii nu este nou. Ele au fost utilizate prima dat n 1948 la avioane, unde prin blocarea roilor se producea deteriorarea aproape instantanee a anvelopelor. Introducerea n domeniul automobilelor s-a produs mai trziu, n anii 70, n SUA. Aici a aprut i prima reglementare legal privitoare la automobilele echipate cu sistem automat de control al frnrii. n 1973 aproape toate sistemele de acest gen erau construite n aceast ar folosind circuite logice i componente electronice. n Europa, dei cercetrile de crearea a unui sistem de control automat al frnrii sunt semnalate nc din 1959 la Daimler-Benz, abia n 1977 un prototip creat de Bosch a fost experimentat pe 150 de autoturisme Mercedes i n 1978 a nceput fabricaia de serie. Aceasta dup ce s-au cheltuit n acest scop 50 de milioane de mrci germane, sum suportat de firmele Daimler-Benz, Bosch i Teldix.

Foto: Prima generaie de ABS de la BoschSursa: Bosch i alte companii au creat astfel de sisteme: Honda, Teves i Girling. Fiecare dintre ele i-a denumit creaia cu o sigl proprie: Bosch-ABS (Anti-lock Braking System), Honda-ALB (AntiLockBrake), Teves-ATE (de la denumirea creatorului Alfred Teves), Girling-SCS (Stop Central System). Majoritatea sistemelor se deosebesc radical doar prin modul de reglare. Acesta poate fi realizat prin reglarea presiunii difereniat la fiecare roat, n funcie de aderena local. Dei eficient, sistemul este scump i de aceea, de cele mai multe ori, se aplic numai la roile unei puni. Toate cercetrile de pn acum au convins c astfel de sisteme reduc substanial spaiul de frnare. Dac, de exemplu, pe asfalt umed un automobil prevzut ci ABS frneaz n 40 de metri, fr acest sistem imobilizarea automobilului se produce abia dup 58 metri. Sistemul intr n funciune automat, cnd se trece brusc pe o poriune de drum cu aderen sczut sau cnd roile de pe o latur a automobilului ruleaz n condiii diferite fa ce celelalte. Iniial au fost dezvoltate sisteme de control automat al frnrii avnd la baz doar principii mecanice. Din aceast cauz i datorit complexitii controlului anti-derapajului, ce necesit o logic sofisticat, nu s-a putut trece la o producie de serie. n urmtoarea faz de dezvoltare s-au realizat sisteme de control cu prelucrarea analogic a semnalelor. Dezvoltarea electronicii a dus la apariia sistemelor digitale de control automat avnd ca unitate central de calcul microprocesorul.Principiul de functionare al sistemului de frnare cu ABS pentru automobile De la an la an structura sistemelor hidraulice pentru ABS a evoluat. n continuare ne vom rezuma la versiunea ABS 8 realizat de compania german Bosch.

Foto: Modul ABS 8 pentru automobileSursa: Bosch

Foto: Componentele sistemului de frnare cu ABS de pe automobileSursa: Bosch1. unitatea de control electro-hidraulic2. senzori de turaie montai pe roile automobilului Din cele prezentate anterior, reiese c componentele principale ale unui sistem ABS sunt: o unitatea electronic de calcul, senzori de vitez pentru fiecare roat i modulatoare hidraulice de presiune. Partea hidraulic este alctuit din dou subsisteme simetrice, fiecare dintre ele acionnd asupra unei perechi de roi (de obicei opuse pe diagonal).

Foto: Circuitul hidraulic al unui sistem de frnare prevzut cu ABS generaia 8 de la BoschSursa: e-automobile.ro1. pomp central2. cilindrul de frnare3. modul hidraulic4. supape de admisie5. supape de evacuare6. pomp de retur7. acumulator hidraulic8. electro-motorSS - stnga spateDF - dreapta faSF - stnga faDS - dreapta spate Cele doupompe de retur(6) sunt acionate de un singurmotor electric(8). Rolul acestor pompe este de a evacua rapid lichidul de frn dincilindrii de frnare(2) napoi npompa central(1). Pentru a preveni ca presiunea n cilindrii de frnare s depeasc presiunea din pompa centralsupapele de admisie(4) sunt prevzute cu supape de sens. Dac sistemul ABS este inactiv, atunci sistemul de frnare se comport ca un sistem de frnare obinuit, meninnd presiunea din cilindrii receptori n timpul apsrii pedalei de frn. n acest fel doar circuitul prima (pomp central supap admisie cilindru de frnare) este activ,supapele de refulare(5) fiind nchise. Dac ABS-ul se activeaz, atunci scderea presiunii pe cilindrii receptori, de frn, este realizat de implicarea componentelor circuitului secundar (cilindru de frnare supap de refulare acumulator pomp central). Din punct de vedere hidraulic controlul presiunii este realizat, trecnd prin urmtoarele etape, cum este artat n figura de mai jos.

Foto: Modularea presiunii ntr-un sistem de frnare cu ABSSursa: e-automobile.roa. aplicarea presiunii- pentru fiecare roat creterea presiunii este realizat prin deschiderea unei supape de aspiraie i nchiderea unei supape de refulare (mod de frnare obinuit)b. meninerea presiunii- supapa de aspiraie este nchisc. scderea presiunii- supapa de refulare este deschis, acumulatorul se umple rapid; totodat pompa de retur ncepe s transporte fluidul napoi spre cilindrul principal (n acest etap se simtpulsaiile la pedala de frn) Pentru a evita frnarea insuficient a roii presiunea din sistem este mrit iar ciclul de control a presiunii este reluat.Componentele principale ale sistemului ABS pentru automobile Dezvoltare electronicii a permis utilizarea pe scar larg a sistemelor de acionare electrice. i pentru sistemele ABS controlul presiunii hidraulice se face prin controlul curentului electric n solenoizii supapelor. n funcie de caracteristica supapei (presiune funcie de curent) aceste se clasific n: electro-supape proporionale: deschiderea supapelor este proporional cu curentul electric aplicat electro-supape releu: au doar dou poziii, deschis sau nchis

Foto: Componentele unui modul electro-hidraulic de control pentru ABSSursa: Bosch1. motor electric2. bloc de electro-supape3. electro-supape4. unitatea de control electronic5. capac de protecieComponentele indispensabile sistemului de frnare cu ABS sunt senzorii de turaie pentru fiecare roat. Prin compararea valorilor ntre cele patru roi unitatea electronic de control determin care din roi tinde s se blocheze.

Foto: Senzori de turaie roi pentru ABS (evoluie)Sursa: BoschEvoluia sistemului ABS Bosch pentru automobile Sistemele ABS Bosch au evoluat continuu ncepnd cu anul 1978 cnd s-a comercializat prima versiune. Dac prima versiune avea peste 6 kg i echipa doar 0.02% din totalul automobilelor comercializate la aceea vreme, n 2007, versiunea 8 de ABS avea doar 1.4 kg i echipa aproximativ 76% din automobilele noi comercializate.

Foto: Evoluia sistemului ABS pentru automobile de la BoschSursa: Bosch Diferenele din punct de vedere al tehnologiei utilizate ntre prima versiune i versiunile moderne de ABS sunt copleitoare. Din punct de vedere al unitii electronice de control prima versiune avea 140 de componente analogice i o memorie de doar 2 kBytes iar generaia din 2003 avea doar 16 componente i o memorie de 128 kBytes.

Foto: Comparaie ntre versiunile de ABS pentru automobile de la BoschSursa: Bosch Avnd n vedere viteza medie de deplasare care crete de la an la an, ABS-ul a devenit un sistem de siguran activ care devine indispensabil automobilelor moderne. Din acest motiv din ce n ce mai muli productori ofer sistemele ABS ca dotare standard pentru automobile.