Firhjulstræk generelt

Firhjulstræk generelt

Princip for firhjulstræk

Firhjulstræk = 4WD4WD-køretøjer kan normalt deles ind i terræn-køretøjer og landevejskøretøjer.

Terrænkøretøjer er med chassis og karrosseri de-signet til at være stive og med stor frihøjde, somgiver mulighed for kørsel over ujævnt terræn oggennem vandløb.

Kontrasten hertil er 4WD-vogne til landevejskør-sel. Det er vogne som, selv om chassis og karros-seri er gjort stivere, udvendigt ikke adskiller sigfra almindelige person- og varevogne.

at030-02.tif RENAULT

at030-01.tif LAND-ROVER


© Industriens Forlag at 030. ti. 94 11 30

Firhjulstræk - HovedtyperUd over de forskellige specielle anvendelsesom-råder findes der to typer mekanismer:• Manuelt tilkoblet 4WD• Permanent firhjulstræk

Manuelt tilkoblet 4WD anvendes normalt i to-hjulstræk og skiftes kun til 4WD af føreren, nårdet findes nødvendigt. Permanent 4WD køreraltid i 4WD.

Forskellen mellem dem er, at det manuelt til-koblede 4WD kun har et differentiale på for- ogbagakslen, mens det permanente 4WD har etekstra differentiale.

CenterdifferentialeDa både for- og bagakslerne er trækkende aks-ler ved 4WD, er der monteret differentialer bådepå forakslen og på bagakslen.

Ved svingning vil der, ud over rotationsforskel-len mellem de inderste og yderste hjul, også op-stå rotationsforskelle mellem for- og baghjulenepå grund af deres forskellige svingningsradier.

På et køretøj, som altid kører med 4WD, er detderfor nødvendigt at montere et centerdifferen-tiale for at optage rotationsforskelle mellem for-og baghjulene.

Monteringen af de tre forskellige differentialersikrer jævn kørsel ved at give en ensartet kraft-overførsel til alle fire hjul, selv ved kurvekørsel.Dette er en af de store fordele ved det permanen-te 4WD.

Når vogne med manuelt tilkoblet 4WD drejerskarpt i 4WD-indstillingen, opstår der et bremse-fænomen, og jævn kurvekørsel gøres umulig.

Derfor bliver det nødvendigt at skifte mellem to-hjulstræk og firhjulstræk i forhold til kørselsfor-holdene.

Kørsel på snedækkede veje med 4WDPå veje med lave friktionskoefficienter har hjule-ne nemt ved at spinne, og det er derfor vanske-ligt at sætte vognen i gang.

Den trækkraft, som faktisk overføres til vejba-nen, bestemmes derfor ikke af motoreffekten,

men af friktionskoefficienten mellem vejbanenog dækkene.

Med sine fire trækkende hjul kan en 4WD forde-le og overføre motorens moment til fremdrift påen sådan måde, at der opnås omkring dobbelt såstor effektiv trækkraft som ved et køretøj medtræk på kun to hjul.

EksempelVed en 4WD er trækkraften på både for- og bag-hjul 1.000 N. I modsætning hertil overfører en2WD kun en trækkraft på 1.000 N mellem for-hjulene og vejbanen (udført arbejde).

Med 4WD kan trækkraften fra baghjulene ogsåomsættes til fremdrift, hvilket totalt giver2.000 N.

Det er det dobbelte af det arbejde, som opnåsmed en 2WD-vogn.

Kørsel på ujævne veje med 4WD4WD-vogne kan køre selv på ujævne veje, hvor2WD-vogne ikke kan køre.

Da trækket overføres via alle fire hjul, skubberbaghjulene, selv om forhjulene støder på en for-hindring og hjælper forhjulene med at kommeop over forhindringen.

1.000 Ntrækkraftved forhjul

Vægt på foraksel ×friktion (µ) = 1.000 N

1.000 Ntrækkraftved baghjul

Vægt på bagaksel ×friktion (µ) = 1.000 N

at030-03.tif

at030-04.tif



Når baghjulene kører i et mudderhul, trækkerforhjulene dem ud.

På den måde gør firhjulstrækket en 4WD-vogn istand til at køre på veje med mange bump oghuller og giver en høj gennemkørselspræstation.

Kørsel op ad bakke med 4WDBakker, som en tohjulstrækker ikke kan forcere,kan en firhjulstrækker ofte køre op ad.

EksempelDen maksimale trækkraft ved alle fire hjul i1. gear er ca. 5.000 N.

Modstanden mod kørsel op ad bakke er omtrent4.500 (13.000 × sin 20°), så vognen skulle kunneforcere bakken.

Ved en tohjulstrækker er trækkraften på forhjuleller baghjul kun 3.000 N (6.500 × cos 20° × 0,5),hvorfor modstanden mod kørsel op ad bakke erstørre. Det får hjulene til at spinne, hvilket gørdet umuligt at forcere bakken.

For at gøre denne forklaring enklere, er vægtfor-skydningen mellem for- og baghjulene, fordityngdepunktet forskydes ved kørsel op ad bak-ke, blevet udeladt.

Trigonometri

Start og acceleration med 4WDMotoreffekten overføres via transmission ogdæk til vejbanen. Det bruges som kraft til at flyt-te vognen, dvs. som trækkraft.

Der er en begrænsning for den motoreffekt, somkan overføres til vejbanen. Denne begrænsninger afhængig af dækkenes vejgrebskapacitet.

Hvis den motoreffekt, som overføres til dække-ne, er større end dækkenes vejgrebskapacitet,vil den ekstra motoreffekt få dækkene til at spin-ne.

Derfor har det stor indflydelse på køretøjets præ-stationer, hvor effektivt vejgrebskapaciteten an-vendes.

Ved 2WD-vogne, som kun leverer motoreffektentil de to for- eller baghjul, begrænses størrelsenaf den motoreffekt, som kan overføres til vejba-nen.

Med 4WD-vogne, hvor motoreffekten fordeles tilalle fire hjul, således at vejgrebskapaciteten for

°

at030-05.cdr

°

at030-06.cdr

at030-07.cdr



alle fire dæk kan anvendes, overføres en størremotoreffekt til vejbanen.

Med 4WD er det derfor usandsynligt, at der op-står hjulspin, selv om vognen startes eller accele-reres kraftigt, og selv på glatte veje er start ogacceleration tilsvarende lettere.

Ligeudkørsel med 4WDDækkenes vejgreb bruges også til andre formål,ud over blot at flytte vognen fremad.

Hvis den motoreffekt, som overføres fra dække-ne til vejbanen, er mindre end dækkenes vej-greb, når vognen kører ligeud, bruges overskud-det af vejgrebskapaciteten til at holde vognensretning i en lige linie.

Fordi 4WD-vogne fordeler motoreffekten ens tilalle fire hjul, sikrer overskudsvejgrebet for samt-lige fire hjul retningsstabiliteten.

Når vognen kører på vejen, ændres vejforholde-ne hele tiden. Ved permanent 4WD absorbererde tre differentialer, inklusive centerdifferentia-let, forskellene i hjulenes rotationshastighed oghjælper med til en effektiv overførsel af motor-effekten gennem de fire hjul til vejbanen. Dettegiver en god retningsstabilitet.

Svingstabilitet med 4WDDa kraften fordeles ensartet til alle fire hjul, re-duceres belastningen på det enkelte dæk og gørdet muligt for de andre dæk at have et overskudaf vejgreb.

Dækkenes vejgreb er tæt forbundet til den kraft,der overføres til vejen. Når kraften bliver større,har dækkenes svingkraft tendens til at blivemindre og omvendt.

Det betyder, at hvis den kraft, som leveres tilhvert dæk, bliver mindre, er det muligt at sikreså meget mere vejgreb ved kurvekørsel, og der-ved gøre det muligt at hæve hastigheden vedkurvekørsel.

Denne forbedrede kurvekørsel gælder kun forkøretøjer med permanent 4WD, da centerdiffe-rentialet bruges til at fjerne svingbremsnings-fænomenet.

at030-08.tif V.A.G



Centerdifferentiale

TyperFor at eliminere svingbremsningsfænomenetkan en differentialemekanisme, som den, der erplaceret mellem højre og venstre hjul, også place-res mellem for- og baghjulene.

Mekanismen fungere som differentiale for at ud-ligne forskellen mellem for- og bagakslernes ro-tation. Denne mekanisme er et centerdifferentia-le.

Center-differentialespærre

Drivaksel KardanakselBagaksel-differentialespærreFordelerdrev

ForakseldrevBagaksel-drev

Femtrins-gearkasse

at030-12.tif V.A.G

Centerdifferentiale - Princip



Der anvendes tre typer af udvekslinger (tand-hjul) i centerdifferentialerne:• Skråtskårne tandhjul• Planethjul• Momentfølsomt differentiale

Centerdifferentialets styrings-mekanismer

Mekanisk låsning - AUDICenterdifferentialet er monteret sammen medforreste differentiale. Låsning af differentialetsker med en bøsning, som styres manuelt.

Kraftfordelingen fra centerdifferentialet til for-og baghjulene opnås ved hjælp af to sidehjulmed samme størrelse, således at kraften forde-les i forholdet 50:50.

at030-09.tif MITSUBISHI

Skråtskårne tandhjul

at030-10.tif PEUGEOT

Forreste enhed

at030-11.tif V.A.G

Snekkehjul - Torsen differentiale



Låsemekanismen standser centerdifferentialetsfunktion ved at forbinde for- og baghjulene di-rekte.

Hvis enten for- eller baghjulene begynder atspinne og ikke er i stand til at få vejgreb, vil deandre hjul fortsætte med at have vejgreb og kantrække vognen fri.

Når centerdifferentialet er låst, fungerer det påsamme måde som et manuelt tilkoblet 4WD, ogsvingbremsningsfænomenet vil opstå, hvis diffe-rentialet fortsat er låst under normal kørsel.

Ved normal kørsel skal låsekontakten derfor an-bringes i »Fri« position.

Center-differentiale-spærre

Center-differentiale

Flange

Aktivering afdifferentialespærre

Hulaksel

Drivaksel

Transmissions-hus Slut-

dæksel

Fordeler-drev

at030-13.tif V.A.G

Center-differentiale Center-

differentiale-spærre

Homokinetisk led(forreste kardankryds)

Aktivering afdifferentialespærre

Kontakt for aktiveretdifferentialespærre

Hulaksel

Drivaksel

Drivende aksel

at030-14.tif V.A.G



Mekanisk låsning - ToyotaMotoreffekten fra transmissionen overføres tilcenterdifferentialet via centerdifferentialetsdrivhjul og centerdifferentialets ringgear.

Transferdrevet og drivhjulene er monteret itransferblokken for at overføre kraften fra cen-terdifferentialet til kardanakslen og det bagestedifferentiale.

En klokoblingsbøsning er monteret på noter forat gøre det muligt at låse centerdifferentialet.

Funktion - LigeudkørselKraften fra centerdifferentialets drivhjul over-føres til højre og venstre hus via centerdifferen-tialets ringgear.

Da centerdifferentialets spidshjul er gjort fast tilcenterdifferentialets venstre hus af spidshjuls-akslen og et differentialekryds, overføres kraf-ten til centerdifferentialets venstre sidehjul viaspidshjulet.

Når den højre ende af den hule aksel på center-differentialets højre sidehjul er forbundet tiltransfergearkassens drivhjul, overføres kraftenfra transferdrivhjulet til den bageste kardan-aksel via de drevne hjul.

På den anden side er differentialets venstre side-hjul indbygget i det forreste differentialehus, såkraften fra differentialets venstre sidehjul over-føres til det forreste differentiales højre og ven-stre hjul via det forreste differentialehus, det for-reste spidshjul.

Funktion - KurvekørselNår vognen kører gennem sving, er svingnings-radius for venstre og højre baghjul mindre endfor venstre og højre forhjul.

Derfor er antallet af baghjulets omdrejningermindre end forhjulenes omdrejninger, hvilketmedfører en forskel i antallet af omdrejningermellem centerdifferentialets højre og venstresidehjul.

Denne forskel i antallet af omdrejninger udlig-nes gennem rotationen af centerdifferentialetsspidshjul.

Center-differentiale-spærre


at030-15.tif TOYOTA

Fra motor via transmission


Til venstre forhjul

Til højreforhjul

Transfer-gearkasse

Forrestedifferentialehus

Via kardanaksel til bageste differentialeat030-16.tif TOYOTA



Viskosekobling

I denne type centerdifferentiale anvendes der enviskosekobling som begrænsermekanisme.

Viskosekoblingen er indbygget i transfergearetsmontering. Viskosekoblingens inderste plader ersat sammen med centerdifferentialets venstreside-hjul og det forreste differentiales hus, mensviskosekoblingens yderste plader er sat sammenmed ringgearets hus og centerdifferentialetshøjre sidehjul.

FunktionsprincipCenterdifferentialet med viskosekobling funge-rer, når rotationshastigheden mellem de inder-ste plader og de yderste plader er forskellige.Viskosekoblingen overfører kraften og begræn-ser centerdifferentialets differentialefunktion.

De inderste plader er sat sammen med det for-reste differentiale, som driver forakslen, mensde yderste plader er sat sammen med transferge-arkassens drivhjul, som driver bagakslen.

På den måde bliver forskellen i rotationshastig-heden mellem for- og bagakslerne til hastigheds-forskellen i viskosekoblingen.

Hvis der ikke er nogen forskel i rotationshastig-heden mellem for- og bagakslerne, vil der ikkevære nogen forskel i rotationshastigheden inde iviskosekoblingen, og centerdifferentialets funk-tion vil derfor ikke blive begrænset.

Hvis der opstår forskel i rotationshastighed mel-lem for- og baghjulene, får viskosekoblingen deplader, som roterer relativt langsomt, til at rote-re hurtigere og begrænser dermed centerdiffe-rentialets funktion.

Viskosekobling

Motor

Gearkasse

Venstreforhjul


Baghjulsdrev

Foraksel-differentiale

Højreforhjul

at030-17.tif TOYOTA

at030-18.tif



Viskosekobling - Typer

Drev

at030-19.tif

Viskosekobling monteret i baghjulsdifferentiale

Drev

at030-20.tif

Viskosekobling monteret i centerdifferentialei kombination med planetgear

Drev

at030-21.tif

Viskosekobling monteretved permanent firhjulstræk

Drev

at030-22.tif

Viskosekobling monteret i system Twin-Visco



Viskosekobling - Placering

Drivaksel

Drev forfirhjulstræk

Viskosekobling

Forrestekardanaksel

Trefodsled

Forrestebæreleje

Midterstekardanaksel

Bagestebæreleje

Bagestekardanaksel

Bagestedifferentiale

Bagtøj

at030-23.tif HONDA

Drivaksel

Forreste kardanaksel

Trefodsled

Bæreleje

Bageste kardanaksel

Differentiale med tointegrerede viskosekoblingerog elektrisk styret klokobling

at030-24.tif HONDA



Hydraulisk flerpladet kobling

Automatisk transmissionVed denne type centerdifferentiale anvendes enhydraulisk flerpladet kobling som differentialetsbegrænsningsmekanisme.

Den hydrauliske flerpladede kobling består afde inderste koblingsskiver, de yderste koblings-plader og et trykstempel.

Systemet anvendes i forbindelse med automat-transmissioner. Differentialebegrænsningen sty-rer trykket i automattransmissionens forbindel-ser i overensstemmelse med skifteposition,gasspjældets åbningsvinkel og vognens hastig-hed.

Der er to indstillinger:• »Auto«-indstilling

Styrer differentialebegrænsningen automatisk• »Off«-indstilling

Tillader skift ved tryk på en knap

Normalt kører vognen i »Auto«-indstilling. »Off«-indstillingen benyttes ved bremseprøver, og nårvognen bugseres. I »Off«-indstillingen er center-differentialet frakoblet, og der er ingen begræns-ning af differentialet.

Når hydraulikken trykker på stemplet, trykkeskoblingsskiverne og pladerne stramt ind modhinanden og begrænser forskellen i rotations-hastigheden mellem ringgearets monteringshuspå koblingspladesiden og det forreste differentia-lehus på koblingsskivesiden.

Hvis forhjulene sidder fast fx i et mudderhul ogspinner, begrænses centerdifferentialets funk-tion af koblingen, så kraften kan overføres tilbaghjulene.

Differentialespærring med flerpladet koblingEmnet behandles i afsnittet om ASD - Automa-tisk Spærre Differentiale.

at030-25.tif GM-OPEL

at030-26.tif MERCEDES-BENZ



Centerdifferentiale og transfer-gear

Dette centerdifferentiale er af planethjulstypen.Der anvendes herudover en lydsvag kæde til atoverføre kraften fra centerdifferentialet til denforreste kardanaksel.

Transfergearets indgangsaksel er sat fast på etplanetgear med noter. Viskosekoblingens hus ersat fast på bagenden af planetringgearet med no-ter.

Der anvendes seks spidshjul til centerdifferentia-lets tandhjulsenhed. Der er to planethjul i ind-greb med hvert spidshjul. Af disse er det ene(det yderste) i indgreb med planetringgearet ogdet andet (det inderste) i indgreb med den bage-ste udgangsaksel.

Hvert spidshjuls aksel er gjort fast til planet-hjulsholderen. En drivbøsning er gjort fast tilbagenden af planethjulsholderen. Viskosekoblin-gens inderste aksel og forreste drivhjul er gjortfast til drivbøsningen med noter.

at030-27.tif FORD

at030-28.tif FORD



Planetgear

Ringgearet er i indgreb med indgangsakslen ogmonteret på transfergearkassens noter, hvilketdanner en integreret enhed.

Kraften fra transmissionen driver dette tand-hjul. Solhjulet er integreret i den bageste ud-gangsaksel, og kraften overføres herfra til bag-hjulene.

De seks planethjul er anbragt i tre par. Hvert afdisse planethjul er samlet med en holder. Holde-ren er monteret med noter på drivhjulet, og kraf-ten overføres herfra til forhjulene.

Hvis vognen kører lige ud på en flad vej, er for-og baghjulenes rullemodstande lige store, så pla-nethjulene og solhjulene bevæges samlet i sam-me retning som en enkelt enhed. Derfor er pla-

nethjulsholdernes og solhjulenes rotationshastig-heder ens.

Når vognen kører i sving, ruller baghjulene enkortere distance end forhjulene, og baghjulenesmodstand bliver større. Omvendt ruller forhjule-ne en længere distance, og deres modstand ermindre.

Derved roterer spidshjulene omkring solhjulene,fordi modstanden på hjulene forøges. Dvs., atmodstanden på hjulene får spidshjulene til atløbe rundt om ringgearet og planethjulsholdernetil at rotere rundt om solhjulene.

Derved bliver summen af planethjulsholdernesog solhjulets hastigheder det dobbelte af ringgea-rets hastighed.

Transfergear - Funktion

LigeudkørselTransfergearkassens indgangsaksel, drivhjul ogbageste udgangsaksel roterer med samme ha-stighed, dvs. at de roterer sammen med center-differentialet.

I dette tilfælde fordeles kraften fra transfergear-kassens indgangsaksel til for- og baghjulene fraplanethjulsakslen.

Drejning ved lav hastighedHvis der dannes en hastighedsforskel mellemfor- og baghjulene, roterer planethjulene i cen-terdifferentialet og udligner forskellen.

Hvis forhjulenes hastighed fx bliver større endbaghjulenes hastighed, roterer drivhjulet hurti-gere end transfergearkassens indgangsaksel.

Resultatet er, at planethjulsholderen rotererhurtigere end planetringsgearet.

Det får spidshjulene (yderste), som er i indgrebmed planetringsgearet, til at rotere i den mod-satte retning, mens det drejer rundt om ring-gearet.

Resultatet er, at de andre spidshjul (inderste)roterer i samme retning som ringgearet, og denbageste udgangsaksel roterer langsommere end

at030-29.cdr

Solhjuls-aksel

Planethjulsholder

PlanethjulRinghjulat004-07.tif VOLVO



drivhjulet, men med samme rotationshastighedsom spidshjulet.

Når vognen kører i sving med lav hastighed, erder kun en lille hastighedsforskel mellem visko-sekoblingens inderste og yderste plader, somdanner en meget lille modstand.

Hvis hastighedsforskellen mellem for- og baghju-lene bliver større, udlignes denne forskel i cen-terdifferentialets funktion, og viskosekoblingentræder i funktion for at begrænse hastighedsfor-skellen i selve centerdifferentialet.

På et sådant tidspunkt roterer drivhjulet hurti-gere end transfergearkassens indgangsaksel.

Viskosekoblingen, som forøger differentialetsmomentbegrænsning i forhold til hastighedsfor-skellen, anvender denne karakteristik til at re-turnere den kraft, som sendes til det spinnendeforhjul, og forøger dermed kraften til baghjulene.

Bliver hastighedsforskellen mellem viskosekob-lingens yderste og inderste plader stor, udviklesen viskosemodstand, og kraften fordeles fra denhurtige side til den langsomme side.

I centerdifferentialet er der monteret en låseme-kanisme for at gøre det muligt at kontrollerebremsekraft, speedometer, hjulbalance osv.

Denne mekanisme virker ved, at den mekanisklåser drivbøsningen og den bageste udgangsak-sel. Dermed låser centerdifferentialet og tvingerkraften til at blive overført ens til alle fire hjul.

Differentialer med planetgear

Centerdifferentiale med planetgear

Skiftegaffel

DrevSkydemuffe

El-motorKontakt for aktiveretdifferentialespærre

at030-31.tif MAZDA

Fordelerdifferentialets skifteaksel

Viskose-kobling

Solhjul

Hulhjul

Omløbsskive

Udligningshus

at030-32.tif MAZDA


at030-33.tif MAZDA




4WD - Differentialer med planetgear


Bageste enhedat030-10.tif PEUGEOT

Forreste enhed



Documents

Firhjulstræk generelt