کلاچ چهار چرخ متحرک HALDEX

خودروسازان روز به روز قطعات الکترونیکی بیشتری را به سیستم یک خودروی مدرن اضافه می‌کنند. خودروی مجهز به چهار چرخ متحرک دارای مکانیزمی است که مسئول انتقال بخشی از گشتاور به محور ثانویه است و آن را به محور پیشرو تبدیل می‌کند. در این مقاله از مجله آچاره با کلاچ چهار چرخ متحرک HALDEX و ویژگی‌های آن آشنا خواهیم شد.

جفت شدگی HALDEX چیست؟

همانطور که قبلاً متوجه شدیم کلاچ Haldex جزء سیستم محرکه با محور دوم (جلو یا عقب) قابل اتصال است که باعث می‌شود دستگاه چهار چرخ حرکت کند. این مولفه اتصال صاف محور را هنگام لغزش چرخ‌های محرک اصلی تضمین می‌کند. مقدار گشتاور مستقیما به این بستگی دارد که کلاچ چقدر محکم بسته شده است. به طور معمول، چنین سیستمی بر روی خودرویی نصب می‌شود که در آن دیفرانسیل در جلو قرار دارد. زمانی که خودرو به سطح ناپایداری برخورد می‌کند در این زمان گشتاور به چرخ‌های عقب منتقل می‌شود. درایور نیازی به اتصال مکانیزم با فعال کردن هیچ گزینه‌ای ندارد. این دستگاه دارای یک درایو الکترونیکی است و بر اساس سیگنال‌های ارسال شده توسط واحد کنترل انتقال راه اندازی می‌شود. طراحی اصلی مکانیزم در محفظه محور عقب در کنار دیفرانسیل نصب شده است.

ویژگی این تکنولوژی این است که محور عقب را به طور کامل غیرفعال نمی‌کند. در واقع دیفرانسیل عقب تا حدی کار می‌کند حتی اگر چرخ‌های جلو کشش خوبی داشته باشند. در این صورت، میله چرخ فرمان همچنان تا ده درصد گشتاور دریافت می‌کند. این امر ضروری است تا سیستم همیشه آماده انتقال مقدار نیوتن/متر مورد نیاز به عقب خودرو باشد. کارایی کنترل وسیله نقلیه و ویژگی‌های آن بستگی به سرعت واکنش درگیر شدن تمام چرخ محرک دارد. سرعت واکنش سیستم می‌تواند از یک موقعیت اضطراری جلوگیری کرده یا رانندگی را راحت‌تر کند. به عنوان مثال شروع حرکت چنین خودرویی در مقایسه با مدل دیفرانسیل در جلو نرم‌تر خواهد بود و گشتاور حاصل از واحد قدرت تا حد امکان به صورتی بهینه‌تر بکار می‌رود.

ظاهر جفت شدگی HALDEX V

کارآمدترین سیستم تا به امروز، کوپلینگ نسل پنجم هالدکس است. عکس زیر جزئیات دستگاه جدید را نشان می‌دهد. در مقایسه با نسل قبلی، این تغییرات از همان اصل عملکرد برخوردار است. عملکرد آن به شرح زیر انجام می‌شود. زمانی که انسداد فعال می‌شود، دیسک بسته شده و به دلیل نیروی اصطکاک زیاد، گشتاور از طریق آن منتقل می‌گردد. یک واحد هیدرولیک وظیفه عملکرد محرک کلاچ را بر عهده دارد که از یک پمپ الکتریکی استفاده می‌کند. قبل از بررسی دستگاه و ویژگی‌های مکانیزم آن، بیایید با تاریخچه پیدایش این کلاچ آشنا شویم.

تاریخچه

علیرغم اینکه عملکرد کلاچ Haldex بیش از یک دهه است که تغییری نکرده در کل دوره تولید چهار نسل را پشت سر گذاشته است. امروز پنجمین تغییر شکل گرفته که به گفته بسیاری از صاحبان خودرو، در میان آنالوگ‌ها کامل‌ترین محسوب می‌شود. در مقایسه با نسخه قبلی، هر نسل بعدی کارآمدتر و از نظر فناوری پیشرفته‌تر شده است. ابعاد دستگاه کوچکتر و سرعت پاسخگویی افزایش یافته است. مهندسان با طراحی وسایل نقلیه با دو محور محرک، دو راه را برای پیاده سازی انتقال بین محوری گشتاور ایجاد کرده‌اند. اولی مسدود کننده و دومی دیفرانسیل است. ساده‌ترین راه حل یک قفل بود که با کمک آن محور محرک دوم در زمان مناسب متصل می‌شود.

این امر به ویژه در مورد تراکتورها صادق است. این وسیله نقلیه باید در جاده‌های سخت و نرم به یک اندازه کارکرد خوبی داشته باشد. تراکتور باید آزادانه در جاده آسفالت حرکت کند و به محل مورد نظر برسد اما باید بر مشکلات جاده ناهموار، برای مثال در حین شخم زدن مزرعه غلبه نماید. محورها از چند طریق به هم متصل می‌شوند. اجرای این کار با یک کلاچ مخصوص بادامک یا دنده‌ای آسان‌تر است. برای قفل شدن محرک لازم بود که قفل به طور مستقل به موقعیت مناسب منتقل شود. این یکی از ساده‌ترین انواع درایوهای پلاگین است. اتصال محور دوم با استفاده از مکانیزم اتوماتیک یا کلاچ ویسکوز بسیار دشوارتر است. در حالت اول، مکانیسم به تفاوت دور یا گشتاور بین گره‌های متصل واکنش نشان می‌دهد و چرخش آزاد شفت‌ها را مسدود می‌کند. در اولین پیشرفت‌ها از جعبه‌های انتقال با کلاچ‌های چرخ آزاد غلتکی استفاده می‌شد. هنگام رانندگی در جاده‌های ناپایدار، کلاچ قفل بود.

در حمل و نقل داخلی، مکانیسم‌های متفاوت‌تری استفاده شده است. سیستم آنها شامل کلاچ‌های ضامن دار باز بود که وقتی چرخ‌های محرک تماس خود را با سطح جاده از دست می‌دادند قفل می‌شدند. اما در بارهای شدید، چنین انتقالی می‌تواند به طور جدی آسیب ببیند. زیرا در لحظه اتصال شدید تمام چرخ محرک، محور دوم بار زیادی را متحمل شده است.

با گذشت زمان، کوپلینگ‌های ویسکوز معرفی شدند. این ابداع که در دهه 1980 ظاهر شد به قدری مؤثر است که با کمک یک کوپلینگ ویسکوز می‌توان هر ماشینی را به صورت تمام چرخ متحرک ساخت. از مزایای این پیشرفت می‌توان به نرمی اتصال محور دوم اشاره کرد و برای این کار راننده حتی نیازی به توقف وسیله نقلیه ندارد زیرا این فرآیند به طور خودکار انجام می‌شود. اما همزمان با این مزیت، کنترل کوپلینگ ویسکوز با استفاده از ECU غیرممکن است.

دومین عیب قابل توجه این است که دستگاه با سیستم ABS در تضاد است. با ظهور کلاچ اصطکاکی چند صفحه‌ای، مهندسان توانستند روند توزیع مجدد گشتاور بین محورها را به سطح جدیدی برسانند. منحصر به فرد بودن این مکانیزم این است که کل فرآیند توزیع نیرو را می‌توان بسته به وضعیت جاده تنظیم کرد و این کار را می‌توان با استفاده از دستورات واحد کنترل الکترونیکی انجام داد.

امروزه لغزش چرخ عامل تعیین کننده‌ای در عملکرد سیستم‌ها نیست. علم الکترونیک حالت عملکرد موتور را تعیین می‌کند و این که گیربکس با چه سرعتی روشن شود. همچنین سیگنال‌های سنسورها و سایر سیستم‌ها را ثبت می‌کند. تمام این داده‌ها توسط یک ریزپردازنده تجزیه و تحلیل می‌شوند و مطابق با الگوریتم‌های برنامه ریزی شده در کارخانه، مشخص می‌شود که عنصر اصطکاک مکانیسم با چه نیرویی باید فشرده شود. این پروسه تعیین می‌کند که گشتاور در چه نسبتی بین محورها توزیع می‌شود. به عنوان مثال اگر چرخ های جلوی ماشین گیر کرد باید آن را هل دهید.

کلاچ چهار چرخ متحرک HALDEX چگونه کار می‌کند؟

آخرین نسل کلاچ چهار چرخ متحرک Haldex بخشی از سیستم 4Motion است. قبل از این مکانیسم، یک کوپلینگ ویسکوز در سیستم استفاده می‌شد. این عنصر در دستگاه در همان مکانی که کوپلینگ ویسکوز قبل از آن نصب شده بود تعبیه می‌شود. به طور معمول، عملکرد کوپلینگ Haldex را می‌توان به پنج حالت تقسیم کرد:

• ماشین شروع به حرکت می‌کند. دیسک‌های اصطکاک کلاچ محکم شده و گشتاور به چرخ‌های عقب نیز می‌رسد. برای انجام این کار، نیروی الکترونیکی شیر کنترل را می‌بندد. به همین دلیل فشار روغن در سیستم افزایش می‌یابد که هر دیسک به شدت به مجاور خود فشرده می‌شود.
• بسته به قدرت وارد شده به درایو و همچنین سیگنال‌های دریافتی از سنسورهای مختلف، واحد کنترل تعیین می‌کند که با چه نسبتی گشتاور را به عقب خودرو منتقل کند. این پارامتر می‌تواند از حداقل تا 100 درصد متغیر باشد که در حالت دوم خودرو برای مدتی با دیفرانسیل عقب حرکت می‌کند.
• لیز خوردن چرخ‌های جلو در شروع حرکت. در این مرحله، قسمت عقب گیربکس حداکثر قدرت را دریافت می‌کند زیرا چرخ‌های جلو کشش خود را از دست داده‌اند. اگر یکی از چرخ‌ها بلغزد، قفل الکترونیکی دیفرانسیل محور متقاطع فعال می‌شود. سپس کلاچ روشن خواهد شد.
• سرعت حمل و نقل ثابت. دریچه کنترل سیستم باز می‌شود، روغن روی درایو هیدرولیک عمل نمی‌کند و نیرو برای محور عقب تامین نخواهد شد. بسته به موقعیت جاده و عملکردی که راننده فعال کرده است نیروی الکترونیکی قدرت را تا حد معینی در امتداد محورها توزیع می‌کند.
• فشردن پدال ترمز و کاهش سرعت خودرو. در این مرحله سوپاپ باز می‌شود و به دلیل رها شدن کلاچ‌ها تمام نیرو به جلوی گیربکس منتقل خواهد شد.

اجزای اصلی کلاچ چهار چرخ متحرک HALDEX

به طور معمول، طراحی کوپلینگ Haldex را می‌توان به سه گروه تقسیم کرد:

• مکانیکی
• هیدرولیک
• الکترونیکی

هر کدام از این ترکیب‌ها از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که عملکردهای خود را انجام می‌دهند. بیایید هر قسمت را جداگانه مورد بررسی قرار دهیم.

1. مکانیکی

اجزاء مکانیکی شامل موارد زیر است:

• شفت ورودی
• درایوهای خارجی و داخلی
• هاب‌ها
• تکیه گاه‌های غلتکی که در دستگاه آن پیستون‌های حلقوی وجود دارد.
• شفت خروجی

هر قسمت یک حرکت رفت و برگشتی یا چرخشی انجام می‌دهد. در فرآیند عملکرد محورهای جلو و عقب با سرعت‌های مختلف شفت، دیسک‌های بیرونی به همراه محفظه بر روی بلبرینگ‌های غلتکی نصب شده روی شفت خروجی می‌چرخند. غلتک‌های پشتیبانی با قسمت انتهایی هاب در تماس هستند. از آنجایی که این قسمت از توپی موج دار است، یاتاقان‌ها حرکت رفت و برگشتی پیستون لغزنده را ایجاد می‌کنند. در حین عملکرد مکانیزم، پیستون کشویی روغن را از طریق کانال‌های مربوطه به داخل حفره پیستون در حال کار حرکت می‌دهد. این پیستون از فشار حرکت می‌کند و دیسک‌ها فشرده یا منبسط می‌شوند. این پیستون در صورت لزوم، اتصال مکانیکی بین محورهای جلو و عقب را تضمین می‌کند. فشار خط توسط سوپاپ‌ها تنظیم می‌شود.

2. هیدرولیکی

دستگاه واحد هیدرولیکی سیستم شامل موارد زیر است:

• دریچه‌های های فشار
• مخزنی که روغن در آن تحت فشار است (بستگی به تولید کلاچ دارد).
• فیلتر روغن
• پیستون حلقو؛
• شیر کنترل
• شیر محدود کننده

مدار هیدرولیک سیستم زمانی فعال می‌شود که سرعت واحد قدرت به 400 دور در دقیقه برسد. سپس روغن به پیستون کشویی پمپ می‌شود. این عناصر به طور همزمان با روغن کاری تامین شده و همچنین به طور محکم در برابر توپی نگه داشته می‌شوند. در همین زمان، روان کننده از طریق دریچه‌های فشار به پیستون فشار پمپ می‌شود. به واسطه از بین رفتن شکاف بین دیسک‌های فنری با فشار کم در سیستم، سرعت کلاچ تضمین می‌شود. این پارامتر توسط یک مخزن ویژه حفظ می‌شود اما در برخی از تغییرات این قطعه وجود ندارد.

همچنین، این عنصر یکنواختی فشار را تضمین می‌کند و افزایش فشار ناشی از حرکات رفت و برگشتی پیستون را حذف خواهد کرد.

3. الکترونیکی

لیست اجزای الکتریکی کلاچ شامل بسیاری از سنسورهای الکترونیکی است. تعداد آنها بستگی به دستگاه ماشین و سیستم‌هایی دارد که در آن نصب شده است. واحد کنترل کلاچ Haldex می‌تواند پالس‌ها را از سنسورهای زیر دریافت کند:

• چرخش چرخ
• فعال سازی سیستم ترمز
• موقعیت‌های ترمز دستی
• ثبات نرخ ارز
• ABS
• میل لنگ DPKV
• دمای روغن
• موقعیت‌های پدال گاز

خرابی یکی از سنسورها منجر به توزیع نادرست برق بین چهار چرخ متحرک در امتداد محورها می‌شود. تمام سیگنال‌ها توسط واحد کنترل پردازش می‌شوند که در آن الگوریتم‌های خاصی فعال هستند. در برخی موارد، کلاچ به سادگی پاسخ نمی‌دهد زیرا ریزپردازنده سیگنال لازم برای تعیین نیروی فشرده سازی کلاچ را دریافت نمی‌کند.

در کانال‌های سیستم هیدرولیک یک تنظیم کننده بخش جریان متصل به شیر کنترل وجود دارد. این یک پین کوچک است که موقعیت آن توسط یک موتور سروو الکتریکی که دارای نوع عملکرد پله‌ای است اصلاح می‌شود. این دستگاه دارای یک چرخ دنده است که به یک پین متصل می‌شود. زمانی که یک سیگنال از واحد کنترل دریافت می‌شود، موتور میله را بالا / پایین می‌آورد و در نتیجه سطح مقطع کانال را افزایش یا کاهش می‌دهد. این مکانیسم برای جلوگیری از ریختن بیش از حد روغن توسط شیر محدود کننده به داخل ظرف روغن ضروری است.

نتیجه‌گیری

یکی از مهم‌ترین اجزای گیربکس تمام چرخ محرک، واحدی است که گشتاور را بین محورها توزیع می‌کند. کلاچ Haldex به خودروی دیفرانسیل جلو اجازه می‌دهد تا در شرایطی کار کند که به عملکرد خارج از جاده نیاز است. توزیع صحیح نیرو در امتداد محورها مهمترین پارامتری است که همه سازندگان مکانیزم‌های مختلف بین محوری در تلاش برای دستیابی به آن هستند. تا به امروز، مکانیسم در نظر گرفته شده موثرترین روشی است که اتصال سریع و روان درایو عقب را فراهم می‌کند. طبیعتا تجهیزات مدرن نیاز به توجه و بودجه بیشتری برای تعمیر دارند، اما این دستگاه با تعمیر و نگهداری به موقع، عمر طولانی خواهد داشت. شما می‌توانید سوالات خود را در ارتباط با کلاچ چهار چرخ متحرک HALDEX در بخش نظرات با ما در میان بگذارید تا پاسخ خود را  در کوتاه‌ترین زمان ممکن از متخصصین آچاره دریافت کنید.