A BMW X3 és X5 xDrive összkerékhajtásának működtető egysége és rendszere
A modern autózás egyik legfontosabb fejlesztési iránya a biztonság és a vezetési élmény fokozása. Ennek jegyében a BMW az X3 és X5 modellekbe egy teljesen új hajtáskoncepciót vezetett be, amely az xDrive névre hallgat. Ez a rendszer az első és hátsó tengelyek közötti forgatónyomaték elosztásának nagyfokú változtathatóságát teszi lehetővé, forradalmasítva a járműdinamikai szabályozást. Ebben a cikkben részletesen bemutatjuk az xDrive osztóművét és annak működtető egységét, valamint az aktív menetdinamikai szabályozásba való integrációját.
Az új hajtásrendszer a BMW X3 és X5 modellekben
Az új modellekbe, mint az X3/2004-be a 3.0i, valamint a 3.0d, az X5/2004-be a 3.0i, 4.4i, valamint a 3.0d Otto- és dízelmotorokat szerelik be. A hathengeres Otto-motoroknál és a 3.0 literes dízelmotornál az új hatfokozatú, kézi kapcsolású sebességváltót használják. Az X5-nél a 3.0 literes dízelmotort és a nyolchengeres Otto-motort hatfokozatú, automatikus sebességváltóval építik össze. Az összes kézi kapcsolású és automatikus sebességváltóhoz sikerült egy egységes osztóművet csatlakoztatni. Sőt, a motorsebességváltó egység az elődnél körülbelül 70 mm-rel megrövidült, így a kompaktabb építéssel a hajlítási és torziós saját frekvencia is emelkedett, javítva az egész rendszer akusztikai viszonyait.
Egyébként a BMW 4x4 hajtás korábbi, hosszú éveken át eredményesen működő konstrukcióját megtartották. Az első tengely hajtóművét az olajteknő menetirány szerinti bal oldalára csavarozták fel. A jobb oldali kihajtó tengelyt öntött csőben vezették át az olajteknőn. Ezáltal vált lehetővé azonos hosszúságú kihajtó tengelyek beépítése, mellőzve az aszimmetrikus saját lengési viszonyok kialakulását. A csuklós és kihajtó tengelyeket, valamint az első és hátsó tengelyhajtásokat messzemenően a meglévő BMW beépítési csoportjából vették át.
Az új összkerékhajtás koncepciójának a lelke a teljesen új fejlesztésű osztómű. Rendkívül kompakt kialakítású, a kézi kapcsolású vagy az automatikus működésű sebességváltó után közvetlenül építették be. Ez az elrendezés alacsony súlypont-elhelyezkedést és ezáltal a menetdinamikai jellemzők kedvezőbb alakulását teszi lehetővé.
Motor- és sebességváltó konfigurációk (2004-es modellek)
Az alábbi táblázat összefoglalja az akkori BMW X3 és X5 modellekben elérhető főbb motor- és sebességváltó kombinációkat:
XF automata váltó hibaelhárítás
| Modell | Motor | Sebességváltó típusa |
|---|---|---|
| BMW X3 (2004) | 3.0i Otto | Hatfokozatú, kézi kapcsolású |
| BMW X3 (2004) | 3.0d Dízel | Hatfokozatú, kézi kapcsolású |
| BMW X5 (2004) | 3.0i Otto | Hatfokozatú, automatikus |
| BMW X5 (2004) | 4.4i Otto | Hatfokozatú, automatikus |
| BMW X5 (2004) | 3.0d Dízel | Hatfokozatú, automatikus |
Az xDrive osztóműve és működtető egysége
A menetdinamika, a vontatás és a menetteljesítmény továbbfejlesztésének igénye vezetett a teljesen új hajtáskoncepcióhoz - az első és hátsó tengelyek közötti forgatónyomaték elosztásának nagyfokú változtathatóságához. Ezzel elvetették a forgatónyomaték klasszikus merev elosztását az osztóműben elhelyezett bolygókerékhajtással - szimmetrikus (50/50), illetve például a BMW-nél rendszerbe állított aszimmetrikus (38/62) elosztással. Különböző koncepciók elemzésével a hátsó tengelyhez a forgatónyomatékot az osztóművön (VG) keresztül vezetett merev tengellyel vitték át. Az első tengelyhez a változtatható nyomaték átvitelét egy szabályozható tengelykapcsoló segítségével oldották meg. Ezt a koncepciót funkcionálisan integrálták a meglévő menetdinamikai rendszerbe, és BMW xDrive-nak nevezték el.
A menetdinamikai követelmények teljesítése érdekében különös figyelmet fordítottak a szabályozható tengelykapcsolót működtető egységek (az aktuátorok) nagyfokú állítási dinamikájára és állítási pontosságára. Az X3 és az X5 részére kifejlesztett osztóműcsalád (ATC400 és ATC500) zömmel azonos alkatrészekből áll. Lényegileg a két osztómű az elsőtengely-kihajtás geometriai kialakításában különbözik, de az xDrive működéséért felelős alkatrészek mindkét hajtóműnél azonosak.
A hagyományos osztóműnél a bolygókerekes differenciálmű az első és a hátsó kihajtás között helyezkedik el, míg a behajtás a bolygókeréktartón keresztül következik be. Az xDrive-koncepciónál egy merev főtengely vezet a hátsó futóműhöz, rajta helyezkedik el a szabályozható, nedves lamellás tengelykapcsoló. Innen vezetik a fokozatmentesen változtatható forgatónyomatékot az első tengely behajtásához. Az osztómű főtengelyén helyezték el a tengelykapcsoló lamellák és egyéb alkatrészek hűtését és kenését biztosító olajszivattyút. Mindkét osztóműnél az első tengelyre a forgatónyomatékot fogazott hevederes lánccal viszik át.
A működtető egység precíz szabályozása
A tengelykapcsolót működtető egység ollós emelővel és görgős pályarendszerrel kialakított szorító mechanizmus, egy vezérlőtárcsán keresztül működtetve. A lamellákra kifejtett axiális erő hozza létre az első tengelyre átviendő nyomatékot. Maga a működtetőegység elektromechanikus rendszerű, az egyenáramú motor forgó mozgása egy szöghajtóművön keresztül jut a vezérlőtárcsára. A motor szükséges pontosságát egy jellegmező vezérlésű helyzetszabályzó garantálja.
A VGSG szoftverében helyezték el a tengelykapcsoló jelleggörbéit. Ezek szolgáltatják a működtetőegység állító mozgásához a tengelykapcsoló nyomatékára vonatkozó utasításokat és teszik lehetővé a forgatónyomaték pontos beállítását. A lamellák kopását a rendszer automatikusan kompenzálja. Az állítási pontosság és a dinamika követelményét a „kell” tengelykapcsoló nyomaték (MK-soll) ugrásszerű „előre megadásával” elégítik ki. A példában az ugrásiutasítás-adás 200 Nm-ről az új „kell” értékre, a 600 Nm-re 90 ms-on belül - túllengésmentesen, az előre megadott beállási pontosság eltéréssel - következik be.
Felicia váltógomb csere lépésről lépésre
BMW xDrive All Wheel Drive System Explained
Aktív menetdinamikai szabályozás az xDrive segítségével
A dinamikus stabilitásszabályozás (DSC), a fékvezérlés (BM) és a motorvezérlés az xDrive-koncepciójával egy további szabályozó körrel, a hossznyomaték- (LM) vezérléssel egészült ki. A hossznyomatékvezérlés feladata az osztóműben az első és a hátsó futómű között a menetdinamikai viszonyoknak megfelelő hajtónyomaték optimális felosztása. A hosszirányú forgatónyomatékhoz szükséges algoritmusok a DSC-rendszerben vannak összefogva.
Az első tengely számára szükséges „kell” tengelykapcsoló nyomatékot a DSC folyamatosan kiszámolja és CAN-buszon keresztül tovább küldi az osztómű vezérlőkészülékébe. A vezérlőkészülék a tengelykapcsolót működtető egységen keresztül kivezérli az igényelt „kell” tengelykapcsoló-forgatónyomaték beállítását. Kamm elmélete írja le a kerekeken hossz- és oldalirányban maximálisan átvihető erők közötti összefüggéseket, azaz a hossz- és oldalirányú erők eredője egy körön helyezkedik el. Ha a hossz- és oldalirányú erők egyidejűleg lépnek fel a keréken, az ebből eredő erő egy adott súrlódási tényezőtől és keréktapadási erőtől függő határértéket nem léphet túl.
Az xDrive változtatható hajtónyomatékelosztásával az első és a hátsó tengely kerekein fellépő hosszirányú és ezzel az oldalirányú erők is befolyásolhatók. Ha változnak a kerekeken az oldalirányú erők, változik a nyomatékegyensúly is a jármű függőleges súlyvonala körül. Egy instabil jármű (például túlkormányzott) az első és a hátsó tengelyen fellépő különböző oldalirányú erőlehetőségek kihasználásával - a perdítő nyomatéknak a hosszirányú nyomatékkal történő kompenzálásával - stabillá tehető.
Az első és a hátsó tengely között változtatható hosszirányú nyomatékelosztással az önkormányzási és ezzel a jármű menetdinamikája aktívan befolyásolható. Az xDrive egy semleges és biztonságos menetállapotot tesz lehetővé, egészen a határterületekig. A DSC-rendszer a motorvezérlés- és a fékvezérlés-szabályzó köreivel a háttérben ugrásra készen aktív állapotban van, de csak akkor avatkozik be, ha a stabilizálási lehetőségek a hosszirányú nyomatékelosztással már kimerültek. Az xDrive beépítésével ezek a szükséges beavatkozások lényegesen ritkábbak, a menetkomfort összességében észrevehetően javult.
Az xDrive működése kritikus helyzetekben: túlkormányzás és alulkormányzás
Az xDrive rendszer intelligensen reagál a jármű instabilitására, például túlkormányzottság vagy alulkormányzottság esetén, aktívan beavatkozva a nyomatékelosztásba a stabilitás helyreállítása érdekében.
Polo 6N váltógomb csere útmutató
Túlkormányzás kezelése
A jármű - az első és a hátsó tengely között - egy stabil, ideálisnak vehető nyomatékfelosztással (40/60%) fut be egy bal kanyarba, és következetesen halad a túlkormányzás felé. A menetdinamikai szabályozó felismeri a lassú túlkormányzási tendenciát, új nyomatékelosztásra (50/50%) ösztönzi a hosszirányú nyomaték vezérlőegységét. Ha a jármű még hajlik a további túlkormányzásra, a menetdinamikai szabályzó felismeri ezt, és az xDrive tengelykapcsolóját „túlzárt” helyzetbe hozza.
Ebben a túlkormányzott menethelyzetben eltolódnak a nyomatékviszonyok az első tengely javára (az abszolút kerékcsúszás a hátsó tengelyen nagyobb, mint az első tengelyen és ezzel a hosszerő potenciálja az első tengelyen hatékonyabb, mint a hátsó tengelyen). Az első tengelyen fellépő nagyobb, hosszirányú erők és ezzel együtt a hátsó tengelyen megnövekedett oldalerő potenciál a „túlzárt” állapotban csökkentik a jármű perdítő nyomatékát. A menetdinamikai szabályozó felismeri a jármű ismét stabilizálódott állapotát és kiszámolja az új 50/50%-os nyomatékelosztást. A jármű pályastabil, és az ideálisan felvett 40/60%-os nyomatékelosztással gyorsítva kijuthat a kanyarból.
Alulkormányzás kezelése
A jármű az előző példához hasonlóan stabilan, 40/60%-os nyomatékfelosztással hajt be egy bal kanyarba, és tendenciózusan lassan tart az alulkormányzott állapothoz. A menetdinamikai szabályozó ösztönzi a hossznyomaték irányítóját 20/80%-os új nyomatékelosztásra. Mivel a jármű egyre inkább alulkormányzottá válik, a hosszirányú nyomaték vezérlése beállítja a 0/100%-os nyomatékelosztást.
A hátsó tengelyen ezáltal tovább növekszik a nyomaték, az oldalerő pedig csökken. Az első tengelyen (amelyen nincs hosszirányú erő) a maximális értékre növekszik az oldalirányú erő, és a jármű közelít a stabil pályagörbéhez. A nyomatékelosztást most már a 10/90%-os elosztásról az ideálisan felvett 40/60%-os értékre állítja vissza a vezérlőkészülék. A járműpálya stabilan hajt ki a kanyarból. Fontos megjegyezni, hogy bár az ívmeneteket fázisokra bontva mutattuk be, a valóságban az optimális nyomatékelosztás kiszámítása és beállítása folyamatos.