ControlTrac - ControlTrac
Полный привод ControlTrac - это торговая марка выбираемой автоматической системы постоянного полного привода , предлагаемой Ford Motor Company . Система полного привода была спроектирована и разработана в BorgWarner под ее подразделением TorqTransfer Systems в середине 1980-х годов. BorgWarner называет систему Torque-On-Demand (TOD). ControlTrac была первой автоматической системой, в которой использовалось программное управление без планетарного или конического межосевого дифференциала. Вместо планетарного или конического межосевого дифференциала в системе используется многодисковый дифференциал с регулируемой интеллектуальной блокировкой .
Доступность
ControlTrac дебютировал 12 января 1995 года в качестве модели 1995 года на внедорожнике среднего размера Ford Explorer второго поколения . Версия ControlTrac для тяжелых условий эксплуатации была представлена в 1996 году в качестве модели 1997 года на полноразмерном внедорожнике Ford Expedition первого поколения .
| Доступны автомобили с автоматическим полным приводом ControlTrac | ||
|---|---|---|
| Транспортное средство | Год выпуска | Раздаточная коробка |
| Ford Explorer | МГ1995–2010 | двухскоростной |
| Форд Экспедиция | 1997 г. по настоящее время | двухскоростной |
| Ford Expedition EL / Max | MY2007 – настоящее время | двухскоростной |
| Линкольн Навигатор | МГ1998–2006 | двухскоростной |
| Линкольн Навигатор | MY2007 – настоящее время | односкоростной * |
| Линкольн Навигатор L | MY2007 – настоящее время | односкоростной * |
* Отсутствует режим Four Low с понижающей передачей пониженного диапазона для бездорожья.
В пятом поколении Ford Explorer (U502) 2011 года автоматический полный привод ControlTrac был заменен автоматическим полным приводом Intelligent и Terrain Management.
Дизайн и развитие
Идея системы полного привода с электронным управлением возникла в компании BorgWarner в 1985 году. Первоначальная конструкция BorgWarner предусматривала совместное использование электромагнитного многодискового сцепления с программным управлением (также называемого многодисковым) и планетарного или конического межосевого дифференциала . Первый прототип системы был примитивным, а его оригинальный контроллер блока сцепления представлял собой реостат .
Зубчатый межосевой дифференциал будет использоваться, чтобы позволить переднему и заднему приводным валам вращаться с разными скоростями вращения, чтобы исключить любое «заедание трансмиссии» или «накопление крутящего момента» во время использования системы на асфальте . Интеллектуальная многодисковая муфта будет использоваться для постепенной передачи крутящего момента назад-вперед и спереди-назад между передним и задним приводными валами, когда это необходимо, а также будет блокироваться, обеспечивая постоянно заблокированное распределение крутящего момента спереди 50:50 сзади.
За год контроллер стал больше и сложнее. Макетная электронная версия с усилителями датчиков и большими модулями управления занимала всю заднюю часть универсала. Входные данные поступали от датчиков переменного сопротивления, установленных на переднем приводном валу, заднем приводном валу, дроссельной заслонке, тормозах и рулевом управлении. Целью было управлять срабатыванием муфты путем управления током.
Однако по мере продолжения процесса разработки инженеры BorgWarner обнаружили, что с помощью грамотного программного обеспечения они могут управлять регулируемой электромагнитной многодисковой муфтой до такой степени, что это позволит переднему и заднему приводным валам вращаться с разной скоростью вращения. самостоятельно, без использования планетарного или конического межосевого дифференциала. В автоматическом режиме новые программные алгоритмы позволили фрикциону многодискового сцепления и дискам сцепления проскальзывать по мере необходимости, имитируя планетарный или конический межосевой дифференциал, делая редукторный дифференциал избыточным. Таким образом, от зубчатого дифференциала отказались, и поэтому он никогда не входил в окончательную серийную версию системы полного привода.
{{quote | text = Мы спросили себя: зачем нам дифференциал? Там было все это железо, весь этот вес, вся эта цена. И здесь мы увидели, что без него можно очень точно управлять пакетом сцепления. | Author = Ronald A. Schoenbach |}
Команда разработчиков обрела уверенность в своей концепции в 1989 году, когда они совершили прорыв в системе управления многодисковой муфтой. Развитие системы управления с обратной связью упростило ее работу. С его помощью многодисковое сцепление производило меньшие регулировки, но делало это чаще. Микропроцессор будет рассматривать входные данные от датчиков каждые 20 миллисекунд и решить , если передняя ось требуется больший крутящий момент. Используя эту технику, компьютер устройства отслеживал пробуксовку ведущего колеса. Если он обнаруживал разницу хотя бы в половину оборотов между передней и задней осями, он посылал сигнал мощности на многодисковое сцепление. Сцепление включено, передавая крутящий момент на переднюю ось с шагом 10 процентов, пока не уменьшится пробуксовка ведущего колеса. В результате система могла управлять разгонной скоростью ведущего колеса всего за треть оборота колеса.
Внедорожные испытания
На раннем этапе разработки BorgWarner использовал спеченный бронзовый материал муфты, который имел рабочее состояние, обычно известное как «прерывистое скольжение». Проскальзывание вдохновило инженеров заменить его материалом на бумажной основе, прикрепленным к металлу . В документе предложен лучший коэффициент трения и решена проблема проскальзывания. Подразделение компонентов автоматической трансмиссии BorgWarner признано за это решение.
Однако жара оказалась постоянной проблемой. Избыточное тепловыделение приведет к сгоранию нового материала муфты. Чтобы решить эту проблему, инженеры изучили крутящий момент сцепления. Было установлено, что чрезмерное тепловыделение было вызвано недостаточным крутящим моментом муфты. Инженеры увеличили мощность системы и оборудовали парк тестовых автомобилей, которые они отправили в пустыню Анза-Боррего в южной Калифорнии . Они совершили в общей сложности 11 поездок, подвергая прототипы воздействию тепла, горной езды и глубокого песка с помощью интеллектуальных многодисковых сцеплений, необходимых для почти непрерывной передачи крутящего момента. Поначалу окружение быстро выгорело сцепления. Но по мере накопления знаний инженерами сцепления улучшались. В конце концов, инженерам удалось улучшить пакеты сцепления настолько, чтобы тестовые автомобили могли быть практически разрушены из-за жесткого бездорожья, но пакеты сцепления по-прежнему выглядели хорошо.
Режимы
ControlTrac имеет разные режимы движения, а также различное рабочее поведение для этих режимов движения в зависимости от того, в каком автомобиле он используется. Например, Ford Expedition использовал новую функцию автоматической блокировки в автоматическом режиме. Автоматический режим с автоблокировкой в то время не был доступен в Explorer.
Два высоких режима
В основном, Explorer не был оснащен режимом Two High, за исключением моделей 1995–1996 годов. В модельные годы 1998-го года Two High не выпускались. Предлагались только режимы Auto, Four High и Four Low. Режим Two High был уникальным для Expedition, хотя в 1999–2002 модельных годах он был прекращен. Режим Two High был повторно введен в модернизированном втором поколении Expedition (U222) для 2003 модельного года и отличался новой системой полного отключения переднего моста с вакуумными ступицами блокировки передних колес , которые отключали передний мост, передний дифференциал и передний ведущий вал, когда он не отключался. необходим для более тихой и экономичной работы на асфальте. Форд утверждал, что улучшенный режим Two High может помочь увеличить экономию топлива до полумили на галлон бензина. В режиме Two High крутящий момент передается только на задние ведущие колеса, имитируя задний привод .
Автоматический режим
Автоматический режим был представлен как в Explorer, так и в Expedition и позволяет при необходимости использовать полный привод в любых погодных условиях на асфальте. В автоматическом режиме крутящий момент двигателя обычно передается на задние ведущие колеса. Заблуждение о системе состоит в том, что она постоянно переключается на полный привод по мере необходимости. Это неверно, поскольку при выборе автоматического режима ступицы переднего моста постоянно находятся в зацеплении, блокируя их с валами переднего моста, передним дифференциалом и передним ведущим валом . Таким образом, передний ведущий вал всегда вращается (поворачивается), когда автомобиль движется на высокой скорости . Компьютерной системе управления необходимо, чтобы передний приводной вал вращался, чтобы она могла контролировать и сравнивать скорость вращения как переднего, так и заднего приводных валов. Если задний ведущий вал начинает вращаться быстрее, чем передний, система интерпретирует это (вместе с данными других датчиков) как потерю тяги. Когда обнаруживается потеря тяги, крутящий момент передается вперед на передний дифференциал с шагом 10 процентов через центральную многодисковую муфту. При этом интеллектуальное управляющее программное обеспечение позволяет центральному многодисковому сцеплению вести себя как центральный дифференциал с зубчатой передачей, так что «заедание трансмиссии» и «нарастание крутящего момента» не происходит.
В начале 2000-х годов ControlTrac был обновлен и представлен в 2002 году с более продвинутым программным обеспечением, основанным на искусственном интеллекте системы . Обновленный искусственный интеллект полноприводной системы позволил системе предсказать потерю тяги до того, как это произойдет, так что крутящий момент может быть передан до того, как это потребуется. Это улучшение означало, что система могла работать больше, как другие постоянно включенные системы полного привода, поскольку ей больше не приходилось «ждать» потери тяги. Еще одним улучшением стала возможность « смещения крутящего момента » спереди назад в автоматическом режиме. Интеллектуальный многодисковый дифференциал ControlTrac теперь может направлять вперед все 100 процентов крутящего момента двигателя, смещая его на передний дифференциал, если ожидается, предсказана или обнаружена серьезная потеря тяги.
Четыре режима High и четыре режима Low
Четыре режима High и Four Low также были представлены в Explorer и Expedition. Режим Four High заставляет интеллектуальную блокировку многодискового дифференциала заблокироваться, обеспечивая постоянно заблокированное распределение крутящего момента 50:50. Передний и задний приводные валы полностью заблокированы, что заставляет их вращаться с одинаковой скоростью независимо от условий тяги. Режим Four Low также сообщает интеллектуальному блокирующему многодисковому дифференциалу о блокировке, однако он указывает раздаточной коробке BorgWarner выбрать понижающую передачу для бездорожья с низким диапазоном . Понижающая передача используется для снижения скорости транспортного средства до управляемого замедленного хода и для увеличения (умножения) крутящего момента, поступающего от двигателя. Таким образом, ведущие колеса обладают достаточным крутящим моментом для движения автомобиля на низких скоростях. Он также используется для управления нисходящих скоростей во время спуска по крутым градиентам и улучшить внедорожное автомобиль соотношение сканирования .
И режимы «Четыре высоких», и «Четыре низких» нельзя использовать на асфальте, так как может произойти «заедание трансмиссии» и «нарастание крутящего момента», что приведет к повреждению системы полного привода.
AdvanceTrac
Автоматическая система полного привода ControlTrac может быть объединена с электронной системой контроля устойчивости AdvanceTrac , которая включает электронный контроль тяги всех четырех колес . Комбинация этих двух систем является новаторской, поскольку транспортное средство, оборудованное таким образом, может продолжать движение вперед, имея только одно колесо, имеющее тягу. Четыре колеса электронная система контроля тяги AdvanceTrac использует четыре колеса четырех- автомобиля датчик четырехканальный тормозной системы антиблокировочной (ABS) и программируется с дополнительной логики анти-скольжения для имитации блокировки дифференциала с помощью агрессивно « тормоза замок» либо передний или дифференциалы заднего ведущего моста . Благодаря тормозу ABS, блокирующему передний и задний дифференциалы, до 100 процентов крутящего момента может передаваться на любое ведущее колесо, позволяя автомобилю продолжать движение, даже если два его ведущих колеса (одно переднее, одно заднее) полностью оторваны от земли. .
ControlTrac II
ControlTrac II представлял собой систему полного привода Ford, основанную на вискомуфте . Вязкостная муфта заменила типичный межосевой дифференциал, используемый в полноприводных автомобилях. Система нормально работала при приводе на передние колеса, но в дополнение к приводам передних колес приводился вал, идущий к вискомуфте сзади. Если передние колеса проскальзывают, вискомуфта постепенно передает крутящий момент на задние колеса. Кроме того, система ControlTrac II обеспечивала механическую блокировку полного привода, хотя система не обеспечивала низкий диапазон.
С тех пор ControlTrac II был заменен автоматической системой интеллектуального полного привода, аналогичной системой с вискомуфтой, замененной муфтой с компьютерным управлением. Система Intelligent 4WD функционирует аналогично системе ControlTrac II, при этом передние колеса управляются преимущественно, а крутящий момент передается на задние колеса только в зависимости от условий. В системе Intelligent 4WD также отсутствует механическая блокировка ControlTrac II.