După studierea acestei teme, elevul va fi capabil:

-   să identifice componentele și destinația transmisiei principale și finale

-   să explice construcția și principiul de funcționare al unui ELSD

-   să descrie operațiunile de diagnosticare și mentenanță a ELSD

8.1              Transmisia principală și finală

Transmisia principală este ansamblul mecanic care preia cuplul de la cutia de viteze și îl transmite către transmisia finală (diferențial și arborii planetari) și ulterior către roțile motoare. În același timp, transmisia principală mărește cuplul motor și reduce turația, adaptând energia furnizată de motor nevoilor de tracțiune ale vehiculului.

Există două configurații principale a transmisii principale (Figura 8.1):

-   Motor în plan transversal → transmisia principală este integrată în cutia de viteze, utilizând pinioane cilindrice, iar diferențialul este montat lateral.

-   Motor în plan longitudinal → transmisia se face prin arbore cardanic, apoi printr-o transmisie principală cu roți dințate conice către diferențial. Unele mașini cu tracțiune integrală (ex: anumite modele Audi Quattro sau Subaru) au motor transversal, dar au un arbore sau lanț intern care redirecționează puterea către puntea spate. În aceste cazuri, deși motorul e transversal, transmisia poate fi considerată parțial longitudinală, dar nu e o arhitectură standard.

În cazul vehiculelor cu toate punțile motoare (4×4 sau AWD), utilizarea unei transmisii principale clasice ar provoca:

-   pierderi de energie în mecanismele suplimentare,

-   diferențe mari de regim între punți,

-   vibrații și uzură prematură a elementelor transmisiei.

De aceea, la vehiculele moderne este necesară adaptarea cuplului transmis prin arborele cardanic la roțile punții spate printr-o transmisie principală optimizată, capabilă să funcționeze împreună cu:

-   sisteme de distribuție activă a cuplului,

-   diferențiale inteligente cu alunecare limitată,

-   cuplaje controlate electronic (Haldex, multi-disc).

8.1              Diferențialul electronic cu alunecare limitată (ELSD)

Diferențialul este mecanismul care permite roților de pe aceeași punte să se rotească cu viteze diferite atunci când vehiculul abordează o curbă. În același timp, diferențialul distribuie în mod egal momentul motor către roțile motoare.

Fără diferențial:

- roțile ar fi obligate să parcurgă aceeași distanță în curbă;

- ar apărea patinarea uneia dintre roți;

- s-ar produce uzură accentuată a anvelopelor;

- s-ar pierde stabilitatea vehiculului.

Pentru îmbunătățirea funcționării diferențialului, a fost implementată tehnologia diferențialului multi-disc blocabil automat cu comandă hidraulică, cunoscută sub denumirea ASD (Automatisches Sperrdifferenzial). Aceasta reprezintă o tehnologie utilizată pe larg la vehiculele Mercedes-Benz mai vechi, anterior introducerii sistemelor moderne ELSD și ESP.

Sistemul ASD funcționează pe baza următorului principiu (Figura 8.2):

- Senzorii de viteză ai roților detectează diferențele mari de turație dintre roțile punții motoare.

- Atunci când este identificată patinarea unei roți, sistemul comandă blocarea diferențialului prin intermediul unei ambreiaje mult disc.

-   Presiunea hidraulică necesară acționării ambreiajului este generată de o pompă de ulei, acționată de un motor electric, iar energia este stocată într-un acumulator de presiune.

Dezavantajele diferențialului mult disc blocabil automat cu comandă hidraulică față de diferențialul electronic cu alunecare limitată

-   Timp de răspuns mai lent, deoarece blocarea depinde de generarea și distribuirea presiunii hidraulice, comparativ cu ELSD, care acționează aproape instantaneu prin ABS/ESP.

-   Complexitate constructivă ridicată (pompă, rezervor de presiune, supape, motor electric), ceea ce reduce fiabilitatea sistemului.

-   Uzură accentuată a ambreiajului mult disc, datorită blocărilor repetate atunci când vehiculul rulează pe suprafețe cu aderență redusă.

-   Distribuție mai puțin precisă a cuplului, blocarea fiind apropiată de un comportament „ON/OFF”, nu progresiv ca în sistemele LSD moderne.

-   Nu permite redirecționarea diferențiată a cuplului în viraj, ceea ce limitează stabilitatea și manevrabilitatea în condiții dinamice.

-   Consum energetic mai mare, întrucât funcționarea pompei hidraulice și a motorului electric generează consum suplimentar de energie.

Diferențialul electronic cu alunecare limitată (ELSD – Electronic Limited Slip Differential) este integrat în sistemul ABS/ESP și este utilizat pentru a facilita demarajul. Efectul de blocare se obține prin intervenția sistemului de frânare asupra roții motoare care alunecă.

În cazul autovehiculelor cu tracțiune integrală, roțile motoare care înregistrează viteze unghiulare mari sunt “frânate” selectiv pentru a redistribui momentul motor și a asigura tracțiunea optimă.

Principiul de funcționare. În timpul deplasării, senzorii de viteză a roților monitorizează permanent viteza unghiulară a fiecărei roți.

Dacă unitatea electronică de comandă (ECU) detectează:

-        o roată care tinde să se blocheze,

-        o diferență de viteză prea mare între roțile stânga–dreapta,

-        sau un coeficient de aderență scăzut pe o parte,

atunci ECU comandă supapele de control (Figura 8.4), și pompa hidraulică. Pompa creează presiune suplimentară în sistem, iar presiunea este transmisă prin supapa de admisie la plăcuțele de frânare micșorând din viteza de rotație a roții.

În acest mod, roata care patinează este frânată ușor, iar cuplul transmis prin diferențial este redirecționat către roata cu aderență mai bună.

Pe măsură ce roata tinde să își recapete aderența, ECU comandă:

-        închiderea supapei de admisie (marcată cu verde în Figura 8.4),

-        menținerea închiderii supapei de ieșire.

Astfel, presiunea rămâne constantă în circuitul aferent roții. Se menține un nivel de frânare suficient pentru echilibrarea vitezelor fără a suprasolicita sistemul.

Dacă roata se apropie de blocare sau dacă aderența crește suficient, supapele nu mai sunt alimentate. Astfel supapa de ieșire este deschisă, permițând lichidului să se scurgă înapoi spre cilindrul principal și spre acumulatorul de joasă presiune și presiunea scade rapid în etrier, astfel roata este lăsată să se accelereze din nou până se stabilizează.

Diferențial cu alunecare limitată controlat electro-hidraulic, echipat cu ambreiaj mult disc reprezintă o evoluție modernă a diferențialului multi-disc blocabil automat cu comandă hidraulică. Utilizarea unui ambreiaj multi-disc comandat electronic și acționat electro-hidraulic permite modificarea precisă și rapidă a gradului de blocare al diferențialului, în funcție de condițiile de aderență și solicitările dinamice ale vehiculului.

Sistemul intervine pro activ, inclusiv în timpul parcurgerii virajelor, activându-se înainte ca roțile să atingă un nivel critic de patinare.

Principiul de funcționare

Pentru realizarea funcției de blocare controlată, un diferențial electro-hidraulic cu alunecare limitată cu ambreiaje multi-disc include următoarele elemente suplimentare:

Un sistem de control electro-hidraulic pentru acționarea ambreiajelor. Un pinion de ghidare montat pe fiecare parte a diferențialului, care lucrează împreună cu: o roată solară, un pinion cu dantură interioară. Pinionul cu dantură interioară poate fi cuplat sau decuplat de roata solară prin intermediul ambreiajelor multi-disc. Prin cuplarea acestor discuri, unitatea de comandă poate bloca parțial sau total diferențialul, direcționând o cantitate mai mare de cuplu spre roata cu aderență mai bună. În condiții normale, diferențialul funcționează ca un diferențial deschis, permițând roților să se rotească la viteze diferite. Atunci când unitatea de control detectează patinarea uneia dintre roți sau necesitatea unei stabilități sporite în viraje, sistemul activează ambreiajul multi-disc (Figura 8.5).

-        Un motor electric care se rotește la necesitate în ambele sensuri  acționează o pompă hidraulică care creează presiunea ce comprimă pachetul de discuri din ambreiaj.

-        Creșterea presiunii asupra discurilor determină cuplarea progresivă a roților, limitând diferența de viteză dintre ele.

-        Cuplul este transferat preferențial către roata cu aderență mai bună.

Blocarea este variabilă, controlată continuu de unitatea electronică pe baza informațiilor provenite de la:

-        senzorii de viteză ai roților,

-        senzorul unghiului volanului,

-        senzorii de accelerație laterală și longitudinală,

-        senzorii de cuplu și sarcină ai motorului.

Avantajele sistemului

-        Tracțiune îmbunătățită pe suprafețe alunecoase.

-        Stabilitate superioară în timpul accelerațiilor puternice sau în viraje.

-        Timp de răspuns foarte rapid, datorită managementului electronic.

-        Distribuție optimă a cuplului, adaptată în timp real la condițiile de rulare.

-        Reducerea patinării și minimizarea pierderilor de energie.

Diferențial cu alunecare limitată acționat electromecanic

Acesta este un tip de diferențial cu alunecare limitată complet automat, care utilizează un motor electric și un mecanism de antrenare cu pinion pentru a controla gradul de blocare între roțile motoare. Sistemul elimină necesitatea unei acționări hidraulice și oferă un control rapid, precis și fiabil al ambreiajului multi-disc. Diferențialul electromecanic cu ambreiaje multi-disc acționate electric este un sistem modern de distribuire activă a cuplului între roțile motoare ale unei punți (de regulă puntea spate).

Pe lângă elementele constructive specifice unui diferențial clasic, acest tip de diferențial include următoarele componente suplimentare (Figura 8.6):

1. Ambreiaj multidisc integrat în carcasa diferențialului

-   Format din discuri cu dantură interioară și discuri cu dantură exterioară.

-   Permite transmiterea controlată a cuplului către arborele planetar.

2. Dispozitiv mecanic de presurizare cu elemente sferice

-        Convertor mecanic de mișcare, care transformă rotația în deplasare axială.

-        Elemente sferice (bile) se deplasează pe rampe profilate, generând forța axială necesară comprimării ambreiajului multidisc.

3. Motor electric prevăzut cu pinion de acționare

·  Asigură rotirea mecanismului de presurizare.

·  Permite un control rapid al blocării diferențiale.

Principiul de funcționare. Când una dintre roțile motoare începe să se rotească liber (patinaj), unitatea de comandă activează motorul electric al diferențialului (Figura 8.7).

Motorul electric rotește pinionul de acționare melcat, care pune în mișcare, roata melcată a diferențialului și mecanismul cu elemente sferice. Pe măsură ce bilele se deplasează pe rampele mecanismului, se generează o deplasare axială a inelului de antrenare. Inelul de antrenare presează discurile cu dantură interioară (legate de arborele planetar) peste discurile cu dantură exterioară (legate de carcasa diferențialului). Această acțiune produce blocarea diferențialului sau limitarea alunecării acestuia.

Când motorul electric nu mai este alimentat, arcurile tip disc deplasează inelul de antrenare în poziția inițială, presiunea asupra ambreiajului scade, ambreiajele nu mai sunt acționate, diferențialul revine la funcționarea liberă.

Diferențialul electromecanic cu ambreiaje multi-disc acționate electric reprezintă unul dintre cele mai avansate sisteme de distribuire activă a cuplului disponibile în prezent. Construcția sa permite o vectorizare rapidă, precisă și eficientă a cuplului, oferind o tracțiune superioară, stabilitate în conducere și performanțe excelente în toate condițiile de rulare.

 Sistemul este utilizat pentru:

-   optimizarea tracțiunii în condiții de aderență variabilă;

-   îmbunătățirea stabilității laterale și comportamentului în viraje;

-   asigurarea unei conduite sportive prin vectorizarea cuplului;

-   eliminarea întârzierilor specifice sistemelor bazate pe frânarea selectivă a roților;

-   creșterea performanțelor dinamice și a preciziei la conducere.

Acest tip de diferențial este întâlnit pe automobile sportive, Premium sau cu sisteme avansate AWD.

8.1   Diagnosticarea tehnică și mentenanța diferențialului electronic cu alunecare limitată

Diagnosticarea și mentenanța diferențialului electronic cu alunecare limitată (ELSD) sunt esențiale pentru menținerea performanței sistemului de tracțiune și pentru prevenirea uzurii premature a componentelor mecanice și electronice. Fiind un ansamblu complex, care îmbină un mecanism diferențial clasic cu un modul electromecanic și un pachet multidisc, ELSD necesită proceduri specifice de verificare, atât pe partea mecanică, cât și pe partea electrică și hidraulică.

Defecțiuni frecvente și soluții de remediere sunt indicate în Tabelul 8.1

Metodele și aspectele importante ce necesită de luat în considerare în timpul testării:

1. Test de funcționare pe teren uscat

Obiectiv: Verificarea reacției sistemului la variațiile de aderență.

Procedură: Se conduce automobilul pe o suprafață uscată și observați comportamentul în curbe. Acest test ajută la identificarea răspunsului diferențialului la accelerație și viraje.

2. Test de tracțiune pe teren umed sau alunecos

Obiectiv: Evaluarea performanței în condiții de aderență scăzută.

Procedură: Se manevrează automobilul pe o suprafață umedă sau acoperită cu zăpadă. Se verifică dacă sistemul activează frânele corespunzător pe roata care alunecă.

3. Test de reacție la accelerație

Obiectiv: Verificarea rapidității de reacție a sistemului.

Procedură: Se aplică accelerația brusc, pe o suprafață care permite alunecarea (de exemplu, nisip sau zăpadă). Se observă cum răspunde sistemul și dacă distribuția puterii între roți este eficientă.

Principalele verificări în cadrul stații auto ar fii:

a)   Citirea codurilor de eroare (DTC)

b)  Verificarea parametrilor în timp real (Live Data)

Parametri importanți pentru interpretare:

-   Turația motoarelor roților (raportat la ABS);

-   Cuplul transferat spre puntea spate sau spre roata dreapta/stânga;

-   Curentul consumat de motorul electric;

-   Temperatura modulului ELSD;

-   Nivelul de blocare al ambreiajului (%).

c)   Teste de activare a actuatoarelor

d)  Verificarea pe elemente a circuitului electric dacă sunt prezente coduri de eroare, abateri a parametrilor funcționali și lipsa activării în timpul testului activ.

e)   Controlul nivelului și calității uleiului

Uleiul special pentru ELSD este esențial pentru:

-        Lubrifierea sateliților și coroanei;

-        Funcționarea corectă a ambreiajelor multidisc.

Se verifică următoarele:

-        Prezența limfelor metalice în ulei (indică uzură internă);

-        Miros de ars (supraîncălzire);

-        Culoarea și vâscozitatea conform specificațiilor producătorului.

f)   Starea pachetului multidisc (grosime redusă datorită frecării excesive și starea discurilor)

Mentenanța diferențialului ELSD

Mentenanța corectă prelungește semnificativ durata de viață a sistemului.

a) Schimbul periodic al uleiului

-        Intervalul variază între 30.000 – 60.000 km, în funcție de model.

-        Se utilizează exclusiv ulei specific pentru diferențiale LSD/ELSD.

-        Schimbul se face cu respectarea nivelului și metodei recomandate de producător.

b) Curățarea supapelor și a filtrelor (la variantele cu pompă electrică)

Depunerile pot afecta presiunea uleiului și timpul de reacție al sistemului.

c) Actualizarea software-ului modulului ELSD

Uneori, problemele sunt cauzate de:

-   Algoritmi ineficienți de control;

-   Timp de reacție prea lent.

Producătorii oferă update-uri.

d) Verificarea periodică a senzorilor ABS și ESP

Pentru că ELSD preia informația de viteză a roților de la ABS:

-   Un senzor murdar sau defect afectează direct funcționarea diferențialului.