Effect of a Torsen Differential Mechanism on Car Tyre Wear

• Autorzy: Kolator B. , Janulin M. , Vrublevskyi O.

Warianty tytułu

PL

Wpływ mechanizmu Torsen na zużycie opon samochodowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

4WD systems include various constructions aimed at optimal distribution of torque between drive axles. In these systems, it is necessary to apply mechanisms separating the power provided from the engine to drive wheels. Many systems operate on the basis of wet multi-disc clutch or/and dog clutch control with the use of mechatronic devices. However, in view of their reliability and construction simplicity, the most valuable 4WD systems under field conditions are mechanical solutions. Torsen is an inter-axle differential mechanism, where the emerging internal friction moment of this mechanism causes that all kinematic discrepancies between transmission shafts of the front and rear axle of a vehicle produce a change in the distribution of torque, helping to level the rotational speeds of transmission shafts of the front and rear axles. As a result of the phenomenon described, the drive wheels of both axles of the vehicle move with different peripheral speeds, which causes energy losses and wear of tyres on both vehicle axles. This paper presents an analysis of the results obtained in tests on a vehicle with the Torsen system and describes phenomena occurring in the examined system as a result of emerging kinematic discrepancies, which may be caused by such factors as vertical force acting on the wheels of individual drive axles and tyre pressure.

PL

Wśród układów napędowych 4WD wyróżnia się wiele konstrukcji mających na celu w optymalny sposób rozdzielać moment obrotowy pomiędzy osiami napędowymi. W tych układach niezbędne jest zastosowanie mechanizmów rozdzielających moc doprowadzaną z silnika do kół napędowych. Działanie wielu układów oparte jest na sterowaniu sprzęgłami wielotarczowymi mokrymi lub/i sprzęgłami kłowymi z wykorzystaniem urządzeń mechatronicznych. Jednakże, ze względu na swoją niezawodność oraz prostotę konstrukcji, w warunkach terenowych najbardziej cenionymi układami 4WD są rozwiązania mechaniczne. Mechanizm Torsen jest to międzyosiowy mechanizm różnicowy, gdzie powstający moment tarcia wewnętrznego tego mechanizmu sprawia, że wszelkie niezgodności kinematyczne pomiędzy wałami napędowymi przedniej i tylnej osi pojazdu są powodem zmiany rozdziału momentu napędowego w wyniku dążenia do wyrównania prędkości obrotowych wałów napędowych osi przedniej i tylnej. W wyniku opisanego zjawiska koła napędowe obu osi pojazdu w wielu sytuacjach poruszają się z odmiennymi prędkościami obwodowymi, co powoduje powstawanie strat energetycznych i zużywanie opon obu osi pojazdu. W pracy przedstawiono analizę wyników podczas badań pojazdu z układem Torsen oraz opisano zjawiska zachodzące w badanym układzie na skutek powstających niezgodności kinematycznych, których przyczyną mogą być takie czynniki jak obciążenie pionowe kół poszczególnych osi napędowych oraz ciśnienie w ogumieniu.

Słowa kluczowe

EN

4WD; Torsen differential; tyre friction work; tyre wear

PL

napęd 4WD; mechanizm Torsen; praca tarcia opon; zużycie opon

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 4
• Strony: 31--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Kolator B.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn. Department of Vehicle and Machine Construction and Operation, ul. Michała Oczapowskiego 11, 10-736 Olsztyn, Poland

autor

Janulin M.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn. Department of Vehicle and Machine Construction and Operation, ul. Michała Oczapowskiego 11, 10-736 Olsztyn, Poland

autor

Vrublevskyi O.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn. Department of Vehicle and Machine Construction and Operation, ul. Michała Oczapowskiego 11, 10-736 Olsztyn, Poland

Bibliografia

• 1. Naunheimer H., Bertsche B., Ryborz J., Novak W.: Automotive Transmissions: Fundamentals, Selection, Design and Application. Second Edition. Springer: Heidelberg, Dordrecht, London, New York. 2011, 715 p.
• 2. Dębowski A. Modelling of centre differential control. Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 18, No. 1, 2011.
• 3. Yong Li, Shuguang Zuo, Lei Lei, Xianwu Yang and Xudong Wu: Analysis of impact factors of tire wear. Journal of Vibration and Control 18(6), 833–84, DOI: 10.1177/1077546311411756.
• 4. Mehdi Davari M., Jerrelind J., Stensson Trigell A., Drugge L.: Extended brush tyre model to study rolling loss in vehicle dynamics simulations International Journal of Vehicle Design Volume 73, Issue 4, DOI: 10.1504/IJVD.2017.083418.
• 5. Zibo Chen, Sharan Prathaban: Modeling of Tyre Parameters’ Influence on Transport Productivity for Heavy Trucks. Chalmers University of Technology, Gothenburg, master thesis 2013.
• 6. Kanwar Bharat Singh & Saied Taheri (2015) Estimation of tire–road friction coefficient and its application in chassis control systems, Systems Science & Control Engineering, 3:1, 39-61, DOI: 10.1080/21642583.2014.985804.
• 7. Svendenius J. Tire: Modeling and Friction Estimation. Department of Automatic Control, Lund University, Lund, April 2007, p. 194.
• 8. Park K.-S., Oh C.-W., Kim T.-W., Leong H.-Y.: An improved friction model and its implications for the slip, the frictional energy, and the cornering force and moment of tires. Journal of Mechanical Science and Technology (KSME Int. J.), Vol. 20, No. 9, pp. 1399–1409, 2006.
• 9. Bechtoff J., Koenig, Isermann R.: Cornering Stiffness and Sideslip Angle Estimation for Integrated Vehicle L. Dynamics Control FAC-Papers On Line 49-11 (2016), 297–304.
• 10. Villagra J., Andre-Novel B., Fliess M., Mounier H.: A diagnosis-based approach for tire–road force sand maximum friction estimation Control Engineering Practice 19 (2011), 174–184.
• 11. Heißing B., Bleck U., Bensinger J., Müller E.: The Influence Of A Torsen Centre Differential On The Handling Of Four-Wheel Drive Vehicles. SAE Technical Paper 885140, 1988, https://doi.org/10.4271/885140.
• 12. Fischer R., Gscheidle R., Heider U., Hohman B., Keil W., Mann J., Pichler W., Schlogl B., Siegmayer P., Wimmer A., Wormer G.: Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych. Podręcznik do nauki zawodu Technik pojazdów samochodowych, Warszawa 2012.
• 13. Steinwart J., Bauder A., Ohrnberger G.: Design and Development of the New Audi 3.6 litre, 32 Valve V8 Engine, SAE Technical Paper 900650, 1990, https://doi.org/10.4271/900650.
• 14. Pacejka H.: Tire and vehicle dynamics. Elsevier, 2005.
• 15. AMESim® User’s Guides. 2013. p. 596.
• 16. Janulin M.: Wybrane aspekty efektywności układu przeniesienia napędu typu 4WD pojazdu kołowego, Praca doktorska, Olsztyn 2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).