همه چیز درباره درباره دیفرانسیل در خودرو ها

مقدمه

صنعت خودرو با هر گامی که به جلو برمی‌دارد، از یک سو پیچیده‌تر می‌شود و از سوی دیگر، برخی از ویژگی‌های قدیمی را پشت سر می‌گذارد. اگر به گذشته نگاه کنیم، خودروهای امروزی در مقایسه با 50 سال پیش از نظر فناوری بسیار پیشرفته‌تر و پیچیده‌تر هستند. با این حال، از دیدگاه امروزی، تغییرات فنی در خودروها قابل درک‌تر و حتی ساده‌تر به نظر می‌رسند.

یکی از بخش‌های مهم در خودروها، سیستم انتقال نیرو است که در سه نوع اصلی متحرک عقب (RWD)، متحرک جلو (FWD) و چهار چرخ متحرک (AWD) وجود دارد. هر یک از این سیستم‌ها ویژگی‌ها و عملکرد خاص خود را دارند و گاه به زیرشاخه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. اما پیش از آن‌که به جزئیات بپردازیم، بهتر است بدانیم سیستم انتقال نیرو چیست و چرا در طول تاریخ صنعت خودرو، این بخش تا این حد دستخوش تغییر و گوناگونی شده است.

قفل دیفرانسیل چیست؟

در خودروهای دو دیفرانسیل، احتمالاً با اصطلاحی به نام قفل دیفرانسیل مواجه شده‌اید. یکی از انواع خاص این مکانیزم، دیفرانسیل لغزش محدود (LSD) است که بیشتر در خودروهای اسپرت دیده می‌شود. این سیستم با وجود شباهت به قفل دیفرانسیل، عملکرد متفاوتی دارد. البته قفل دیفرانسیل بیشتر در خودروهای شاسی‌بلند آفرودی مورد استفاده قرار می‌گیرد و نام آن بیشتر به گوش می‌رسد.

همان‌طور که از نامش پیداست، وظیفه این سیستم قفل کردن دیفرانسیل است. دیفرانسیل‌های باز (Open) به دلیل طراحی و ساختارشان، هنگام کاهش اصطکاک چرخ‌ها با زمین یا وقتی یکی از چرخ‌ها از زمین بلند می‌شود، دچار مشکلی به نام فرار گشتاور می‌شوند. در چنین شرایطی، چرخی که اصطکاکش را از دست داده، به هرزگردی افتاده و از انتقال گشتاور به چرخی که کشش دارد جلوگیری می‌کند. نتیجه؟ گیر کردن خودرو در مسیرهای سخت آفرودی.

برای حل این مشکل، سیستم قفل دیفرانسیل طراحی شد. این سیستم با استفاده از مجموعه‌ای از صفحات اصطکاکی (مانند کلاچ یا روغن غلیظ) دیفرانسیل را قفل می‌کند. با این کار، دو پلوس خروجی یکپارچه شده و گشتاور به‌صورت مساوی (50-50) بین دو چرخ تقسیم می‌شود. به این ترتیب، حتی اگر یکی از چرخ‌ها کشش کافی داشته باشد، خودرو می‌تواند از حالت گیر کردن خارج شود.

قفل دیفرانسیل ممکن است به صورت برقی، بادی یا خودکار عمل کند. برخی از مدل‌ها این قفل را به صورت موقت و با کنترل راننده فعال می‌کنند، در حالی که در برخی دیگر، سیستم به‌طور خودکار و بسته به شرایط فعال می‌شود. این مکانیزم عمدتاً به‌عنوان یک ویژگی استاندارد در خودروهای دو دیفرانسیل یا اسپرت گران‌قیمت ارائه می‌شود. به‌عنوان مثال، خودروهایی مانند هامر H1 و مرسدس بنز کلاس G به‌طور استاندارد دارای سه قفل دیفرانسیل (جلو، مرکزی و عقب) هستند. البته نصب قفل دیفرانسیل در بازار افترمارکت برای خودروهایی که این قابلیت را ندارند نیز امکان‌پذیر است، اما هزینه بالایی دارد.

سیستم انتقال نیرو یا Drivetrain

هر خودرویی برای حرکت به نیرویی نیاز دارد که بتواند بر اصطکاک غلبه کند و این نیرو باید به‌نوعی به چرخ‌ها منتقل شود. این انتقال نیرو حاصل همکاری مجموعه‌ای از قطعات است که باهم کار می‌کنند تا توان و گشتاور تولیدشده توسط پیشرانه به چرخ‌ها برسد. به این مجموعه تجهیزات، سیستم انتقال نیرو یا همان Drivetrain گفته می‌شود.

در این مقاله قصد داریم یکی از جذاب‌ترین انواع سیستم‌های انتقال نیرو را بررسی کنیم: سیستم‌های دو دیفرانسیل یا چهارچرخ متحرک (AWD). این سیستم‌ها طراحی شده‌اند تا همه چرخ‌های خودرو را هم‌زمان به حرکت درآورند و با فراهم کردن بیشترین میزان کشش (Traction)، حتی در سخت‌ترین شرایط، خودرو را از موانع عبور دهند.

چه این سیستم ساده باشد و چه بسیار پیشرفته، اصول کاری آن ریشه در قوانین پایه فیزیک و مکانیک دارد که خوشبختانه به راحتی قابل توضیح هستند. اما یک سوال اساسی همیشه ذهن علاقه‌مندان به خودرو را درگیر می‌کند: چه تفاوتی میان سیستم‌های 4WD (چهار چرخ متحرک) و AWD (تمام چرخ متحرک) وجود دارد؟ این دو که در ظاهر شبیه به نظر می‌رسند، چه چیزی آن‌ها را از هم جدا می‌کند؟ و چرا امروزه بیشتر خودروهای جدید به سیستم AWD مجهز هستند؟

این سوالات را به‌طور مفصل بررسی خواهیم کرد و به شما نشان می‌دهیم که چرا این فناوری در صنعت خودروسازی به چنین جایگاهی رسیده است.

بررسی انتقال نیرو در سیستم چهار چرخ متحرک و تمام چرخ متحرک

از همان آغاز صنعت خودرو، مهندسان دریافتند که نحوه انتقال نیرو به چرخ‌ها—چه به محور جلو (FWD)، چه به عقب (RWD) یا هر دو—تأثیر مستقیمی بر عملکرد خودرو دارد. به طور کلی، خودروهای FWD با پیشرانه جلویی به دلیل مسیر کوتاه‌تر انتقال نیرو، اتلاف انرژی کمتری دارند و در شتاب‌گیری مؤثرتر هستند. اما این طراحی وزن بیشتری به محور جلو تحمیل کرده و تعادل خودرو را کاهش می‌دهد، که می‌تواند باعث هرزگردی چرخ‌ها و گیجی فرمان در مدل‌های قدرتمند شود.

از سوی دیگر، خودروهای RWD به دلیل توزیع بهتر وزن و عملکرد مطلوب‌تر در فرمان‌پذیری، گزینه مناسبی برای خودروهای پرتوان، اسپرت و باربر هستند، هرچند اتلاف انرژی بیشتری در سیستم آن‌ها وجود دارد. نتیجه این است که FWD برای خودروهای اقتصادی و روزمره مناسب‌تر است، در حالی که RWD در خودروهای قدرتمند و تخصصی‌تر کاربرد بیشتری دارد. البته، استثناهایی نیز همیشه وجود دارند.

همچنین بخوانید: معرفی تویوتا فورچونر 2024

• چهار چرخ متحرک 4WD

اکنون در نظر بگیرید نیروی تولیدی پیشرانه به‌جای یک محور، به هر چهار چرخ خودرو منتقل شود. این ویژگی، ترکیبی از مزایای سیستم‌های FWD و RWD را ارائه داده و ضعف‌های هر دو را برطرف می‌کند. نتیجه، خودرویی است که هم در شرایط روزمره و هم در کاربردهای سنگین، عملکرد بهینه‌ای دارد.

یکی از سیستم‌های شاخص در این زمینه، 4WD یا همان چهار چرخ متحرک است که در اصل زیرمجموعه‌ای از سیستم‌های AWD محسوب می‌شود. جالب است بدانید که این سیستم از دهه 1930 به صنعت خودرو معرفی شد و در آن زمان، بیشتر خودروهای دو دیفرانسیل با روش 4WD کار می‌کردند. در این سیستم، نیرو به‌طور پیش‌فرض به محور عقب منتقل می‌شود و در صورت نیاز، راننده می‌تواند به‌صورت دستی و با استفاده از اهرم‌های مکانیکی، نیروی پیشرانه را به محور جلو نیز منتقل کند. این ساختار باعث می‌شود سیستم 4WD در دسته‌بندی چهار چرخ متحرک موقت قرار گیرد، چراکه عملکرد آن به انتخاب و تشخیص راننده بستگی دارد.

عنصر کلیدی این سیستم، گیربکس ثانویه یا ترنسفر کیس است. این مجموعه، وظیفه تقسیم گشتاور به نسبت مساوی (50-50) بین دو محور را بر عهده دارد. علاوه بر این، می‌تواند ضریب دنده گیربکس اصلی را افزایش دهد تا خودرو در مسیرهای دشوار یا هنگام حمل بار، با قدرت و کشش بیشتری حرکت کند. در خودروهای قدیمی‌تر، این عملکرد از طریق یک اهرم مکانیکی انجام می‌شد، اما در خودروهای مدرن، سیستم‌های الکترونیکی و کلیدهای کنترلی جایگزین آن شده‌اند، که کار با این سیستم را بسیار ساده‌تر و سریع‌تر کرده است.

• سیستم تمام چرخ متحرک AWD

سیستم تمام چرخ متحرک (AWD) یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های انتقال نیرو در خودروهای امروزی است که عملکردی متفاوت با سیستم 4WD دارد. این سیستم با انتقال نیرو به تمامی چرخ‌ها به‌صورت هم‌زمان، بهبود چشمگیری در کشش، پایداری و کنترل خودرو ارائه می‌دهد. برخلاف 4WD که به‌صورت دستی و موقت عمل می‌کند، AWD به‌طور دائم و هوشمند فعال است و نیازی به دخالت راننده ندارد.

در این سیستم، یک دیفرانسیل مرکزی یا کلاچ چندصفحه‌ای وظیفه تقسیم نیرو بین محورها را بر عهده دارد. به‌طور معمول، نیرو به یک محور (معمولاً محور جلو) منتقل می‌شود و در صورت کاهش کشش یا اصطکاک در آن محور، سیستم به‌صورت خودکار بخشی از نیرو را به محور دیگر انتقال می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود که خودرو در هر شرایط جاده‌ای، از مسیرهای خشک و آسفالت‌شده گرفته تا جاده‌های لغزنده و برفی، عملکردی ایمن و مطمئن داشته باشد.

AWD به‌ویژه در خودروهای شاسی‌بلند، کراس‌اوور و سواری‌های لوکس کاربرد گسترده‌ای دارد. این سیستم برای رانندگی روزمره بسیار مناسب است، چرا که علاوه بر ارتقای ایمنی، نیازی به تنظیمات دستی ندارد. همچنین، با توزیع بهینه نیرو، مصرف سوخت نسبت به سیستم‌های 4WD سنتی کاهش می‌یابد.

همچنین بخوانید: بررسی مشخصات فنی و قیمت تویوتا لوین هیبرید ۲۰۲۳ و مقایسه با تویوتا کرولا 2023

کاربرد AWD و AWD

سیستم انتقال نیرو دو دیفرانسیل موقت انتخابی (4WD) به طور ویژه برای شاسی‌بلندهای واقعی (SUV) و وانت‌های سنگین طراحی شده است و کارایی آن در مسیرهای آفرودی و حمل بارهای سنگین به‌خوبی نمایان می‌شود. این خودروها، با توانایی‌های فنی خاص خود، در دسته‌های متنوعی از شاسی‌بلندها، وانت‌های کوچک و بزرگ، کامیون‌های ویژه و حتی خودروهای نظامی قرار می‌گیرند. سیستم 4WD به این خودروها امکان می‌دهد تا هم در مسیرهای شهری و هم در بیراهه‌ها عملکردی قابل‌اعتماد داشته باشند. در مسیرهای آسفالتی، با غیرفعال کردن محور جلو، نیروی محرکه به محور عقب منتقل شده و خودرو به‌راحتی می‌تواند سرعت‌های بالا را تجربه کند، بدون آنکه از توانایی‌های آفرودی آن کاسته شود.

انواع دیفرانسیل خودرو

انواع دیفرانسیل خودرو شامل سه نوع اصلی جلو، عقب و چهارچرخ هستند که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند:

• دیفرانسیل جلو (FWD)

• دیفرانسیل عقب (RWD)

• دیفرانسیل چهارچرخ (AWD / 4WD)

• دیفرانسیل لغزش محدود با کنترل الکتریکی

در ادامه با انواع دیفرانسیل در خودرو ها آشنا می شویم.

• دیفرانسیل باز

دیفرانسیل باز یکی از انواع اقتصادی و پرکاربرد دیفرانسیل‌ها در صنعت خودروسازی است. این سیستم نیروی موتور را به دو چرخ منتقل کرده و اجازه می‌دهد هرکدام از آن‌ها با سرعت متفاوتی بچرخند. به عبارت دیگر، وقتی یکی از چرخ‌ها در جایی با کشش کمتر قرار گیرد، نیروی بیشتری به آن منتقل می‌شود. این ویژگی می‌تواند در مواقعی که یکی از چرخ‌ها از زمین بلند می‌شود یا کمترین چسبندگی را دارد، مشکل‌ساز شود. به همین دلیل، چرخ دیگر که در تماس با زمین است، قادر به حرکت نیست.

با این حال، مشکل انتقال نیروی نابرابر در دیفرانسیل باز با استفاده از سیستم‌های مختلف کنترل و بهبود یافته است. این نوع دیفرانسیل در خودروهای معمولی و جاده‌های صاف و هموار کاربرد زیادی دارد و هزینه پایین آن نیز یکی از دلایل محبوبیتش است. اگرچه این سیستم برای خودروهای آفرود یا اسپرت مناسب نیست، اما در جاده‌های عادی کارایی خوبی دارد. مهم‌ترین نقطه ضعف آن انتقال قدرت به چرخی است که کشش کمتری دارد، که می‌تواند باعث کاهش کارایی در شرایط خاص شود.

• دیفرانسیل قفل شونده

دیفرانسیل قفل شونده به طور ویژه در خودروهای آفرود کاربرد دارد و به آن‌ها کمک می‌کند تا در مسیرهای دشوار و ناهموار بهتر عمل کنند. این سیستم باعث می‌شود که چرخ‌های متصل به دیفرانسیل هنگام قفل شدن با سرعت مشابهی بچرخند، که به حفظ کشش و قدرت حرکت در شرایط سخت کمک می‌کند. در سیستم‌های خودکار قفل شونده، قفل شدن چرخ‌ها به صورت خودکار زمانی که گشتاور کافی دریافت کنند، انجام می‌شود و نیازی به دخالت راننده نیست. البته یکی از معایب این سیستم‌ها سر و صدای زیاد هنگام قفل شدن است.

در مقابل، سیستم‌های قفل دستی که در برخی خودروهای آفرود به کار می‌روند، معمولاً عملکرد بهتری دارند، هرچند که هزینه بالاتری نیز دارند. این نوع دیفرانسیل معمولاً از یک سوئیچ هیدرولیکی یا الکتریکی برای کنترل قفل و باز شدن آن استفاده می‌کند. از مهم‌ترین مزایای دیفرانسیل قفل شونده می‌توان به شتاب یکنواخت و کارایی در شرایط دشوار اشاره کرد که در رانندگی در مسیرهای پرچالش بسیار موثر است.

• دیفرانسیل لغزش محدود

دیفرانسیل لغزش محدود شبیه به دیفرانسیل باز عمل می‌کند، اما تفاوت اصلی آن در زمانی است که خودرو در شرایط لغزش قرار می‌گیرد. در این شرایط، دیفرانسیل به طور خودکار قفل می‌شود تا قدرت را به طور یکنواخت بین چرخ‌ها توزیع کند. این نوع دیفرانسیل به عنوان یک نمونه پیشرفته از دیفرانسیل‌های قفل شونده شناخته می‌شود و در خودروهایی که نیاز به کنترل بیشتر در شرایط لغزنده دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• دیفرانسیل تقسیم‌کننده گشتاور

این نوع دیفرانسیل یکی از پیچیده‌ترین و پیشرفته‌ترین سیستم‌ها در صنعت خودروسازی است. در خودروهای چهار چرخ محرک، این سیستم با استفاده از سنسورهای سرعت و شتاب‌سنج‌ها وضعیت پایداری خودرو را ارزیابی کرده و نیرو را به بهترین شکل ممکن بین چرخ‌ها توزیع می‌کند. این دیفرانسیل به بهبود فرمان‌پذیری و هندلینگ خودرو کمک می‌کند و معمولاً در خودروهای با عملکرد بالا و یا خودروهایی که در شرایط خاص جاده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند، کاربرد دارد.

عملکرد کدام دیفرانسیل بهتر است؟

برای انتخاب بهترین دیفرانسیل، باید نیازها و شرایط استفاده را در نظر گرفت. دیفرانسیل‌های قفل غیر اتوماتیک برای خودروهای آفرود گزینه بهتری هستند، زیرا در مسیرهای سخت و ناهموار عملکرد بهتری دارند. از سوی دیگر، دیفرانسیل‌های قفل خودکار و ضد لغزش به دلیل هزینه پایین و کارایی مناسب در خودروهای معمولی بسیار محبوب هستند. در مسیرهای صاف و هموار، دیفرانسیل‌های ضد لغزش محدود، که در بسیاری از خودروها به کار می‌روند، عملکرد خوبی دارند و در خودروهای چهار چرخ محرک (4WD) نیز رایج هستند. انتخاب مناسب به نوع استفاده و شرایط جاده‌ای بستگی دارد.

ماشین دو دیفرانسیل چیست؟

برای انتخاب بهترین دیفرانسیل، باید نیازها و شرایط استفاده را در نظر گرفت. دیفرانسیل‌های قفل غیر اتوماتیک برای خودروهای آفرود گزینه بهتری هستند، زیرا در مسیرهای سخت و ناهموار عملکرد بهتری دارند. از سوی دیگر، دیفرانسیل‌های قفل خودکار و ضد لغزش به دلیل هزینه پایین و کارایی مناسب در خودروهای معمولی بسیار محبوب هستند. در مسیرهای صاف و هموار، دیفرانسیل‌های ضد لغزش محدود، که در بسیاری از خودروها به کار می‌روند، عملکرد خوبی دارند و در خودروهای چهار چرخ محرک (4WD) نیز رایج هستند. انتخاب مناسب به نوع استفاده و شرایط جاده‌ای بستگی دارد.

خرابی دیفرانسیل در خودرو؟

صدای زوزه در خودرو معمولاً نشان‌دهنده خرابی دیفرانسیل است و می‌تواند ناشی از لق بودن کرانویل و پینیون یا خرابی بلبرینگ‌ها باشد. این مشکل اغلب به دلیل روانکاری نامناسب یا فشار زیاد به دیفرانسیل ایجاد می‌شود. همچنین گرم شدن دیفرانسیل می‌تواند نشانه خرابی باشد که ممکن است به دلیل گیر کردن گل و لای یا آلودگی در آن باشد. احساس ضربه زدن در دیفرانسیل نیز می‌تواند ناشی از ساییدگی قطعات درونی یا خرابی بلبرینگ‌ها باشد که نیاز به تعویض یا تعمیر دارد. وارد شدن فشار زیاد به پلوس نیز ممکن است منجر به بریدگی دیفرانسیل شود، که در این صورت خودرو حرکت نخواهد کرد.

سخن پایانی

سیستم‌های قفل دیفرانسیل خودروهای 4WD به عنوان تکنولوژی‌های پیشرفته، نقش حیاتی در بهبود عملکرد خودرو در شرایط خاص و مسیرهای دشوار ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها با توانایی انتقال نیرو به هر چهار چرخ، موجب افزایش کشش و مانورپذیری خودرو در زمین‌های لغزنده، کوهستانی و ناهموار می‌شوند. استفاده از دیفرانسیل قفل شونده، چه به صورت خودکار و چه دستی، به راننده این امکان را می‌دهد که در شرایط سخت، کنترل بهتری بر خودرو داشته باشد. در حالی که دیفرانسیل‌های قفل شونده مزایای زیادی دارند، باید توجه داشت که عملکرد آن‌ها به دقت و مراقبت نیاز دارد تا از خرابی و آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود. بنابراین، انتخاب سیستم قفل دیفرانسیل مناسب برای نوع استفاده و شرایط رانندگی، عامل تعیین‌کننده در بهره‌برداری بهینه از این فناوری است.

همچنین بخوانید: معرفی تویوتا وایلدلندر 2024 و مقایسه آن با تویوتا راوفور