الترس التفاضلي محدود الانزلاق يفعل أكثر بكثير مما تظن
لا يقتصر استخدام الترس التفاضلي محدود الانزلاق على عمليات حرق الإطارات فحسب، بل إنه أحد أقوى أدوات التحكم في السيارة.
قبل بضع سنوات، وجدت نفسي في موقف مألوف كعاشق للسيارات: أبحث عن سيارة مياتا أمريكية. كانت معاييري بسيطة ونموذجية - أردتُ واحدة من أحدث السيارات بمحرك 1.8 لتر (لعزم دورانها الإضافي)، وهيكلًا مقاومًا للصدأ (وهو أمر غير مُعتاد في الشمال الشرقي)، وناقل حركة يدوي (بالطبع)، وترسًا تفاضليًا محدود الانزلاق. تقول الحكمة التقليدية لعشاق السيارات إنك دائمًا ما ترغب في استخدام الترس التفاضلي محدود الانزلاق، ولكن في ذلك الوقت، لم أستطع تحديد السبب.
rx-7-lsd
كنت أعرف أن الترس التفاضلي محدود الانزلاق يساعد في عمليات التفحيط والانجرافات الكبيرة، ويساعد في لجم قوة السيارة إلى الحد الأدنى. ولكن هذا كل ما في الأمر. بعد خمس سنوات، أعرف الآن أن الترس التفاضلي محدود الانزلاق يفعل أكثر بكثير. إنه أحد أهم مكونات التحكم العام في السيارة.
أهلاً بكم في "حفرة الأرنب"، عمود نصف شهري يستكشف فيه كريس بيركنز، المحرر الرئيسي، أحدث شغفه بتكنولوجيا السيارات. يتحدث إلى نخبة من رواد هذا المجال لفهم آلية عمل السيارات ومستقبلها.
أولاً، مراجعة سريعة للترس التفاضلي. يسمح الترس التفاضلي "المفتوح"، وهو النوع الأكثر شيوعًا في السيارات، للعجلات المتصلة بالدوران بسرعات مختلفة. هذا مفيد لأنه عند الانعطاف، ترسم العجلات الداخلية والخارجية أقواسًا مختلفة، وبالتالي تدور بسرعات مختلفة. بدون ترس تفاضلي، يكون الانعطاف صعبًا للغاية. ولهذا السبب، يعود تاريخ الترس التفاضلي إلى ما قبل السيارة نفسها.
مع ذلك، يُعد الترس التفاضلي المقفل مفيدًا. فقفل العجلات الخلفية معًا، وإجبارها على الدوران بنفس السرعة، يساعد على توليد قوة الجر. هذا مفيد في خط مستقيم، وفي ظروف ضعف التماسك، خاصةً عندما تكون إحدى العجلات على سطح زلق للغاية والأخرى ليست كذلك. لهذا السبب، ستجد تروسًا تفاضلية مقفلة في سيارات الدراجستر، وتروسًا تفاضلية مقفلة - كما هو الحال في الترس التفاضلي الذي يمكن فتحه بالكامل أو قفله بالكامل - في سيارات الدفع الرباعي.
porsche-ptv
الترس التفاضلي المفتوح مناسب في معظم سيناريوهات القيادة العادية. ربما لا تحتاج سيارة تويوتا كامري العادية إلى ترس تفاضلي محدود الانزلاق، ولكن في بعض السيارات، وخاصةً في تطبيقات الأداء العالي، من المفيد جدًا وجود ترس تفاضلي يسد الفجوة بين الطرفين.
يسمح الترس التفاضلي محدود الانزلاق لعجلات المحور المدفوع بالدوران بسرعات مختلفة، ولكنه يسمح أيضًا بعامل قفل بينهما. يقع الترس التفاضلي محدود الانزلاق في المنطقة بين 0 و100% من الاقتران، وهنا تكمن روعة الأمر.
استخدمت أولى سيارات الترس التفاضلي محدود الانزلاق الإنتاجية مجموعات قوابض متعددة الصفائح لربط أعمدة الإخراج معًا على كلا الجانبين في ظروف تشغيل معينة. هنا، يتم تحديد عامل القفل من خلال عدد واتجاه صفائح القابض، ويتم تعشيق القوابض بواسطة نظام تحميل مسبق.
يستخدم نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق اللزج سائلًا يُشغّل أقراص القابض أثناء ارتفاع درجة حرارته تحت الحمل. يستخدم نظام المُستشعر لعزم الدوران (Torsen) تروسًا تتداخل تدريجيًا مع بعضها البعض مع زيادة عزم الدوران. وأخيرًا، يستخدم نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق الإلكتروني محركًا كهربائيًا للضغط على مجموعات القابض.
يمكنني التعمق هنا في آليات جميع أنواع ترس تفاضلي محدود الإنزلاق هذه، والأنواع الأخرى النادرة، لكنني سأؤجل ذلك ليوم آخر. وإلا لكانت هذه قصة طويلة جدًا.
2025-cadillac-ct5-v-blackwing-precision-package
اليوم، أنا مهتم بالحديث عن التحكم في السيارة أكثر من تفاصيل كيفية عمل نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق. هناك العديد من مقاطع الفيديو التي تُفصّل هذا الأمر، أو إذا كنت تحب القراءة، أنصح بشدة بقراءة Race Car Vehicle Dynamics لشرح الموضوع والعديد من الأشياء الأخرى المفيدة
ولكن لأغراض هذه القصة، اعلم أن هناك ثلاثة أنواع من ترس تفاضلي محدود الإنزلاق من حيث وقت قفلها: تعمل ترس تفاضلي محدود الإنزلاق أحادية الاتجاه فقط أثناء التسارع؛ وتعمل ترس تفاضلي محدود الإنزلاق ذات الاتجاه ونصف الاتجاه أثناء التسارع وجزئيًا أثناء الكبح؛ تعمل أنظمة ترس تفاضلي محدود الإنزلاق ثنائية الاتجاه على التسارع والتباطؤ.
تجدر الإشارة إلى أن مصطلحي "القوة" و"التسارع" يُستخدمان بالتبادل لوصف ما يفعله نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق عند الضغط على دواسة الوقود، وكذلك مصطلحات "التباطؤ" و"الانزلاق" و"التجاوز" لوصف ما يفعله نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق عند رفع دواسة الوقود.
ما ساعدني على التعرّف على أنظمة ترس تفاضلي محدود الإنزلاق بجميع أنواعها هو التعمق في أنظمة الترس التفاضلي المحدود الإنزلاق الأكتروني من جنرال موتورز، التي تُعدّل عامل قفلها باستمرار لتحقيق نتائج مختلفة. تحدثتُ مع رون موريس من جنرال موتورز، الذي يُجري ضبط نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق الالكتروني لسيارات كورفيت وكاديلاك، وهو سائق ماهر على الحلبات.
يوضح موريس: "إذا رسمتَ تسارع نظام E-ترس تفاضلي محدود الإنزلاق على مخطط بياني، فستجد أنه يبدأ بتسارع عالٍ جدًا على الطريق المستقيم، ثم ينخفض تدريجيًا إلى القمة - وهو يتبع سرعة السيارة تقريبًا في الواقع - ثم يزداد مجددًا عند الخروج من المنعطف."
دعونا نحلل هذا الأمر قليلاً. يساعد قفل نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق على الطريق المستقيم في الحفاظ على ثبات السيارة. تذكر أنه من المستحيل عمليًا الانعطاف بسيارة ذات ترس تفاضلي مغلق بالكامل. إجبار العجلات الدافعة على الدوران بنفس السرعة يُسبب نقصًا نهائيًا في التوجيه. ولكن هنا، حيث يكون الثبات على الطريق المستقيم أمرًا أساسيًا، يُعدّ وجود قفل تفاضلي بسيط أمرًا جيدًا. يستخدم موريس مصطلح تخميد الانحراف ويخبرنا أنه عادةً، في كاديلاك بلاك وينج، ستُشغّل هذه السيارة نظام اقتران تفاضلي بنسبة ٥٠٪ تقريبًا.
يُعدّ تخميد الانحراف مفيدًا أيضًا في بداية استخدامك للكبح، إذ لا ترغب في أن يبدأ الجزء الخلفي من السيارة بالانزلاق من تحتك عند سرعات عالية جدًا. ولكن مع استنزاف السرعة، تصبح الأمور أكثر تشويقًا.
يقول موريس: "عند رفع قدمك عن دواسة المكابح والانعطاف، يحدث ٩٠٪ من سحر نظام الترس التفاضلي المحدود الإنزلاق".
تتميز سيارات الأداء الحديثة من جنرال موتورز بنظام يُسمى إدارة الجرّ عالي الأداء (PTM)، والذي يدمج أنظمة مختلفة - نظام توليد القوة، ومخمدات MagneRide، ونظام ABS، وبالطبع نظام الترس التفاضلي المحدود الإنزلاق - الالكتروني لمساعدتك على التسارع على الحلبة. حتى سيارة الأداء في وضع القيادة العادي يجب أن تُصمّم للسلامة قبل كل شيء.
عند استخدام أحد أوضاع نظام PTM الخمسة، فإنك تُبرم اتفاقية ضمنية بأنك على المسار، وأنك تُدرك ما تفعله، وتريد من السيارة أن تساعدك في الوصول إلى السرعة المطلوبة. يلعب نظام e-ترس تفاضلي محدود الإنزلاق دورًا هامًا.
يتحدث سائقو السباق كثيرًا عن الدوران، وما يصفونه في جوهره هو قدرة السيارة (وقدرتهم) على إجبارها على الانعطاف عند المنعطف. يُسمى هذا تقنيًا التوجيه الزائد، حيث تكون الإطارات الخلفية على مسار أوسع من الإطارات الأمامية، وإن لم يكن التوجيه المعاكس المُدخّن للإطارات.
يساعد كبح المسار، الذي يُخفف الضغط على دواسة المكابح أثناء التوجيه نحو القمة، على توجيه السيارة إلى المنعطف. يُعد نظام ترس تفاضلي محدود الإنزلاق الذي يعمل عند التباطؤ وسيلة مساعدة إضافية.
يقول موريس: "عندما نفتح القابض بالقدر المناسب أثناء الانعطاف، يُمكننا ضبطه بدقة لتتمكن من الانعطاف بثقة". لا يُخرجك عن المسار، كما أنه لا يُسبب ضغطًا أو انزلاقًا زائدًا بشكل سيء. إنه مسار مُصمم خصيصًا للسائق، ذلك القدر المناسب من الدوران السحري. وهنا يُنفق قدر كبير من وقت المهندسين.
عند الوصول إلى الذروة، يُفضل أن يكون قفل الترس التفاضلي عند الصفر تقريبًا، لأن هذا هو الوقت الذي ترغب فيه بأقصى دوران ممكن. بمجرد أن تبدأ باستعادة القوة وإرخاء عجلة القيادة، يُفضل أن يزيد الترس التفاضلي من سرعته.
من المُرجح أن يُؤدي الضغط على دواسة الوقود في سيارة ذات دفع أمامي أو رباعي إلى انزلاق زائد، حيث تدفع السيارة إلى نقطة الخروج من المسار. أما في سيارة ذات دفع خلفي، فمن السهل جدًا الضغط على الإطارات الخلفية بشكل مفرط على دواسة الوقود، مما يُسبب انزلاقًا زائدًا مُضيعًا للوقت. يُساعد قفل الترس التفاضلي الإضافي في جميع الحالات على إعادة السيارة إلى خط مستقيم ويزيد من ثباتها. ثم، قد تتكرر الدورة.
سواءً أكان نظام الترس التفاضلي محدود الانزلاق إلكترونيًا أم لا، يتضح جليًا أن الترس التفاضلي محدود الانزلاق أداة فعّالة.
يُتيح نظام الترس التفاضلي محدود الانزلاق الإلكتروني إمكانيات أكثر إثارة للاهتمام، إذ يُمكنه التفاعل مع أنظمة السيارة الأخرى. وهنا تكمن روعة نظام PTM من جنرال موتورز - حيث يمتلك المهندسون العديد من الرافعات المختلفة التي يُمكنهم استخدامها لتحقيق خصائص التحكم المطلوبة بناءً على ما يُريده السائق والإطار. هذا يعني أن موريس لا يستطيع العمل بمعزل عن الآخرين. عليه أن يكون في جهاز المحاكاة وفي حلبة السباق مع مهندسين آخرين لتحديد الرافعات التي يجب استخدامها ومتى، وبأي قدر.
يؤثر وجود نظام e-ترس تفاضلي محدود الإنزلاق أيضًا على اختيار المعدات.
cadillac-e-lsd (1)
يقول موريس: "ربما نختار قضيبًا مانعًا للانقلاب أكثر قوة، لأننا الآن نستطيع استخدام نظام التعشيق الإلكتروني المحدود (e-ترس تفاضلي محدود الإنزلاق). لم يعد اختيار مكونات أكثر قوة في السيارة تنازلًا، لأننا نستطيع الآن استخدام الترس التفاضلي لتثبيت السيارة في المكان المطلوب، والسماح لهذا الترس بتدوير السيارة في الاتجاه الذي نريده".
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن نظام ABS يمكنه محاكاة تأثير نظام التعشيق المحدود، عن طريق كبح عجلة واحدة للمساعدة في خلق لحظة انحراف. لكن موريس يشير إلى أن هذا النظام غير فعال لأنه يُهلك المكابح ويزيد من سخونتها، ويهدر طاقة المحرك.
في النهاية، اشتريت سيارة مياتا. وجد والدي واحدة محلية في مدينتي كانت نظيفة ورخيصة، وادعى البائع أنها مزودة بنظام تعشيق محدود على الرغم من أنها سيارة منخفضة المواصفات، ولم تكن لتأتي مزودة به من المصنع.
حاول والدي التحقق من هذه الحقيقة بوضع أثر إطارين على أرضية مرآبه، مما بدا وكأنه دليل على ذلك. لكنني، في إحدى المرات، قمتُ بحرق إطار واحد به... مما بدا وكأنه دليل على وجود ترس تفاضلي مفتوح.
بصراحة، لم يكن الأمر مهمًا. بما أعرفه الآن، ما كنتُ لأُقدّره على الإطلاق.
اقرأ أيضًا
موصى به لك
ما هي العجلات المطروقة؟
بورشه تعيد تصميم سيارة السباق الشهير من آبل - وهو تصميمٌ في غاية الروعة
اختبار وقود لانسيا فلامينيا الحيوي بين تورينو وصقلية
هذه أقوى سيارة بلاكوينغ من كاديلاك حتى الآن، وهي متوفرة بناقل حركة يدوي فقط
بورشه تُقدّم طلب براءة اختراع لخطوط سباق مخفية على جسم السيارة
بوغاتي ميسترال التي تتوق للطيران
ما هو فقدان الطاقة في نظام نقل الحركة؟