الفرق الذاتي القفل ضد «الإلزام»: أي تفاضل تختار لك بالضبط

لسوء الحظ، عند شراء سيارة جديدة أو مستعملة اليوم، فإن الغالبية العظمى من السائقين ينشغلون أكثر بالأسئلة المقدسة حول حجم الشاشات وعدد منافذ USB وأوضاع الإضاءة المحيطية، بدلاً من التفكير في الجوانب المهمة حقاً. أحد هذه الجوانب هو نوع الترس التفاضلي الذي يجب أن تكون السيارة الجديدة مجهزة به. لذلك دعونا نفهم هذه الآليات، وربما نساعدكم في اتخاذ القرار الصحيح.

إخلاء مسؤولية: نعم، نحن نعلم أن أي ترس تفاضلي حر يقسم تدفق العزم دائماً بالتساوي. لكن لكي لا نتعمق كثيراً في الميكانيكا، سنستخدم صياغة غير دقيقة تماماً ولكنها أكثر سهولة: توزيع العزم.

تتصرف أنواع الترس التفاضلي المختلفة بشكل متفاوت في ظروف مختلفة. لذلك، بناءً على الظروف السائدة لكل سائق بعينه وأنماط القيادة – كفاءة أعلى، قدرة أفضل على الطرق الوعرة، أمان معزز على الأسطح الزلقة والمبللة وهكذا – من المنطقي تفضيل نوع أو آخر من الترس التفاضلي. دعونا ن examine كيف تختلف.

لنتذكر النظرية

قبل أن نغوص في القطع المعدنية ونطرح الأسئلة الروسية الأبدية، دعونا نذكّر بإيجاز بالأمر الرئيسي. الترس التفاضلي هو آلية توزع عزم الدوران المنقول إلى المحور بين عجلتين. هذا شرح مبسط، ليس دقيقاً تماماً من الناحية التقنية، لكنه يوضح بشكل مرئي مبدأ عمل الآلية. الفصل مطلوب حتى تتمكن العجلات من الدوران بسرعات مختلفة، أولاً وقبل كل شيء – في المنعطفات، حيث يجب أن تدور العجلات الخارجية للسيارة أسرع من الداخلية. وإلا فإن اجتياز المنعطف سيتحول إلى مهمة غير بديهية بنتيجة غير متوقعة، وأقل شر فيها سيكون التآكل المتزايد بشكل كبير للإطارات.

تجدر الإشارة إلى أن البشرية قدّرت مزايا التروس التفاضلية منذ زمن طويل وبالتالي تستخدمها منذ زمن سحيق. تعود آلية أنتيكيثيرا القديمة إلى الفترة بين 100-70 قبل الميلاد، والتي استخدمت نموذجاً أولياً لناقل حركة تفاضلي. وفي الصين عام 250 ميلادية، أنشأ المهندس ما جيون ما يسمى «عربة تشير إلى الجنوب» – سلف البوصلة، والتي استخدمت أيضاً ناقل حركة تفاضلي.

لكن مع ذلك، نحن مدينون بالتصميم الحديث للترس التفاضلي للميكانيكي الأمريكي آزا أرنولد، الذي طور في عام 1823 محركاً تفاضلياً لاستخدامه في آلات غزل القطن. وقد جلبه إلى المركبات الفرنسي أونيزيفور بيكير، الذي حصل في عام 1827 على براءة اختراع لترس تفاضلي لاستخدامه في عربة بخارية.

لكن كل تلك التروس التفاضلية كانت حرة أو مفتوحة. هذا هو أبسط نوع من الآلية، المستخدم في الغالبية العظمى من وسائل النقل (وليس فقط). يتكون من مجموعة من التروس توزع عزم الدوران بالتساوي بين عجلتين. وبالتالي، عند الحركة في خط مستقيم في ظروف بيئية طبيعية على أسطح صلبة غير مشكوك فيها، عندما يكون التماسك معها متساوياً لكلتا العجلتين، يُنقل العزم بنسبة 50:50.

ومع ذلك، فإن هذا التصميم له عيب جوهري للغاية. فمبدأ عمله ذاته يؤدي إلى أنه عند فقدان إحدى العجلات للتماسك مع السطح، سيذهب كل العزم إليها بالتحديد. ستدور بجنون، منزلقة على الثلج أو في الوحل، بينما تبقى الأخرى ثابتة، رغم أنها تتمتع بتماسك أفضل.

مفارقة؟ نعم، هذه هي الميكانيكا المخادعة. لذلك على أي طرق زلقة، على الطرق الوعرة، أثناء القيادة المتطرفة عندما تكون هناك حاجة لقدرة كبيرة في المنعطفات، وفي لحظات الانطلاق السريع من الثبات، يتحول الترس التفاضلي الحر من مساعد إلى مضر، قادر على تعقيد تشغيل المركبة بشكل كبير. في أفضل الأحوال سيجعلها بلا حركة، وفي أسوأ الأحوال سيؤدي إلى حالة طارئة.

ومع ذلك، أصبح كل هذا واضحاً تقريباً فور دخول التروس التفاضلية إلى الاستخدام Automotive. في محاولة لإزالة هذا التناقض المزعج، منذ الثلاثينيات من القرن الماضي، كافح أفضل العقول Automotive على الكوكب، ومن بينهم يمكن ذكر فرديناند بورشه ومهندسي ZF وPackard، لحل المسألة الميكانيكية، وأخيراً انتصروا عليها. منذ الستينيات من نفس القرن بدأت التروس التفاضلية ذاتية القفل تُستخدم على نطاق واسع في السيارات.

ذاتية القفل عالية الاحتكاك

بطريقة أو بأخرى، لكن في لحظة معينة من التطور التاريخي انقسمت مسارات التروس التفاضلية إلى اتجاهين مختلفين – ذاتية القفل وقفل إجباري.

الأولى لها أسماء عديدة. لدينا من المعتاد تسميتها بالمصطلح العام «ترس تفاضلي بمقاومة داخلية عالية». لكن الأكثر استخداماً هو اسم آخر، مشتق من الاسم الإنجليزي Limited Slip Differential (LSD) – ترس تفاضلي محدود الانزلاق. ثم بعد ذلك – بأشكال مختلفة: ترس تفاضلي عالي الاحتكاك أو ترس تفاضلي محدود الانزلاق. لكن مهما كان اسم هذا الجهاز، كلها تروس تفاضلية ذاتية القفل تساعد في تجنب عيب إخوتها الحرة.

إنها تضمن نقل عزم الدوران دون عوائق إلى العجلة ذات التماسك الأفضل مع السطح (عندما تنزلق الأخرى أو تعلق في الهواء) وبالتالي تساعد في الحفاظ على حركة السيارة. يمكن تصميم هذه التروس التفاضلية بطرق مختلفة. وبالتالي، تم اختراع أسماء معقدة لها أيضاً مع تصنيف لا يقل تعقيداً. ومع ذلك، من وجهة نظر التشغيل العادي، يكفي أن نفهم أنه بشكل عام، يمكن تقسيمها إلى أربعة أنواع فقط.

الأول – هو ترس تفاضلي عالي الاحتكاك بأقراص احتكاكية. هذا ربما أبسط نوع، حيث تُستخدم هذه الأقراص الاحتكاكية لنقل عزم الدوران – كما في القابض، ولكن فقط بين العجلات. عند الزيادة الكبيرة في سرعة دوران إحدى العجلات بالنسبة للأخرى، تتلامس الأقراص وتجعل كلتا العجلتين تدوران بنفس السرعة.

يمكن استخدام هذه التروس التفاضلية في التشغيل المدني والرياضي (المضمار)، لكنها تتطلب صيانة منتظمة مع تآكل الأقراص الاحتكاكية.

بالإضافة إلى ذلك، هناك تروس تفاضلية تمثل مخفضات بتروس. فيها تُستخدم تروس خاصة بدلاً من الأقراص الاحتكاكية. هذه الوحدات افتراضياً أكثر متانة من الاحتكاكية، لأنه لا توجد فيها مكونات قابلة للتآكل. لكنها عادة أغلى، والإعدادات هنا ليست بهذه البساطة كما في التروس التفاضلية ذات القوابض.

النوع الثالث – هو Torsen (اختصار لـ Torque Sensing). كلمة «تورسن» تحولت منذ زمن طويل إلى اسم شائع ومعروفة للأشخاص حتى البعيدين عن عالم السيارات: لا يعرفون أو لا يتذكرون ما تعنيه، لكن عند سماعها يتظاهرون بالذكاء. تستخدم تروس Torsen ناقلات دودية لنقل عزم الدوران. الميزة الرئيسية للآلية، التي أدت إلى انتشارها الواسع، تكمن في الاستجابة الفورية لتغير درجة التماسك. بالإضافة إلى أنها لا تتآكل تقريباً. لكن لا خير بدون شر: تحتاج تروس Torsen إلى أن يكون هناك على الأقل تماسك أدنى مع السطح لكلتا العجلتين. إذا لم يكن موجوداً (مثلاً، العجلة معلقة في الهواء)، تتحول تروس Torsen التفاضلية إلى ترس تفاضلي حر.

النوع الرابع – هو التروس التفاضلية اللزوجية. في جوهرها – قوابض لزوجية، تُستخدم في الغالب في أنظمة الدفع الرباعي لنقل العزم بين المحاور، وليس بين العجلات. بهذه الصفة، نظراً لخصائص التصميم، استخدامها قليل جداً.

الإيجابيات والسلبيات

دعونا نجمع معاً كل مزايا وعيوب التروس التفاضلية ذاتية القفل.

المزايا:

• توفر تماسكاً أفضل على جميع أنواع الأسطح الزلقة.
• تتميز بتسارع أفضل عند الخروج من المنعطفات.
• تتمتع بقابلية التنبؤ عند التحكم.
• مناسبة تماماً للاستخدام اليومي في ظروف المدن.
• لا تتطلب مشاركة السائق.

العيوب:

• بحكم التعريف أغلى من التروس التفاضلية الحرة (المفتوحة) الأبسط في التصميم.
• بعض الأنواع تحتاج إلى صيانة دورية.
• تتآكل أثناء التشغيل.
• قد تصدر ضوضاء عند المنعطفات بسرعة منخفضة.
• على الطرق الوعرة أقل فعالية من التروس التفاضلية ذات القفل الإجباري.

الصورة: Audi

التروس التفاضلية ذات القفل الإجباري

الترس التفاضلي ذو القفل الإجباري هو الحل الأكثر جذرية لمشكلة العجلة التي تدور بجنون ولكن بلا فائدة. عندما يتم تفعيله، يحدث قفل مادي لكلتا العجلتين، حيث تبدأان بالدوران بنفس السرعة. لذلك لا تؤثر جودة التماسك ولا التعليق في الهواء على إمكانية مواصلة الحركة بأي شكل.

يمكن أن يتم القفل تلقائياً حسب ظروف الحركة أو في الوضع اليدوي بواسطة السائق. في الحالة الأولى، عند الحركة في خط مستقيم تكون كلتا العجلتين مقفلتين، لكن في المنعطفات يُرفع القفل. لهذا النظام عيوب خطيرة: فهو ليس صاخباً فحسب، بل يسبب سلوكاً غير متوقع للمركبة على الطرق ذات السطح الصلب. رغم أنه فعال بما فيه الكفاية. ومع ذلك لم ينتشر على نطاق واسع في صناعة السيارات المدنية.

القفل اليدوي يتيح إمكانية قفل العجلات في اللحظة التي يكون فيها ذلك ضرورياً. يتم تفعيله إما بواسطة مفاتيح إلكترونية، وهي السائدة في السيارات الحديثة، أو بمساعدة أنظمة هوائية خاصة أو آليات بمحرك كابلي.

المزايا والعيوب

دعونا نحسب مزايا وعيوب التروس التفاضلية ذات القفل الإجباري.

المزايا:

• في الظروف القصوى توفر أقصى قوة جر.
• للطرق الوعرة، خاصة الصعبة منها، هذا هو الحل الأفضل. تساعد بشكل جيد جداً على الصخور وفي الثلوج العميقة.
• تتمتع بعمر افتراضي أكبر بكثير وحاجة أقل بكثير للصيانة من ذاتية القفل.

العيوب (في الحالة المفعّلة):

• تصعّب التحكم، وتحد من سرعة الحركة ولا تناسب تماماً التشغيل الحضري في الوضع المستمر.
• عند الحركة المستمرة على الطرق ذات السطح الصلب يحدث تآكل متسارع للإطارات.
• كقاعدة عامة، هي أكثر ضوضاءً من الأنواع الأخرى من التروس التفاضلية.
• عادة أغلى من التروس التفاضلية ذاتية القفل.

الصورة: Haval

أين وماذا؟

الآن يمكننا استخلاص الاستنتاجات الرئيسية لأنفسنا – في أي ظروف يُفضل استخدام أي نوع من التروس التفاضلية. من كل ما ورد أعلاه، يبدو واضحاً أن معظم السائقين في الاستخدام اليومي للسيارة يفضلون الترس التفاضلي عالي الاحتكاك. عند الحاجة سيوفر دائماً تماسكاً إضافياً مع الطريق، وفي المواقف الروتينية يتصرف كترس تفاضلي عادي تماماً.

في الوقت نفسه، في الشتاء في الظروف الحضرية أو القريبة منها، يتعامل بشكل أفضل مع المهام الناشئة. بالعمل في الوضع التلقائي، تُقفل LSD فقط عندما يكون ذلك ضرورياً فعلاً على الأسطح الزلقة. بالإضافة إلى ذلك، تختفي حاجة السائق للتفعيل والإيقاف المنتظم للقفل. لكن مع كميات كبيرة (نكرر – كبيرة بالتحديد) من الثلوج تتعامل بشكل أسوأ بكثير (يمكن القول إنها لا تتعامل على الإطلاق) من التروس التفاضلية ذات التفعيل الإجباري.

في الوقت نفسه، من وجهة نظر النوع، يُفضل التروس التفاضلية ذات القابض الاحتكاكي أو Torsen – فهي تعمل بشكل أكثر سلاسة ولا تؤثر على التحكم.

عشاق القيادة السريعة حتى بالأسلوب الاحترافي على المضمار يجب أن يتوجهوا أيضاً نحو التروس التفاضلية عالية الاحتكاك. ليس من قبيل الصدفة أن العديد من الطرازات القوية مجهزة بها. هذه التروس التفاضلية تساهم في الاستقرار أثناء القيادة العدوانية، وقابلة للتنبؤ في المنعطفات، وتساعد في توزيع القدرة بشكل صحيح عند التسارع وعند الخروج من المنعطفات. ومرة أخرى هنا أيضاً من الأفضل تفضيل Torsen أو التروس التفاضلية الاحتكاكية.

أما على الطرق الوعرة فالصورة تتغير. إذا كانت فصول الشتاء الثلجية سائدة في منطقتك ولا يتم إزالة الثلوج، إذا كانت السيارة تُستخدم بشكل دوري على تضاريس شديدة الوعورة أو على طرق صخرية، فمن الأفضل هنا شراء سيارة بترس تفاضلي ذي قفل إجباري.

راقب وتحكم

في الختام بعض التوصيات التي تتيح تجنب الأضرار المبكرة للترس التفاضلي وإطالة عمره الافتراضي.

أولاً وقبل كل شيء، افهم فهماً راسخاً: مهما قال مصنعو السيارات المفرطون في الثقة، فإن جميع التروس التفاضلية بدون استثناء تحتاج إلى تغيير منتظم للزيت. اعتماداً على ظروف التشغيل وأسلوب القيادة وخصائص تصميم الوحدات المحددة وعوامل أخرى، يتم ذلك في نطاق 40-60 ألف كيلومتر.

إذا كنتم تقطرون شيئاً ما بشكل متكرر أو تقودون على الطرق الوعرة، يجب تقليص هذه الفترة إلى النصف. في الوقت نفسه، يجب فحص مستوى التشحيم وحالته أثناء كل صيانة فنية دورية. اكتشاف شوائب معدنية فيه – هو أكثر جرس إنذار مقلق، يتطلب فحصاً فورياً لحالة العقد.

في التروس التفاضلية ذاتية القفل يمكن استخدام إضافات خاصة للزيت تحسّن خصائص الاحتكاك. لكن معها يجب أن تكونوا حذرين بشكل خاص ومستعدين لأن العناصر الاحتكاكية في الوحدة، على الأرجح، ستحتاج إلى استبدال في مكان ما في منتصف المائة ألف كيلومتر الثانية من المسافة المقطوعة. وما يجب أن يثير قلقكم هو الطرق المميزة عند المنعطفات.

في التروس التفاضلية ذات القفل الإجباري كل شيء أبسط: لا إضافات، لا استبدالات، فقط راقبوا الضوضاء الدخيلة. لا يجب أن تكون قوية جداً ومعدنية. ولا يجب أن تكون هناك صعوبات في التفعيل، وإذا ظهرت، أول شيء يجب فحصه هو محرك التفعيل.