Как работает система имитации блокировки дифференциалов на Kia Sportage 3 (SL)

Ну что, соскучились уже по графикам и прочей заумной ерунде? :)
В этой статье я постараюсь описать работу системы имитации блокировки дифференциалов в Kia Sportage 3.
В остальных кроссоверах Hyundai/Kia эта система работает схожим образом, но надо учитывать один момент: эта система управляется электроникой и алгоритм ее работы задан программой управления. Время от времени программу управления изменяют. Поэтому работа системы на разных поколениях автомобилей, и даже на одном поколении, но выпущенном в разные годы может отличаться.
Например, у меня рестайлинговая модель, поэтому поведение моего автомобиля может отличаться от поведения дорестайлов.

Сначала теория – что такое дифференциал, зачем он нужен и где он находится. Практика ниже.
В наших автомобилях может быть 2 или 1 дифференциала, в зависимости от того, полный привод у вас или передний. Дифференциалы у нас межколесные, т.е. расположены в переднем и заднем «мосту» (про «мост» я конечно же условно – реально передний расположен в корпусе КПП, задний вынесен отдельно и расположен после муфты, прямо между приводами).
Дифференциал – это механизм, который делит мощность. В нашем случае – между колесами.
Межосевого дифференциала у нас нет, его роль играет электрогидравлическая муфта, про работу которой вы можете почитать тут:
Как работает полный привод на Kia Sportage 3 (SL). Часть 1.
Как работает полный привод на Kia Sportage 3 (SL). Часть 2.
Как работает полный привод на Kia Sportage 3 (SL). Часть 3.

Зачем нужен дифференциал? Дело в том, что в повороте каждое колесо автомобиля проходит разное расстояние и как-то нужно этот момент учесть. Дифференциал позволяет распределять приходящееся на него усилие так, чтобы каждое колесо могло пройти тот путь, который ему нужен. Но это в нормальных условиях.
Есть у дифференциала и «побочный эффект» — он распределяет большее усилие туда, где меньшее сопротивление.
Т.е., если у вас одно колесо в воздухе (сопротивление вращению практически отсутствует), а второе на земле – дифференциал передаст все усилие на свободно вращающееся колесо. В итоге возможна такая ситуация: одно колесо пытается выйти на вторую световую скорость, а вы стоите на месте.
Таким образом, попав в ситуацию с диагональным вывешиванием, передний привод остается с одним колесом, полный – с двумя (по одному на каждой оси).
Для того, чтобы это обойти в настоящих внедорожниках используют блокирующиеся дифференциалы (принудительно или самоблокирующиеся). Но это не наш случай, у нас ведь кроссовер и у нас дифференциал, который называют свободным (т.е. без блокировок).

Чтобы не ставить дорогие самоблокирующиеся дифференциалы, хитрые и умные инженеры придумали систему имитации блокировок дифферециала.
За счет чего работает эта система? Может быть Вы удивитесь, но за счет системы курсовой устойчивости (она же – система стабилизации, ESP, ESC и куча других маркетинговых названий и аббревиатур). Именно с нее все и началось.
Вы конечно можете пословоблудить про то, что ESP это другое и бла-бла-бла, но я считаю, что в настоящее время неправильно разделять электронные системы, которые работают одними исполнительными механизмами и управляются из одного электронного мозга. Фактически это все одна система, просто у нее есть разные режимы работы.

Можно сказать, что ESP является эволюцией системы ABS и противобуксовочной системы. Как вы знаете, ABS умеет сбрасывать давление в тормозной системе, растормаживая колеса. А самые первые противобуксовочные системы на автомобилях тупо душили двигатель. Система ESP, как эволюционная система, научилась не только сбрасывать, но и создавать давление в колесах, а также управлять тягой двигателя. Для этого, у ESP есть чуть больше органов чувств, чем у «классической» ABS. Если ABS видит мир исключительно через датчики скорости на колесах, то ESP, в дополнение к датчикам скорости на колесах, уже следит за углом поворота руля и ускорением (там есть акселерометр, похожий на тот, что в вашем мобильнике следит за поворотом экрана).
Первоначально это было задумано для стабилизации автомобиля во время заноса, но потом умные люди решили, что способность управлять тормозами можно приспособить и для других полезных дел.
Так появились:
— система помощи при трогании в горку (система при определенных условиях просто накачивает давление в основной тормозной системе, потом сбрасывает его, когда вы нажимаете на газ);
— система auto-hold (работает абсолютно аналогично с предыдущей системой, за исключением того, что при паркинге задействует систему электрического стояночного тормоза, а не основную тормозную систему);
— система помощи при спуске с горы (система тормозит отдельными колесами);
— система помощи при экстренном торможении (когда вы слишком слабо нажали на педаль тормоза и система нагоняет туда большее давление);
— система управления тягой в повороте (когда колодки чуть-чуть прихватывают внутренние колеса, чтобы автомобиль «ввинчивался» в поворот; например, такой «системой» обладает новая Mazda CX-5 и Kia Sportage 4);
— система имитации блокировок межколесных дифференциалов, о которой мы и поговорим прямо сейчас.

Суть ее работы состоит в том, чтобы создать сопротивление вращению на свободно вращающемся колесе, за счет чего дифференциал будет вынужден перебросить часть усилия на противоположное колесо.
Создается сопротивление вращению очень просто – система ESP накачивает давление в тормозной магистрали определенного колеса. Ногой вы это сделать не можете, т.к. будете одновременно создавать равное давление для всех колес, а ESP может это делать выборочно для каждого колеса.
Из этого следует вывод: если у вас комплектация без ESP, то никакой имитации у вас нет.

Главная проблема подобных систем – они не сразу могут понять, что им пора вступать в дело и им нужно дать понять, чего именно вы хотите.

Ну что, надоела теория? Давайте приступать к практике :)
Напоминаю, что все наблюдения веду с помощью программы Car Scanner ELM OBD2 для iOS и самого обычного адаптера ELM327, купленного через интернет у китайцев.
Диспозиция: есть дорога за городом, которая находится на небольшом возвышении относительно обочины. Обочина дороги находится в низине (относительно дороги). Чтобы с этой низины выбраться на дорогу, надо заехать вверх по небольшому подъему. Покрытие в низине и на подъеме – земля, песок, листва, трава (середина декабря, а у нас зеленая трава растет). Поверхность достаточно мягкая после дождей, но не совсем раскисшая.
Кроме того, в самом низу подъема есть «ступенька» из земли, сантиметров 15-20.
Я специально заехал на него наискосок, чтобы вызвать диагоналку (кстати не уверен, что хватило бы угла въезда, если бы я попытался заехать строго перпендикулярно). Из-за того, что ход подвески у нашего автомобиля маленький, получилась такая ситуация, что переднее правое и заднее левое колеса еле-еле касались поверхности.
При таком раскладе сцепления этих колес с поверхностью не хватает, чтобы сдвинуть автомобиль с места.
Помните, что у нас есть два свободных дифференциала, которые передают усилие на те колеса, которые меньше сопротивляются вращению? Вот именно на переднее правое и заднее левое уходило все усилие.
Небольшое лирическое отступление: я намеренно избегаю термина «крутящий момент», потому что его нужно рассматривать как приложенный к чему-либо. Если колесо в вращается в воздухе, то можно сказать, что усилие на него передается, а вот момент на этом колесе равен нулю, потому что оно само ни к чему не приложено и никуда не передает этот момент.
И так, мои действия: сначала я аккуратно заехал, остановился, включил кнопку LOCK, ESP не трогал, АКПП просто в драйве.
Далее постараюсь привести хронометраж так, как это было на графиках в формате минуты:секунды, сотые или десятые доли секунды. Сотые и десятые доли ставил на глазок.
Вы можете следить за осью Х, чтобы сопоставлять хронометраж с описанием.
Легенда с расшифровкой цветов на графиках:

Обзорный график, на котором видно нажатие на газ, скорости колес и давление в муфте:

0:48: Сначала я попробовал плавное нажатие на педаль газа (около 7%), постепенно увеличивая до 20% (примерно 0:51).
0:50,5: Появилась скорость на датчиках скорости колес, в этот момент нажатие на педаль газа = 18,82%, давление в муфте 13 бар, обороты двигателя – 1317 об/мин.
Скорость по колеса: переднее правое 3 км/ч, заднее левое 2 км/ч, остальные – стоят на месте. Возможно, колеса пытались чуть-чуть прокрутиться, но так, что датчики скорости на колесах этого вращения не различают. Подтвердить или опровергнуть я, не могу, потому что сторонних наблюдателей не было, а я находился за рулем.
Почти сразу стала мигать лампочка срабатывания ESP.
Продолжая держать педаль газа на уровне около 20% я довел обороты до значения 1933 об/мин. ESP все еще мигает, два колеса по диагонали буксуют (скорость 27 км/ч у обоих), два остальных стоят на месте, давление в муфте 12,25 бар, что примерно соответствует 80% блокировке. Как видите, этого хватает, чтобы скорость переднего колеса была равна скорости заднего.

Переходим к более активным действиям:
0:53,88: я нажал педаль газа на 66,67%, скорость буксующих колес 26 км/ч. С этого момента скорость буксующих колес стала немного падать.

0:54,1: я нажал педаль газа до границы с кик-дауном (83,92%), скорость колес упала еще сильней – до 24 км/ч у переднего правового и 22 км/ч у заднего левого колеса. Обороты двигателя все еще не превышают 1900 об/мин.

0:54,9: до этого момента скорость на колесах немного росла: заднее левое колесо 36 км/ч, переднее правое 32 км/ч, а с этого момента стала падать.
Все это время система пыталась что-нибудь сделать: меняла обороты двигателя, подтормаживала колеса, но совсем чуть-чуть и этого не хватало, чтобы заставить дифференциал перебросить достаточное усилие на стоящее на земле колесо.

Приблизил этот момент и оставил только скорости колес:

0:58,45: И вот тут началось самое интересное. До этого момента система сначала пыталась тормозить слабо, а сейчас решила нагнать хорошее давление в тормозную систему. Начиная с этого момента четко видно, как падает скорость на буксующих колесах и одновременно с этим растет скорость колес, ранее стоящих на земле! Т.е. работает шайтан система, тормозит буксующие колеса! :)
Скорость колес:
Переднее правое: 32
Переднее левое: 0
Заднее правое: 0
Заднее левое: 32

0:58,62: Скорость колес:
Переднее правое: 22
Переднее левое: 6
Заднее правое: 0
Заднее левое: 28

0:58,2:
Переднее правое: 10
Переднее левое: 12
Заднее правое: 2
Заднее левое: 20

0:59,0:
Переднее правое: 8
Переднее левое: 9
Заднее правое: 4
Заднее левое: 12

0:59,2:
Переднее правое: 6
Переднее левое: 8
Заднее правое: 5
Заднее левое: 9

0:59,35:
Переднее правое: 9
Переднее левое: 10
Заднее правое: 6
Заднее левое: 11

0:59,55:
Переднее правое: 10
Переднее левое: 11
Заднее правое: 7
Заднее левое: 14

0:59,78: в этот момент переднее левое колесо стало пробуксовывать.
Переднее правое: 8
Переднее левое: 16
Заднее правое: 8
Заднее левое: 8

0:59,95: система оказалась достаточно умной и тут же затормозила переднее левое колесо:
Переднее правое: 12
Переднее левое: 10
Заднее правое: 9
Заднее левое: 10

0:60,15:
Переднее правое: 12
Переднее левое: 12
Заднее правое: 11
Заднее левое: 10

А теперь сразу же второе «препятствие»: выезд с подъема на плоскую ровную дорогу.
Вы помните, что я заезжал наискосок? Когда я въезжал в подъем, у меня крепко стояли на земле переднее левое и заднее правое колеса, а теперь когда я выезжаю с подъема, у меня получается, что переднее левое и заднее правое повисают в воздухе.

0:60,34:
Переднее правое: 16
Переднее левое: 14
Заднее правое: 19
Заднее левое: 11

0:60,55:
Переднее правое: 11
Переднее левое: 19
Заднее правое: 26
Заднее левое: 11

0:60,75:
Переднее правое (зеленый болотный): 12
Переднее левое (красный): 22
Заднее правое (зеленый яркий): 25
Заднее левое (бежевый): 10

В период с 0:60,15 до 0:60,75 система несколько тупила от изменившихся условий, ведь по сути ей теперь нужно было держать два других колеса и наконец-то она приняла верное решение – притормозить переднее левое и заднее правое.

0:60,91:
Переднее правое: 11
Переднее левое: 21
Заднее правое: 17
Заднее левое: 12
Обратите внимание, как сильно система затормозила заднее правое колесо – с 25 до 17 км/ч.

0:61,1: А вот тут система видимо решила, что раз скорости трех колес почти сравнялись, то и придерживать четвертое смысла нет, мол остальные три как-нибудь вывезут.
Переднее правое: 11
Переднее левое: 14
Заднее правое: 21
Заднее левое: 13

0:61,28:
Переднее правое: 10
Переднее левое: 12
Заднее правое: 9
Заднее левое: 12

А вот обзорный график, на котором видны обороты двигателя:

Теперь краткий пересказ событий, перемешанный с выводами и советами:
1) В такой ситуации небольшое нажатие на газ не спасет, сразу нужно топить в пол. При этом газ нужно держать уверенно, не ослабляя его и сохраняя веру в силу корейской инженерной мысли :) Хотя, как видно по графику, в какой-то момент я даже ослабил нажатие на педаль, но это было не специально.
2) Примерно 3-5 секунд система может тупить (в моем случае, я считаю с момента сильного нажатия на газ – с 0:54,1 до 0:58,45). При этом чувствуется, что она пытается тормозить колеса, но этого не хватает. У меня сложилось ощущение, что система пытается подобрать нужное давление в тормозной системе, постепенно его увеличивая. А может быть система просто не в состоянии сразу нагнать достаточное давление и делает это постепенно. В общем, это исключительно догадки, но фактом является то, что система срабатывает не сразу. Когда система начинает работать в полную силу, машина фактически карабкается вперед.
3) Отключать ESP в таком случае не стоит – тем самым вы выключите и систему имитации блокировок.
4) Да, ESP душит двигатель: все описанное время обороты плавно увеличивались и уменьшались в диапазоне 1800 – 2700 об/мин.
5) Лично для себя я получил ответы на два вопроса: есть ли имитации блокировок на задних колесах (да, есть) и не распускает ли система муфту в момент срабатывания (нет, не распускает).
6) Колеса тормозятся не намертво, а лишь частично подтормаживаются, что подтверждается сохранением скорости на них. Это позволяет дифференциалу распределять усилие как на стоящее на земле колесо, так и продолжать вращать колесо, которое находится в воздухе.
7) Могу сравнить мои ощущения с новым дизельным Volkswagen Tiguan, на котором мне довелось пройти диагоналку на Volkswagen Experience – у него аналогичная система сработала тоже с задержкой, но значительно быстрей и жать на газ до пола не пришлось. И условия были другие (твердое покрытие), так что Тигуану было значительно легче.
Далее, если вы видели тесты на роликах, то у меня есть два предположения, почему многие пишут, что Hyundai/Kia не проходят диагональ на роликах – скорей всего «испытатели» либо отключают ESP, либо не дожидаются с нажатой педалью газа в пол. А может быть нулевое сопротивление вращению на двух колесах как-то дурит программу управления и та не понимает, что ей надо делать – то ли ловить автомобиль из заноса (скорость ведь колеса успевают развить достаточно высокую), то ли прихватывать отдельные колеса.

В общем, черт его знает, выручит ли когда-нибудь эта система, но согласитесь, иногда просто интересно знать, как что работает :)

PS. Ну и как обычно, если вам понравилось и вы хотите еще чего-нибудь в этом роде, прочитать, ставьте лайки, делайте репосты и т.д. :)