Наверное глупо комментировать дискуссию, которая велась почти десять лет назад, но видя, что и сейчас нет полного понимания, рискну высказать свое мнение по работе электромагнитной муфты привода задней оси.
1. Устройство и принцип работы электромагнитной муфты хорошо показаны в
этом видео. На видео видно, что с ведомым валом (тот, который идет на дифференциал задней оси) связана половина дисков главного сцепления и ведущий диск кулачкового механизма. Ведущий вал (тот, с которым связан кардан) в самой муфте выполнен в виде внутреннего корпуса в форме стакана, с ним связана вторая половина дисков главного сцепления, нажимной диск управляющего сцепления, якорь электромагнита, половина дисков управляющего сцепления. Вторая половина дисков управляющего сцепления жестко связана с ведомым диском кулачкового механизма, который может свободно проворачиваться на ведомом валу.
Схема с кулачковым механизмом сжатия дисков главного сцепления выбрана не из-за каких-то особых требований по включению главного сцепления при проскальзывании одной оси относительно другой, а исключительно в целях разумной мощности электромагнита. Max ток 5А, а потребная мощность для сжатия дисков главного сцепления как минимум на порядок её превышает и обеспечивается за счет кулачкового механизма, т.е. за счет отбора энергии вращения карданного вала.
При выключенном электромагните ведомый диск кулачкового механизма вращается в той же скоростью, что и ведущий диск кулачкового механизма за счет связи через 6 шариков. С ведомым диском кулачкового механизма вращаются жестко связанные с ним три диска управляющего сцепления. Парные им диски управляющего сцепления, связанные в ведущим валом, в зависимости от скоростей вращения передней и задней оси, вращаются или с той же скоростью, либо с несколько отличающейся скорость, т.е. с проскальзыванием. Шарики стоят по центру, сжатия дисков главного сцепления нет, момент не передается.
При включении электромагнита, диски управляющего сцепления сжимаются, связанные с ведомым диском кулачкового механизма диски этого сцепления получают дополнительный момент от дисков, связанных с ведущим валом, ведомый диск кулачкового механизма проворачивается относительно ведущего диска кулачкового механизма, шарики смещаются, радиально сжимая диски главного сцепления, момент передаётся на заднюю ось.
Но не совсем правильно будет говорить, что смещение дисков кулачкового механизма происходит из-за разности СКОРОСТЕЙ вращения передней и задней осей. В механизме 6 шариков, значит на каждый приходится 60 градусов окружности, смещение в одну сторону - это 30 градусов, в реальности канавки не полностью перекрываются, будет градусов 20, передаточное число главной передачи заднего дифференциала около 4, значит по колесу смещение будет всего 5 градусов. Т.е. достаточно сместиться передней оси всего на 5 градусов, этого будет достаточно для полного расклинивания. Расклинивает не разность СКОРОСТЕЙ вращения, а первичное СМЕЩЕНИЕ на очень небольшой угол одной оси относительно другой. Скорости вращения могут оставаться различными, но смещения дисков кулачкового механизма более чем на 20 градусов быть не может - движение шариков ограничено канавкой, т.е. будет проскальзывание в управляющем сцеплении. Первичное смещение осей на 5 градусов ничтожно с точки зрения подключения задней оси, получить подобное смещение можно при идеально прямом движении на идеально ровной поверхности за десятки или сотни миллисекунд, хотя бы за счет люфтов и неидеальностей трансмиссии. Так что, как только электромагнит включен, смещение будет практически мгновенно, вне зависимости от условий движения.
Когда производитель говорит о каких-либо процессах в муфте при разности скоростей вращения осей автомобиля, то имеются в виду скорости, определяемые системой ABS, и реакция на это со стороны управляющей электроники в виде изменения тока через обмотки электромагнита муфты, а не самостоятельная реакция механики муфты на эту разницу скоростей вращения отдельных её компонентов.
2. На счет плавности передачи момента, т.е. может ли электромагнитная муфта передавать только часть момента или она работает только в режиме ВКЛ/ВЫКЛ.
На самом деле в такой постановке вопроса есть некорректность. Муфта во включенном состоянии ВСЕГДА передает 100% момента с ведущего вала на ведомый, вне зависимости от того, есть проскальзывание в дисках главного сцепления или нет. Другого быть не может, так как в ней, как и в обычном сцеплении, нет частей, которые могли бы взять часть момента. Вспоминаем третий закон Ньютона и видим, что момент всегда передается полностью. Только правильнее будет говорить так «во включенном состоянии муфты момент на ведущем её вале всегда равен моменту на ведомом вале», т.е. сколько сможет забрать задняя ось, столько и будет.
При полностью заблокированной муфте и момент и мощность передаются полностью без потерь. При проскальзывании дисков главного сцепления, момент также передается полностью, а потери мощности на трение будут:
2*pi*M*(f1-f2) Вт, где pi - это пи, M - передаваемый момент, f1, f2 - частота вращения ведущего и ведомого вала, соответственно.
Момент-то передается полностью, но есть одно НО - есть максимально возможный момент, который муфта может передать, дальше начинается пробуксовка в дисках главного сцепления муфты, и на автомобиле передаваемый момент больше расти не может. Важно уточнить, что именно «на автомобиле» при пробуксовке муфты момент не может расти дальше, в условиях стенда можно продолжать увеличивать передаваемый муфтой момент и при ее пробуксовке - подгружая ведомый вал и увеличивая обороты ведущего, за счет пробуксовки муфта будет раскаляться, но передаваемый момент будет продолжать увеличиваться. На автомобиле все по другому - при пробуксовке в муфте, задняя ось начнет вращаться медленнее, чем передняя, и в какой-то момент времени просто не сможет уже брать больший момент, так как будет волочиться за передней осью.
Максимально передаваемый муфтой без пробуксовки момент зависит от степени сжатия дисков главного сцепления, которая зависит от степени смещения шариков кулачкового механизма, которая зависит от дополнительного момента, передаваемого на ведомый диск кулачкового механизма со стороны дисков управляющего сцепления, а этот момент в свою очередь завит от разности скоростей вращения передней и задней оси и от тока в электромагните. Управляющая электроника получает информацию от ABS о скорости вращения всех колес автомобиля, на основании неё вычисляет скорость вращения осей, таким образом знает разность скоростей вращения осей, а зная эту разницу, может поддерживать в электромагните соответствующий ток, обеспечивающий требуемую ей максимальную величину передаваемого момента.
Когда производитель говорит о том, что в каких-то определенных условиях на заднюю ось передается 40%/25%/15% или 60%/40%/30% крутящего момента, это говорит только о том, что напряжение, подаваемое в данный момент времени на электромагнит муфты таково, что при ОДИНАКОВОЙ скорости вращения осей максимальный передаваемый без пробуксовки муфтой момент равен этому проценту от того момента, который может выдать двигатель в этих условиях. Пробуксовка передней оси только дополнительно сожмет диски муфты и увеличит передаваемый на зад момент. Например, наехав передними колесами на ролики, получим нулевой момент на передней оси, на заднюю ось пойдет 100% момента от двигателя, автомобиль стронется с роликов.
В реальности более сложные алгоритмы управления муфтой используются, конечно. Например, в повороте ток снижают, чтобы обеспечить более легкую пробуксовку осей, при трогании увеличивают, так как нагрузка на заднюю ось возрастает, в движении можно регулировать ток, исключая проскальзывание осей при прямолинейном движении.
3. Сила притяжения якоря электромагнита зависит от тока в нем, он изменяется в диапазоне от 0 до 5 ампер. Понятно, что изменяется из-за изменения подаваемого на него напряжения. Но никто не будет использовать линейные схемы регулировки подаваемого напряжения, слишком велики потери и слишком сильно будет греться система управления. Используется ШИМ-модулятор на частоте несколько килогерц, который подает напряжение импульсами с различной скважностью. Ток в катушке электромагнита при этом будет практически постоянный из-за большой индуктивности этой катушки, и будет меняться при изменении скважности подаваемых импульсов напряжения.