INTERVJU: Aktivni M diferencial na M3 in M4

Nemški inženir Bernd Jacob, ki je zaslužen za razvoj “Active M” diferenciala, nam je v ekskluzivnem intervjuju razkril, kako deluje in čemu je namenjen.

Zakaj pravzaprav avtomobil potrebuje diferencial?
Avtomobil potrebuje diferencial za kompenzacijo rotacijske hitrostne razlike v kolesju, na primer med vožnjo v ovinku. Ker ima vozilo določeno širino, morajo kolesa na zunanji strani ovinka prevoziti večjo razdaljo kot kolesa na notranji. To pomeni, da se morajo zunanja kolesa vrteti hitreje kot notranja. Da bi to lahko dosegli, je med kolesi na pogonski gredi nameščen diferencial – v primeru BMW M3 in M4, je diferencial nameščen na zadnji premi.
Navor motorja je prenesen na zadnjo premo pogonskega kolesja preko menjalnika in gredi propelerja. Diferencial, ki je priključen na zadnjo premo pogonskega kolesja, enakomerno porazdeli navor na zadnji dve kolesi in uravnoteži razlike v vrtilni hitrosti.

Čeprav to ni vedno prednost, kajne?
To je res. Enakomerna porazdelitev ima eno pomanjkljivost.  Če iz ovinka  pospešiš v športnem načinu vožnje, se obremenitev notranjega kolesa zmanjša, kar povzroči zmanjšan navor na površini ceste. Zunanje kolo bi moralo prenesti precej več navora na cesto zaradi večje obremenitve kolesa, vendar normalen, odprt diferencial nanj prenese le stopnjo obremenitve notranjega kolesa.
Enak učinek je, ko se dve kolesi vrtita prek površine z različnim tornim koeficientom – skrajen primer bi bil, ko bi imel avtomobil eno kolo na ledu, drugo pa na zelo oprijemljivi katranizirani stezi.
Tukaj se torej vmeša zapora diferenciala?
Da. Če je diferencial pritrjen z zapornim mehanizmom, je protiproduktivna kompenzacija v vrtilni hitrosti, ki bi se zgodila v prej opisani situaciji, preprečena. Z zaporo diferenciala se to lahko zgodi na različnih stopnjah. V izjemnih primerih bi se obe kolesi vrteli z enako hitrostjo, pri čemer bi govorili o 100% zapornem učinku.
 
Če smo pravilno razumeli, to pomeni, da je z zaporo diferenciala mogoče prenesti večji navor na cestno površino. Bi se voznik zavedal učinka, ki ga ima zapora diferenciala? Je občutek avtomobila drugačen?
Seveda je. Na primer v opisanih primerih se celotni prenesen navor znatno povečuje. Voznik lahko odpelje ali pospeši iz ovinka z mnogo višjo hitrostjo, kot bi bilo mogoče brez zapore diferenciala.
Razlike v navoru med desno in levo stranjo se kažejo v trenutku nihanja. Če je desno zadnje kolo izpostavljeno večji gonilni sili kot levo, bo vozilo po navadi sledilo levi strani ovinka. Posledica tega je, da je vozilo bolj skladno s potekom ovinka. Če voznik pospeši še bolj, se bo na določeni točki povečala možnost zdrsa, ko se nadzorni sistemi deaktivirajo, kar imenujemo tudi močno prekrmarjenje. Prehod v to fazo je znatno odvisen od prožnosti zapore.
V razvoju in koordinaciji “Active M” (zapore) diferenciala, smo veliko pozornosti namenili zagotavljanju, da bi bil zaporni učinek mehek, občutljiv in otipljiv, ko je to potrebno. Voznik tako prejme pomembno povratno informacijo o vlečnem potencialu zadnje preme kar mu omogoči, da lahko določi optimalno stopnjo pospeševanja.

Vendar, ali uporaba zapore diferenciala ne poveča teže vozila?

Da, tak diferencial tehta okrog 10 kg več kot običajen, odprt diferencial – vendar je postavljen na pravilen položaj, zadaj in spodaj, kar pomeni, da ima pozitiven učinek na gravitacijsko središče, medtem ko optimizira oprijem vozila.
M avtomobili so opremljeni z zaporo diferenciala že več desetletij, vendar sta BMW M3 in BMW M4 opremljena z “Active M” diferencialom.
Kaj je “aktivni” del diferenciala?
Active pomeni, da je bila v avtomobil vgrajena cela vrsta senzorjev, ki lahko zaznajo stanje ceste, izračunajo optimalno stopnjo zapore in jo aktivirajo s pomočjo električnega motorja. Osrednje merjene spremenljivke so navor, posamezne vrtilne hitrosti koles, bočni pospešek in hitrost vozila. Potem je tukaj še kot zavijanja in stopnja nihanja, ter še nekaj dodatnih dejavnikov.

Na kaj točno mislite, ko govorite o  »optimumu«?
Optimum pomeni, da ima voznik korist zaradi najboljše kombinacije vodljivosti vozila in njegovega oprijema.  Ne glede na to, ali z vozilom upravlja profesionalni voznik ali relativno neizkušen amater, je cilj omogočiti vsem voznikom, da vozijo z najvišjo možno hitrostjo po dirkalni stezi in ob tem obdržijo dober nadzor nad vozilom, ki je seveda vedno podvrženo tudi njihovim zmožnostim in naučenim spretnostim. Poleg tega so potrebe  takšnega zavornega mehanizma pod drugačnimi pogoji, kot sta na primer sneg in led,  drugačne kot na dirkalni stezi.
Torej je pasivna zapora manj učinkovita kot ta?
Pasivna zapora primarno reagira na eno merjeno spremenljivko. Odvisno od njene zgradbe je to ali različna hitrost zadnjih koles ali navor motorja. Nasprotno “Active M” diferencial izračuna zaporo navora na osnovi precej več merjenih spremenljivk. Zato se lahko veliko bolj natančno odzove na posamezne cestne razmere. Poleg tega aktivni sistem ni le sposoben odziva, temveč se lahko odzove tudi sam. “Active M” diferencial upošteva tako imenovane preusmerjevalne komponente, kar pomeni, da se ne le odzove na dogodek, temveč pravzaprav pripravi zaporo navora še preden se dogodek zgodi.
To se opazi v večji preglednosti vedenja vozila in boljšemu nadzoru nad njim.

Torej je v veliki meri pomembno  doseganje prave predelave?
Da,  točno tako.
Predelava “Active M” diferenciala je opravljena hkrati s predelavo šasije in kontrolnih sistemov, kot je DSC.  Konec koncev je to ponavljajoči se postopek.  Odgovorni inženirji svoje testne aktivnosti izvajajo hkrati. Prepletanje posameznih sistemov je optimizirano z njihovim razvojem.  Naši preizkusi se izvajajo na različnih površinah pod zelo različnimi pogoji, kot je na primer zima v Severni Švedski in poletje v Nürburgringu.
V kakšnih pogojih ima zapora diferenciala najboljši učinek na dinamiko vozila?
Delovanje diferenciala se najbolj občuti pri vožnji v hitre in ozke ovinke. Zelo jasno boste to občutili, ko na primer  avtomobil pospešuje iz ostrega prevoza. Z “Active M” diferencialom, lahko vozniki novega BMW M3 ali BMW M4  ne le hitreje vozijo svoje vozilo, temveč lahko to počnejo z oazno večjim užitkom ob vožnji.

Mr Jacob, hvala za vaš čas in pogovor.