توجيه عزم الدوران

تُعدّ تروس التفاضل الموجهة لعزم الدوران في المركبات ذات الدفع الأمامي أو الخلفي أقل تعقيدًا، ومع ذلك فهي تشترك في العديد من المزايا نفسها مع تروس التفاضل في المركبات ذات الدفع الرباعي. يُغيّر ترس التفاضل عزم الدوران بين عجلتين فقط، حيث يراقب نظام المراقبة الإلكتروني عجلتين فقط، مما يجعله أقل تعقيدًا. يجب أن يأخذ ترس التفاضل في المركبات ذات الدفع الأمامي في الاعتبار عدة عوامل، منها مراقبة زاوية دوران العجلات وزاوية توجيهها . ومع تغير هذه العوامل أثناء القيادة، تتغير القوى المؤثرة على العجلات. يراقب ترس التفاضل هذه القوى، ويُعدّل عزم الدوران وفقًا لذلك. تستطيع العديد من تروس التفاضل في المركبات ذات الدفع الأمامي زيادة أو تقليل عزم الدوران المُرسل إلى عجلة معينة. ^{[ 8 ]} تُحسّن هذه الخاصية قدرة المركبة على الحفاظ على تماسكها في ظروف الطقس السيئة. فعندما تبدأ إحدى العجلات بالانزلاق، يُمكن لترس التفاضل تقليل عزم الدوران المُوجّه إليها، مما يُؤدي فعليًا إلى كبحها. كما يزيد ترس التفاضل عزم الدوران المُوجّه إلى العجلة المقابلة، مما يُساعد على موازنة ناتج الطاقة والحفاظ على ثبات المركبة. يعمل ترس التفاضل الموجه لعزم الدوران في المركبات ذات الدفع الخلفي بطريقة مشابهة لترس التفاضل في المركبات ذات الدفع الأمامي.

تُستخدم معظم أنظمة توزيع عزم الدوران التفاضلية في سيارات الدفع الرباعي. يقوم نظام توزيع عزم الدوران التفاضلي الأساسي بتوزيع عزم الدوران بين العجلات الأمامية والخلفية. وهذا يعني أنه في ظروف القيادة العادية، تتلقى العجلات الأمامية نسبة محددة من عزم دوران المحرك، بينما تتلقى العجلات الخلفية النسبة المتبقية. وإذا لزم الأمر، يمكن للنظام نقل المزيد من عزم الدوران بين العجلات الأمامية والخلفية لتحسين أداء السيارة.

على سبيل المثال، قد يكون توزيع عزم الدوران في مركبة ما قياسياً بنسبة 90% على العجلات الأمامية و10% على العجلات الخلفية. وعند الضرورة، يقوم الترس التفاضلي بتغيير التوزيع إلى 50/50. هذا التوزيع الجديد يوزع عزم الدوران بشكل أكثر توازناً بين العجلات الأربع. ويؤدي التوزيع المتوازن لعزم الدوران إلى زيادة قوة جر المركبة. ^{[ 9 ]}

توجد أيضًا تروس تفاضلية أكثر تطورًا لتوجيه عزم الدوران. تعتمد هذه التروس على نقل عزم الدوران الأساسي بين العجلات الأمامية والخلفية، وتضيف إليها القدرة على نقل عزم الدوران بين كل عجلة على حدة. يوفر هذا طريقة أكثر فعالية لتحسين خصائص القيادة. يراقب الترس التفاضلي كل عجلة بشكل مستقل، ويوزع عزم الدوران المتاح بما يتناسب مع الظروف الحالية.

في المركبات الكهربائية، يُستخدم عادةً نظام الدفع الرباعي بمحركين كهربائيين مستقلين ، واحد لكل محور. في هذه الحالة، يتم توجيه عزم الدوران بين المحورين الأمامي والخلفي إلكترونيًا عبر التحكم في توزيع الطاقة بين المحركين، وهو ما يمكن تحقيقه بدقة تصل إلى أجزاء من الألف من الثانية. ^{[ 10 ]} أما في حالة المركبات الكهربائية ذات ثلاثة أو أربعة محركات، فيمكن تطبيق توجيه عزم دوران أكثر دقة إلكترونيًا، مع تحكم دقيق في عزم الدوران لكل عجلة على حدة في حالة المركبات رباعية المحركات، ^{[ 11 ]} وتحكم لكل عجلة على حدة بالإضافة إلى تحكم لكل محور على حدة في حالة المركبات ثلاثية المحركات.

يمكن أن يكون توجيه عزم الدوران أكثر فعالية إذا تم تشغيله بواسطة محركين كهربائيين مثبتين على نفس المحور، حيث يمكن استخدام هذا التكوين لتشكيل خصائص الانعطاف الزائد للمركبة وتحسين استجابتها العابرة، ^{[ 12 ] [ 13 ]} يحتوي طراز Tesla Cybertruck ثلاثي المحركات على محور واحد بمحركين، بينما يحتوي طراز Rivian R1T على محركين على كل محور، أمامي وخلفي. ^{[ 11 ]}

استُخدمت وحدة نقل حركة خاصة في سيارة MUTE التجريبية لعام 2014 التابعة لجامعة ميونخ التقنية ، حيث يُوفر المحرك الأكبر قوة الدفع، بينما يُوفر المحرك الأصغر وظيفة توجيه عزم الدوران. وصف نظام التحكم المُفصّل لتوجيه عزم الدوران في أطروحة الدكتوراه للدكتور المهندس مايكل غراف. ^{[ 14 ]}

في حالة المركبات الكهربائية المزودة بأربعة محركات كهربائية، يمكن توليد عزم الدوران الكلي وعزم الانعطاف نفسهما من خلال عدد لا نهائي تقريبًا من توزيعات عزم الدوران. ويمكن استخدام كفاءة الطاقة كمعيار لتوزيع عزم الدوران على العجلات. ^{[ 15 ] [ 16 ]} وقد استُخدم هذا النهج في شاحنة ريفيان R1T الخفيفة التي طُرحت في عام 2021. ^{[ 11 ]}

تُجرى أبحاث حاليًا حول استخدام تقنية توجيه عزم الدوران لتوجيه عجلات القطارات على السكة بشكل فعال. وتشمل الفوائد المزعومة تقليلًا كبيرًا في تآكل كل من السكة والعجلات، وإمكانية تبسيط أو حتى إلغاء العربة المعقدة ميكانيكيًا والثقيلة والضخمة .

قامت شركة Stored Energy Technology Limited ببناء نظام Actiwheel الخاص بها لتوجيه عزم الدوران ، والذي يستخدم محركًا في محور العجلة من تصميمها الخاص، وقد أثبتت نجاحها في ذلك . ^{[ 17 ]}

كشف المركز الألماني لأبحاث الفضاء عن نموذج بالحجم الطبيعي لنظام توجيه عزم الدوران المخصص لقطار الجيل القادم في معرض Innotrans 2022. ^{[ 18 ]}