مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

طراحی و ساخت دستگاه دیفرانسیل لغزش محدود مبتنی بر مکانیزم ترمز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
چکیده
دیفرانسیل لغزش محدود (LSD) به‌عنوان یکی از اجزای حیاتی در سیستم انتقال قدرت خودرو، نقش بسزایی در بهبود پایداری و عملکرد دینامیکی خودرو در شرایط شتاب‌گیری و پیچ‌ها ایفا می‌کند. در این پژوهش، یک نمونه اولیه از دستگاه دیفرانسیل لغزش محدود مبتنی بر مکانیزم ترمز طراحی و ساخته شد. اجزای سیستم بر روی یک استند نصب و پیاده‌سازی گردید. در این طراحی، از یک مکانیزم خاص برای ایجاد اصطکاک‌های متفاوت بین چرخ و محل نشیمنگاه آن استفاده شد. زمانی که اصطکاک چرخ‌ها متفاوت باشد، اختلاف دور ایجاد خواهد شد و در صورت ایجاد اختلاف سرعت زاویه‌ای بیش از ۳۵ درصد بین چرخ‌ها، سیستم به‌صورت خودکار وضعیت لغزش را تشخیص داده و با فعال‌سازی شیر برقی مربوط به چرخ با سرعت بالاتر، به مدت ۴۰۰ میلی‌ثانیه روغن هیدرولیک تحت‌فشار را به سمت چرخ موردنظر هدایت می‌کند. این فرایند به‌صورت دوره‌ای تا رسیدن اختلاف سرعت به مقادیر مجاز (کمتر از ۳۵ درصد) ادامه می‌یابد. جهت ارزیابی دقت و قابلیت اطمینان سیستم، آزمایش‌ها در ۱۰ تکرار انجام پذیرفت که نتایج حاکی از دقت عملکردی حدود ۹۷ درصد برای سیستم طراحی‌شده بود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and construction of a limited slip differential device based on brake mechanism

نویسندگان English

Hadi Ghasemi Zavaragh
Bahman Rahmatinejad
Hossein Rahimi Asiabaraki
Farzin Azimpour Shishevan
Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
چکیده English

The Limited Slip Differential (LSD) serves as a crucial component in vehicle powertrain systems, playing a significant role in enhancing dynamic stability and performance during acceleration and cornering. In this study, a prototype of a limited slip differential based on brake mechanism was designed and constructed. The system components were implemented on a stand. The design employs a specialized mechanism to create variable friction between the wheel and its seating area. When the wheel friction is different, a speed difference occurs. If the angular velocity difference exceeds 35%, the system automatically detects slippage and activates the solenoid valve corresponding to the faster-rotating wheel. This directs pressurized hydraulic oil to the target wheel for 400 milliseconds. This process continues periodically until the speed difference falls within acceptable limits (below 35%). To evaluate system accuracy and reliability, tests were conducted with 10 times, demonstrating approximately 97% operational accuracy for the designed system.

کلیدواژه‌ها English

Powertrain
Limited Slip Differential
Wheel Slip Control
Hydraulic Brake Mechanism
Vehicle Dynamic Stability
[1] Trzesniowski M. Powertrain. Springer Vieweg; 2023 Mar 2. doi: 10.1007/978-3-658-39885-9
[2] Rahmatinejad B, Abbasgholipour M, Mohammadi Alasti B. Redesign of engine radiator based on number of optimal fans using a genetic algorithm. Karafan Quarterly Scientific Journal. 2021 Jan 1;17(4):99-118. ‏ doi: 10.48301/KSSA.2021.128398 [In Persian]
[3] Taghandiki K, Dallakehnejad M, Rahimi Asiabaraki H. Reducing Air Pressure System Repair Costs in Scania Trucks through Deep Learning. Journal of Engineering and Applied Research. 2024 May 7;1(1):183-96. doi: 10.48301/JEAR.2024.447671.1022
[4] Rahmatinejad B, Rahimi Asiabaraki H, Azimpour Shishevan F. Diagnosing Dimensional Defects and Valve Cracks Using Machine Vision and Acoustic Emission. Karafan Journal. 2023 Nov 22;20(3):149-68. ‏ doi: 10.48301/KSSA.2023.391572.2501 [In Persian]
[5] Hilton C. Wheel torque and speed in a vehicle with in-wheel motors. Protean Electric; 2016 May.
[6] Radut AM, Shafaei S. A Regression-based Control Approach for Limited Slip Differential [Technical Report]. Munich: Technische Universität München (TUM); 2017.
[7] Kamgar S, Loghavi M, Rezaei A, Jalili M. DESIGN, DEVELOPMENT AND EVALUATION OF A DIFFERENTIAL LOCK CONTROL SYSTEM FOR MF-399 TRACTOR. Iranian Journal of Biosystems Engineering. 2016 Oct 22;47(3):451-9. doi: 10.22059/IJBSE.2016.59351 [In Persian]
[8] Rostami S, Aghababaei E, Besharati S, Hosseinzadeh B. Effect of differential lock on driving wheels slip and fuel consumption of tractor during operation of moldboard plow. Journal of Research in Mechanics of Agricultural Machinery. 2016 Sep 22;5(2). [In Persian]
‏[9] Russo R, Strano S, Terzo M. Enhancement of vehicle dynamics via an innovative magnetorheological fluid limited slip differential. Mechanical Systems and Signal Processing. 2016 Mar 1;70:1193-208. doi: 10.1016/j.ymssp.2015.09.029
[10] Xianlong P, Guichen W. Design and research of face gear central limited slip differential and analysis of its influence on vehicle performance. Vehicle System Dynamics. 2024 Sep 11:1-23. doi: 10.1080/00423114.2024.2401009
[11] Schneider T, Voelkel K, Pflaum H, Stahl K. Investigating Failure Modes and Performance Impacts of Wet Clutches in Automotive Limited Slip Differentials. Lubricants. 2024 Feb 23;12(3):70. doi: 10.3390/lubricants12030070
[12] Moumni R, Laroussi K, Benlaloui I, Mahmoud MM, Elnaggar MF. Optimizing Single-Inverter Electric Differential System for Electric Vehicle Propulsion Applications. International Journal of Robotics & Control Systems. 2024 Oct 1;4(4). doi: 10.31763/ijrcs.v4i4.1542
[13] Nasiri S, Rahimi Asiabaraki H. The effect of tire non-uniformity on engine power loss. Karafan Journal. 2021 Sep 23;18(3):307-23. doi: 10.48301/KSSA.2021.298358.1654 [In Persian]
[14] Gadola M, Chindamo D, Lenzo B. Revisiting the mechanical limited-slip differential for high-performance and race car applications. Engineering Letters. 2021;29(3):824-39.
[15] Jagtap M, Roy S, Bhosale Y, Dayane S. Design methodology of a custom limited slip differential for an FSAE vehicle. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2021 Apr;8(4).
[16] Nasiri S, Rahimi Asiabaraki H, Arefiyan M. Designing and Comparing the Performance of Rule-Based and Sliding Mode Controllers of Automotive Hydraulic Anti-Lock Braking System. Karafan Journal. 2022 Nov 22;19(3):115-40. doi: 10.48301/KSSA.2022.350886.2197 [In Persian]
[17] Yadlapalli RT, Kotapati A, Kandipati R, Koritala CS. A review on energy efficient technologies for electric vehicle applications. Journal of Energy Storage. 2022 Jun 1;50:104212. doi: 10.1016/j.est.2022.104212
[18] Yildiz A, Özel MA. A comparative study of energy consumption and recovery of autonomous fuel-cell hydrogen–electric vehicles using different powertrains based on regenerative braking and electronic stability control system. Applied Sciences. 2021 Mar 11;11(6):2515. doi: 10.3390/app11062515