Effect of a Torsen Differential Mechanism on Car Tyre Wear

4WD systems include various constructions aimed at optimal distribution of torque between drive axles. In these systems, it is necessary to apply mechanisms separating the power provided from the engine to drive wheels. Many systems operate on the basis of wet multi-disc clutch or/and dog clutch control with the use of mechatronic devices. However, in view of their reliability and construction simplicity, the most valuable 4WD systems under field conditions are mechanical solutions. Torsen is an inter-axle differential mechanism, where the emerging internal friction moment of this mechanism causes that all kinematic discrepancies between transmission shafts of the front and rear axle of a vehicle produce a change in the distribution of torque, helping to level the rotational speeds of transmission shafts of the front and rear axles. As a result of the phenomenon described, the drive wheels of both axles of the vehicle move with different peripheral speeds, which causes energy losses and wear of tyres on both vehicle axles. This paper presents an analysis of the results obtained in tests on a vehicle with the Torsen system and describes phenomena occurring in the examined system as a result of emerging kinematic discrepancies, which may be caused by such factors as vertical force acting on the wheels of individual drive axles and tyre pressure.

Wśród układów napędowych 4WD wyróżnia się wiele konstrukcji mających na celu w optymalny sposób rozdzielać moment obrotowy pomiędzy osiami napędowymi. W tych układach niezbędne jest zastosowanie mechanizmów rozdzielających moc doprowadzaną z silnika do kół napędowych. Działanie wielu układów oparte jest na sterowaniu sprzęgłami wielotarczowymi mokrymi lub/i sprzęgłami kłowymi z wykorzystaniem urządzeń mechatronicznych. Jednakże, ze względu na swoją niezawodność oraz prostotę konstrukcji, w warunkach terenowych najbardziej cenionymi układami 4WD są rozwiązania mechaniczne. Mechanizm Torsen jest to międzyosiowy mechanizm różnicowy, gdzie powstający moment tarcia wewnętrznego tego mechanizmu sprawia, że wszelkie niezgodności kinematyczne pomiędzy wałami napędowymi przedniej i tylnej osi pojazdu są powodem zmiany rozdziału momentu napędowego w wyniku dążenia do wyrównania prędkości obrotowych wałów napędowych osi przedniej i tylnej. W wyniku opisanego zjawiska koła napędowe obu osi pojazdu w wielu sytuacjach poruszają się z odmiennymi prędkościami obwodowymi, co powoduje powstawanie strat energetycznych i zużywanie opon obu osi pojazdu. W pracy przedstawiono analizę wyników podczas badań pojazdu z układem Torsen oraz opisano zjawiska zachodzące w badanym układzie na skutek powstających niezgodności kinematycznych, których przyczyną mogą być takie czynniki jak obciążenie pionowe kół poszczególnych osi napędowych oraz ciśnienie w ogumieniu.