Для чего предназначен межосевой дифференциал: Что такое межосевой дифференциал и для чего он нужен?

Содержание

Что такое межосевой дифференциал и для чего он нужен?

Межосевой дифференциал
Дифференциал – устройство, управляющее распределением вращательного момента между входным и выходными валами. Хотя скорость отдельных элементов может разниться. Данный механизм успешно применяется в автомобилестроении и широко применим в нём. Различие дифференциалов проявляется в месте их установки, предназначению и конструктивным особенностям. Автомобили с приводом только на заднюю или переднюю ось оснащаются одним дифференциалом – межколёсным.

Необходимость в наличии дифференциала вызвана особенностями поведениями колёс в поворотах. Они проходят различное расстояние в эти моменты. Грузовые автомобили с приводами 6х6 и 8х8 оснащаются дополнительным межтележечным дифференциалом. В моделях с полным приводом устанавливаются три дифференциала: кроме двух межколёсных, ещё и один межосевой. О работе межосевого дифференциала, о его конструкции и предназначении мы и поговорим далее более подробно.

Конструкция межосевого дифференциала

Дифференциал

Давайте рассмотрим конструкцию межосевого дифференциала на самом распространённом примере – коническом дифференциале. Конический дифференциал по своей конструкции схож с другими видами дифференциалов. Конический дифференциал – это планетарный редуктор с полуосевыми шестернями сателлитами, которые помещены в корпус. Корпус, или как его ещё называют «чашка дифференциала» принимает крутящий момент на себя от главной передачи и раздаёт его через сателлиты на шестерни полуосей. К корпусу жёстко прикреплена ведомая шестерня главной передачи. На внутренних осях корпуса вращаются сателлиты. Сателлиты выполняют роль планетарной шестерни. Они обеспечивают контакт корпуса с полуосевыми шестернями. В зависимости от того, какой величины передаётся крутящий момент, конструкция дифференциала насчитывает два или четыре сателлита.

Дифференциалы легковых автомобилей, как правило насчитывают два сателлита. Полуосевые (солнечные) шестерни передают вращение на ведущие колёса через полуоси по шпицевому соединению. Правая и левая шестерни полуосей имеют как равное, так и различное число зубцов. Шестерни с равным количеством зубцов образуют симметричный дифференциал, в то время, когда неравное количество зубцов характерно для несимметричного дифференциала.

Симметричный дифференциал распределяет вращение по осям в равных пропорциях, в независимости от того какой величины угловые скорости ведущих колёс. Благодаря своим свойствам симметричный дифференциал успешно применяется как межколёсный дифференциал. Несимметричный дифференциал разделяет крутящий момент в определённом соотношении, поэтому его устанавливают между осями полноприводного автомобиля.

Принцип работы межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал
Когда автомобиль движется по прямолинейной траектории по ровной дороге, расстояние, пройденное ведущими колёсами будет равным, так как у обоих колёс будет одинаковая угловая скорость. В процессе такого движения все сателлиты, шестерни и корпус дифференциала синхронизированы. Передачу крутящего момента данному механизму обеспечивает шестерня. Также отметим и тот факт, что при таком движении крутящий момент на каждом из ведомых колёс одинаков, а полуосевые шестерни заклиниваются сателлитами, которые статичны относительно своей оси.

Когда автомобиль входит в поворот, путь, который проходит колесо, идущее по внутреннему краю, меньший, чем у колеса на внешнем круге, следовательно и скорость вращения у них разная. Для стабилизации ситуации полуосевая шестерня замедляется, а сателлиты и корпус в это время упираются в полуосевую шестерню слева. Благодаря тому, что сателлиты вращаются вокруг своей оси, растёт и скорость, с которой вращается правая полуосевая шестерня. Это позволяет ведущим колёсам вращаться с разными скоростями, что предотвращает проскальзывание и пробуксовку. Отметим, что колесо с большей скоростью вращения получает меньший крутящий момент.

Межосевой дифференциал
Давайте рассмотрим дифференциал с классической конструкцией. Основным его недостатком будет пробуксовка одного колеса, когда оно потеряет контакт с дорожной поверхностью. Всё дело в том, что колесо в подвешенном состоянии вращается примерно в два раза быстрее колеса, которое контактирует с дорогой при равном количестве оборотов ведомой шестерни дифференциала. Второе колесо остаётся статичным. Причиной всему является очень маленький крутящий момент, подведённый к нему, так как вращающееся подвешенное колесо получает незначительное сопротивление крутящего момента. Исходя из этого понятно, что крутящий момент противоположного колеса аналогично мал, поэтому оно и неподвижно.

Если колесо пробуксовывает на повышенных оборотах в среде со значительным сопротивлением, крутящий момент, подаваемый на него будет большим в сравнении с проскальзывающим колесом, а следовательно и второму колесу будет предоставляться больший момент для осуществления вращения. Благодаря такому распределению автомобиль может медленно, но уверенно выбираться из ловушки. Буксующее колесо затрачивает много мощности, расходуемой на нагрев дорожного полотна, покрышек и т.д. Пробуксовка заметно снижает проходимость автомобиля с со свободным дифференциалом. Чтобы избежать подобных проблем, на автомобили устанавливают дифференциалы с возможностью их блокировки, как ручной, так и автоматической.

Предназначение межосевого дифференциала

Как Вам уже стало понятно, предназначение межосевого дифференциала заключается в распределении крутящего момента между ведущими осями в полноприводных автомобилях, что даёт им возможность вращения с различными угловыми скоростями. Потребность в таком механизме возникла в следствии движения автомобилей по неровным поверхностям, когда масса самой конструкции давит на ось, что находится в гораздо низком положении. Так, если Вы едете под горку, то большая часть крутящего момента передаётся на заднюю ось. В случае спуска же всё происходит наоборот. Сам механизм межосевого дифференциала располагается, как правило, в раздаточной коробке транспортного средства.

Межосевой дифференциал в сборе
По своему типу межосевой дифференциал может быть, как симметричным, так и несимметричным. Первый вариант дифференциалараспределяет крутящий момент в соотношении 50/50, когда второй в разных соотношениях, например, 60/40. Кроме того бывают межосевые дифференциалы, не имеющие блокировочного механизма, что не позволяет двигаться колёсам с разными скоростями. Есть самоблокирующиеся дифференциалы и с ручной блокировкой.

Второй вариант позволяет принудительно распределять крутящий момент между осями. Это хорошо помогает преодолевать различные дорожные преграды в виде грязи, песка или снега. Принудительное блокирование межосевого дифференциала может быть полным и частичным. При этом обеспечивается жёсткое соединение полуосей между собой. Зачастую для реализации всего внедорожного потенциала автомобиля применяется дифференциал с механизмом автоматической блокировки. Он имеет три вида конструкций и соответственно различные принципы функционирования.

Режимы работы межосевого дифференциала

Работа симметричного межосевого дифференциала разделяется на три, присущих ему, режима:

— прямолинейное движение;

— движение в повороте;

— движение по скользкой дороге.

Дифференциал
При движении прямо, колёса принимают на себя равнораспределённое сопротивление дорожного полотна. Крутящий момент передаётся к корпусу дифференциала от главной передачи. Вместе с ним перемещаются и сателлиты. Сателлиты, обходя шестерни полуосей, передают на ведущие колёса весь крутящий момент в равных пропорциях. В отсутствии вращения сателлитов на осях, шестерни полуосей движутся с одинаковой угловой скоростью. Они вращаются с той же частотой, что и ведомая шестерня главной передачи.

При входе в поворот, ведущее колесо, идущее по внутреннему радиусу, принимает на себя большее сопротивление, чем колесо внешнего радиуса. Внутренняя полуосевая шестерня замедляет своё движение и побуждает вращаться сателлиты вокруг своей оси. Они в свою очередь, ускоряют вращение наружной шестерни полуоси. Колёса, движущиеся с разными угловыми скоростями позволяют проходить автомобилю поворот без излишней пробуксовки. Сумма частот вращения полуосевых шестерен внутри и снаружи равна частоте вращения ведомой шестерни, умноженной на двое. Крутящий момент распределяется между ведущими колёсами в равной степени. И на это не влияет разность угловых скоростей.

Межосевой дифференциал
Когда автомобиль движется по скользкой дороге, одно колесо принимает на себя большую часть сопротивления, в то время как второе пробуксовывает или проскальзывает. Дифференциал заставляет вращаться «проблемное» колесо с большей скоростью. Второе колесо вынуждено остановиться. Сила тяги, образуемая на буксующем колесе очень мала в силу низкого сцепления, поэтому его вращение тоже происходит с небольшой скоростью. А в силу конструкции симметричного дифференциала, другое колесо будет обладать теми же характеристиками на тот момент. Ситуация зашла в тупик – автомобиль не сдвигается с места. Решить эту проблему можно увеличив крутящий момент на небуксующем колесе. Это легко осуществляется блокировкой дифференциала.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как,
Facebook,
Вконтакте,
Instagram,
Pinterest,
Yandex Zen,
Twitter и
Telegram:
все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

что это такое, принцип работы

Внедорожные авто оснащены дифференциалом. Этот элемент нужен для обеспечения ведущим колесам разной угловой скорости. При повороте колеса расположены на внешнем и внутреннем радиусе. Межосевой дифференциал на внедорожнике имеет блокировку. Далеко не все знают, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Давайте разберемся, что это, для чего и как пользоваться.

Межосевой дифференциал

В любых автомобилях точно имеется один дифференциал. Данный механизм призван делить крутящий момент, который на него подается с входного вала между двумя полуосями. Полноприводные авто оснащены двумя дифференциалами – для каждой колесной пары. Также имеется еще и межосевой. Необходимость в нем вызвана тем, что внедорожники эксплуатируются в очень сложных условиях. Разные оси испытывают разное давление, и нужно распределять крутящий момент между ними.

включение блокировки дифференциала

Блокировка

Любой дифференциал имеет, кроме достоинств, и очень серьезный недостаток. Недостаток этот является следствием преимущества – если одно из колес начинает буксовать, то дифференциал отдает больший крутящий момент именно на это колесо. Это очень сильно снижает характеристики проходимости. Если для гражданских автомобилей это норма, то для внедорожников это совсем недопустимо. По данной причине практически все межосевые дифференциалы оснащаются системами блокировки. Но есть исключения. Например, блокировка межосевого дифференциала на «Ниве» отсутствует, зато можно купить и установить самостоятельно одно из предлагаемых рынком решений.

Когда включена блокировка, то на каждую ось отдается один и тот же крутящий момент. Поэтому колеса не будут буксовать. Это нужно, чтобы машина могла с легкостью пройти скользкие места.

Виды блокировок

Мы узнали, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Теперь стоит познакомиться с видами данных систем. Сейчас можно выделить ручную и автоматическую блокировку. В первом и во втором случае можно частично или полностью отключить дифференциал. На моделях авто с повышенной проходимостью имеются автоматические блокировки. Их три разновидности – это система с вискомуфтой, блокировка Trosen и с фрикционной муфтой. В чем особенности и отличия данных систем? Рассмотрим каждую более детально.

включение блокировки межосевого

Блокировки с вискомуфтой

Это наиболее распространенная блокировка. Она базируется на симметричной планетарной схеме. Работа основана на взаимодействующих между собой конических шестеренках. Важным элементом данной конструкции является специальная герметичная полость. В ней воздушно-силиконовая смесь. Механизм связан с полуосями за счет пакетов дисков.

Если авто с полным приводом двигается с какой-то постоянной скоростью по достаточно ровной поверхности, то дифференциал с такой блокировкой передает крутящий момент к передней и задней оси в пропорции 50:50. Если же один из пакетов будет вращаться быстрее, то за счет повышенного давления в герметичной емкости вискомуфта начнет тормозить пакет. За счет этого выровняются угловые скорости. Дифференциал заблокируется.

Среди главных достоинств этой системы можно выделить ее простоту и малую стоимость. Именно за счет этих факторов механизм получил такое широкое распространение в современных внедорожниках. Если говорить о недостатках, то автоматическое блокирование осуществляется не полностью и существует риск перегрева системы, если блокировка эксплуатируется достаточно долго.

Система Trosen

Вот еще одна блокировка межосевого дифференциала. Что это такое? Она представляет собой корпус, две полуосевые шестеренки с сателлитами и выходными валами. Считается, что блокировка такого типа наиболее эффективная и совершенная. Нередко данную систему можно увидеть на новых внедорожниках европейского и американского производства.

В основе лежат червячные колеса в количестве двух пар. В каждой паре имеется ведущее и ведомое колесо – полуосевое и сателлит. Принцип действия основан на особенностях червячных шестерен. Если каждое колесо имеет одинаковое сцепление с дорогой, тогда блокировка не будет задействована, а дифференциал будет работать в обыкновенном режиме.

включение блокировки

Включение блокировки межосевого дифференциала осуществляется, если одно колесо начнет вращаться быстрее, чем остальные. Сателлит, связанный с колесом, будет пытаться крутиться в обратную сторону. В результате червячная шестерная перегружается и тем самым блокируются выходные валы. Освободившийся крутящий момент передается на другую ось и значения крутящего момента таким образом выравниваются.

В чем плюсы данной системы? Главным преимуществом такой блокировки считается максимальная скорость срабатывания и очень широкий диапазон распределения крутящего момента с одной оси на другую. Среди прочих плюсов можно выделить, что данные блокировки не ведут к перегрузке тормозных систем. Минус один – это сложность данной конструкции. Кстати, схожую блокировку можно увидеть на ГАЗ-66.

Блокировки с фрикционными муфтами

Основная отличительная особенность в том, что предполагается возможность включения блокировки автоматически или вручную. Конструкция и работа блокировки межосевого дифференциала похожа на систему с вискомуфтой. Но здесь работают фрикционные диски.

Когда машина двигается плавно, угловые скорости на осях распределены равномерно. Если на одной из полуосей имеется ускорение, то диски начнут сближаться, между ними будет расти сила трения – полуось притормаживается.

включение межосевого дифференциала

Данные системы практически не используются на серийных моделях авто. Причина в сложности конструкции и невысоком ресурсе. Диски очень быстро изнашиваются, а сама конструкция требует особого ухода и тщательного обслуживания.

Электронные блокировки и имитации блокировок

В большинстве современных авто имеются так называемые электронные блокировки межосевого дифференциала. Что это такое, мы рассмотрим далее. Электронная блокировка в большинстве случаев представляет собой лишь имитацию.

ЭБУ получает информацию от датчиков колес, что одно из колес вращается быстрее и начинает прерывистыми командами притормаживать колесо. Тем самым момент перераспределяется на другую сторону. Обычно узнать о том, что включена данная система, можно узнать по приборной панели – мигает блокировка межосевого дифференциала.

межосевого дифференциала

Недостатки и особенности

При долгой работе в таком режиме существует риск перегрева и выхода из строя тормозных систем. Автомобиль имеет автоматическую защиту, если температура поднимается выше допустимой, но это не везде есть и не всегда работает.

Если нагрузка серьезная, то крутящего момента может быть мало, чтобы сдвинуть авто вперед. Вроде бы и моргает лампа, трещит тормозная система, но машина никуда не едет. Поднять обороты невозможно – электроника не дает.

включение блокировки межосевого дифференциала

Межосевая блокировка дифференциала “Паджеро”, а она там электронная, в воде теряет эффективность. Мокрые колодки не могут затормозить мокрый диск.

Но даже имитация – это не пустая забава. Естественно, она не подойдет для серьезного бездорожья, но ездят туда далеко не все владельцы. Электронной блокировки вполне хватит для самых обычных случаев. Например, они могут понадобиться зимой. Но сильно рассчитывать на систему нельзя – электроника может подвести в самый неподходящий момент. Поэтому в “Паджеро” дополнительно есть настоящая, железная блокировка.

Дифференциал подробно — Энциклопедия журнала «За рулем»

Дифференциал — механизм распределения крутящего момента входного вала между двумя выходными полуосями ведущих колес или, на автомобилях повышенной проходимости,для распределения крутящего момента между передней и задней ведущими осями.
Это часть трансмиссии, которая на автомобилях классической и переднеприводной компоновки обычно выполняется в виде единого блока с главной передачей,а на внедорожниках встраивается в раздаточную коробку

Свободный дифференциал всегда делит поступающий на него крутящий момент поровну — не зависимо от того, с равными или с разными скоростями вращаются ведущие колеса (или ведущие оси).

Назначение дифференциала

При движении автомобиля по криволинейным участкам дороги — например, в поворотах — колеса ведущей оси катятся по окружностям разной длины. Внешнее (по отношению к центру поворота автомобиля) колесо проходит больший путь, чем внутреннее. Эта разница тем больше, чем круче поворот. Аналогичная проблема возникает и в движении по прямой, если используются ведущие колеса разной размерности и т.п. Если в этих ситуациях колеса соединить жесткой осью,окажется, что одно колесо вращается быстрей, чем нужно для прохождения заданной траектории,а другое медленней. Значит, оба колеса будут пробуксовывать, испытывать повышенные нагрузки, сильней нагреваться и изнашиваться. Увеличится и расход топлива. Наконец, это нарушает курсовую устойчивость автомобиля и ведет к его заносу или сносу — особенно, на скользких дорогах.
Для компенсации разницы проходимого ведущими колесами пути используется особый механизм — дифференциал. Простейший, свободный дифференциал уравнивает крутящие моменты (или тяговые силы) обоих ведущих колес, и если скорости их вращения (или линейного движения) разные, то и мощности на них пропорциональны этой разнице. Колесо, вращающееся быстрей, тратит на это несколько большую мощность, чем то, которое вращается медленней.
Таким образом дифференциал предназначен для обеспечения вращения ведущих колес с разными угловыми скоростями при постоянно передаче крутящего момента на оба колеса ведущей оси. Эта же логика присутствует и в работе межосевого дифференциала.

Устройство и принцип действия

Дифференциал классической конструкции устроен просто. Например, на заднеприводном автомобиле вращение от ведомого вала коробки передач передается через карданный вал на ведущую коническую шестерню главной передачи, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней главной передачи. Ведомая шестерня является одновременно корпусом дифференциала, в котором перпендикулярно оси ведомой шестерни закреплена ось сателлитов — малых конических шестерен. Последние вращаются вместе с корпусом дифференциала относительно оси ведомой шестерней главной передачи. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с коническими шестернями левой и правой полуосей ведущих колес.
При прямолинейном движении автомобиля сателлиты относительно собственной оси не вращаются. Но каждый, подобно равноплечему рычагу, делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи поровну между шестернями полуосей.
Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней,наружное быстрей — при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами — сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется,- ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.

Применение дифференциалов

В автомобилях с одной ведущей осью устанавливается один дифференциал, объединенный с главной передачей. В автомобилях с двумя и более ведущими осями дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (например, в трехосном грузовике или автобусе с двумя задними ведущими осями дифференциалы установлены в среднюю и заднюю оси). В автомобилях с подключаемым полным приводом дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (у двухосного полноприводного джипа с подключаемым передним ведущим мостом два дифференциала — по одному в каждой ведущей оси), но эксплуатация этих машин с постоянно подключенной передней осью не рекомендуется по причине повышенного износа главных передач и колес из-за неравномерно распределяемой мощности между осями. В свою очередь в автомобилях повышенной проходимости с постоянно подключенными ведущими осями применяют три дифференциала — по одному в каждой ведущей оси и один межосевой, установленный в раздаточной коробке. Межосевой дифференциал распределяет мощность между ведущими осями в зависимости от длины проходимого колесами оси пути. К примеру, передние колеса могут преодолевать возвышение, задние еще двигаться по прямой — передние колеса описывают более длинный путь, чем задние, соответственно, межосевой дифференциал обеспечивает передачу большей части мощности двигателя на переднюю ось, чем на заднюю. На многоосных транспортных средствах с несколькими ведущими осями применяют межтележечный дифференциал.
Дифференциал не применяется на транспортных средствах с одним ведущим колесом — в частности, на мотоциклах и трициклах с двумя передними управляемыми колесами. Если трицикл построен по схеме с одним передним управляемым колесом и двумя ведущими задними, то на нем применяют автомобильный ведущий мост с дифференциалом. Обычно подобные трициклы строят по индивидуальным заказам на базе популярных тяжелых моделей (пример — кастомные трициклы на базе «Харлей-Дэвидсон»).
На гоночных автомобилях на основе серийных моделей (например, на раллийных или для кольцевых гонок) дифференциал перед гонками блокируют, поскольку повороты такие машины проходят на большой скорости и с заносом. В данном случае склонность автомобиля к заносу из-за отсутствия дифференциала считается преимуществом.

Недостаток дифференциала

Главным недостатком дифференциала классической конструкции является проблема пробуксовки колеса, потерявшего контакт с поверхностью дорожного полотна. Когда одно из ведущих колес вращается в вывешенном состоянии его скорость вдвое больше, чем была бы при этих же оборотах ведомой шестерни дифференциала при нормальном движении по прямой. Зато второе колесо вообще не вращается. Причина проста. Момент сопротивления вращению вывешенного колеса ничтожен, соответственно мал и подводимый к нему крутящий момент. Значит, столь же мал крутящий момент и на противоположном колесе — оно стоит. Если же одно из колес буксует — с повышенными оборотами, но с существенным сопротивлением (например, в грязи, песке и т.п.), то такой же крутящий момент поступает и на другое, не буксующее, колесо. В результате автомобиль может двигаться с небольшой скоростью. При этом на буксующее колесо подается более высокая мощность — она тратится на нагрев шины, дороги и т.д.
Эффект пробуксовки снижает проходимость автомобиля со свободным дифференциалом. Для решения этой проблемы автомобили оснащают механизмами блокировки дифференциала — ручной или автоматической — различной конструкции.

Механизмы блокировки дифференциала

  • Ручная блокировка дифференциала

Самым простым способом блокировки дифференциала является применение механизма с ручным управлением. Этот вид блокировки применяется на автомобилях повышенной проходимости. Блокировка производится блокировочными муфтами, которые фиксируют сателлиты. Дифференциал отключается. К достоинствам данного типа блокировки можно отнести простоту и надежность конструкции, к недостаткам — необходимость точно оценивать дорожную обстановку и отключать блокировку дифференциала при движении по качественным дорогам во избежание поломок главной передачи и ведущего моста в целом.

  • Блокировка дифференциала с электронным управлением

На современных полноприводных легковых автомобилях повышенной проходимости с развитым компьютерным управлением работой агрегатов и механизмов устанавливают антипробуксовочную систему с электронным управлением. Как только бортовой компьютер автомобиля (или электронный блок антипробуксовочной системы) получает от датчика вращения сигнал о том, что одно колесо оси вращается значительно быстрей второго, свободное колесо притормаживается рабочим тормозом — благодаря свободному дифференциалу мощность передается на колесо, которое не утратило контакта с дорожным покрытием. Эта система требует наличия системы раздельного привода тормозов всех четырех колес и точной отладки датчиков.
Антипробуксовочные системы позволяют достаточно тонко регулировать распределение мощности в зависимости от состояния дорожного покрытия и избежать потерь мощности двигателя при срабатывании дифференциала. С другой стороны, управляющая система из датчиков и исполнительных приводов тормозов (на соленоидах) обладает инерционностью, поэтому работает с некоторым запозданием, что приходится учитывать водителю.
На гоночных автомобилях иногда применяются фрикционные дифференциалы с тормозными ленточными механизмами, управляемыми электроникой.

  • Автоматическая блокировка с применением фрикционной муфты

На спортивные автомобили, выпускаемые малыми сериями или по заказу, иногда устанавливают фрикционные самоблокирующиеся дифференциалы. На серийных машинах эти дифференциалы редкость, поскольку они требуют особого обслуживания и подвержены интенсивному износу.
Фрикционные муфты устанавливаются между полуосевыми шестернями и корпусом дифференциала. При прямолинейном движении автомобиля полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью — сила трения во фрикционных муфтах равна нулю, дифференциал распределяет мощность между колесами ведущей оси поровну. Как только одна из полуосей начинает вращаться быстрей, диски фрикционной муфты сближаются, за счет возникающих сил трения муфта притормаживает вращение свободной полуоси.
Этот тип дифференциала отличается невысокой эффективностью при большой разнице в угловых скоростях ведущих колес (например, на поворотах с малым радиусом закругления).

*
Дифференциал с вязкостной муфтой (вискомуфтой)

Вискомуфта работает подобно фрикционной муфте самоблокирующегося дифференциала, но имеет упрощенную конструкцию. В корпус главной передачи ведущего моста устанавливается вискомуфта, состоящая из двух пакетов перемежающихся перфорированных дисков, вращающихся в вязкой среде на основе силикона. Каждый пакет соединен с левой и правой полуосью. Когда угловая скорость полуосей одинакова, скорость вращения дисков пакета тоже одинакова. Как только один из пакетов, связанный с полуосью, начинает вращаться быстрей другого, вискомуфта начинает притормаживать этот пакет, стремясь выровнять угловые скорости дисков (и, соответственно, полуосей). За счет этого возникает эффект автоматической блокировки свободного колеса.
Этот тип автоматической блокировки имеет ряд недостатков. Во-первых, вискомуфта увеличивает размеры картера ведущего моста. Во-вторых, вискомуфта не отличается высокой эффективностью и не срабатывает при большой разнице угловых скоростей, то есть в условиях тяжелого бездорожья.
К преимуществам вискомуфты относят простоту конструкции. Иногда она применяется вместо дифференциала шестеренчатой конструкции — в паре с конической главной передачей. В большинстве случаев вискомуфта в ведущих мостах не применяется. Ее устанавливают в качестве механизма автоматической блокировки межосевого дифференциала в легковых автомобилях повышенной проходимости (в комфортабельных «паркетниках», не предназначенных для интенсивной эксплуатации в условиях бездорожья).

Другие типы самоблокирующихся дифференциалов

Помимо описанных механизмов автоматической блокировки дифференциала в автомобилях используются и другие типы блокировочных систем.
В военной технике получили распространение зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.
Существует конструкция гидророторного самоблокирующегося дифференциала, в котором использован принцип фрикционной муфты с гидроприводом. При возникновении разницы в угловых скоростях полуосей, муфта тормозит вращение одной из полуосей под воздействием поршня, сжимающего пакет фрикционных дисков. Поршень перемещается давлением масла, нагнетаемого гидронасосом.
На полноприводные автомобили Honda устанавливают блокировку дифференциала с двумя гидронасосами.
На современных легковых автомобилях повышенной проходимости и гоночных машинах все большее применение находят шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы (осевые и межосевые), в которых использован эффект заклинивания червячной или косозубой передачи при достижении порогового значения разницы мощностей.

Дифференциал. Назначение и основные типы

Видео: Как работает дифференциал? Как работает дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС)? Типы дифференциалов. Как устроен дифференциал? Дифференциал автоматический Нестерова (ДАН)

Назначение дифференциала

Дифференциал служит для распределения подводимого к нему вращающего момента между выходными валами и обеспечивает возможность их вращения с неодинаковыми угловыми скоростями.

При движении колесного ТС на повороте внутреннее колесо каждой оси проходит меньшее расстояние, чем ее наружное колесо, а колеса одной оси проходят разные пути по сравнению с колесами других осей.

Неодинаковые пути проходят колеса ТС при движении по неровностям на прямолинейных участках и на повороте, а также в случае прямолинейного движения по ровной дороге при разных радиусах качения колес, например при неодинаковом давлении воздуха в шинах и износе шин или неравномерном распределении груза на ТС.

Дифференциал

Если бы все колеса вращались с одинаковой скоростью, это неизбежно приводило бы к их проскальзыванию и пробуксовыванию относительно опорной поверхности, следствием чего явились бы повышенный износ шин, увеличение нагрузок в механизмах трансмиссии, затраты мощности двигателя на работу скольжения и буксования, повышение расхода топлива, а также трудность поворота транспортной машины. Таким образом, колеса ТС должны иметь возможность вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями относительно друг друга. У неведущих колес это обеспечивается тем, что они установлены свободно на своих осях и каждое из них вращается независимо друг от друга. У ведущих колес это обеспечивается установкой в их приводе дифференциалов.

Основные типы дифференциалов

По месту расположения дифференциалы подразделяют на:

  • межколесные (распределяющие вращающий момент между ведущими колесами одной оси)
  • межосевые (распределяющие момент между главными передачами двух ведущих мостов)
  • центральные (распределяющие момент между группой ведущих мостов)

По соотношению вращающих моментов на ведомых валах дифференциалы могут быть:

  • симметричными (моменты на ведомых валах всегда равны между собой)
  • несимметричные (отношение моментов на ведомых валах не равно единице)

Различают также дифференциалы:

  • неблокируемые
  • блокируемые принудительно
  • самоблокирующиеся

По конструкции дифференциалы подразделяют на:

  • конические
  • цилиндрические
  • кулачковые
  • червячные

В некоторых случаях вместо дифференциалов устанавливают механизмы типа муфт свободного хода.

В настоящее время на колесных ТС наиболее широкое распространение получили конические симметричные неблокируемые дифференциалы.

Видео: Как работает дифференциал?

Схемы дифференциалов

Дифференциал

Рис. Схемы простых дифференциалов с постоянным соотношением моментов на ведомых валах: а — симметричного конического; б — симметричного цилиндрического; в — несимметричного цилиндрического; г — несимметричного конического; 1, 8 — левая и правая полуоси дифференциала; 2, 6 — левая и правая полуосевые шестерни; 3 — сателлит; 4 — корпус дифференциала; 5 — ведомое колесо главной передачи; 7 — ось вращения сателлитов; 9 — солнечная шестерня; 10 — эпициклическая шестерня

Дифференциал

Рис. Межколесный симметричный конический дифференциал: 1, 8 — чашки дифференциала; 2, 7 — опорные шайбы полу осевых зубчатых колес; 3, 6 — полу осевые зубчатые колеса; 4 — опорная шайба сателлита; 5 — сателлиты; 9 — крестовина

Дифференциал

Рис. Схемы несимметричных дифференциалов: а — конический; б — цилиндрический

Дифференциал

Рис. Кулачковый дифференциал автомобиля ГАЗ-66-11 (а) и схема его работы (б): 1 — внутренняя звездочка; 2 — сепаратор; 3 — наружная звездочка; 4 — чашка дифференциала; 5 — сухарь

Дифференциал

Рис. Блокируемый межколесный дифференциал: 1 — муфта; 2 — зубчатый венец

Дифференциал

Рис. Межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320: 1 — ведущий вал; 2 — уплотнительная манжета; 3 — картер дифференциала; 4, 7 — опорные шайбы; 5, 17 — чашки дифференциала; 6 — сателлит: 8 — датчик блокировки; 9 — пробка заливного отверстия; 10 — пневматическая камера блокировки; 11 — вилка; 12 — стопорное кольцо; 13 — зубчатая муфта; 14 — муфта блокировки; 15 — сливная пробка; 16 — зубчатое колесо привода среднего моста; 18 — крестовина; 19 — зубчатое колесо привода заднего моста; 20 — болт крепления чашек; 21 — подшипник; 22 — крышка подшипника

Дифференциал

Рис. Работа межколесного дифференциала: а — общая схема; б — при движении прямо; в — при повороте; 1 — корпус дифференциала; 2, 5 — полуосевые зубчатые колеса; 3 — крестовина: 4, 6 — сателлиты; 7 — ведущее зубчатое колесо главной передачи; 8, 9 — полуоси; 10 — ведомое зубчатое колесо главной передачи

Дифференциал

Рис. Межосевой дифференциал Torsen: 1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала; 4 — сателлит, связанный с правой полуосевой шестерней; 5, 7 — выходные валы дифференциала; 6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней

Системы автомобиля — межосевой дифференциал, блокировки и раздатка


15 марта, 2017, 01:25

Обязательным условием комплектации полноценного внедорожника традиционно считается раздаточная коробка – узел, при помощи которого реализуется распределение тягового усилия двигателя к колесным осями и повышается крутящий момент, столь необходимый для поездок в условиях плохого дорожного покрытия. Конструкция «раздатки» может различаться, исходя от той версии полного привода, которой оборудован конкретный автомобиль. Но, невзирая на существующие отличия, все разновидности раздаточных коробок располагают объединяющими их конструктивными элементами.

Межосевой дифференциал

Так, любая раздатка имеет ряд обязательных элементов, включая ведущий вал, понижающую передачу и приводной вал для каждой оси. Кроме того, здесь устанавливается межосевой дифференциал с блокировкой. Тяговое усилие к «раздатке» транслируется при помощи ведущего вала. Межосевой дифференциал необходим в целях распределения тяги между осями в нужной пропорции, что предоставляет возможность вращения колес с индивидуальными показателями угловых скоростей.

Стоит отметить, что межосевые дифференциалы отличаются по примененной конструкции. Эти узлы делят на симметричные или несимметричные. Дифференциал первой разновидности делит тягу мотора по осям в одинаковой пропорции, вторая разновидность устройства позволяет направлять тягу в заранее заданном соотношении. В системах, где полный привод подключается в ручную или при помощи автоматики, дифференциал не используют.

Повышение эффективности полноприводной трансмиссии происходит благодаря установке блокировке межосевого дифференциала. Блокировкой называют как частичное, так и полное отключение дифференциала, ввиду чего происходит жесткое соединение обеих колесных осей между собой. При этом, блокировка подключается вручную или при помощи автоматики. К современным устройствам, устанавливаемым в целях блокирования межосевого дифференциала, относят вискомуфты, многодисковые муфты, а также дифференциал «Torsen».

Вискомуфта

Самым простым, а, следовательно, дешевым устройством, обеспечивающим автоматическое блокирование дифференциала, принято считать вискомуфту. Ее функционирование базируется на получении момента блокировки в случае разности угловых скоростей.

По свой конструкции муфта составлена из комплекта особых перфорированных дисков, половина из количества которых соединяется зубцами с корпусом муфты, а другая часть — со ступицей муфты. Диски работают в специальной силиконовой субстанции. В случае проскальзывания оси растет скорость вращения дисков муфты, при этом силиконовая жидкость загустевает, вызывая блокировку муфты, посредством контакта корпуса муфты с ее ступицей. Простота устройства вискомуфты обусловливает и ее недостатки – устройство работает с определенным запозданием, достигнуть абсолютной блокировки межосевого дифференциала при помощи вискомуфты не получится. Наконец, длительное функционирование вискомуфты ведет к ее перегреву и выходу из строя.

Дифференциал Torsen

Более продвинутым устройством, задача которого состоит в обеспечении автомобилю внедорожного потенциала является дифференциал «Torsen». Он составлен из нескольких шестерней червячного типа – ведущих сателлитов и ведомых шестерней осевых приводов. Блокировка в Torsen достигается благодаря возникновению эффекта трения в червячной передаче. Если автомобиль движется по твердому дорожному покрытию, представленный механизм работает в режиме обычного межосевого дифференциала, при это тяга поступает к обеим осям в равнозначной пропорции. Как только какая-либо ось начнет уходить в проскальзывание, тяга будет моментально переброшена на ту ось, что имеет более эффективное сцепление колес с дорогой.

Показательным является то, что соотношение крутящего момента, передаваемого при помощи дифференциала Торсен, может соответствовать пропорции 20 к 80. К минусам Torsen относят не слишком прочную конструкцию устройства, в связи с чем это решение редко применяется на полноценных внедорожниках.

Фрикционная муфта

Еще одним устройством, относящимся к системам, повышающим внедорожный потенциал машины, является многодисковая муфта фрикционного типа, в состав которой входят фрикционные диски, степень блокировки которых может контролироваться. Многодисковая муфта способна распределять уровень момента на каждую ось, исходя из качества дорожного покрытия под колесами машины.

Фрикционная многодисковая муфта с гидравлическим управлением. Включение муфты 3 осуществляется увеличением давления в маслопроводе 5, который соединен с цилиндрами поршней 2 отверстиями в центре вала и наклонными отверстиями в детали 1. Движение передается от маховика 4 к валу 9.

При нормальных условиях передвижения момент передается на колесные оси в пропорции 50:50. Но если какая-либо из осей срывается в проскальзывание, в муфте происходит сжатие дисков и возникает эффект блокирования межосевого дифференциала. Крутящий момент подается на ту ось, что имеет наилучшее сцепление с покрытием. Фрикционная муфта может комплектоваться электрическим или гидравлическим приводом, приводящим в действие электромотором или гидроцилиндром соответственно. Ручной режим блокировки осуществляется водителем, который задействует соответствующий привод.

Раздаточная коробка

У раздаточных коробок, которые монтируют на полноприводные машины с системой AWD, предусмотрена функция подключения и отключения передней колесной оси. Раздаточные коробки функционируют в режимах, обусловленных конструкцией этого узла. Смена режима функционирования раздаточной коробки происходит при помощи установленного в салоне поворотного переключателя, кнопок на центральном тоннеле или посредством более привычного рычага переключения, смонтированного вблизи рычага переключения коробки передач.

Рассматривая приспособления, используемые инженерами для придания транспортному средству внедорожных возможностей, стоит остановиться на таком элементе, как понижающая передача. Понижающую передачу устанавливают в «раздатку», которая, как уже говорилось, применяется в целях распределения момента в требуемой пропорции между обеими колесными осями. Суть понижающей передачи в том, что ее включение ведет к падению скорости транспортного средства с одновременным ростом тяги и мощности.

Обычно, «понижайку» принято подключать в режиме езды по тяжелому бездорожью, а также при передвижении автомобиля с крутого спуска или в подъем. «Понижайку» включают и при форсирования брода, либо при езде по песку. В подавляющем большинстве современных автомобилей понижающая передача включается отдельным рычагом или кнопкой с обозначениями «L» или «LO». На ряде моделей машин «понижайка» включается путем перевода рычага переключения передач в соответствующее положение.

Раздаточная коробка. 1 — сапун, 2 — шестерня включения заднего моста и понижающей передачи, 3 — ведомый вал, 4 — ведущая шестерня привода спидометра, 5 — ведомая шестерня привода спидометра, 6 — промежуточный вал, 7 — шестерня включения переднего моста, 8 — вал привода переднего моста, 9 — шестерня привода переднего моста, 10 — шестерня понижающей передачи, 11 — ведущий вал, 12 — сливная пробка, 13 — наливная (контрольная) пробка.

На показатель падения скорости напрямую влияет передаточное соотношение шестерней. Со включенной понижающей передачей автомобиль будет ехать с мотором, работающим на повышенных оборотах. В качестве примера можно привести ситуацию, когда, забираясь в горку со включенной третьей передачей, мотору будет не хватать оборотов, а при переходе на вторую передачу мощности будет слишком много. В этом случае, включив пониженную передачу, машина поедет с нужной небольшой скоростью, но двигатель будет работать в условиях повышенных оборотов.

С повышением крутящего момента на колесах преодоление бездорожья происходит более эффективно. При этом одновременно с передаточным числом на вторичном вале увеличивается количество оборотов колесной оси. Благодаря такой особенности, машина способна не только взбираться в крутые подъемы и спуски, но и преодолевать водные преграды или справляться с размытой глиняной грунтовкой.

На полноприводных машинах, оборудованных коробками-автоматами, «раздатку» могут даже и не устанавливать. Ее функции в таком случае выполняют дополнительные узлы и коробки передач. Таким устройством является демультипликатор – механизм, предназначенный для увеличения тяговой силы на колесах. Поскольку не все автомобильные трансмиссии оборудуются отдельной раздаточной коробкой, обычная коробка передач оснащается специальным рычагом, посредством которого задействуется пониженная передача. Стоит иметь в виду, что при включении «понижайки» в обычном режиме, например при поездке по асфальтированному шоссе, значительно возрастает риск перегрузки и поломки как силового агрегата, так и трансмиссии.

Настоящими полноценными внедорожниками считаются автомобили, оборудованные понижающей передачей, работающей в тандеме с блокирующимся дифференциалом. Кстати, сам дифференциал разделяют на межосевой и межколесный (см. статью о том, что такое межколесный дифференциал и как он работает).

что это такое и принцип работы? + Видео

На автомобилях с передним или задним приводом на ведущей оси устанавливается такой узел, как колесный дифференциал, механизма же его блокировки не предусмотрено по понятным причинам. Основная задача данного узла — распределение крутящего момента на колеса ведущей оси. Например на поворотах или во время езды по грунтовым дорогам колеса крутиться с одинаковой скоростью не могут.

Если же вы являетесь владельцем транспортного средства с полным приводом, то помимо колесного дифференциала на кардан устанавливают и межосевой дифференциал с механизмом блокировки. Естественно, у читателей возникает вопрос: зачем нужна блокировка, какую функцию выполняет, какие существуют виды блокировки межосевого дифференциала?

Зачем нужна блокировка межосевого дифференциала и принцип ее работы

Мы уже частично затрагивали данную тему на сайте vodi.su в статье об вязкостной муфте (вискомуфта). Если говорить простыми словами, то межосевой дифференциал необходим для повышения проходимости транспортного средства и включения полного привода.

Принцип его работы довольно прост:

  • когда машина едет по нормальной дороге, все тяговое усилие приходится лишь на основную тяговую ось;
  • вторая ось посредством отключения механизма блокировки, не входит в сцепление с трансмиссией машины, то есть в данный момент она выступает в качестве ведомой оси;
  • как только авто выезжает на бездорожье, где нужно, чтобы работали две оси для повышения проходимости, водитель либо принудительно включает блокировку межосевого дифференциала, либо происходит ее автоматическое подключение.

Когда блокировка включена, обе оси оказываются в жесткой сцепке и вращаются за счет передачи момента вращения на них посредством трансмиссии от двигателя транспортного средства. Так, если установлена вискомуфта, то на дорожном покрытии, где не требуется мощь обеих осей, тяговое усилие поступает лишь на передние или задние колеса. Ну, а когда выезжаете на грунтовую дорогу и начинаются пробуксовки, колеса разных мостов начинают вращаться с разной скоростью, происходит сильное перемешивание дилатантной жидкости, она затвердевает. Тем самым создается жесткая сцепка между мостами и момент вращения поровну распределяется между всеми колесами машины.

Преимущества механизма блокировки межосевого дифференциала:

  • существенное повышение проходимости транспортного средства в сложных условиях;
  • отключение полного привода автоматически или принудительно, когда в нем нет необходимости;
  • более экономное расходование топлива, ведь с подключенным полным приводом двигатель потребляет больше горючего для создания дополнительной тяги.

Блокировка межосевого дифференциала в зависимости от модели автомобиля включается различными способами. На более старых моделях, например УАЗ, НИВА или грузовые авто, необходимо выбрать соответствующую передачу на раздаточной коробке. Если стоит вискомуфта, блокировка происходит автоматически. Ну, а на самых совершенных на сегодняшний момент внедорожниках с муфтой Haldex блокировка контролируется электронным блоком управления. Сигналом же к ее включению является нажатие на педаль газа. Так, если вы желаете эффектно разогнаться с пробуксовкой, то блокировка сразу включится, а отключение произойдет автоматически, когда машина будет двигаться на стабильной скорости.

Разновидности механизмов блокировки межосевого дифференциала

Если говорить про принцип действия, то выделяют несколько основных групп, которые в свою очередь делятся на подгруппы:

  1. жесткая 100-процентная блокировка;
  2. дифференциалы с ограниченным проскальзыванием — жесткость сцепки зависит от интенсивности вращения колес разных осей;
  3. с симметричным или ассиметричным распределением тягового усилия.

Так, вискомуфту, можно отнести к второй и третьей группам одновременно, так как в разных режимах езды может наблюдаться проскальзывание дисков, например на поворотах. Соответственно, тяговое усилие ассиметрично распределяется между осями. В наиболее же сложных условиях, когда одно из колес сильно буксует, то происходит 100-процентная блокировка за счет полного затвердевания жидкости. Если же вы ездите на УАЗ Патриот с раздаткой, то там предусмотрена жесткая блокировка.

Портал vodi.su отмечает, что при включенном полном приводе, особенно на асфальте, происходит быстрый износ резины.

Выделяют также различные конструкции блокировки межосевого дифференциала:

  • фрикционная муфта;
  • вискомуфта;
  • кулачковая муфта;
  • блокировка Torsen.

Так, фрикционы работают примерно по той же схеме, что и вискомуфта или сухое сцепление. В нормальном состоянии фрикционные диски не взаимодействуют между собой, но как только начинаются пробуксовки, происходит их зацепление. Муфта Haldex Traction является фрикционной, в ней установлено несколько дисков, которые контролируются электронным блоком управления. Минус данной конструкции — износ дисков и необходимость их замены.

Блокировка Torsen является одной из наиболее совершенных, ее устанавливают на такие авто как Audi Quattro и универсалы Allroad Quattro. Схема довольно сложная: правая и левая полуосевая шестерни с сателлитами, выходные валы. Блокировка обеспечивается за счет разных передаточных чисел и червячной передачи. В нормальных режимах стабильной езды все элементы вращаются с определенным передаточным числом. Но в случае пробуксовки сателлит начинает вращаться в обратном направлении и происходит полная блокировка полуосевой шестерни и момент вращения начинает поступать на ведомую ось. Причем распределение происходит в соотношении 72:25.

На отечественных авто — УАЗ, ГАЗ — устанавливают кулачковый дифференциал повышенного трения. Блокировка происходит за счет звездочек и сухарей, которые при пробуксовке начинают вращаться с разными скоростями, в результате чего возникает сила трения и блокируется дифференциал.

Существуют и другие разработки. Так, современные внедорожники оснащают антипробуксовочной системой TRC, в которой весь контроль осуществляется через ЭБУ. А избежать пробуксовки удается за счет автоматического подтормаживания буксующего колеса. Есть также гидравлические системы, например DPS на автомобилях Хонда, где на заднем редукторе установлены насосы, вращающиеся от карданного вала. А блокировка происходит за счет подключения пакета многодискового сцепления.

У каждой из перечисленных систем существуют свои достоинства и недостатки. Нужно понимать, что езда с включенным полным приводом приводит к скорейшему износу шин, трансмиссии и двигателя. Поэтому полный привод используют лишь там, где он действительно нужен.

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Межколесный дифференциал: виды, устройство, принцип работы

Межколесный дифференциал относится к трансмиссионному механизму, который распределяет крутящий момент между валами привода. Кроме того, указанный механизм позволяет вращаться колесам с разными угловыми скоростями. Данный момент особо заметен при проходе поворотов. Кроме того, такая конструкция дает возможность безопасно и комфортно перемещаться по сухому твердому покрытию. В некоторых случаях, при выезде на скользкую трассу или бездорожье, рассматриваемое приспособление может сыграть как стопор для автомобиля. Рассмотрим особенности строения и эксплуатации межколесных дифференциалов.

Межколесный дифференциал в трансмиссии

Описание

Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента от карданного вала к ведущим колесным мостам спереди или сзади, в зависимости от разновидности привода. В результате межколесный дифференциал дает возможность проворачиваться каждому колесу без пробуксовки. В этом и заключается прямое назначение механизма.

При прямолинейном перемещении транспорта, когда нагрузка на колеса равномерная с идентичными угловыми скоростями, рассматриваемый агрегат функционирует в роли передаточного отсека. В случае изменения условий движения (буксование, разворот, поворот) нагрузочный показатель изменяется. Полуоси стремятся вращаться с разными скоростными параметрами, возникает необходимость распределение крутящего момента между ними в определенном соотношении. На этом этапе межколесный дифференциал начинает выполнять свою основную функцию – гарантирование безопасности маневров транспортного средства.

Особенности

Схема размещения рассматриваемых автомобильных приспособлений зависит от рабочего ведущего моста:

  1. На картере коробки переключения передач (передний привод).
  2. На корпусе ведущего заднего моста.
  3. Машины с полным приводом оснащаются межколесным дифференциалом на остовах обоих мостов или раздаточных коробках (осуществляют передачу рабочего момента между колесами или мостами, соответственно).

Стоит отметить, что дифференциал на машинах появился не так давно. На первых моделях «самодвижущиеся» экипажи имели плохую маневренность. Проворачивание колес с идентичным угловым параметром скорости приводило к пробуксовке одного из элементов либо потере сцепления с дорожным покрытием. Вскоре инженеры разработали усовершенствованную модификацию устройства, позволяющего нивелировать потерю управляемости.

Устройство межколесного дифференциала

Предпосылки для создания

Межколесные дифференциалы автомобилей изобрел французский конструктор О. Пеккер. В механизме, предназначенном для распределения вращающегося момента, присутствовали шестерни и рабочие валы. Они служили для трансформации момента кручения от двигателя к ведущим колесам. Несмотря на все преимущества, данная конструкция полностью не решала проблемы с пробуксовкой колес на поворотах. Выражалось это в потере сцепления одного из элементов с покрытием. Особенно выражено момент проявлялся на обледенелых участках.

Буксование в подобных условиях приводило к неприятным происшествиям, что послужило дополнительным стимулом для разработки усовершенствованного приспособления, способного предотвратить занос транспортного средства. Техническое решение указанной проблемы разработал Ф. Порше, придумавший кулачковую конструкцию, ограничивающую проскальзывание колес. Первыми автомобилями, на которых применялась имитация межколесного дифференциала, стали «Фольксвагены».

Устройство

Ограничивающий узел работает по принципу планетарного редуктора. В стандартную конструкцию механизма входят следующие элементы:

  • полуосевые шестеренки;
  • сопутствующие сателлиты;
  • рабочий корпус в виде чаши;
  • основная передача.

Остов жестким способом соединен с ведомым зубчатым колесом, которое принимает момент кручения от аналога главной передачи. Чаша через сателлиты трансформирует вращение на ведущие колеса. Разность в скоростных режимах угловых параметров обеспечивается также при помощи сопровождающих шестерен. При этом величина рабочего момента остается стабильной. Задний межколесный дифференциал ориентирован на передачу оборотов на ведущие колеса. Транспортные полноприводные средства оснащаются альтернативными механизмами, воздействующими на мосты.

Монтаж межколесного дифференциала

Разновидности

Указанные виды механизмов разделяются по конструкционным признакам, а именно:

  • конические версии;
  • цилиндрические варианты;
  • червячные приспособления.

Кроме того, дифференциалы разделяются по числу зубьев шестеренок полуосей на симметричные и несимметричные версии. По причине оптимальной возможности рассредоточения момента кручения, вторые модификации с цилиндрами монтируются на мосты автомобилей с полным приводом.

Машины с передним или задним ведущим мостом оборудуются симметричными коническими модификациями. Червячная передача универсальна и может агрегировать со всеми типами устройств. Конические агрегаты способны работать в трех конфигурациях: прямолинейным, поворотным и пробуксовочным способом.

Межколесный дифференциал

Схема работы

При прямолинейном перемещении, электронная имитация блокировки межколесного дифференциала характеризуется равным рассредоточением нагрузки между колесами транспортного средства. При этом наблюдается идентичная угловая скорость, а корпусные сателлиты не вращаются вокруг собственных осей. Они трансформируют момент кручения на полуоси при помощи статичного зубчатого зацепа и ведомой шестеренки основной передачи.

На поворотах автомобиль испытывает переменчивое воздействие усилий сопротивления и нагрузки. Параметры распределяются следующим образом:

  1. Внутреннее колесо меньшего радиуса получает увеличенное сопротивление, по сравнению с наружным аналогом. Повышенный показатель нагрузки обуславливает снижение скорости вращения.
  2. Внешнее колесо перемещается по большей траектории. При этом увеличение угловой скорости способствует плавному повороту машины, без буксования.
  3. С учетом указанных факторов, колеса должны обладать различными угловыми скоростями. Сателлиты внутреннего элемента замедляют вращение полуосей. Те же, в свою очередь, через конический зубчатый элемент, повышают интенсивность работы внешнего аналога. При этом момент кручения от основной передачи остается стабильным.

Принцип работы межколесного дифференциала

Пробуксовка и курсовая устойчивость

Автомобильные колеса могут получать разный параметр нагрузки, буксуя и теряя сцепление с дорожным покрытием. При этом на один элемент подается чрезмерное усилие, а второй работает «вхолостую». Из-за такой разницы движение автомобиля становится хаотичным или вообще прекращается. Чтобы устранить эти недостатки, используют систему курсовой устойчивости либо ручную блокировку.

Для того, чтобы момент кручения полуосей выровнялся, следует стопорить действие сателлитов и обеспечить трансформацию оборотов от чаши на нагруженную полуось. Это особенно актуально для межколесных дифференциалов МАЗа и прочих машин повышенной грузоподъемности с полным приводом. Подобная особенность связана с тем, что стоит потерять сцепление в одной из четырех точек, величина крутящего момента устремится к нулю, даже если машина оснащена двумя межколесными и одним межосевым дифференциалом.

Муфта межколесного дифференциала

Электронный самоблок

Избежать неприятностей, указанных выше, позволяет частичная или полная блокировка. Для этого и применяются самоблокирующиеся аналоги. Они распределяют кручение с учетом разности на полуосях и соответствующих скоростных режимов. Оптимальным способом решения проблемы является оборудование машины электронной блокировкой межколесного дифференциала. Система оснащается датчиками, которые контролируют требуемые показатели во время движения транспортного средства. После обработки полученных данных, процессор выбирает оптимальный режим корректировки нагрузочных и прочих воздействий на колеса и мосты.

Принцип работы данного узла состоит из трех основных стадий:

  1. В начале проскальзывания ведущего колеса, контрольный блок получает импульсы от индикаторов скорости вращения, после их анализа автоматически принимается решение о способе функционирования. Далее происходит замыкание клапана-переключателя и открывание аналога высокого давления. Помпа узла АБС создает давление в рабочем контуре тормозного цилиндра буксующего элемента. Торможение ведущего проскальзывающего колеса осуществляется за счет повышения давления тормозной жидкости.
  2. На втором этапе система имитации самоблока удерживает тормозное усилие за счет сохранения давления. Действие насоса и пробуксовка колеса прекращается.
  3. К третьей стадии работы указанного механизма относится завершение проскальзывания колеса с одновременным сбросом давления. Переключатель открывается, а клапан высокого давления закупоривается.

Межколесный дифференциал КамАЗа

Ниже приведена схема указанного механизма с описанием элементов:

Схема межколесного дифференциала КамАЗ

1 — Основной вал.

2 — Уплотнитель.

3 — Картер.

4, 7 — Шайбы опорного типа.

5, 17 — Корпусные чаши.

6 — Сателлит.

8 — Индикатор блокировки.

9 — Заливная пробка.

10 — Пневмокамера.

11 — Вилка.

12 — Кольцо-стопор.

13 — Муфта зубчатая.

14 — Блокировочная муфта.

15 — Сливная крышка.

16 — Шестеренка привода среднего моста.

18- Крестовина.

19 — Зубчатая шестерня заднего моста.

20 — Крепежный болт.

21, 22 — Крышка и подшипник.

Безопасность

Межколесный дифференциал предназначен для обеспечения безопасной и комфортной езды на дорогах различного предназначения. Некоторые недостатки рассматриваемого механизма, указанные выше, проявляются при опасном и агрессивном маневрировании по бездорожью. Следовательно, если на машине предусмотрен привод ручного блокиратора, эксплуатировать ее необходимо исключительно в соответствующих условиях. Скоростные машины использовать без указанного механизма весьма затруднительно и небезопасно, особенно на высоких скоростях по шоссе.

Дифференциалы

Производная функции часто может использоваться для аппроксимации определенных значений функции с удивительной степенью точности. Для этого необходимо ввести понятие дифференциала независимой переменной и зависимой переменной.

Определение производной функции y = f (x) , как вы помните, равно

, который представляет наклон касательной к кривой в некоторой точке ( x, f (x) ).Если Δ x очень мало (Δ x ≠ 0), то наклон касательной примерно такой же, как наклон секущей линии через ( x, f (x) ). То есть

Дифференциал независимой переменной x записывается как dx и совпадает с изменением в x , Δ x . То есть

Дифференциал зависимой переменной y , записанный dy , определяется как

Вывод, который следует сделать из предыдущего обсуждения, состоит в том, что дифференциал y (dy ) приблизительно равен точному изменению y y ), при условии, что изменение x x = dx ) относительно невелик.Чем меньше изменение в x , тем ближе значение dy к Δ y , что позволяет аппроксимировать значения функции, близкие к f (x) (рисунок).

Рисунок 1 Аппроксимация функции дифференциалами.

Пример 1: Найдите dy для y = x 3 + 5 x −1.

Пример 2: Используйте дифференциалы, чтобы аппроксимировать изменение площади квадрата, если длина его стороны увеличивается с 6 см до 6.23 см.

Пусть x = длина стороны квадрата. Площадь может быть выражена как функция x , где y = x 2 . Дифференциал dy

Поскольку x увеличивается с 6 до 6,23, вы обнаруживаете, что Δ x = dx = 0,23 см; следовательно,

Площадь квадрата увеличится примерно на 2,76 см. 2 по мере увеличения длины стороны с 6 до 6.23. Обратите внимание, что точное увеличение площади (Δ y ) составляет 2,8129 см 2 .

Пример 3: Используйте дифференциалы, чтобы округлить значение до ближайшей тысячной.

Поскольку функция, которую вы применяете, — , выберите удобное значение x , которое является идеальным кубом и относительно близко к 26,55, а именно x = 27. Дифференциал dy равен

Потому что x уменьшается с 27 до 26.55, вы обнаружите, что Δ x = dx = −,45; следовательно,

, что означает, что будет примерно на 1/60 меньше, чем ; следовательно,

с точностью до тысячных.

Обратите внимание, что значение в калькуляторе равно 2,983239874, что округляет тот же ответ до ближайшей тысячной!

,

Понимание дифференциальной конфиденциальности | автор: An Nguyen

Эта статья представляет собой краткое введение в Differential Privacy. Читая, вы отойдете от интуиции и причин, лежащих в основе важных концепций дифференциальной конфиденциальности, таких как потеря конфиденциальности, взаимосвязь между потерей конфиденциальности и точностью (выходных данных дифференциальной конфиденциальности). Эти интуиции затем будут объяснены конкретными иллюстративными историями и подкреплены качественным и количественным анализом с помощью программирования. В конце статьи ожидается применение частного ИИ с алгоритмом Private Aggregation of Teacher Ensembles (PATE) в наборе рукописных цифр MNIST.

Примечание: приложение требует, чтобы читатель был знаком с Pytorch.

«Дифференциальная конфиденциальность позволяет техническим компаниям собирать и делиться совокупной информацией о привычках пользователей, сохраняя при этом конфиденциальность отдельных пользователей».

The Conversation

Каковы практические применения дифференциальной конфиденциальности?

В 21 веке мы столкнулись с множеством утечек больших данных, которые вынуждали правительства, организации и компании пересмотреть вопрос о конфиденциальности.В отличие от этого, почти все прорывы в машинном обучении связаны с методами обучения, для которых требуется большой объем обучающих данных. Кроме того, исследовательские учреждения часто используют и обмениваются данными, содержащими конфиденциальную информацию о людях. Неправильное раскрытие таких данных может иметь неблагоприятные последствия для частной информации субъекта данных или даже привести к гражданской ответственности или телесным повреждениям.

Разработка формальных моделей конфиденциальности, таких как Differential Privacy, помогла в решении проблемы.Таким образом, растет число организаций и компаний, применяющих дифференциальную конфиденциальность для защиты конфиденциальной информации, такой как личная информация, пользовательские события, местоположение человека в реальном времени, как упоминается в этом посте: Введение в дифференциальную конфиденциальность на высоком уровне. Существует даже проект с открытым исходным кодом дифференциальной конфиденциальности для выполнения запросов дифференциальной конфиденциальности в любой стандартной базе данных SQL.

Короче говоря, дифференциальная конфиденциальность разрешает:
— Компании получают доступ к большому количеству конфиденциальных данных для исследования и ведения бизнеса без нарушения конфиденциальности.
— Исследовательские учреждения могут разработать технологию дифференцированной конфиденциальности для автоматизации процессов обеспечения конфиденциальности в сообществах, использующих облачные технологии, в разных странах. Таким образом, они могли защитить конфиденциальность пользователей и решить проблему обмена данными.

Рисунок 1: Информация в данных в представлении «Дифференциальная конфиденциальность».

Что такое дифференциальная конфиденциальность?
— Дифференциальная конфиденциальность (DP) — сильное математическое определение конфиденциальности в контексте статистического анализа и анализа машинного обучения. Согласно этому математическому определению, DP является критерием защиты конфиденциальности, для удовлетворения которого были разработаны многие инструменты анализа конфиденциальной личной информации
.[1].

На приведенной выше диаграмме представлена ​​информация, содержащаяся в данных в представлении DP. Таким образом, общая информация — это любая информация, не относящаяся к конкретному субъекту данных. Общую информацию можно понять как информацию обо всем населении в данных (а не только об отдельном человеке или группе субъектов данных). Контраст общей информации — это личная информация, которая специфична для каждого отдельного субъекта данных.

Рисунок 2 [1]: Дифференциальная конфиденциальность.

Как мы можем отличить личную информацию от общей информации?
— С точки зрения DP, частная информация — это изменение информации в данных до и после отказа от отдельного субъекта данных (показано на рисунке 2).Это также объясняет «дифференциальное» слово в названии.

  • Что дает гарантия?
    Дифференциальная конфиденциальность математически гарантирует, что любой, кто видит результат дифференциально конфиденциального анализа, по существу сделает тот же вывод о личной информации любого человека, независимо от того, включена ли личная информация этого человека во входные данные для анализа. [1]
    — DP обеспечивает математически доказуемую гарантию защиты конфиденциальности от широкого спектра атак на конфиденциальность ( включают разностную атаку, , атаки связывания, и атаки реконструкции) [2].
  • Что не гарантирует?
    DP не гарантирует, что кто-то считает, что его секреты останутся в секрете. Важно определить, какая информация является общей, а какая — частной, чтобы получить выгоду от зонтика DP и снизить вред. DP гарантирует защиту только частной информации (упомянутой выше). Так что, если секрет — это общая информация, она не будет защищена!

Чтобы понять это, давайте рассмотрим сценарий, когда вы, курильщик, решили принять участие в опросе.Затем анализ данных опроса показывает, что курение вызывает рак. Не повредит ли вам, как курильщику, анализ? Возможно — исходя из того, что вы курите, можно догадаться о вашем состоянии здоровья. Безусловно, после исследования он знает о вас больше, чем было известно ранее (это также причина того, что это «общая информация», а не «общедоступная информация»), но была ли утечка вашей информации? Дифференциальная конфиденциальность будет придерживаться точки зрения, что это не так, с обоснованием того, что воздействие на курильщика одинаково независимо от того, участвовал ли он в исследовании или нет.На курильщика влияют выводы, сделанные в ходе исследования, а не его присутствие или отсутствие в наборе данных. [2]

Как это работает?

Рассмотрим канонический пример, чтобы увидеть, как работает алгоритм DP, удовлетворяющий критерию DP: Представьте, что вы специалист по социальным данным, который хочет провести анализ данных опроса об очень табуированном поведении. Каждая запись в данных представляет собой ответ (истину) отдельных лиц, «да» или «нет», в опрошенной совокупности. В соответствии с политикой конфиденциальности владелец данных или куратор никогда не разрешает вам прямой доступ к данным.

Вы, эксперт по DP, предложили куратору алгоритм DP для удаления частной информации из данных, с помощью которой вы можете провести анализ данных. Таким образом, для каждой записи куратор будет применять такой алгоритм:

  • Подбросьте монету (смещение монеты — это вероятность того, что ее результат — орел, и она будет обозначена как p_head .).
  • Если орлы, вернуть ответ в записи.
  • Если выпала решка, то подбросьте вторую монету и верните «да», если выпадет решка, и «нет», если выпадет решка.

Рис. 3. Блок-схема алгоритма дифференциальной конфиденциальности.

Теперь каждый человек защищен «правдоподобным отрицанием», потому что человек правдоподобно отрицает ответ, случайно подбрасывая монету. Предположим, вы хотите вывести процент невиновных в популяции ( p_innocent ) из этих зашумленных данных. Это можно сделать с помощью следующих шагов:

  • Вычислить вероятность ответа «да» при условии, что человек не невиновен: P («да» | не невиновен) = p_head + ( 1 p_head ) * p_head.
  • Вычислить вероятность ответа «да» при условии, что человек невиновен: P («да» | innocent) = (1- p_head ) * p_head.
  • Вычислить p_innocent :
    p_innocent = (P («да») — P («да» | не невиновен)) / (P («да» | невиновен) -P («да» | не невиновен)) = 1- (P («да») — (1- p_head ) * p_head ) / p_head. (доказательство вычитанием)

Примечание. Вышеупомянутый результат представляет собой асимптотический результат, гарантированный законом больших чисел.

Рис. 4: Расчет на смоделированных данных опроса 20 000 человек. Монеты с низким смещением добавляют больше шума к данным. Следствием добавления шума является уменьшение потери конфиденциальности.

  • Что нам сообщает DP?
    Как вы можете видеть на рисунке 4, дисперсия p_innocent резко увеличивается и приближается к бесконечности, когда p_head приближается к 0, что приводит к быстрому снижению потери конфиденциальности. DP также дает нам такой же вывод. Таким образом, когда p_head равно 0, распределение возвращаемого результата идентично, независимо от того, является ли человек невиновным или нет (расстояние между двумя распределениями равно P («да» | не невиновно) -P («да» | невиновен ) = p_head , уклон).Если количество невиновных участвует в изменении данных, это не приводит к каким-либо изменениям информации в зашумленных возвращаемых данных. Это означает, что в зашумленных возвращаемых данных нет личной информации.

Причины дифференцированной конфиденциальности

DP обладает ценными свойствами [2], что делает его полноценной структурой для анализа конфиденциальной личной информации и защиты конфиденциальности:

  1. Количественная оценка потери конфиденциальности.
    Потеря конфиденциальности — это мера в любых механизмах и алгоритмах DP.Это позволяет сравнивать различные методы. Потеря конфиденциальности контролируема, что обеспечивает компромисс между ней и точностью общей информации.
  2. Состав.
    Количественная оценка потерь позволяет анализировать и контролировать совокупную потерю конфиденциальности в ходе нескольких вычислений. Понимание поведения дифференциально закрытых механизмов в рамках композиции позволяет проектировать и анализировать сложные дифференциально частные алгоритмы из более простых дифференциально частных строительных блоков.
  3. Конфиденциальность группы.
    DP позволяет анализировать и контролировать потерю конфиденциальности, понесенную группами, например семьями.
  4. Закрытие на стадии постобработки.
    DP невосприимчив к постобработке: аналитик данных без дополнительных знаний о частной базе данных не может вычислить функцию вывода дифференциально закрытого алгоритма и сделать его менее дифференциально закрытым.

Теперь мы готовы к математическому определению дифференциальной конфиденциальности.Давайте посмотрим на это:

Рандомизированный алгоритм K дает ε-дифференциальной конфиденциальности , если для всех наборов данных D и D ′, различающихся не более чем на одну строку, и любой S ⊆ Range (K),

В алгоритмах DP необходимо учитывать две величины:

  • Epsilon (ε): показатель потери конфиденциальности при дифференциальном изменении данных (добавление, удаление 1 записи). Чем меньше значение, тем лучше защита конфиденциальности.
  • Точность: близость вывода алгоритмов DP к чистому выводу.В части «Частное машинное обучение с PATE » я буду использовать точность классификации на тестовом наборе в качестве статистического показателя для оценки точности.

Примечание. Для механизмов, отличных от механизма Лапласа, есть еще одна величина, которая не упоминается, это дельта (δ) [2] .

Есть кое-что, что вам нужно наверстать:

  1. Уменьшение ε ведет к снижению точности.
    Если ваш алгоритм представляет собой 0-дифференциальную конфиденциальность, которая хорошо защищает конфиденциальность, тогда у него очень низкая точность, это было бы бесполезно.Потому что вы не получите ничего, кроме шума. Это также показано на рисунке 4. Вы можете проверить это здесь: https://georgianpartners.shinyapps.io/interactive_counting/.
  2. ε = 0 (и δ = 0 в общем случае) эквивалентно абсолютной конфиденциальности.
    Его можно вывести непосредственно из определения Differential Privacy . Вкратце, ε = 0 эквивалентно Pr [K (D)] = Pr [K (D ’)], приводит к тому, что алгоритм K не зависит от данных и, таким образом, отлично защищает конфиденциальность.

Рисунок 5: Доверительные интервалы средних значений ε = 0.03-дифференциальный механизм конфиденциальности дает более 1000 запросов. Обратите внимание, что уровень достоверности составляет 95%, и что «Within_one» означает, что оценка находится в интервале [2.5, 3.5]. Взять с https://georgianpartners.shinyapps.io/interactive_counting.

Осторожно!

Чем больше раз применяется алгоритм к данным, тем больше потеря конфиденциальности. Это похоже на игру «Я шпионю». , Ваша миссия — угадать объект, который видел шпион. С каждым ответом шпиона вы будете получать больше информации об объекте.Итак, после определенного количества запросов вы сможете узнать, что это за штука. Свойство композиции DP DP будет полезно для анализа конфиденциальной личной информации в этом сценарии. Читатели, которым интересно узнать об этом факте, могут прочитать о концепции «бюджета конфиденциальности» [1] в справочнике и

.

Общее представление о дифференциальной конфиденциальности | Риа Черуву

Достижение баланса между конфиденциальностью и полезностью

Ria Cheruvu Фото ev на Unsplash

В глазах специалиста по данным каждый момент вашей жизни — это точка данных. От марки вашей зубной пасты до количества раз, когда вы машете рукой, детали, которые мы часто принимаем как должное, являются решающими факторами, которые могут использоваться для вывода о нашем поведении и намерениях. Эти идеи, полученные многонациональными организациями, могут быть использованы для того, чтобы сделать аспекты нашей коллективной жизни более удобными и интересными за счет раскрытия или даже использования нашей частной информации.

Рассмотрите Target, второй по величине розничный торговец универмага в США, который решил внедрить, казалось бы, интуитивно понятный подход к адаптации покупательского опыта клиентов к их конкретным потребностям в 2012 году. ребенка, и, следовательно, рассылает этим клиентам рекламные объявления, связанные с материнством, на основе рассчитанной вероятности. Мы можем интерпретировать идею Target как двоякий подход: 1. Хранение или объединение данных для анализа тенденций беременных покупателей.2. Применение метода или алгоритма для сопоставления данных о новых клиентах с покупательскими моделями предыдущих клиентов, чтобы определить вероятность того, что человек ожидает ребенка. Инициатива Target стала центром многих дискуссий на стыке алгоритмов обеспечения конфиденциальности и машинного обучения, когда Target отправила девушке-подростку рекламные объявления, связанные с материнством (смешанные с рекламой из разных отделов), прежде чем ее семья узнала, что она ждет ребенка (Источник: Forbes статью «Как Target выяснил, что девочка-подросток была беременна раньше, чем ее отец»).Эти соображения конфиденциальности применимы не только к сбору и хранению данных в маркетинговых целях, но и к различным приложениям, от данных переписи до социальных сетей.

Следовательно, имеет смысл, что появление больших данных, машинного обучения и науки о данных требует пересмотра конфиденциальности.

Дифференциальная конфиденциальность считается одной из самых современных концепций, которые могут помочь нам в достижении этой цели, и уже используется Apple, Uber, Бюро переписи населения США и другими организациями.

В этом посте я расскажу, что такое дифференциальная конфиденциальность, почему она актуальна, как она реализована и как используется.

Основная предпосылка дифференциальной конфиденциальности (DP) заключается в том, чтобы убедиться, что субъект данных не подвергается влиянию (например, не причинен вред) его входом или участием в базе данных, при этом максимизируя точность полезности / данных (в отличие от случайных / пустых выходных данных) для запросы.

DP гарантирует, что:

  • Необработанные данные не будут просматриваться (и их не нужно изменять).
  • Сохранение конфиденциальности объекта будет важнее извлечения важной информации из данных.
  • Устойчивость к постобработке; постобработка вывода дифференциально закрытого алгоритма не повлияет на дифференциальную конфиденциальность алгоритма. Другими словами, аналитик данных, не обладающий дополнительными знаниями о базе данных, не может просто увеличить потерю конфиденциальности, подумав о выходе алгоритма DP ( Источник: «Алгоритмические основы дифференциальной конфиденциальности», ).

Исходя из изложенных гарантий, это означает, что если аналитик данных / злоумышленник полагался на базы данных, которые отличаются только одной записью данных, вероятность изменения конечного результата не будет зависеть от наличия / отсутствия / модификации этого ввод данных (результат может измениться максимум на множитель). Другими словами, аналитик или злоумышленник не может различать базы данных на основе вывода запроса при использовании DP.

Взято из сообщения в блоге Яна Гудфеллоу и Николаса Паперно «Конфиденциальность и машинное обучение: два неожиданных союзника».

Однако ущерб или выгода человека в связи с его / ее восприятием выводов, сделанных на основе данных, не защищены концепцией DP.Формальное (математическое) определение DP дано ниже:

Взято из Differential Privacy: Обзор результатов

Cynthia Dwork демонстрирует DP на простом примере в статье «Обещание дифференциальной конфиденциальности. Учебное пособие по алгоритмам» :

Данные собираются у отдельных лиц для исследования (Мэри, курильщица, является одной из участниц исследования). Исследование приводит к выводу, что курение имеет чрезвычайно высокую вероятность возникновения рака.Дифференциальная конфиденциальность гарантирует, что:

  • Специалисты по обработке данных или менеджеры баз данных, анализирующие тенденции, не могут напрямую получить доступ к необработанным данным.
  • Услуги, такие как страховые взносы Мэри, не изменятся в зависимости от ее участия в наборе данных.

Однако полезность заключительного анализа исследования («Курение может вызвать рак») в отношении вреда / пользы оставлена ​​на усмотрение Мэри; Мэри может выбрать: «Основываясь на выводах этого исследования, я могу бросить курить, чтобы предотвратить потенциальный рак», что прямо противоположно этому утверждению, или что-то еще.

«Данные — это проблема загрязнения в век информации, а защита конфиденциальности — это экологическая проблема». — Брюс Шнайер

Обеспечение конфиденциальности имеет решающее значение для множества приложений, включая поддержание целостности конфиденциальной информации, устранение возможности для злоумышленников отслеживать пользователей на основе информации, позволяющей установить личность (PII) и т. Д. DP привлекает множество приложений потому что это гарантирует следующие «потребности» конфиденциальности:

DP исключает любые потенциальные методы, которые может понадобиться аналитику данных для того, чтобы отличить конкретного человека от других участников или связать конкретное поведение с ранее идентифицированным человеком, чтобы соответствующим образом адаптировать контент / услуги; следовательно, DP следит за тем, чтобы риск конфиденциальности, связанный с участием в исследовании, существенно не увеличился ( «Differential Privacy» Cynthia Dwork ) .

Это связано с тем, что к необработанным данным нельзя получить прямой доступ, а использование результатов, уникальных для конкретного человека, для целенаправленного нацеливания на него или влияния на него, нарушает правило, согласно которому присутствие человека в наборе данных не должно влиять на его шансы на получение услуги. , Кроме того, вам не нужно быть специалистом по конфиденциальности или DP (т.е. иметь глубокое понимание внутренней механики DP), чтобы использовать DP, и, как упоминалось выше, DP устойчив к постобработке. DP также распространяется на групповую конфиденциальность, хотя увеличение размера группы ослабит границы DP ( «Differential Privacy: A Survey of Results», Синтия Дворк).

Теперь мы видим, что приведенный выше пример предсказания Target материнства на основании покупательского поведения может быть нарушением концепции дифференциальной конфиденциальности. В случае предсказания беременности девочки-подростка (как описано здесь) Target якобы коррелировал покупательские тенденции этого человека с другими моделями поведения других клиентов, ожидающих ребенка, и начал адаптировать рекламные объявления для нее, основываясь на ее участии в наборе данных. Если бы ее удалили из набора данных, Target не отправила бы ей рекламные объявления, связанные с материнством, что противоречит концепции дифференциальной конфиденциальности.

В стороне, важно отметить, что думать об этических сценариях, подобных этим, не так просто . Цель продаж — мотивировать покупателя купить товар, убедив покупателя в том, что он ему нужен. Предоставляя таргетированную рекламу лицам, которые купили товары, похожие на другие, которые ожидали, Target, возможно, нарушила дифференцированную конфиденциальность, используя данные, собранные от / организацией, чтобы помочь клиентам узнать о потенциальных преимуществах, которые компания может предложить, и адаптировать опыт покупок к их личным потребностям.

Кроме того, есть контраргументы к указанной мною позиции. Один аргумент подчеркивает, что если бы Target действительно использовал алгоритм, он не был бы полностью точным (ни один алгоритм не был бы полностью точным) и, таким образом, допустил бы много ошибок (то есть ложных срабатываний). Другая точка зрения (изложенная в статье Financial Times «Большие данные: мы совершаем большую ошибку?») Утверждает, что все в списке рассылки Target получают рекламные объявления, связанные с материнством и другие типы рекламы. не только клиенты, которые ожидают.

Хотя DP не является сам по себе алгоритмом, полезно рассматривать приложение DP как часть программного обеспечения, которое находится между аналитиком данных и базой данных, чтобы понять, как это работает:

Взято из Microsoft «Дифференциальная конфиденциальность для всех» ”, Стр. 4

Запросы — это входные данные, переданные пользователем в DP Guard; пример запроса может быть «Подсчитать количество строк в базе данных». Существует множество вариантов дифференциальной конфиденциальности — в этом разделе рассматривается ε-дифференциальная конфиденциальность, которая отличается от (ε, δ) -дифференциальной конфиденциальности и других (более слабых) версий DP (см. «Наши данные, мы сами: конфиденциальность посредством генерации распределенного шума»). », Если вы хотите изучить другие версии DP).

Одной из основных целей DP является баланс между потерей конфиденциальности (измеряется ε, для которого необходимо выбрать значение, например 0,01) и максимизацией полезности (которая может быть измерена с помощью многих параметров, таких как как точность данных). Значение ε = 0 приводит к полной конфиденциальности, но к отсутствию полезности, тогда как более высокие значения ε приводят к отсутствию конфиденциальности, но хорошей полезности. (Взято из «Обещание дифференциальной конфиденциальности: Учебное пособие по алгоритмам» ).k ; выход DP Guard или конечный результат называется ответом.

Давайте немного разберемся.

Шум добавляется через распределение Лапласа (представленное как Lap в приведенном выше уравнении), которое аналогично нормальному распределению / кривой колокола — и нормальное распределение, и распределение Лапласа являются типами распределений вероятностей, которые являются одномодельными ( имеют один пик) и симметричны (левая и правая части распределений одинаково сбалансированы). Однако основное отличие состоит в том, что распределение Лапласа имеет более острый пик, как объясняется в статье Statistics How To.

Изображение распределения Лапласа из сообщения в блоге Фрэнка МакШерри «Дифференциальная конфиденциальность для чайников».

Стоит отметить, что вместо распределения Лапласа можно использовать и другие механизмы. Например, хотя лапласовский механизм работает для любой функции с действительным числом на выходе, экспоненциальный механизм можно использовать в противоположном случае (функции без действительного числа на выходе) и в ситуациях, когда добавление шума нецелесообразно; экспоненциальный механизм функционирует аналогично для данного набора данных, производит результат / объект с помощью функции полезности, которая измеряет качество вывода (Источник: Взято из «Дифференциальная конфиденциальность: обзор результатов» и «Дифференциальная конфиденциальность в The Wild A Tutorial on Current Practices and Open Challenges »).

При использовании DP нам необходимо рассчитать чувствительность запроса (чувствительность представлена ​​как Δf, запрос представлен как функция f )

Взято из Differential Privacy: A Survey of Results

Чувствительность запроса помогает нам понять, насколько данные человека влияют на вычисления и, следовательно, на количество шума, который необходимо добавить. Чувствительность f обычно мала, и, следовательно, в большинстве сценариев алгоритм DP не должен добавлять много шума; высокая чувствительность при фиксированном значении ε (потеря конфиденциальности) служит предупреждением о том, что необходимо добавить больше шума для маскировки данных (Источник: «Строительные блоки конфиденциальности: дифференциально частные механизмы» Грэма Кормода).

Важно отметить, что гарантия конфиденциальности DP ослабевает по мере увеличения количества вопросов. Это подводит нас к формальным определениям последовательной и параллельной композиции:

«Последовательная композиция: Если вы выполняете два (или более) дифференциально частных вычисления, они вместе обеспечивают дифференциальную конфиденциальность с параметром, ограниченным суммой параметров, которые вы used » ( « Differential Privacy: Illustrated Primer » ).

Исходя из определения последовательной композиции, если бы у вас было два дифференциально частных вычисления, это означает, что результат будет ε1 + ε2 дифференциально частным (взято из «Строительные блоки конфиденциальности: дифференциально частные механизмы» Грэма Кормода). Параллельная композиция включает «освобождение каждой ячейки с ε-дифференциальной конфиденциальностью» вместо суммы, предлагаемой последовательной компоновкой (как указано в «Строительных блоках конфиденциальности: дифференциально частные механизмы» Грэма Кормода).Как указано в « Дифференциальная конфиденциальность: обзор результатов , , », дифференциальная конфиденциальность может быть обеспечена для любой последовательности запросов, запустив дифференциально частный алгоритм

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *