«Честный полный привод» — не вполне четкий, но убедительный термин, священная мантра интернет-гуру. Однако сегодня подавляющее большинство производителей делает ставку на электронику и многодисковые муфты, автоматически подключающие задний мост…
Хорошо иметь на случай штурма снежного заноса машину с колесной формулой 4х4, а в остальное время - экономичный монопривод. И при трогании с места на мокром асфальте полезно быть во всеоружии. Но уже через мгновение, когда скорость набрана, лишняя ведущая ось - только перерасход горючего.
Это стопроцентный формат кроссовера, и для того чтобы стали возможными быстрые или кратковременные включения второй пары ведущих колес, появились разнообразные многодисковые муфты их подключения.
ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА И ТОПЛИВА
Недорогая и компактная многодисковая муфта, не вызывающая дополнительных вибраций и крайне отзывчивая, вытеснила сегодня на 90% полноприводных машин все другие виды трансмиссии, сведя формулу нынешней постройки массового кроссовера к единому принципу: поперечно расположенный впереди мотор постоянно приводит передние колеса, а задние подключаются муфтой по потребности.
Полный привод, реализованный таким образом, намного проще настоящих внедорожных конструкций. Раздаточной коробки нет, возле переднего дифференциала остаются лишь дополнительная пара шестерен отбора мощности да выходной вал. Еще один плюс: благодаря малому весу и размерам стало возможным разгрузить от тяжести муфты и без того тяжелую переднюю часть автомобиля. Многодисковая муфта поселилась прямо на заднем редукторе.
РАЗНЫЕ
Но муфта муфте рознь. При одинаковом принципе подключения второго моста конструкции могут иметь значительные различия.
Изначально решено было каким-то образом заставить срабатывать муфту от проскальзывания передней половинки, связанной с мотором и передними колесами, относительно задней, соединенной с задними колесами. Забуксовал перед, пошла разница оборотов половинок, муфта заблокировалась, подключился зад. Логично?
Самые первые муфты применял Volkswagen Golf в своей трансмиссии Syncro. Пакет фрикционов в них не сжимался, а был залит силиконовой жидкостью, которая густела при больших нагрузках и сама передавала вращение. Управлять такой виско-муфтой было невозможно, характеристика ее работы оставляла желать лучшего, и 100% крутящего момента на задние колеса она передать не могла. К тому же при буксовании в грязи силикон вскипал, муфта быстро перегревалась и… сгорала.
Другая конструкция попала на ранние Ford Escape. Там диски муфты уже сжимались, но происходило это чисто механически, при помощи шариков и клиновидных прорезей, в момент проворачивания передней части относительно задней. Муфта работала четче, но резче, вызывая неожиданные удары в самой ответственной фазе скользкого поворота.
Представьте себе, что в вираже ваш автомобиль внезапно из переднеприводного превратится в «классику», а под сброс газа муфта также внезапно отключится. Последствия могут быть фатальными.
Эта проблема и дальше довольно долго преследовала производителей муфт. Чтобы адекватнее регулировать поток мощности к задним колесам, а заодно и оберегать диски муфты от перегрева, предприняли попытку использовать гидравлику.
ПРИШЕСТВИЕ HALDEX
Последней версией неуправляемой муфты стала первая генерация Haldex 1998 года. Здесь диски сжимал гидроцилиндр, давление масла для которого вырабатывал насос. Насос смонтировали на одной половинке муфты, а привод на него шел от другой. То есть теперь при разнице оборотов передних и задних колес нарастало давление сжатия и муфта блокировалась. Haldex работал мягко и оказался успешным.
Выигрышей получили сразу два: масло, теперь циркулирующее и через гидронасос, лучше охлаждалось, а гидропривод четче и, главное, быстрее срабатывал. Но все же оставалась неиспользуемой часть функционала привода - упреждение подключения заднего моста в самом начале развития опасной ситуации, частичное блокирование муфты для прохождения поворотов. С этим могла и должна была справиться электроника.
Так в 2004 году появилось второе поколение Haldex все с теми же дисками и насосом, но с электронным клапаном, а в «мозги» системы стабилизации машины внедрили отдел, заведующий полным приводом.
Компактный. Весь набор элементов муфты Haldex собран в плотный блок и по габаритам лишь немного больше стандартного дифференциала
Система стала управляемой, и передаваемый назад крутящий момент перестал напрямую зависеть от разницы скоростей передних и задних колес.
ПРЕДУПРЕЖДЕН - ЗНАЧИТ ВООРУЖЕН
Все бы хорошо, но оставались «незатронутыми» ситуации, при которых хорошо бы получить состоявшийся полный привод еще до пробуксовки передних колес. Иными словами, насос, работающий от разницы оборотов половинок муфты, больше не устраивал инженеров-трансмиссионщиков. Ведь его спасительное давление в некоторых режимах движения просто отсутствовало.
Решение оказалось простым и в общих чертах применяется до сего дня в большинстве реализованных посредством муфты приводов.
Очередное — четвертое — поколение Haldex получило прикрепленный снаружи электронасос и уже знакомые нам клапаны регулировки перед гидроцилиндрами. Теперь в любое время муфта могла быть полностью или частично замкнута лишь по сигналу электроники.
Такой принцип дал массу положительных эффектов. Появились режимы старта с места, при которых муфта на короткий период разгона полностью блокируется. Добавились режимы существенной блокировки в поворотах, когда хорошее сцепление на сухом асфальте позволяет на всю катушку использовать полный привод.
Как ни удивительно, возросли вездеходные качества. Ведь теперь стало возможно простым нажатием кнопки переключать алгоритм работы муфты с «асфальтового» на «внедорожный» или доверить это дело автоматике.
Узнаете три основных режима работы трансмиссии вашего кроссовера? Безусловно, у вас именно такая муфта в приводе задних колес!
Только миг. Две составляющие быстродействия системы - электронный мозг и сверхбыстрый электроклапан, время открытия которого менее 0.1 с
ДАЛЬШЕ - БОЛЬШЕ
Электронное управление муфты стало удобно совместить и с системой стабилизации, и с программой собственной безопасности фрикционов. Небольшой термодатчик внутри муфты отныне следил за рабочей температурой и отключал привод, если перегрев фрикционов был близок. Конечно, ставший минут на десять недоприводным автомобиль может вывести из равновесия, но это несравнимо лучше дыма из-под днища и поломки трансмиссии.
Кроме того, чем больше кроссоверов с электронно-управляемыми муфтами оказывалось в руках владельцев, тем шире и точнее становились программы систем полного привода. Сегодня лучшие из них уже не боятся перегрева не только в рыхлом снегу, но и при откровенном грязевом буксовании. А еще и химики с материаловедами не сидели сложа руки. Новые материалы дисков и накладок позволили вдвое поднять температуру аварийного отключения, а также повысить передаваемый фрикционами момент до величин заведомо больших, чем может выдать мотор.
Современные материалы фрикционов, высококачественные масла и продвинутые программы управления замыканием дисков дают возможность даже держать муфту частично подключенной, не боясь ее перегрева. Автомобиль при этом получает распределение крутящего момента по осям в пропорции 10:90, а то и 40:60, что для брендов, тяготеющих к заднеприводной компоновке, позволяет сочетать классические повадки на дороге с легкой полноприводностью, порой почти незаметной. И даже непрерывно варьировать степень подключения, улучшая управляемость машины и помогая системе стабилизации делать свое дело.
Учитывая гибкость алгоритмов работы и высокую степень доведенности конструкции многодисковых муфт, на сегодняшний день это самый массовый вариант организации полного привода и вряд ли в обозримом будущем нас здесь ждет что-то принципиально новое.
Конструкция трансмиссии полноприводного автомобиля предусматривает возможность передачи крутящего момента на все четыре колеса. Различные схемы позволяют реализовать весь заложенный потенциал мощности, управляемости и активной безопасности автомобиля в зависимости от его назначения. Полноприводная трансмиссия может обозначаться аббревиатурой 4х4, 4wd или AWD.
Преимущества полного привода
Преимущества автомобиля, оснащенного полноприводной трансмиссией, легко понять исходя из недостатков моноприводного автомобиля, у которого привод осуществляется лишь на одну ось (переднюю или заднюю), т.е ведущие колеса либо передние, либо задние.
Полноприводный автомобиль на бездорожье
Применение свободных на основной массе бюджетных авто в сложных дорожных условиях делает ведущим фактически одно колесо, обладающее худшим сцеплением с поверхностью дороги. Это особенность работы дифференциала. И даже если у обоих колес достаточное сцепление с дорогой, чрезмерная подача мощности часто приводит к их пробуксовке, потере управления или застреванию автомобиля. Это минусы монопривода, которые особенно видны на скользком дорожном покрытии и бездорожье. В целях устранения указанных недостатков производители используют самоблокирующиеся межколесные дифференциалы.
Однако оптимальное решение — сделать ведущими все колеса, усовершенствовав и дополнив конструкцию трансмиссии необходимыми компонентами. Полный привод обеспечивает автомобилю следующие преимущества:
- повышенная проходимость;
- улучшенное сцепление с дорогой при старте на скользком покрытии;
- курсовая устойчивость и предсказуемое поведение на скользкой дороге.
Элементы полноприводной трансмиссии
Полноприводная трансмиссия Полноприводная трансмиссия автомобиля состоит из следующих основных элементов:
- механическая или автоматическая коробка передач;
- раздаточная коробка или многодисковая муфта;
- межосевой дифференциал;
- карданная передача;
- задний и передний дифференциалы;
- элементы управления.
Виды полного привода
Постоянный полный привод
Постоянный полный привод 4х4 – вид привода, при котором крутящий момент распределяется от двигателя одновременно на все колеса. Такой привод может использоваться на разных классах автомобилей с продольной или поперечной схемой расположения двигателя. Для оптимального распределения крутящего момента современные системы полного привода снабжены самоблокирующимися дифференциалами с возможностью распределения мощности по осям в разных соотношениях.
Элементы постоянного полного привода системы Quattro Электроника координирует работу системы, получая сигналы от датчиков скорости вращения колес, и моментально изменяет соотношение мощности в зависимости от дорожных условий и характера движения. Данный тип полного привода является наиболее прогрессивной системой, обеспечивающей лучшую активную безопасность и динамику вождения.
Недостатки: повышенный расход топлива и постоянная нагрузка на элементы трансмиссии.
Фирменный постоянный полный привод на все колеса используют в своих автомобилях такие производители, как Audi (), BMW (), Mercedes () и другие.
Принудительно подключаемый
Для автомобилей повышенной проходимости оптимальный способ реализации полного привода – принудительно подключаемый. Он устроен по стандартной схеме, отсутствует лишь центральный дифференциал. Ведущая ось — задняя, подключаемая — передняя. Крутящий момент на переднюю ось передается посредством раздаточной коробки, которая управляется вручную.
Схема и элементы подключаемого полного привода Водитель самостоятельно включает привод всех колес посредством рычагов или кнопок управления перед преодолением сложного участка или, например, бездорожья. Включение раздаточной коробки обеспечивает жесткую связь между осями и распределение крутящего момента в равном соотношении. На приборной панели загорается индикатор полного привода. Часто в конструкции дополнительно предусмотрена возможность жесткой блокировки межколесных дифференциалов, а также использование повышенной и пониженной передач.
При включенном полном приводе элементы трансмиссии испытывают сильные нагрузки, управляемость автомобиля значительно ухудшается. В нормальных условиях движения отключается, и индикатор полного привода гаснет, движение продолжается с задней ведущей осью. Трансмиссия освобождается, что обеспечивает продление ее ресурса и снижение расхода топлива. Принудительно подключаемый полный привод применяется, в основном, на внедорожниках. Например, на Toyota Land Cruiser и Land Rover Defender.
Автоматически подключаемый
Схема автоматически подключаемого полного приводаСхема автоматически подключаемого полного привода разработана с учетом возможности моментального подключения второй оси к ведущей. Основной привод — задний или передний. При фиксации разности вращения колес фрикционная муфта межосевого дифференциала замыкается по команде электроники, и мощность начинает передаваться на все колеса. Ряд моделей предусматривает отключаемый режим 4х4, и автомобиль становится моноприводным. Автоматически подключаемая система полного привода 4Motion применяется на моделях автоконцерна Volkswagen.
Применение различных систем полного привода
В зависимости от класса и назначения автомобилей применяются различные виды полного привода, наиболее подходящие по своим рабочим и эксплуатационным характеристикам.
Для автомобилей премиум-класса, где, в первую очередь, имеют значение комфорт, управляемость и безопасность, оптимальный вариант — постоянный полный привод под контролем управляющей электроники. Внедорожники класса «люкс» комбинируют постоянный полный привод и принудительно подключаемый полный привод с возможностью жесткой блокировки дифференциалов. Работу системы полного привода контролирует и регулирует электроника. В случае необходимости водитель включает жесткую блокировку, если, например, нужно выехать из грязи.
Удивительно, но факт - очень многие автовладельцы совершенно не разбираются в типах полноприводных трансмиссий. А ситуацию усугубляют автомобильные журналисты, которые сами с трудом разбираются в типах приводов и том, как они работают.
Самое серьезное заблуждение заключается в том, что многие до сих пор считают, что правильный полный привод должен быть обязательно постоянным, и категорически отвергают системы автоматически подключаемого полного привода. При этом автоматически подключаемый полный привод бывает двух типов, разделяемый по характеру работы: реактивные системы (включающиеся по факту пробуксовки ведущей оси) и превентивные (в которых передача момента на обе оси активируется по сигналу от педали газа).
Я расскажу про основные варианты полноприводных трансмиссий и покажу, что за электронно-управляемыми полноприводными трансмиссиями будущее.
Все примерно представляют как устроена трансмиссия автомобиля. Она предназначена для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колёса. В трансмиссию входит сцепление, коробка передач, главная передача, дифференциал и приводные валы (кардан и полуоси). Важнейшим устройством в трансмиссии является дифференциал. Он распределяет подводимый к нему крутящий момент между приводными валами (полуосями) ведущих колёс и позволяет им вращаться с разной скоростью.
Для чего это нужно? При движении, в частности при поворотах, каждое колесо автомобиля движется по индивидуальной траектории. Следовательно все колёса автомобиля в поворотах вращаются с разной скоростью и проходят разные расстояния. Отсутствие дифференциала и жёсткая связь между колёсами одной оси приведёт к повышенной нагрузке на трансмиссию, неспособности автомобиля поворачивать, не говоря о таких мелочах, как износ шин.
Следовательно, для эксплуатации на дорогах с твёрдым покрытием любой автомобиль должен быть оснащен одним или несколькими дифференциалами. Для автомобиля с приводом на одну ось устанавливается один межколёсный дифференциал. А в случае полноприводного автомобиля необходимо уже три дифференциала. По одному на каждой оси, и одного центрального, межосевого дифференциала.
Чтобы подробнее понять принцип работы дифференциала, крайне рекомендую к просмотру документальное короткометражное кино Around the Corner снятое в 1937 году. За 70 лет в мире не смогли сделать более простое и понятное видео про работу дифференциала. Даже не обязательно знать английский язык.
Главный недостаток, а скорее особенность, работы свободного дифференциала известна всем - если на одном из ведущих колёс автомобиля будет отсутствовать сцепление (например, на льду или вывешенное на подьемнике), то автомобиль даже не сдвинется с места. Это колесо будет свободно вращаться с удвоенной скоростью, в то время как другое останется неподвижным. Таким образом, любой моноприводный автомобиль можно обездвижить если одно колёс ведущей оси потеряет сцепление с дорогой.
Если же взять полноприводный автомобиль с тремя обычными (свободными) дифференциалами, то его потенциальная способность передвигаться в пространстве может быть ограничена даже если ЛЮБОЕ из четырёх колёс потеряет сцепление с дорогой. То есть, если полноприводный автомобиль с тремя свободными дифференциалами поставить всего одним колесом на ролики/лёд/вывесить в воздухе - он не сможет сдвинуться с места.
Как сделать так, чтобы автомобиль смог передвигаться в этом случае? Очень просто - необходимо заблокировать один или несколько дифференциалов. Но мы помним, что жёсткая блокировка дифференциала (а по сути такой режим приравнивается к его отсутствию) неприменима к эксплуатации автомобиля на дорогах с твёрдым покрытием ввиду повышенных нагрузок на трансмиссию и неспособности поворачивать.
Поэтому при эксплуатации на дорогах с твёрдым покрытием необходима изменяемая степень блокировки дифференциала (речь сейчас в одновном про межосевой дифференциал) в зависимости от условий движения. А вот на бездорожье можно передвигаться хоть с полностью заблокированными всеми тремя дифференциалами.
Итак, в мире существует три основных типа решения полного привода:
Классическая полноприводная трансмиссия (в терминологии автопроизводителей обозначается как full-time) имеет три полноценных дифференциала, поэтому такой автомобиль в любых режимах движения имеет привод на все 4 колеса. Но как я уже писал выше, если хоть одно из колёс потеряет сцепление с дорогой - автомобиль потеряет способность передвигаться. Следовательно такому автомобилю обязательно нужна блокировка дифференциала (полная или частичная). Самое популярное решение, практикуемое на классических внедорожниках - механическая жесткая блокировка межосевого дифференциала с распределением момента по осям в пропорции 50:50. Это позволяет существенно повысить проходимость автомобиля, но с жестко заблокированным межосевым дифференциалом нельзя ездить по дорогам с твёрдым покрытием. Опционально внедорожные автомобили могут иметь дополнительную блокировку заднего межколёсного дифференциала.
В трансмиссии Full-time присутствует три дифференциала A,B и С. А в part-time межосевой дифференциал A отсутствует и его заменяет механизм жесткого подключения второй оси вручную.
Одновременно с этим появилось отдельное направление механически подключаемого полного привода (Part-time). У такой схемы полностью отсутствует межосевой дифференциал, а на его месте находится механизм подключения второй оси. Такая трансмиссия обычно применяется на недорогих внедорожниках и пикапах. В результате, на дорогах с твёрдым покрытием такой автомобиль может эксплуатироваться только с приводом на одну ось (обычно заднюю). А для преодоления сложных участков на бездорожье водитель вручную включает полный привод путём жесткой блокировки передней и задней оси между собой. В результате момент передаётся на обе оси, но не стоит забывать о том, что на каждой из осей продолжает оставаться свободный дифференциал. Это значит, что при диагональном вывешивании колёс, автомобиль никуда не поедет. Решить эту проблему можно только с помощью блокировки одного из межколёсных дифференциалов (в первую очередь заднего), поэтому некоторые модели внедорожников имеют самоблокирующийся дифференциал на задней оси.
И самое универсальное и популярное в настоящее время решение - автоматически подключаемый полный привод (A-AWD - Automatic all-wheel drive, часто обозначаемый просто как AWD). Конструктивно такая трансмиссия очень похожа на подключаемый полный привод (part-time), у которой отсутствует межосевой дифференциал, а для подключения второй оси используется гидравлическая или электромагнитная муфта. Степень блокировки муфты обычно управляется электроникой и существует два механизма работы: превентивный и реактивный. О них чуть ниже в подробностях.
В трансмиссии межосевой дифференциал отсутствует, из коробки передач выходит два вала, один на переднюю ось (со своим дифференциалом), другой - на заднюю, к муфте.
Важно понимать, что для максимально эффективной полноприводной трансмиссии (независимо от того, full-time это или a-awd) требуется наличие переменной блокировки межосевого дифференциала (муфты) в зависимости от дорожных условий (про межколёсные дифференциалы отдельный разговор, не в рамках этой статьи). Для этого существует несколько способов. Самые популярные из них: вязкостная муфта, шестерёнчатый самоблокирующийся дифференциал, электронное управление блокировкой.
1. Вязкостная муфта (дифференциал с такой муфтой называется VLSD - Viscous Limited-slip differential) самый простой, но при этом малоэффективный способ блокировки. Это простейшее механическое устройство, которое передаёт вращающий момент посредством вязкой жидкости. В случае, когда скорость вращения входящего и выходящего вала муфты начинает различаться, вязкость жидкости внутри муфты начинает увеличиваться вплоть до полного затвердевания. Таким образом происходит блокировка муфты и распределение крутящего момента поровну между осями. Недостатком вязкостной муфты является слишком большая инерционность в работе, это не критично на дорогах с твёрдым покрытием, но практически исключает возможность её применения для эксплуатации на бездорожье. Также существенным недостатком является ограниченный срок службы, и как следствие к пробегу в 100 тысяч километров вязкостная муфта обычео перестаёт выполнять свои функции и межосевой дифференциал становится постоянно свободным.
Вязкостные муфты в настоящее время иногда применяют для блокировки заднего межколёсного дифференциала на внедорожниках, а также в качестве блокировки межосевого дифференциала на автомобилях Subaru с механической коробкой передач. Раньше были случаи применения вязкостной муфты для подключения второй оси в системах с автоматически подключаемым полным приводом (автомобили Toyota), но от них отказались ввиду крайне низкой эффективности.
2. К шестерёнчатым самоблокирующимся дифференциалам относится известный дифференциал Torsen. Его принцип основан на свойстве червячной или косозубой передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов на осях. Это дорогостоящий и технически сложный механический дифференциал. Применяется на очень большом количестве полноприводных автомобилей (практически все модели Audi с полным приводом) и не имеет ограничений по использованию на дорогах с твердым покрытием или на бездорожье. Из недостатков следует иметь ввиду, что при полном отсутствии сопротивления вращению на одной из осей - дифференциал остаётся в разблокированном состоянии и автомобиль не в состоянии сдвинуться с места. Именно поэтому автомобили с дифференциалом Torsen имеют серьезную «уязвимость» - при полном отсутствии сцепления на ОБОИХ колёсах одной оси автомобиль не в состоянии сдвинуться с места. Именно этот эффект можно увидеть в этом видео . Поэтому, на новых моделях Audi в настоящее время применяется дифференциал на коронных шестернях с дополнительным пакетом фрикционов.
3. К электронному управлению блокировкой относятся как простые способы притормаживания буксующих колёс с помощью штатной тормозной системы, так и сложные электронные устройства управляющие степенью блокировки дифференциала в зависимости от дорожной обстановки. Их преимущество заключается в том, что вязкостная муфта и самоблокирующийся дифференциал Torsen являются полностью механическими устройствами, без возможности вмешательства электроники в их работу. А именно электроника способна моментально определять на каком из колёс автомобиля требуется крутящий момент и в каком количестве. Для этих целей используется комплекс электронных датчиков - датчики вращения на каждом колесе, датчик положения руля и педали газа, а также акселерометр, фиксующий продольные и поперечные ускорения автомобиля.
При этом хочу заметить, что система имитации блокировки дифференциала на основе штатной тормозной системы зачастую оказывается не настолько эффективной, чем непосредственная блокировка дифференциала. Обычно имитация блокировки с помощью тормозной системы применяется вместо межколёсной блокировки и в настоящее время применяется даже на автомобилях с приводом на одну ось. Примером электронно-управляемой блокировки межосевого дифференциала может быть полноприводная трансмиссия VTD, применяемая на автомобилях Subaru с пятиступенчатой автоматической коробкой передач, или же система DCCD, применяемая на Subaru Impreza WRX STI, а также Mitsubishi Lancer Evolition с активным центральным дифференциалом ACD. Это самые совершенные полноприводные трансмиссии в мире!
Теперь перейдём к главному предмету обсуждения - трансмиссии с автоматически подключаемым полным приводом (a-awd) . Технически наиболее простой и недорогой способ реализации полного привода. В том числе его преимущество заключается в возможности использования поперечной компоновки двигателя в моторном отсеке, но существуют варианты его применения и при продольном расположении двигателя (например, BMW xDrive). В такой трансмиссии одна из осей является ведущей и на неё в обычных условиях обычно приходится большая часть крутящего момента. Для автомобилей с поперечным расположением двигателя это передняя ось, с продольным - соответственно задняя.
Главный недостаток такого типа трансмиссии заключается в том, что колёса на подключаемой оси физически не могут вращаться быстрее, чем колёса «основной» оси. То есть для автомобилей, где муфта подключает заднюю ось пропорция распределения момента по осям колеблется в диапазоне от 0:100 (в пользу передней оси) до 50:50. В случае, когда «основная» ось задняя (например, система xDrive), часто номинальное соотношение момента по осям устанавливают с небольшим смещением в пользу задней оси, для улучшения поворачиваемости автомобиля (например, 40:60).
Всего существует два механизма работы автоматически подключаемого полного привода: реактивный и превентивный.
1. Реактивный алгоритм работы подразумевает блокировку муфты, отвечающей за передачу момента на вторую ось, по факту пробуксовки колёс на ведущей оси. Это усугублялось огромными задержками в подключении второй оси (в частности по этой причине не прижились вязкостные муфты в таком типе трансмиссии) и приводило к неоднозначному поведению автомобиля на дороге. Такая схема стала массово применятся на изначально переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя.
В поворотах работа реактивной муфты выглядит так: В нормальных условиях практически весь крутящий момент передаётся на переднюю ось, и автомобиль по сути является переднеприводным. Как только наступает разность вращения колёс на передней и задней оси (например, в случае сноса передней оси) межосевая муфта блокируется. Это приводит к внезапному появлению тяги на задней оси и недостаточная поворачиваемость сменяется избыточной. В результате подключения задней оси происходит стабилизация скоростей вращения передней и задней оси (муфта же заблокировалась) - муфта снова разблокируется и автомобиль сновится переднеприводным!
На бездорожье ситуация лучше не становится, по сути это обыкновенный переднеприводный автомобиль, на котором момент включения задней оси определяется пробуксовкой передних колёс. Именно по этой причине многие кроссоверы с таким типом привода на бездорожье совершенно не способны двигаться задним ходом. И на такой трансмиссии особенно хорошо ощущается момент подключения задней оси. При этом на дорогах с твёрдым покрытием автомобиль всегда остаётся переднеприводным.
В настоящее время такой алгоритм работы автоматически подключаемого полного привода используется редко, в частности это кроссоверы Hyundai/Kia (кроме новой системы DynaMax AWD), а также автомобили Honda (система Dual Pump 4WD). На практике такой полный привод совершенно бесполезен.
2. Муфта с превентивной блокировкой работает иначе. Её блокировка происходит не по факту пробуксовки колёс на «основной» оси, а заранее, в тот момент когда требуется тяга на всех колёсах (скорость вращения колёс вторична). То есть блокировка муфты происходит в тот момент, когда вы нажимаете на газ. Также учитываются такие вещи, как угол поворота руля (при сильно вывернутых колёсах степень блокировки муфты снижается, чтобы не нагружать трансмиссию).
Запомните, для подключения задней оси не требуется пробуксовка передней! Блокировка муфты автоматически подключаемого полного привода в первую очередь определяется положением педали газа. В обычных условиях на заднюю ось передаётся около 5-10% крутящего момента, но как только вы нажимаете на газ - муфта блокируется (вплоть до полной блокировки).
Серьезная ошибка, которую уже не первый год допускают автомобильные журналисты - нельзя путать алгоритмы работы автоматически подключаемого полного привода. Система автоматически подключаемого полного привода с превентивной блокировкой постоянно передаёт момент на все 4 колеса! Для неё не существует такого понятия, как «внезапное подключение задней оси».
К муфтам с превентивной блокировкой относятся Haldex 4 (моя отдельная статья по теме ) и 5 поколения, муфты Nissan/Renault, Subaru, система BMW xDrive, Mercedes-Benz 4Matic (для поперечно установленных двигателей) и многие другие. У каждой марки свои алгоритмы работы и особенности управления, это следует иметь ввиду при сравнительном анализе.
Так выглядит муфта подключения передней оси в системе BMW xDrive
Также следует особое внимание обращать на навыки управления автомобилем. Если водитель не знаком с принципами управления автомобилем на дороге и в частности с тем, как нужно проходить повороты (я об этом совсем недавно), то с очень большой вероятностью он не сможет поставить автомобиль с системой автоматически подключаемого привода боком, в то время как у него это элементарно получится сделать на полноприводном автомобиле с тремя дифференциалами (отсюда ошибочные заключения, что только Subaru может ехать боком). Ну и конечно не стоит забывать, что количество тяги на осях регулируется педалью газа и углом поворота руля (в том числе, как я уже писал выше - при сильно вывернутых колёсах муфта полностью не заблокируется).
Схема работы муфты Haldex 5 поколения, полностью управляемая электроникой (напомню, Haldex 1,2 и 3 поколений имел в конструкции дифференциальный насос, который приводился в действие разницей во вращении входящего и выходящего вала). Сравните с безумно сложной конструкцией муфты Haldex 1 поколения.
Кроме этого, практически всегда такие системы дополнены электронной имитацией блокировки межколёсных дифференциалов с помощью тормозной системы. Но следует иметь ввиду, что она тоже имеет свои особенности работы. В частности она работает только в определённом диапазоне оборотов. На низких оборотах она не включается, чтобы не «задушить» двигатель, а на высоких - чтобы не сжечь колодки. Поэтому нет смысла загонять тахометр в красную зону и надеяться на помощь электроники, когда автомобиль застрял. Про применении на бездорожье системы с гидравлической муфтой имеют более высокую стойкость к перегреву, чем фрикционные электромагнитные муфты. В частности, Land Rover Freelander 2/Range Rover Evoque может быть примером автомобиля с автоматически подключаемым полным приводом на основе муфты Haldex 4 поколения и очень впечатляющими способностями на бездорожье.
Что в итоге? Не нужно бояться систем автоматически подключаемого полного привода с превентивной блокировкой. Это универсальное решение как для дорожной эксплуатации, так и эпизодической эксплуатации на бездорожье средней сложности. Автомобиль с такой системой полного привода адекватно управляется на дороге, имеет нейтральную поворачиваемость и всегда остаётся полноприводным. И не верьте рассказам про «внезапное подключение задней оси».
Дополнение: Очень важный для понимания вопрос, это распределение крутящего момента по осям. Рекламные материалы автопроизводителей часто вводят в заблуждение и ещё больше запутывают в понимании принципов работы полноприводной трансмиссии. Первое, что необходимо запомнить - крутящий момент существует только на тех колёсах, у которых есть сцепление с поверхностью. Если колесо висит в воздухе, то несмотря на тот факт, что оно свободно вращается двигателем, крутящий момент на нём равен НУЛЮ. Во-вторых, не путайте проценты передаваемого крутящего момента на ось и пропорцию распределения крутящего момента по осям. Это важно для систем автоматически подключаемого полного привода, т.к. отсутствие центрального дифференциала лимитирует максимально возможное распределение момента по осям в соотношении 50/50 (то есть физически невозможно, чтобы соотношение было больше в сторону подключаемой оси), но при этом на каждую ось может передаваться до 100% крутящего момента. В том числе и подключаемую. Это обьясняется тем, что в случае, если на одной оси нет сцепления, то и момент на ней равен нулю. Следовательно все 100% момента будут на подключаемой муфтой оси, при этом соотношение распределения момента по осям всё равно будет 50/50.
Автомобили повышенной проходимости имеют различные конструкции систем полного привода. Каждая из них имеет свои преимущества и недочеты. Мы поговорим о системе подключаемого полного привода, или как ее еще называют part-time. В чем ее «козыри» и основные «минусы»?
Система полного привода Part-Time
Главная особенность привода part - time заключается в том, что при движении по обычным дорогам с твердым покрытием задействована лишь одна ось. По-сути в таком режиме машина остается моноприводной. Вторая же ось может быть подключена при необходимости, в случае потребности в преодолении бездорожья.
Для подключения второй оси служит раздаточная коробка. В итоге, когда такая трансмиссия работает в полноприводном режиме, осуществляется жесткая связь между передними и задними колесами, а также распределение момента между ними в соотношении 50:50. Это схема классических внедорожников. И надо отметить, такой тип трансмиссии при необходимости преодоления тяжелого бездорожья оказывается очень эффективным.
Но есть у привода part - time и существенный «минус». Жесткую связь между осямиможно применять лишь на покрытиях, которые дают возможность одной из них проскальзывать. Это гравий, лед, песок, грязь и т.п.
Дело в том, что при жесткой связи мостов между собой возникает такое явление как циркуляция мощности. Причем, если машина движется по твердому асфальтовому покрытию, она может иметь очень большие значения. Эта циркулирующая мощность не принимает участие в преодолении сил, препятствующих движению машины, тем самым еще больше нагружая узлы трансмиссии и покрышки.
{typography pre_red}И ЧТО ЖЕ В ИТОГЕ?{/typography}
В итоге, система полного привода part-time пригодна либо для езды по асфальтовым дорогам, либо для откровенного бездорожья. Она совершенно не приспособлена для передвижения по дорогам с меняющимися свойствами покрытия (асфальт с пятнами льда, твердая грунтовка с лужами грязи и пр.).
Потому сегодня привод part-time практически изжил себя и не применяется в автомобилестроении. Его можно встретить лишь на старых грузовых полноприводных авто или классических вездеходах.
Привод Part-Time
]
Полный привод: особенности, плюсы и минусы конструкций
Транспортным средством с полным приводом человек начал пользоваться задолго до появления автомобилем – им была лошадь. Большой дорожной просвет, интеллектуальная система полного привода – все это было гениально реализовано природой. На то, чтобы повторить это в технике, человеку понадобилось немало сил, средств, а самое главное, времени. Впрочем, эти годы не были потрачены впустую. Рассмотрим особенности существующих типов полного привода автомобилей, а также их плюсы и минусы.
текст: Олег Славин / 29.03.2017
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Первое транспортное средство с полным приводом появилось без малого двести лет назад. Английские инженеры Тимоти Берстолл и Джон Хилл в 1824 году построили омнибус, у которого все четыре колеса вращались одновременно. Прошло еще 59 лет, прежде чем уже американский инженер Эммет Бандельер запатентовал свою систему полного привода. В его транспортном средстве некое подобие дифференциала распределяло тягу от парового двигателя между передней и задней осью. И только в 1903 году появился первый полноприводной автомобиль. Им стал Spyker 60 HP, созданный голландцами для участия в гонках: машина была снабжена аж тремя дифференциалами.
Рассмотрим виды полного привода и его различия.
ПОДКЛЮЧАЕМЫЙ ПОЛНЫЙ ПРИВОД (PART- TIME)
Сегодня это самый дешевый, но при этом требующий вдумчивого подхода к использованию тип привода. Принцип действия его прост и заключается в жестком подключении переднего моста. Именно отсутствие дифференциала между осями делает этот тип привода простым, потому как подключение моста происходит посредством простой механической муфты. В итоге зацепление получается жесткое, а распределение крутящего момента между осями одинаковое. Именно это одинаковое распределение крутящего момента и накладывает определенные ограничения на использование такого типа системы полного привода на асфальте. Первое, что вы почувствуете, если решитесь использовать такой полный привод на дорогах с твердым покрытием, – это снижение управляемости. Проходить повороты он станет заметно хуже из-за отсутствия разницы в длине пути мостов. Второй момент, который поджидает тех, кто пренебрегает предупреждениями в инструкции по использованию полного привода, а у таких авто они обязательно есть, – это повышенная нагрузка на трансмиссию и как следствие быстрый выход ее из строя. И третий момент – повышенный износ покрышек. В связи с этим включать подобный привод на автомобилях, не имеющих межосевого дифференциала, можно исключительно на бездорожье, где отсутствие дифференциала компенсируется возможностью проскальзывания колес. Несмотря на архаичность конструкции, машин с такой реализацией полного привода предостаточно. Как правило, это либо военная техника, либо отпетые внедорожники, как то УАЗ, Toyota Land Cruiser 70, Nissan Patrol, Suzuki Jimny, пикапы Ford Ranger, Nissan Navara, Mazda BT-50, Nissan NP300. Будучи на асфальте исключительно заднеприводной техникой, на бездорожье они все же могут позволить себе подключение переднего моста и тем самым существенно повышают проходимость. В общем, дешево и сердито.
АВТОМАТИЧЕСКИ ПОДКЛЮЧАЕМЫЙ ПОЛНЫЙ ПРИВОД (TORQUE-ON-DEMAND)
Этот вид системы полного привода фактически стал следующим этапом эволюции. Так же, как и в Part-Time, второй мост здесь подключается по требованию, но на этот раз требованием является желание водителя (для этого достаточно нажать соответствующую кнопку в салоне автомобиля), или это происходит автоматически. Подключение второго моста осуществляется в случае проскальзывания колес основного ведущего моста. Как правило, при такой схеме основным ведущим мостом является передний. Реализовать такую конструкцию удалось за счет межосевой муфты. То есть в этой конструкции дифференциал отсутствует, как и прежде, однако гидравлическая или же электромагнитная муфта допускает проскальзывание осей, а это улучшает управляемость автомобиля в полноприводном режиме. Есть у этой системы и один очень большой недостаток – перегрев муфты. Дело в том, что все муфты, будь то гидравлические или электромагнитные, обеспечивают проскальзывание осей за счет трения, в результате которого образуется тепло. Это самое тепло зачастую вызывает перегрев муфты и, как следствие, прекращение передачи крутящего момента в лучшем случае, а как худший вариант – ее полный выход из строя. Лучше противостоят перегреву электрогидравлические муфты, которые с успехом применяет на своих кроссоверах компания Nissan. Впрочем, и им свойственны перегревы, в связи с чем жесткое бездорожье таким кроссоверам, конечно же, противопоказано. А еще электрогидравлическая муфта, в отличие от гидравлической, способна замыкаться или размыкаться по команде от блока управления или по желанию водителя посредством той самой кнопки, о которой говорилось выше. То есть, заранее заблокировав муфту, трудный участок дороги можно преодолеть значительно комфортнее, однако нужно помнить, что включать жесткую блокировку на асфальте на таких автомобилях также не приветствуется. Недаром для защиты от дурака большинство систем предусматривают автоматическую разблокировку в случае превышения скорости, определенной как безопасная для этого режима движения. Автомобилей, использующих в своем внедорожном арсенале такой тип полного привода, довольно много. Как правило, это легкие внедорожники типа Renault Duster, Nissan Terrano, Mitsubishi Outlander, Toyota RAV4, Kia Sportage и т.д.
ПОСТОЯННЫЙ ПОЛНЫЙ ПРИВОД (FULL-TIME)
Это один из самых продвинутых и в то же время самых дорогих видов полного привода автомобилей. Подобный постоянный привод ввиду наличия того самого межосевого дифференциала, равно как и межколесных, – довольно дорогое удовольствие, причем как с точки зрения производства, так и с точки зрения эксплуатации и обслуживания. К тому же такой тип привода, помимо межосевого дифференциала, должен иметь и механизм его блокировки. Для чего? Достаточно вспомнить принцип работы дифференциала, как станет ясно, что если хотя бы одно колесо начнет проскальзывать, то весь крутящий момент тут же начнет перекидываться на него, и для чего тогда стоило огород городить? С другой стороны, если обеспечить возможность блокировки как межосевого, так и межколесных дифференциалов, то проходимость автомобиля увеличивается многократно. Как правило, такие схемы управления полным приводом могут быть доступны только на дорогих внедорожниках. К примеру, поэтапная блокировка всех дифференциалов доступна на очень недешевом Mercedes-Benz Gelendewagen.
Нашел постоянный полный привод свое применение и на шоссейных автомобилях. В частности, большинство производителей применяют их в качестве дорогой опции, обеспечивающей машине исключительную стабильность и превосходные динамические характеристики. Впрочем, стоит понимать, что законы физики никто не отменял, и как бы ни был стабилен полноприводной автомобиль на прямых и в поворотах, пренебрегать здравым смыслом не следует. Да и приемы управления такими машинами несколько отличаются от тех, какие применяются на передне- или заднеприводных моделях. Чтобы несколько нивелировать эту особенность, большинство производителей преднамеренно распределяют крутящий момент по осям не поровну, а в пропорции. К примеру, у большинства Mercedes-Benz с шильдом 4Motion момент по осям распределен в пропорции 30/70, чтобы придать автомобилю классический заднеприводной характер. Есть варианты полного привода, которые заточены исключительно на управляемость. Так, система постоянного полного привода Honda SH-AWD (SH – Super Handling – значит «суперуправляемый») может распределять крутящий момент не только между передним и задним мостами, но и между левым и правым задними колесами. То есть в повороте до 70% момента может перекидываться на внешнее заднее колесо, что буквально заталкивает машину в поворот.
Гибридный полный привод
Название этого типа полного привода говорит само за себя. Здесь для тяги на всех колесах применяются два разных двигателя. Как правило, переднюю ось в движение приводит двигатель внутреннего сгорания, а заднюю ось обеспечивает моментом электродвигатель. Такая система довольно проста с точки зрения реализации, потому как не требуются ни межосевой дифференциал, ни карданный вал. Впрочем, как показала практика, этот тип привода все же больше подходит для шоссейных машин, а не внедорожников. В крайнем случае такой привод можно реализовать на кроссовере, который не предназначен для постоянной войны с бездорожьем. Что, собственно говоря, и практикуется производителями. Достаточно вспомнить Lexus RX450h, Toyota RAV4h, Peugeot 508 RXh. Электромоторы, установленные на заднюю ось, позволяют улучшить управляемость автомобиля, повысить экономичность основных двигателей и лишь слегка улучшить проходимость. Чего, в принципе, бывает вполне достаточно, чтобы выбраться из сугроба или преодолеть незначительное препятствие.
