По́лный при́вод (2×2, 4×4, 6×6, 8×8, 12×12 [1] , 24×24, 4WD, AWD, Four-wheel drive и т. п.) — конструкция трансмиссии автомобиля, позволяющая передавать крутящий момент (мощность, в случае применения электропривода или гидропривода), создаваемый двигателем, на все колёса, при этом спаренные колёса на одной полуоси учитываются как одно колесо.
До 1980-х годов полный привод ассоциировался исключительно с вездеходами, а полноприводные автомобили имели увеличенные дорожный просвет и другие атрибуты повышенной проходимости.
Однако после появления системы quattro на чисто дорожных автомобилях Audi и ряда аналогичных систем у других компаний привод на все колёса стал рассматриваться и как средство повышения ходовых качеств обычных автомобилей без задачи повышения проходимости. В этом случае обеспечивается наиболее эффективное использование мощности двигателя при любом режиме движения, улучшается управляемость, особенно на скользких покрытиях.
Именно с этими целями полный привод используется на спортивных автомобилях, например, Lamborghini Murciélago и некоторых моделях Porsche, широко распространён на автомобилях Subaru, а также на представительских автомобилях для повышения уровня активной безопасности — примеры такого использования включают системы 4Matic (на автомобилях Mercedes Benz), XWD (Saab), xDrive (BMW), AWD [2] (Volvo), 4 Motion (Volkswagen), а из российских разработок — трансмиссию малосерийной представительской «Волги» ГАЗ-3105 и представительского проекта "Кортеж".
Содержание
Компоновка полного привода [ править | править код ]
«Классическая» [ править | править код ]
Грузовые автомобили повышенной проходимости, автобусы, сконструированные на их базе (ПАЗ-3206, штабные автобусы на шасси ГАЗ-66), внедорожники, начиная с Willys MA и ГАЗ-64.
_%E2%80%93_Frontansicht%2C_28._Dezember_2013%2C_D%C3%BCsseldorf.jpg/250px-Lada_Niva_4x4_(2._Facelift)_%E2%80%93_Frontansicht%2C_28._Dezember_2013%2C_D%C3%BCsseldorf.jpg)
Двигатель размещён продольно, в одном блоке со сцеплением и коробкой передач. Крутящий момент передаётся через промежуточный карданный вал на раздаточную коробку (ГАЗ-63, ГАЗ-69), впрочем, раздаточная коробка может быть в одном блоке с коробкой передач (УАЗ-469, УАЗ-452). От раздаточной коробки карданные валы передают крутящий момент на передний ведущий мост и на задний (или на тележку, если автомобиль трёхосный и более). Средний мост при этом проходной, от него к заднему идёт карданный вал. На выпускавшихся ранее трёхосных ЗИС-151, ЗИЛ-157, КрАЗ-214 отдельный карданный вал шёл к среднему мосту, а к заднему подходили последовательно два карданных вала с промежуточным подшипниковым узлом, установленным на среднем мосту.
На основе переднего привода [ править | править код ]
На основе переднеприводных легковых автомобилей многие фирмы, особенно японские (родоначальником в 1971 году стала фирма Subaru), выпускают версии с приводом на заднюю ось (как отключаемым, так и постоянно включенным). Встречаются модели как с продольным расположением двигателя, например, Subaru Leone, Audi Quattro и т.д., так и с поперечным (представлены в настоящее время в большинстве случаев). Штатная коробка передач переднеприводного автомобиля (как механическая, так и автоматическая) изменена, установлен редуктор отбора мощности к задней оси, крутящий момент передаётся через карданный вал на заднюю ось. Дифференциал с блокировкой (если он есть, на моделях с постоянным приводом) находится в картере коробки передач. На автомобилях с отключаемой задней осью подключение её производится или рычагом, или кнопкой (вакуумный сервопривод с электрическим управлением). Многие легковые автомобили с полным приводом имеют защиту поддона картера двигателя, дорожный просвет не увеличен в сравнении с переднеприводной моделью (используются одни и те же детали подвески).
Из советских легковых автомобилей эту компоновку имели автомобили ЛуАЗ-967 и ЛуАЗ-969, на них устанавливался двигатель воздушного охлаждения автомобилей «Запорожец», изменённая коробка передач имела подключаемый вал отбора мощности к задней оси. Однако эти автомобили изначально относились к категории внедорожников.
С задним расположением двигателя [ править | править код ]
До 2010-х существовало небольшое количество моделей полноприводных автомобилей с заднемоторной компоновкой, например, фургоны и микроавтобусы Subaru Sambar/Domingo, малотоннажные грузовики (грузоподъёмностью около 500 кг) других японских фирм, например, Honda. Основной привод на заднюю ось, коробка передач объединена с главной передачей. Привод на переднюю ось отключаемый или постоянно включен. Доступ к двигателю происходит через откидной задний бампер или через разбираемый пол в салоне микроавтобуса. Подвеска колёс независимая.
В Австрии фирма Steyr по заказу VAG выпускала в 1985-1992 гг. полноприводную версию Syncro заднемоторного микроавтобуса Volkswagen Transporter T3. С конца 1980-х модель Transporter Syncro предлагалась еще и в кузовах фургон и пикап, а также премиальных исполнениях Caravelle и Carat.
Некоторые колёсные бронированные машины также имеют заднее расположение двигателя (например, БРДМ-2, БТР-60), но в их конструкции используются агрегаты от «классических» грузовых полноприводных автомобилей (двигатель с коробкой передач, раздаточная коробка).
Схемы полного привода [ править | править код ]
Под схемой ПП подразумевается то, каким образом передняя и задняя ведущая оси включены в раздачу мощности от двигателя. Выбор той или иной схемы для конкретного ТС определяется многими факторами: конструкцией шасси и способом поворота, областью предполагаемой эксплуатации, конструкторскими предпочтениями, ценой. Применение ПП всегда ставит перед конструктором задачу, как и чем на разрабатываемом ТС будет обеспечиваться возможность вращения ведущих осей с разными угловыми скоростями, что в свою очередь проистекает из-за факта того, что на всех ТС за исключением тракторов со складываемыми полурамами колёса передней и задней оси в повороте катятся по разным радиусам. Даже на ТС с полноуправляемым шасси колёса передней и задней оси обычно отклоняются на разные углы для поворота, а абсолютно подавляющее большинство ТС имеют как управляемые (обычно передние), так и неуправляемые оси, что при движении на дуге предполагает их неравную частоту вращения. У каждой схемы ПП имеется свой уникальный способ решения задачи обеспечения разноскоростного вращения осей в поворотах, предполагающий определённый набор кострукторских решений и используемых механических передач вращения. В некоторых случаях решением этой задачи вообще пренебрегают, и это тоже является одной из схем ПП.
Можно выделить четыре основных схемы полного привода: подключаемый полный привод (part-time), постоянный полный привод (full-time), постоянный по требованию полный привод (on-demand full-time) и многорежимный полный привод (selectable). На одной и той же модели ТС на разных модификациях могут применяться разные схемы (типичный пример — Jeep Wrangler).
Подключаемый полный привод [ править | править код ]
Самая простая и в то же время самая надёжная схема полного привода: при нормальной эксплуатации крутящий момент передаётся только на одну ось, а при необходимости подключается вторая ось — с помощью раздаточной коробки. При подключении о́си жёстко связываются между собой и вращаются с одинаковой скоростью, что создаёт некоторые ограничения: полный привод можно использовать только на покрытиях, допускающих проскальзывание колёс (грязь, песок, снег, лёд и т. п.). Какие колёса будут пробуксовывать — передние или задние — это зависит от нагрузки на ось в данный момент.
При жёсткой связи ведущих мостов в трансмиссии может возникнуть циркуляция мощности. При повороте циркулирующая мощность (ЦМ) может быть значительной. ЦМ не используется для преодоления сил сопротивления движению автомобиля, дополнительно нагружает механизмы трансмиссии и шины, вызывая их повышенный износ. Кроме того, из-за увеличения суммарной мощности, передаваемой через механизмы трансмиссии, возрастают потери мощности в трансмиссии на буксовании колёс, увеличивая расход топлива и износ деталей двигателя. Поэтому ЦМ является вредной, и её часто называют паразитной мощностью. Чтобы уменьшить дополнительное изнашивание механизмов трансмиссии, шин и расход топлива, вызванных ЦМ и перераспределением крутящего момента, при раздаточной коробке с блокированным приводом необходимо включать передний ведущий мост только для повышения проходимости и устойчивости автомобиля. При движении по хорошим дорогам необходимо принудительное отключение переднего ведущего моста для устранения циркуляции мощности или перераспределения крутящего момента.
Таким образом, основной недостаток подключаемого полного привода проявляется при перемещении по поверхности с часто меняющимися свойствами — асфальт с пятнами льда или снега, твердый грунт с участками грязи и т. д. Необходимо либо постоянно подключать и затем выключать передний мост (что иногда сопряжено с определёнными сложностями в зависимости от реализации способа подключения моста), либо перемещаться на заднем мосту, рискуя застрять, либо перемещаться на полном приводе, изнашивая трансмиссию циркуляциями мощности на хороших участках дороги.
Постоянный полный привод [ править | править код ]
Постоянный полный привод подразумевает постоянное подключение всех колёс к двигателю, для чего он подключается к осям через дифференциал. Некоторые модели автомобилей имеют принудительную блокировку межосевого дифференциала, например, ВАЗ-2121 «Нива», что позволяет им становиться аналогичными автомобилям с подключаемым полным приводом (в общем это повышает проходимость автомобиля). Некоторые современные автомобили имеют электронное управление межосевым дифференциалом, позволяющее динамически менять соотношение передаваемого момента между осями. В основном это используется для уверенного движения по дорогам, например, в системах динамической стабилизации. Тем не менее, в некоторых ситуациях это может внести неоднозначность в реакциях автомобиля на педаль газа.
Некоторые вседорожники имеют раздаточную коробку, поддерживающую как режим постоянного полного привода, так и режим подключаемого полного привода, то есть имеют дифференциал, блокировку дифференциала и возможность полного отключения одной оси. Такая схема считается наиболее предпочтительной для многоцелевого вседорожника.
Полный привод по требованию [ править | править код ]
Эта схема классифицируется продавцами автомобилей как разновидность постоянного полного привода. Преимуществ «настоящего» постоянного полного привода не даёт. Фактически это подключаемый полный привод с тем отличием, что подключение происходит автоматически. В этой схеме одна ось подключена жёстко, а вторая (передняя или задняя, чаще — задняя) подключается при проскальзывании первой через разнообразные муфты (вискомуфта (Гольф-3), Халдекс (Гольф-4)…), многодисковое сцепление, работающее в масляной ванне (автомобили Nissan, система ATTESA). Управление муфтой осуществляется электроникой или механико-гидравлическим образом, за исключением вискомуфты. Недостатком такой схемы можно считать необходимость улавливания момента включения полного привода для корректировки управления автомобилем. В некоторых случаях это приводит к неоднозначности реакций на добавление тяги (открытие газа) и усложняет контроль над автомобилем на бездорожье. Вискомуфта сравнительно ненадёжна и может быть быстро выведена из строя на тяжёлом бездорожье.
Многорежимный полный привод [ править | править код ]
В другую категорию можно выделить автомобили Mitsubishi Pajero (трансмиссия Super Select 4WD) и Jeep Grand Cherookee (трансмиссия SelecTrac), Nissan Pathfinder (All-mode 4WD) с их селективной трансмиссией, которую можно назвать системой постоянного полного привода (автоматически подключаемого в случае с Nissan Pathfinder) с возможностью принудительного отключения переднего моста.
В Pajero, например, можно выбрать один из следующих режимов: 2WD, 4WD с автоматической блокировкой центрального дифференциала (аналогично Full-Time 4WD), 4WD с жестко заблокированным дифференциалом (аналогично Part-Time 4WD) и пониженная передача (Low range Part-Time 4WD).
Полный привод с использованием вспомогательного тягового электродвигателя [ править | править код ]
Некоторые легковые переднеприводные автомобили имеют ведущую заднюю ось, в корпусе главной передачи которой установлен тяговый электродвигатель небольшой мощности, включаемый, как правило, водителем при необходимости (система e.4WD). Электродвигатель получает питание от автомобильного генератора, напряжение и ток регулируется автоматически в зависимости от условий движения.
Подключенный задний привод улучшает управляемость автомобиля на скользкой дороге, а также позволяет более уверенно преодолевать тяжёлые участки (снег, гололедицу, грязь).
За сколько ты готов купить новый внедорожник?
Если еще полтора десятка лет назад обладатель полноприводного автомобиля считался практически безоговорочным покорителем дорог, то в последнее время, рассуждая на тему полного привода машины, автолюбители, как правило, используют уточняющую формулировку, говоря о «полноценном полном приводе».
Любой автолюбитель скажет, что для штурма заваленного снегом двора, либо при преодолении размытой дождями грунтовки до дачи идеальным вариантом будет автомобиль, обладающий колесной формулой 4х4. Да и при езде по асфальтовой дороге в скользкую дождливую осеннюю пору гораздо более уверенно будет себя чувствовать водитель, находящийся за рулем полноприводной машины. Однако уже через несколько метров после того, как заснеженный участок дороги будет преодолен, либо автомобиль выберется с разбитой грунтовки на асфальтовую дорогу, дополнительная ведущая ось будет являться только лишь причиной серьезного перерасхода топлива.
Плюсы полноприводных автомобилей очевидны – такие машины менее чувствительны и прихотливы к качеству покрытия под колесами, при съезде с дороги с твердым покрытием полноприводный автомобиль сможет уверенно доставить водителя и пассажиров до места назначения, а на мокром или обледенелом шоссе такая машина сохранит достойную динамику и управляемость.
Пытаясь сохранить преимущества полного привода без ухудшения показателя топливной экономичности автомобиля, большинство современных автопроизводителей прибегают к помощи электронных систем, работающих вкупе с многодисковыми муфтами, способными подключать вторую колесную ось в автоматическом режиме только в случае возникшей необходимости.
Классификация систем полного привода
Среди специалистов принято различать три разновидности систем полного привода:
- Неотключаемый постоянный (full-time или 4WD);
- Подключаемый посредством электроники (torque on-demand или AWD);
- Кроме того, существуют полноприводные системы с возможностью ручного подключения (part-time).
Полноприводной трансмиссией, которая первой стала массово устанавливаемой на серийно выпускаемых машинах, считается система part-time. Подобная система являет собой устройство, жестко подключающее передний мост. В результате, колеса обеих осей вынуждены вращаться с одинаковой скоростью. Естественно, что об установке межосевого дифференциала в данном случае речь не идет.
Дифференциал — что это такое?
Рассматривая такое устройство, как дифференциал, следует иметь в виду, что это специальное механическое приспособление, принимающее тягу с вала привода и распределяющее его в необходимой пропорции по ведущим колесам. При этом различие скорости вращения колес компенсируется автоматически. Таким образом, посредством дифференциала происходит направление крутящего момента к ведущим колесам, и при этом сами колеса будут обладать различной (дифференцированной) угловой скоростью.
Дифференциалы могут применяться для обоих мостов транспортного средства, оборудуемого полноприводной трансмиссией. Отдельные модели оснащаются дифференциалом, который монтируется в раздаточную коробку – подобное решение полного привода принято классифицировать как системы «full-time».
Чтобы понять, для чего автомобилю необходим дифференциал, стоит разобраться в принципе его работы. Все дело в том, что колеса любого автомобиля обладают одинаковой скоростью вращения только при его передвижении в прямом направлении. Как только машина начинает входить в вираж, каждое из четырех колес обретает индивидуальную скорость, при том, что и обе оси начинают «соревноваться» в скорости между собой. Объяснением этому явлению будет возникновение своей траектории для каждого из колес — те, что находятся внутри поворота, проходят меньший путь по сравнению с наружными колесом.
Таким образом, не будь дифференциала, в повороте внутреннее колесо проворачивалось бы на месте, для компенсации вращения наружного колеса. В таких условиях езда на большой скорости была бы невозможна, не приходилось бы говорить и об управляемости автомобиля. Наличие дифференциала дает возможность осям нужным образом «обгонять» друг друга при возникновении разницы скоростей движения колес.
Устройство межколесного дифференциала — при вхождении в поворот он позволяет внутреннему колесу крутиться медленнее
Система part-time
Система part-time конструируется без установки межосевого дифференциала. Такое устройство предполагает передачу момента от работающего двигателя на обе оси в одинаковом количестве — таким образом, обе оси крутятся с равной скоростью. Очевидно, что автомобилям, оборудованным системой привода part-time, передвижение по дорогам с хорошим асфальтовым или бетонным покрытием противопоказано, ведь пытаясь совершить поворот, водитель провоцирует возникновение вышеописанной разницы в протяженности пути мостов.
Поскольку момент по осям передается в соотношении 50 на 50, при повороте руля будет возникать проскальзывание колес какой-либо из осей. Если под колесами автомобиля снег, грязь или песок (что часто бывает при поездках на дачу, пикник или рыбалку), то небольшое сцепление колес и дорожного покрытия практически не причинит какого либо вреда автомобилю. А вот в случае совершении маневров на сухой и твердой поверхности дороги, возникающее проскальзывание негативным образом сказывается на функционировании трансмиссии, вызывает ускоренный износ покрышек, а также снижает качество управляемости автомобиля.
Таким образом, автомобили, оборудованные системой подключаемого полного привода, хороши для регулярной их эксплуатации в условиях плохих дорог или для покорения бездорожья. В этом случае, как правило, не требуются блокировки, поскольку один мост изначально будет жестко подключенным.
Другими плюсами полноприводного решения part-time называют относительную надежность и простоту всей конструкции: здесь отсутствуют электрические либо механические приводы, не используются блокировки, не применяются дифференциалы. Упрощает систему и то, что в ней нет дополнительных гидравлических или пневматических элементов. Однако для повседневной эксплуатации такая система неудобна. Использование постоянно включенной оси передних колес чревато поломкой автомобиля, а постоянно включать и отключать мост попросту неудобно. В перечень моделей машин, конструкция которых предусматривает использование part-time, входят следующие марки и модели транспортных средств: Nissan Patrol первых поколений, Toyota Land Cruiser 70, пикап Mazda BT-50, Suzuki Jimny, Nissan NP300, Jeep Wrangler и отечественный УАЗ.
Постоянный полный привод
Нюансом механизма 4WD является следующая его особенность. При пробуксовке какого либо колеса, межколесный дифференциал отключает второе колесо этой оси. Подобным образом работает и вторая пара колес. Вполне возможна ситуация, когда автомобиль с системой привода 4WD, забуксовав одновременно колесами обеих осей, полностью обездвиживается. Чтобы минимизировать падение внедорожных свойств полноприводных автомобилей с системой 4WD, разработчики устанавливают хотя бы одну блокировку принудительного типа. Как правило, принудительно блокируется межосевой дифференциал.
В качестве дополнительной опции нередко предлагают установку блокировки переднего дифференциала. К моделям машин с системой 4WD относятся такие внедорожники, как: Land Cruiser 100 Prado и Land Cruiser 100, Land Rover Defender и Land Rover Discovery. Но, пожалуй, самой известной моделью, оборудованной приводом 4WD, является Лада Нива.
Несмотря на все свои преимущества, система постоянно подключенного полного привода, к сожалению, обладает определенными минусами. Так, по уровню управляемости на асфальтовых и других твердых дорогах внедорожники с обеими ведущим осями довольно далеки от идеала. В критических ситуациях такой автомобиль будет пытаться соскальзывать из поворота, не реагируя на вращение руля и нажатие педали газы должным образом.
Подключаемый полный привод (автоматический)
Современный формат кроссоверов, вне зависимости от размера автомобиля, предполагает возможность быстрого и кратковременного подключения дополнительной пары ведущих колес. Естественно, что такие подключения должны производиться в автоматическом режиме, без участия водителя. Для реализации подобных решений автомобильные конструкторы стали применять специальные многодисковые муфты, по необходимости подключающие колеса задней оси в дополнение к постоянно вращающимся передним колесам.
Реализованная таким образом полноприводная система значительно проще классических внедорожных конструкций. Здесь отсутствует раздаточная коробка, а около переднего дифференциала предусмотрена только пара шестерен для отбора мощности и выходной вал.
Впоследствии разработчики придумали использовать межосевые дифференциалы, оснащаемые в дополнение к принудительной блокировке еще и самоблокирующимися механизмами. Используя различные решения (вискомуфту или дифференциал Torsen), разработчики стремились к единой общей цели – частичному заблокированию межосевого дифференциала в целях повышения управляемости автомобиля – при возникновении пробуксовки какой-либо из осей, срабатываемая блокировка не позволяла дифференциалу выключать вторую пару колес и момент от двигателя продолжал к ним поступать. Автомобили с представленным вариантом полного привода маркируются аббревиатурой AWD.
Однако, между собой муфты также существенно различаются вне зависимости от схожести принципа подключения колес второй оси. Одними из первых муфты стали применять инженеры концерна Volkswagen для своих хэтчбеков Golf. Речь идет о фирменной трансмиссии Syncro, где установленные фрикционы не сжимались, а работали в силиконовой жидкости, густеющей в условиях повышения нагрузки и способной самостоятельно передавать вращение. Представленная вискомуфта являлась неуправляемой и была не способна передавать все 100% момента к задней оси. Кроме того, даже при довольно непродолжительных пробуксовках силикон закипал, что вело к перегреванию и последующему сгоранию муфты.
Вискомуфта (вязкостная муфта)
Более продвинутая конструкция использовалась на ранних моделях Ford Escape. Здесь уже применялись муфты, сжимающиеся посредством работы клиновидных прорезей и шариков. Эти муфты хотя и работали намного четче, зато могли вызывать весьма резкие и чувствительные удары в момент поворота.
Муфта Haldex
Своеобразной революцией среди муфт, используемых в системах полного привода, называют появление в конце 90-х годов прошлого века первого поколения муфты Haldex. В таком устройстве диски сжимались при помощи гидроцилиндра с насосом для выработки давления масла. Насос монтировался на одной из половин муфты, привод к нему него подходил от другой половины. Теперь в случае возникновения разницы в скорости вращения колес передней и задней осей давление сжатия увеличивалось, а муфта блокировалась. В сравнении с ранее устанавливаемыми образцами муфт, Haldex работал очень мягко и обрел серьезный успех.
Стоит иметь в виду, что современные технологии и используемые материалы дали возможность изготовить по-настоящему высокотехнологичную муфту, которую можно держать в частично подключенном состоянии без опасений перегрева. Тем самым производителям удалось распределить крутящий момент передаваемый на пары колес в пользу задней оси, обеспечив автомобилю «классическую» управляемость и полноприводные возможности. Принимая во внимание гибкость используемых алгоритмов работы и весьма глубокую степень проработки конструкции используемых многодисковых муфт, в современный период времени это самое востребованное решение организации полноприводной трансмиссии, которую вряд ли что-то заменит в ближайшие несколько лет.
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 основном 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 (LSD — 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 обычно 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. Поэтому но новых моделях Audi в настоящее время применяется новый 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, фиксирующий 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 или MB 4Matic). 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 и 5 поколения, муфты Nissan/Renault, Subaru, система BMW xDrive, Mercedes-Benz 4Matic 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, 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)
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 помощью 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».
