Как сделать постоянный полный привод
Обновлено: 04.07.2024
В прошлой публикации мы пытались расставить все точки над i в вопросе, все ли внедорожники годны для бездорожья. Теперь рассмотрим тему более детально.
С первого взгляда все просто: у полноприводной машины крутящий момент передается от двигателя сразу на все четыре колеса. Такой автомобиль удобен как минимум неприхотливостью к качеству дорожного покрытия — будь то грунтовка, гололедица, мокрая глинистая проселочная дорога или центральный проспект в сильный ливень. Из очевидных плюсов — хорошая проходимость вне дорог с твердым покрытием, а на асфальте — хорошая динамика и отличный старт со светофоров практически без пробуксовки!
Существует три типа полноприводных трансмиссий: part-time (подключаемый вручную), full-time (постоянный) и torque on-demand (подключаемый электроникой).
Part-time
Этот тип появился первым. Он представляет собой схему жесткого подключения переднего моста. То есть передние и задние колеса всегда крутятся с одинаковой скоростью. Межосевой дифференциал отсутствует.
Дифференциал — это механическое устройство, которое принимает крутящий момент с приводного вала и распределяет его между ведущими колесами пропорционально, автоматически компенсируя разницу в их скорости вращения. Можно сказать, что дифференциал направляет момент на ведущие колеса, позволяя им вращаться с разными/дифференцированными угловыми скоростями (отсюда само название — дифференциал).
Дифференциалы стоят в переднем и заднем мостах на всех автомобилях, оснащенных полным приводом. На некоторых машинах дифференциал применен и в раздаточной коробке (эта схема полного привода называется full-time, о ней речь пойдет чуть позже).
Попробуем разобраться, зачем нужен дифференциал. Колеса любой машины вращаются с одинаковой скоростью, только когда машина едет прямо. Стоит ей начать поворот, как каждое из колес начинает жить своей жизнью. Одно из колес каждого моста начинает крутиться быстрее, чем второе, а сами мосты соревнуются друг с другом в скорости. Происходит это из-за того, что колеса идут по разным траекториям. То, которое снаружи поворота, проходит больший путь, чем то, которое внутри. Так же и мосты. Соответственно, внутреннее колесо (или ось, к которой оно относится), если бы не дифференциал, просто проворачивалось бы на месте, компенсируя движение наружного колеса.
Понятно, что ни о какой езде с большими скоростями в таком случае говорить нельзя. Не позволит этого отсутствие управляемости, да и нагрузки на трансмиссию быстро выведут ее из строя, не говоря уже о преждевременно стертых шинах. Дифференциал как раз и позволяет одной оси обгонять другую при возникновении разницы их скоростей.
В грязи, на песке или гравии ничто не мешает колесам при необходимости проскальзывать благодаря слабому сцеплению колес с грунтом. Но на асфальте в сухую погоду выход этой мощности реализуется точно таким же образом, что влечет повышенную нагрузку на трансмиссию, быстрый износ резины, ухудшение управляемости и курсовой устойчивости на высоких скоростях.
Если машина нужна в основном для бездорожья, а на асфальте полный привод использовать не планируется, part-time вполне себя оправдает, так как один из мостов подключается сразу жестко, блокировать ничего не нужно. Да и конструкция проще и надежнее: нет дифференциала и блокировок, нет механических или электрических приводов к этим блокировкам, нет лишней пневматики или гидравлики.
А вот если вы просто хотите преспокойно кататься по асфальту в любое ненастье и не переживать по поводу чередующихся обледенелых и чистых асфальтовых участков, снежных заносов, залитых водой полос или любых других скользко-рыхло-неприятных участков, part-time не лучший вариант: если ехать с постоянно включенным передним мостом, то это грозит повреждениями или износом, включать-выключать мост не очень удобно, да и можно не успеть его включить.
Автомобили с таким типом полного привода: Toyota Land Cruiser 70, Nissan Patrol, Nissan Navara, Ford Ranger, Mazda BT-50, Nissan NP300, Suzuki Vitara, Suzuki Jimni, Great Wall Hover, Jeep Wrangler, UAZ.
Expedition
Full-time
Основной нюанс этого типа полного привода состоит в том, что пробуксовка одной оси автоматически отключает вторую ось, и машина превращается в недвижимость. Как это понимать? В целом ситуация такова: одно колесо забуксовало, межколесный дифференциал отключил второе колесо оси. Соответственно, вторая ось тоже автоматически отключается межосевым дифференциалом. Конечно, в реальной жизни так молниеносно остановка не происходит. Движение — это динамика, а значит есть какой-то запас хода, инерция, колесо на миг отключается, проскакивает пару метров по инерции и опять включается. Но в результате машина все равно где-то встанет.
Поэтому, чтобы проходимость внедорожника не ухудшалась, у таких автомобилей зачастую имеется как минимум одна принудительная блокировка (межосевого дифференциала), а как максимум — две. Блокировка в передний дифференциал штатно устанавливается достаточно редко. Но при желании ее чаще всего можно установить отдельно.
В отдельную категорию можно выделить автомобили Mitsubishi Pajero (трансмиссия Super Select 4WD), Jeep Grand Cherokee (SelecTrac), Nissan Pathfinder (All-mode 4WD), Land Rover (Terrain Responce). Их селективную трансмиссию можно назвать системой постоянного полного привода (автоматически подключаемого в случае с Nissan Pathfinder) с возможностью принудительного отключения переднего моста. То есть на этих машинах трансмиссия, скажем так, сочетает в себе part-time и full-time.
К автомобилям с постоянным полным приводом относятся Toyota Land Cruiser 100, 105, Land Cruiser Prado, Land Rover Discovery, Land Rover Defender, Lada 4x4.
Постоянный полный привод в своем классическом исполнении тоже не лишен недостатков при езде на асфальте. Управляемость таких машин оставляет желать лучшего. При возникновении критических ситуаций внедорожник стремится соскользнуть наружу поворота, вяло реагируя на работу рулем и газом. От водителя внедорожника с постоянным полным приводом требуют некоторых навыков и хорошего чувства машины.
Для улучшения управляемости со временем стали применять межосевые дифференциалы, имеющие кроме принудительной блокировки еще и механизм самоблокирования. Разные производители использовали разные решения: кто-то дифференциал типа Torsen, кто-то вискомуфту, но задача у них была одна — частичная блокировка межосевого дифференциала для лучшей управляемости.
В момент пробуксовки одной из осей самоблок срабатывает и не позволяет дифференциалу отключить вторую ось, поэтому момент на нее все равно продолжал поступать. На ряде машин самоблокирующийся дифференциал ставился еще и на заднем мосту, что делало машину более острой на руль (например, Mitsubishi Pajero).
Torque on-demand (AWD)
Дальнейшее совершенствование постоянного полного привода привело к появлению электронно-управляемых систем с переброской и перераспределением крутящего момента.
Итогом всей этой эволюции стали системы курсовой устойчивости, стабилизации, противобуксовочные и системы распределения крутящего момента, которые реализуются с помощью электроники. Эти системы получают сигналы с датчиков ABS, которые контролируют скорость каждого конкретного колеса. Чем дороже и современней машина, тем более сложные схемы на ней могут применяться: отслеживания угла поворота руля, кренов кузова машины, ее скорости, вплоть до частоты колебаний колес. Машина полностью собирает всю информацию о своем поведении на дороге, а компьютер ее обрабатывает и, исходя из этого, регулирует передачу крутящего момента на ту или иную ось посредством электронно-управляемой муфты, пришедшей на смену дифференциалу.
Такие полноприводные трансмиссии получили название torque on-demand (дословно — крутящий момент по требованию). На современных скоростных машинах это изобретение, весьма заслуживающее внимания.
Ранние схемы (двадцатилетней давности) иногда могли вести себя не совсем адекватно, бывали случаи с сильным запаздыванием срабатывания муфт (когда уже в повороте вдруг резко подключался второй мост), поскольку на первом этапе развития муфты работали по факту. Скорость обработки сигналов с датчиков и перераспределение момента зависели от времени прохода этих сигналов до мозга машины. Современные технологии передачи данных, оптоволокно и мощные процессоры, которые мгновенно обрабатывают информацию — все это свело на нет первоначальные недостатки. Сейчас электронные системы практически не имеют серьезных изъянов в поведении, с добавлением новых датчиков и новых параметров практически всегда они работают на опережение.
Большая часть электронных муфт не рассчитаны на бездорожье, при пробуксовке они перегреваются и просто перестают работать. Причем для этого не надо полдня месить колею, может хватить и десяти минут любимого многими ледового дрифта. А если перегревать ее регулярно, она может и вовсе выйти из строя.
Практически все системы используют тормозные механизмы машины для подтормаживания буксующих колес, а грязь и песок, неизбежные на бездорожье, очень способствуют быстрому износу колодок и тормозных дисков, что помимо стоимости новых запчастей плохо сказывается и на самих тормозах.
Автомобили с torque on-demand — Cadillac Escalade, Ford Explorer, Land Rover Freelander, Toyota RAV4 (после 2006 г.в.), Kia Sportage (после 2004 г.в.), Mitsubishi Outlander XL, Nissan Murano, Nissan X-Trail.
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.
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.
Компактный. Весь набор элементов муфты Haldex собран в плотный блок и по габаритам лишь немного больше стандартного дифференциала
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.
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.
Когда-то 99% автомобилей на планете были заднеприводными. А спустя добрых полвека, реалии военных действий Второй мировой войны внезапно выявили острую необходимость оперативной переброски войск. Разумным выходом виделось создание автомобиля, по скорости и маневренности не уступавшего или превосходящего легкие бронетранспортеры, но выигрывающего у таковых в массе, расходе топлива, а также стоимости и простоте производства. Так появились первые условно-легковые внедорожники. В рамках данной статьи предлагаю сделать краткий обзор основных полноприводных схем , использовавшихся (и использующихся по сей день) в мировой автопромышленности.
Жёстко подключаемый полный привод
Он же "парт-тайм". Классическая схема, "дедушка" всех современных полноприводных схем. В штатных условиях машина едет с помощью двух задних колёс. А когда ехать уже нельзя, но очень надо - мудрый водитель подключает передний мост рычагом или кнопкой в салоне. На данный момент такая схема практически себя изжила ввиду неуниверсальности, громоздкости, малой пригодности к движению по сухим ровным поверхностям, и еще кучи факторов. Но УАЗ ещё помнит.
УАЗ Патриот (представитель семейства "парт-таймов") по схеме полного привода практически полностью копирует внедорожники времен Второй мировой
УАЗ Патриот (представитель семейства "парт-таймов") по схеме полного привода практически полностью копирует внедорожники времен Второй мировой
Постоянный полный привод
Он же "фулл-тайм". Схема более прогрессивная, так как имеет свободный межосевой дифференциал. Что означает возможность беспрепятственного перемещения на "всех четырех" не только по глине и сугробам, но и по асфальту. Самый банальный пример - наша родная "Нива". Кроме того, практически все схемы на фулл-тайме имеют возможность принудительной блокировки межосевого дифференциала для движения вне дорог. Короче говоря - логичное развитие "парт-тайма".
Автоматически-подключаемый полный привод
Вместо чисто-механического дифференциала между двумя осями, стоит более хитрая штука. Называется "вискомуфта", или "дифференциал повышенного трения". Работает по схеме "Torque-on-demand", что на практике означает "Подключать, когда уже застрял". Суть системы в том, что задний мост (при ведущих передних колесах, и наоборот) вступает в работу уже по факту пробуксовки переднего. Такой тип полного привода на заре глобальной урбанизации и автоматизации всего и вся, устанавливался на самых городских кроссоверах и просто легковых автомобилях. На данный момент практически не используется.
VW Passat B2 Syncro - один из первопроходцев автоматически-подключаемого полного привода с вискомуфтой.
VW Passat B2 Syncro - один из первопроходцев автоматически-подключаемого полного привода с вискомуфтой.
Постоянный полный привод с автоматическим перераспределением крутящего момента.
Долго произносится, не менее сложно реализован на практике. Между осями стоит вся та же вискомуфта, или фрикционная муфта (во втором случае внутри нет рабочей жидкости, но есть пакет фрикционов, как в АКПП) . Но муфта не просто "спящая" при обычном движении по шоссе, а имеющая заранее заданное распределение крутящего момента. Например, 70% тяги передается на передние колеса, а оставшиеся 30 - на задние. То есть, у нас всегда полноприводный автомобиль, но с ярко-выраженными повадками переднего привода, что в большинстве случаев является плюсом. Но вот мы попали передними колесами на скользкий бруствер из снега, и передок стал буксовать. Вискомуфта, почувствовав пробуксовку, перекинула с переда на зад дополнительные 60 (к примеру) процентов тягового усилия. Теперь бОльшая часть усилий двигателя идет на задние колеса, которые имеют лучшее сцепление с поверхностью, чем передние. Машина вырвалась из плена. Конечно, это теория, но вот так оно в идеале задумано.
Краткий обзор основных схем реализации полного привода на автомобилях Toyota начнем с наиболее массового варианта - с поперечным расположением двигателя и автоматической трансмиссией.
| 1.1. Постоянный полный привод |
| 1.1.1. Схема STD I |
 |
A241H - коробка передач с простым гидравлическим управлением и контроль блокировки в ней достаточно примитивен (подробное описание - "АКПП A241H"), тогда как в более совершенной A540H реализовано полноценное электронное управление с обратной связью (подробное описание - "АКПП A540H").
Максимальный коэффициент блокировки реализуется системой управления в диапазонах "L" и "R".
Номинальным для повседневной езды является именно автоматический режим, его отключение предусматривается только при буксировке машины или использовании запасного колеса-докатки (выдержка из инструкции).
| 1.1.2. Схема STD II |
 |
В данной схеме часто использовался опциональный задний самоблокирующийся дифференциал типа Torsen.
| 1.1.3. Схема VSC+ |
 |
Эмуляция блокировок осуществляется при помощи системы стабилизации (VSC) - буксующее колесо принудительно подтормаживается, тем самым момент на другом колесе той же оси увеличивается. Аналогичным образом момент перераспределяется между передней и задней осями.
| Harrier MCU35 | 2003-2006 | 4AT U140F' |
| Highlander 20 | 2003-2007 | 4AT U140F' |
| Highlander 40 | 2007-2014 | 5AT U151F |
| Sienna 20 | 2003-2010 | 5AT U151F |
| Lexus RX MCU35 | 2003-2006 | 4AT U140F'+MF2A |
| 1.2. Подключаемый полный привод |
| 1.2.1.1. Схема Flex |
 |
Муфта RBC соединяет две части промежуточного карданного вала и срабатывает при пробуксовке передних колес, в остальное время машина остается переднеприводной.
| bB 30 | 2000-2005 | 4AT U340F |
| Funcargo | 1999-2005 | 4AT U340F |
| Ist 60 | 2002-2007 | 4AT U340F |
| Platz | 1999-2005 | 4AT U340F |
| Porte 10 | 2004-2012 | 4AT U340F |
| Raum 10 | 1997-2003 | 4AT A244F+CF1A |
| Raum 20 | 2003-2011 | 4AT U340F |
| Starlet 80 | 1989-1996 | 4AT A244F+CF1A |
| Starlet 90 | 1996-1999 | 4AT A244F+CF1A |
| Tercel / Corsa / Corolla II 40 | 1990-1994 | 4AT A244F+CF1A |
| Tercel / Corsa / Corolla II 50 | 1994-1999 | 4AT A244F+CF1A |
| Vitz 10 | 1999-2005 | 4AT U340F+MF1A |
| Will Cypha | 2002-2005 | 4AT U340F |
| 1.2.1.2. Схема V-Flex I |
 |
Вискомуфта соединяет две части промежуточного карданного вала и срабатывает при пробуксовке передних колес, в остальное время машина остается переднеприводной.
| Probox / Succeed 50 | 2002-2014 | 4AT U340F |
| Probox / Succeed 160 | 2014-.. | CVT K310F |
| 1.2.2. Схема V-Flex II |
 |
Вискомуфта, заполненная силиконовой жидкостью, соединяет карданный вал с входным валом заднего редуктора, срабатывает при существенной пробуксовке передних колес, в остальное время машина остается переднеприводной.
| 1.2.3. Схема ATC (DTC) |
 |
Муфта соединяет карданный вал с входным валом заднего редуктора. В большинстве случаев машина остается переднеприводной, однако при необходимости система управления автоматически поддерживает запрограммированное значение момента, передаваемого на задние колеса.
Изначальное наименование - "Active Torque Control", после 2012-го на некоторых моделях система получает обозначение "Dynamic Torque Control".
Существует несколько вариантов реализации управления со стороны водителя:
 |
 |
• С кнопкой "LOCK" (паркетники) - режимы "AUTO 4WD" и "LOCK". Обычным является режим автоматического управления подключением полного привода, нажатие кнопки заставляет блок поддерживать максимально возможную степень блокировки электромеханической муфты.
| 1.2.4. Схема DTV |
 |
Официальное наименование - "Dynamic Torque Vectoring AWD". В большинстве случаев машина остается переднеприводной, при необходимости система управления автоматически регулирует значение момента, передаваемого на каждое из задних колес. Кроме того, предусмотрено размыкание силовой передачи в раздаточной коробке и заднем редукторе, чтобы в режиме 2WD карданный вал и шестерни не вращались впустую.
| 1.2.5. Схема Part-Time |
 |
Самая первая и тупиковая ветвь развития переднего привода Toyota (с продольным расположением двигателя и трансмиссией под ним) породила и собственный вариант реализации 4WD. Управление подключением заднего моста - кнопкой на селекторе, исполнительный механизм - с вакуумным приводом.
| Sprinter Carib AL25 | 1983-1988 | 3AT |
| Tercel AL25 | 1984-1989 | 3AT |
| Corsa AL25 | 1984-1989 | 3AT |
| 1.3. Электрический полный привод |
| 1.3.1. Схема E-4WD (E-Four) |
Постоянный передний привод, без механической связи между осями, подключаемый привод задних колес отдельным электродвигателем.
Применяются два типа задних силовых модулей с электродвигателем и редуктором - классический трехвальный (в нескольких вариантах мощности и крутящего момента) и компактный двухвальный с маломощным электромотором (HV4WD).
| Развитие, эффективность, надежность |
Отсчет времени для тойотовского 4WD на исходно-переднеприводных машинах можно вести с 1988 года.
Схема STD I, появившаяся в самые "тучные годы" японского автомобилестроения, так и осталась наиболее совершенной, надежной и эффективной среди всех вариаций полного привода легковых тойот. Этот "Full-Time 4WD" действительно был постоянным, полным и, что немаловажно, строился на базе беспроблемных и выносливых автоматических коробок. Единственный принципиальный недостаток (по современным меркам) - это отсутствие каких-либо межколесных блокировок, что делает машины чувствительными к условному диагональному вывешиванию. К сожалению, выпуск последних моделей с STD I завершился еще в 2002 году.
Для моделей самого младшего B-класса тойотовцы ограничились подключаемым полным приводом по схеме V-Flex I и придерживались этой концепции с конца 1980-х вплоть до 2010-х. В настоящее время схема применяется на единственной, утилитарной модели Toyota.
Затяжной кризис 1990-х сделал новым трендом тотальную экономию - на материалах, на полезных опциях, и, конечно же, на совершенстве конструкций. Для тойотовского 4WD перелом наступил после 1997-го - с запуском и массовым внедрением схемы V-Flex II одна из самых продвинутых систем менялась на самую примитивную. Ее врожденные недостатки общеизвестны:
- запаздывающее "срабатывание" вискомуфты,
- ограниченная степень блокировки,
- потенциальная опасность при активной езде,
- низкая долговечность самой муфты.
Разумеется, даже такой сомнительный 4WD оставался предпочтительнее монопривода, но проблема в том, что опытным тойотовладельцам было с чем его сравнивать. После 2015-го на собственных тойотовских разработках V-Flex II больше не применяется, оставаясь атрибутом только ребейджинговых моделей Daihatsu.
Для только набиравшего в то время обороты класса паркетников/кроссоверов тойотовцы сохранили постоянный полный привод в максимально упрощенном варианте (STD II), который фактически позаимствовали у прежних моделей с механическими коробками (разве что поместив в межосевой дифференциал пять сателлитов вместо четырех). Ожидаемо низкая эффективность вязкостных муфт по сравнению с гидромеханическими отразилась на эксплуатационных характеристиках и в этом случае.
К середине 2000-х развитие технологий позволило полностью отказаться от вискомуфт, оставив все три дифференциала свободными (VSC+) - теперь блокировки эмулировались с помощью тормозной системы. Такое решение оставалось в производстве не слишком долго и уже спустя поколение все паркетники получили полный привод типа ATC.
Вообще, с активным внедрением систем стабилизации (у японских марок - со второй половины 2000-х) и появлением эмуляции блокировок межколесных дифференциалов с помощью тормозов, в мире начался новый этап развития полного привода. У некоторых производителей связка подключаемого 4WD и ESP дает лучший эффект, чем даже некоторые варианты классического постоянного полного привода с излишне "мягкой" блокировкой центра или ее эмуляцией. Но не в случае Toyota - сравнивая реальное поведение современных паркетников разных марок нужно признать - тойотовские настройки подключаемого полного привода и эмуляции межколесных блокировок являются крайне неудачными. Некоторые качественные улучшения здесь наметились только с выходом новых моделей в самом конце 2010-х.
Не лучшим образом отразился на возможностях полного привода отказ от автоматов в пользу вариаторов, постепенно идущий с середины 2000-х (моноприводные версии получали их еще раньше). Если для легких машин младших классов это не так принципиально, то для минивэнов и, тем более, кроссоверов именно вариатор становится наиболее узким, уязвимым и дорогим местом в цепи передачи мощности от двигателя к колесам.
Еще один тип условно полного привода, известный еще с 2001-го, сформировали многочисленные гибридные модели (E-4WD). При внешней заманчивости идеи, красивых цифрах и графиках крутящего момента заднего электромотора, в реальности тяговые возможности не оправдали ожиданий - по эффективности E-4WD не дотягивает даже до ATC аналогичных не-гибридных моделей.
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.
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.
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.
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).
К муфтам с превентивной блокировкой относятся Haldex 4 (моя отдельная статья по теме здесь) 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 писал 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.
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.
Читайте также: