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.
Состоявшийся осенью 2001 года выпуск Volvo S60 AWD ознаменовал собой появление на рынке нового поколения полноприводных автомобилей Volvo.
Принципиальная разница между этой и прежними системами заключается в том, что вискомуфта была заменена гидромуфтой с исключительно быстрым откликом.
Преимущества системы полного привода (AWD)
Выпускаемые сегодня автомобили Volvo в основном функционируют как переднеприводные. Это обеспечивает превосходную ездовую устойчивость, особенно на высоких скоростях. Давление двигателя на передние колеса улучшает их сцепление на рыхлом снегу или песке.
Однако при перераспределении веса на задние колеса желательно также подавать мощность на задние колеса. Это существенно, например, при трогании с места на подъеме и/или буксировке прицепа. В этих условиях оптимальным решением является полный привод.
Мощный двигатель используется лучше всего в сочетании с полным приводом. Такая конфигурация обеспечивает наилучший разгон на всех поверхностях, включая сухой асфальт.
Система полного привода компании Volvo - AWD - является полностью автоматической. Водитель может не думать о том, какие колеса имеют наилучшее сцепление с дорогой - за него думает система AWD.
Автоматическое распределение мощности
Распределение мощности между передними и задними колесами в моделях Volvo с AWD меняется в зависимости от вашего стиля вождения и внешних условий.
Система адаптируется к состоянию поверхности посредством такого разделения мощности, которое постоянно обеспечивает оптимальное сцепление с дорогой и движение автомобиля, особенно на скользких поверхностях. Этот процесс осуществляется полностью автоматически, незаметно для водителя.
Распределение мощности между левым и правым колесами каждой оси контролируется бесступенчато с помощью системы контроля тяги (TRACS).
Гидромуфта
Гидромуфта с электронным управлением, установленная между передними и задними колесами - ключевой компонент системы автоматического управления AWD.
Гидромуфта, прикрепленная к корпусу главной передачи задней оси, "ощущает" скорости вращения входного и выходного валов. Если эти скорости различаются, например, при пробуксовке передних колес, муфта активируется и направляет мощность к задним колесам.
Перераспределение мощности осуществляется очень быстро.
Прежде чем пробуксовывающее колесо повернется на четверть оборота, весь крутящий момент будет передан на колесо (или колеса), сохраняющее сцепление с дорогой.
AWD в повседневных ситуациях
Система полного привода AWD пригодится не только в трудных дорожных условиях, но и при ежедневной эксплуатации автомобиля.
Трогание с места и ускорение
Мощность распределяется в определенном соотношении между передними и задними колесами, а также между разными колесами каждой пары в зависимости от трения между шиной и дорогой. Это соотношение меняется бесступенчато от 100-0% (полностью передний привод) до 0-100% (полностью задний привод).
Система AWD оптимально использует мощность двигателя для продвижения автомобиля вперед, что обеспечивает наилучшую тягу и разгон.
Обычное движение с постоянной скоростью
При движении с постоянной скоростью практически вся мощность подается на передние колеса, что повышает топливную экономичность. При высоких скоростях подаваемый на задние колеса небольшой крутящий момент также повышает курсовую устойчивость.
Поворот
Тяговая мощность распределяется в подходящем соотношении между передними и задними колесами в зависимости от трения между шиной и дорогой. На разных стадиях поворота мощность распределяется по-разному:
При входе в поворот передние колеса получают больше мощности, что обеспечивает быстрый отклик на вращение рулевого колеса.
В середине поворота мощность распределяется между передними и задними колесами более равномерно. Это делает управляемость автомобиля более нейтральной.
При выходе из поворота мощность, подаваемая на передние колеса, увеличивается, обеспечивая некоторую недостаточную поворачиваемость и превосходную курсовую устойчивость. Этот эффект выражен тем сильнее, чем активнее водитель разгоняет автомобиль во время поворота.
Это позволяет пройти поворот быстрее с сохранением курсовой устойчивости и безопасности. Система настраивается на заводе для каждой модели Volvo, чтобы подчеркнуть ее индивидуальный характер.
Трогание с места на рыхлом снегу или песке
Мощность мгновенно перераспределяется к задней оси таким образом, что она получает примерно такой же крутящий момент, как и передняя. Это значительно улучшает способность автомобиля двигаться на рыхлом снегу или песке и уменьшает вероятность "закапывания" передних колес, например, при трогании с места.
Движение на скользких поверхностях
Система AWD обменивается данными с системой стабилизации DSTC (если она установлена). Это взаимодействие гарантирует использование функции DSTC без ограничений.
Мощность двигателя уменьшается при появлении малейших признаков пробуксовки какого-то колеса, благодаря чему все колеса сохраняют оптимальное сцепление.
Торможение
Когда водитель отпускает газ и нажимает на тормоз, подаваемая на задние колеса мощность уменьшается практически до нуля, что повышает тормозное усилие и поперечную устойчивость.
Буксировка
При выключении двигателя гидромуфта полностью размыкается. Это позволяет буксировать автомобиль с одной поднятой парой колес. Зажигание можно перевести в положение "1" для включения фонарей.
Парковка
При маневрировании с низкой скоростью в ограниченном пространстве подаваемая на задние колеса мощность уменьшается почти до нуля, что облегчает руление и снижает вероятность того, что двигатель заглохнет.
Прокол шины
Программа блока управления гидромуфтой постоянно сравнивает диаметры четырех колес. Она обнаруживает замену одной из шин на шину слегка отличающегося типоразмера. В этом случае система компенсирует различие и позволяет сохранить полный привод.
Основные компоненты системы полного привода
Автомобиль оснащается следующими компонентами для передачи мощности двигателя на четыре колеса:
- Раздаточной коробкой, направляющей мощность к передним и задним колесам;
- Передним межколесным дифференциалом, который позволяет им вращаться с разными скоростями, например, в повороте, когда внутреннее и наружное колеса проходят разные расстояния;
- Задним межколесным дифференциалом;
- Механизмом блокировки дифференциала, обеспечивающим при пробуксовке подачу мощности на оба колеса одной и той же оси. Во всех системах полного привода компании Volvo эту функцию выполняет гидромуфта.
Отныне покупатель любой из моделей Volvo имеет возможность выбрать полноприводный автомобиль и ощутить все достоинства интеллектуального полного привода AWD.
Автомобили повышенной проходимости пользуются довольно большим спросом у водителей. Далеко не все они являются внедорожниками, однако практически любая система полного привода (AWD или 4WD) позволит владельцу без особых проблем выбраться на загородный пикник или на дачу.
Разновидностей систем существует немало, практически каждый автопроизводитель дает им свои названия:
- xDrive система полного привода BMW;
- Quattro – Audi;
- 4motion – Volkswagen;
- TOD (ATT) – Ssang Yong и Hyundai;
- Super Select (Easy Select) – Mitsubishi;
- Active Select – Chevrolet и другие.
Между тем все они делятся на две основных категории: full-time и part-time AWD . К первой группе относятся системы, в которых полный привод задействован постоянно, деля крутящий момент между осями в равных пропорциях. Full-time полный привод имеют классические вездеходы, такие как Land Rover Defender, отечественная Нива и Шевроле-Нива, а также легковые автомобили, такие как Audi A6 Quattro, BMW X5 и многие другие, но устройство AWD-трансмиссии легковушек полностью отличается от автомобилей, предназначенных для бездорожья.
Внедорожники, имея постоянный полный привод, способны достаточно легко преодолевать труднопроходимые участки , а легковым машинам постоянный полный привод нужен для лучшей динамики и управляемости, т.к. значительно уменьшаются пробуксовки ведущих колес. Правда, и тем, и другим приходится расплачиваться высоким расходом горючего при езде по асфальтированным дорогам, кроме того, устройство системы постоянного полного привода намного сложнее.
Вторая группа систем полного привода автомобилей – part-time. Машина, оснащенная такой системой, в обычных условиях является моноприводной, а вторая ось подключается при необходимости вручную или автоматически в определенных условиях.
Типичные part-time-полноприводные автомобили:
- все модели УАЗ;
- Mitsubishi Pajero с системой Super Select;
- Nissan Patrol.
Эти машины прекрасно подходят для активного отдыха в условиях бездорожья. Водитель в них самостоятельно подключает вторую ось для преодоления труднопроходимых мест.
Схема part-time AWD имеет свои недостатки. Одним из главных является то, что неопытный водитель, не всегда может правильно оценить дорожную обстановку и вовремя перевести трансмиссию автомобиля в полноприводный режим. Вторым недостатком является то, что с включенным полным приводом можно передвигаться только с небольшой скоростью, а трансмиссия при этом усиленно изнашивается. Третий минус заключается в том, что классическая ручная part-time-система не имеет межосевого дифференциала, что сильно ухудшает управляемость таких автомобилей на сухих дорогах, особенно это заметно в поворотах.
Системами автоматического полного привода оснащают кроссоверы, а так же универсалы с повышенной проходимостью. Они не предназначены для езды по зимникам и летникам, однако возможностей этих автомобилей вполне достаточно, чтобы не ограничиваться ездой только по асфальтированным дорогам. AWD в них реализуется при помощи вискомуфты, самоблокирующегося дифференциала Torsen, или многодисковой фрикционной муфты.
4 motion
Одной из самых известных автоматических AWD-трансмиссий можно назвать 4motion от компании Фольксваген. Она состоит из следующих узлов:
- сцепления;
- коробки передач;
- главных передач передней и задней оси;
- межколесных дифференциалов передней и задней оси;
- многодисковой фрикционной муфты Haldex;
- полуосей.
В обычных условиях 90 % крутящего момента передается передней оси. При пробуксовке передних колес блок управления посылает соответствующий сигнал, муфта блокируется, и крутящий момент подается на заднюю ось. Его величина не является постоянной. Соотношение крутящего момента передней и задней осей в AWD-трансмиссии 4motion может изменяться от 90:10 до 60:40.
Система полного привода TOD
AWD-трансмиссия Torque-on-Demand, или TOD, относится к категории full-time AWD, применяющая распределение крутящего момента между осями по переменному принципу. Задний мост в системе TOD подключен постоянно, передний подключается через многодисковую фрикционную муфту автоматически или принудительно при помощи переключателя.
В автоматическом режиме, являющемся основным для TOD, крутящий момент перераспределяется между осями (передней и задней) в соотношениях от 0:100 до 50:50, все зависит от различных дорожных условий. До начала преодоления труднопроходимых участков, производитель рекомендует принудительно подключить переднюю ось, тем самым деля поровну крутящий момент между осями.
Аналогичным образом устроена интеллектуальная система xDrive у автомобилей BMW, однако работает она полностью в автоматическом режиме, а соотношение крутящего момента между осями составляет от 0:100 до 40:60.
Система полного привода Quattro
AWD-система Quattro, применяемая на автомобилях Audi, также относится к категории full-time AWD. Роль межосевого дифференциала в последнем, четвертом поколении трансмиссии Quattro, выполняет самоблокирующийся асимметричный дифференциал с коронными шестернями. В нормальных условиях, на переднюю ось, он направляет 40% мощности, а оставшиеся 60 – на заднюю. При пробуксовке колес основная доля момента перебрасывается на ту ось, которая имеет наилучшее сцепление с дорогой. При этом на передние колеса может быть передано до 70%, а на задние – до 85.
На чем остановить свой выбор?
Вопрос, какая система полного привода лучше, мучает многих автолюбителей. Многие будут удивлены, но ответить на него невозможно в силу некорректности самой формулировки. Можно сказать, что лучше подойдет в конкретной ситуации, но не в целом.
Ведь автомобиль Mitsubishi Pajero с part-time системой полного привода Super Select, будучи прекрасным внедорожником, на асфальтированной трассе показывает весьма посредственную управляемость, свойственную практически всем «джипам». Равно как и Audi Allroad с AWD-трансмиссией Quattro, прекрасно ведущая себя на шоссе и способная проехать по укатанной грунтовке, окажется полностью бессильной в условиях Карелии.
При выборе необходимо учитывать различия в системах полного привода и понимать, для чего приобретается автомобиль, и в этом случае покупатель получит именно то, что ему нужно – либо вместительную семейную машину, на которой можно отправиться хоть на море, хоть на дачу, либо внедорожник, способный покорить сибирскую тайгу.
Расхожим заблуждением является то, что 4×4 означает, что все четыре колеса вращаются одновременно с одинаковой скоростью. Когда полноприводный автомобиль поворачивает, его внешние колеса крутятся быстрее внутренних. Дифференциал в оси компенсирует большее расстояние, пройденное наружными колесами.
Когда вы едете по скользкой поверхности, мощность двигателя будет передаваться на колесо, имеющее более слабое сцепление с полотном дороги, поэтому то колесо, которое проскальзывает сильнее, получит и больше мощности.
Такие законы природы, известные как физика, которые говорят нам, что сила всегда пойдет по пути наименьшего сопротивления.
Когда внедорожник едет в режиме полного привода, передняя и задняя оси синхронизируются таким образом, чтобы всегда хотя бы одно колесо на каждой оси получало эффективную мощность от двигателя.
В автомобиле с приводом 4×2 вы можете заставить его временно работать как 4×4, слегка нажав на педаль тормоза, чтобы затормозить прокручивающееся колесо и передать его энергию на колесо, сохранившее сцепление с дорогой.
4×4 (4WD) – это автомобиль с полным приводом (4WD). «4×4» для автомобиля с полным приводом означает, что у него четыре колеса, и привод осуществляется на все колеса. Внедорожники обычно имеют привод 4×4.
4×2 (2WD) – автомобиль, у которого привод на два колеса из четырех (2WD). «4×2» в автомобиле с приводом 2WD означает, что из четырех колес привод осуществляется только на два. Это могут быть как передние, так и задние колеса, чаще – задние. У паркетников обычно привод 4×2.
Part-Time 4WD – внедорожники, у которых система полного привода включается рычагом при необходимости и подает мощность на все четыре колеса, синхронизируя переднюю и заднюю оси.
У привода Part-Time 4WD обычно есть два диапазона передач – Hi и Lo, или нормальные и пониженные.
Системы Part-Time 4WD необходимо использовать на асфальте, цементе или других твердых покрытиях с хорошим сцеплением в режиме 2WD. Подключать полный привод следует только в конкретных ситуациях, когда требуется дополнительное сцепление, на твердых покрытиях можно повредить привод.
Full-Time 4WD – система полного привода, работающая всегда на любых покрытиях. Системы полного привода Full-Time обычно имеют функцию отключения, и вы можете перейти в режим 2WD на цементе или асфальте. У систем Full-Time 4WD не всегда имеется диапазон пониженных передач Lo.
Автоматический полный привод (A4WD) – этот тип привода становится полным при необходимости. Это достигается контролем разницы скорости вращения колес. Подобная автоматическая система имеется у электромобиля Polaris Ranger.
Подключаемый на ходу 4WD – эта система полного привода, позволяющая водителю вручную переключаться с 2WD на 4WD-Hi без необходимости остановки. Скорость, на которой можно выполнять переключение, обычно ограничена 90 км/ч. Во внедорожниках с электронным приводом переключения (кнопкой или рычагом) переключиться на режим 4WD-Hi можно, только если скорость автомобиля ниже предельной, в противном случае режим 4WD не включится.
В автомобилях с механическим переключением водитель может сломать систему, если не знает, что его скорость слишком велика для включения режима 4WD-Hi. Прочтите инструкцию по эксплуатации, если у вашего автомобиля система полного привода, подключаемого на ходу.
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!
Однако иногда случаются казусы - сидит человек во внушительном внедорожнике со стильным шильдом «4WD» на блестящем крыле, но и сам внедорожник «сидит». Конечно, причин тому может быть масса, и самая распространенная из них - сам водитель. Хотя нередко бывает и так, что трансмиссия автомобиля совсем не рассчитана на такие испытания.
Возникают логические вопросы: «Почему не рассчитана?», «А какая рассчитана?». Ответам на эти вопросы и посвящается наша статья.
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.
Межосевого дифференциала нет у part-time, момент на оси передается поровну, вращение осей с разными скоростями невозможно, поэтому езда с подключенным «передком» на дорогах с твердым покрытием крайне не рекомендуется. При коротком прямолинейном движении даже на пониженной передаче ничего плохого не случится (вытащить телегу с катером из озера вы сможете). Но при попытке совершить поворот возникает та самая разница в длинах путей мостов. Помним, что момент передается одинаково - 50/50, и выход его излишка только один: проскальзывание колес передней либо задней оси на одной из них.
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.
Full-time
Имеющиеся недостатки подключаемого полного привода привели к созданию постоянного полного привода, лишенного этих проблем. Это то самое заветное «4WD» безо всяких «если»: четыре ведущих колеса со свободным межосевым дифференциалом, который позволяет образовавшейся лишней мощности выходить за счет прокручивания одного из внутренних сателлитов в редукторе, и машина всегда едет на полном приводе.
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.
Но есть одно «но»: такой тип полноприводной трансмиссии годится только для эксплуатации на асфальте с эпизодическим минимальным бездорожьем наподобие в меру разбитой грунтовки.
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.
Чем более наворочена система, тем она более уязвима, так что выбирать машину надо с умом, отдавая себе отчет, что даже сугубо городские автомобили, созданные для асфальта, вполне допускают съезды на проселки. Но надо понимать, на какие именно. Случайный обрыв одного проводочка датчика ABS выведет систему из строя, потому что она перестанет получать информацию извне. Или топливо не очень качественное попадется - тоже поездка в сервис, ведь «понижайка» уже может не включиться. Иные «электронные мозги» могут вообще отключить машину и поставить ее в сервисный режим.
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.
В заключение хочется дать простой совет: если выбирать автомобиль только для бездорожья, то part-time станет отличным вариантом. Если же речь идет о перемещениях преимущественно в городской черте, то и AWD будет вполне достаточно. Ну а постоянный полный хорош в любой ситуации.
