С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Полный привод как работает

Полный привод как работает


Как работает полный привод, системы 4х4, плюсы и минусы — бортжурнал УАЗ 469 1992 года на DRIVE2

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 отечественныйУАЗ.

Постоянный полный привод

Перечисленные особенности и недостатки системы подключаемого полного привода обусловили разработку постоянно подключенной полноприводной системы, избавленной от подобных проблем. В результате свет увидели автомобили с приводом «4WD», у которых роль ведущих выполняют все имеющиеся колеса, а также имеется свободный межосевой дифференциал, позволяющий выпускать «ненужную» мощность благодаря проскальзыванию одного из редукторных сателлитов. Таким образом, автомобиль всегда передвигается со всеми ведущими колесами.

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 иLand 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.

Дифференциал Торсен

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.

Автоматически подключаемый полный привод: как он работает и чем нехорош

«Честный полный привод» — не вполне четкий, но убедительный термин, священная мантра интернет-гуру. Однако сегодня подавляющее большинство производителей делает ставку на электронику и многодисковые муфты, автоматически подключающие задний мост…

Хорошо иметь на случай штурма снежного заноса машину с колесной формулой 4х4, а в остальное время – экономичный монопривод. И при трогании с места на мокром асфальте полезно быть во всеоружии. Но уже через мгновение, когда скорость набрана, лишняя ведущая ось – только перерасход горючего.

Это стопроцентный формат кроссовера, и для того чтобы стали возможными быстрые или кратковременные включения второй пары ведущих колес, появились разнообразные многодисковые муфты их подключения.

ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА И ТОПЛИВАНедорогая 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.

РАЗНЫЕНо муфта муфте рознь. При одинаковом принципе подключения второго моста  конструкции могут иметь значительные различия.

Изначально решено было каким-то образом заставить срабатывать муфту от проскальзывания передней половинки, связанной с мотором и передними колесами, относительно задней, соединенной с задними колесами. Забуксовал перед, пошла разница оборотов половинок, муфта заблокировалась, подключился зад. Логично?

Самые первые муфты применял Volkswagen Golf в своей трансмиссии Syncro. Пакет фрикционов в них не сжимался, а был залит силиконовой жидкостью, которая густела при больших нагрузках и сама передавала вращение. Управлять такой виско-муфтой было невозможно, характеристика ее работы оставляла желать лучшего, и 100% крутящего момента на задние колеса она передать не могла. К тому же при буксовании в грязи силикон вскипал, муфта быстро перегревалась и… сгорала.

Другая конструкция попала на ранние Ford Escape. Там диски муфты уже сжимались, но происходило это чисто механически, при помощи шариков и клиновидных прорезей, в момент проворачивания передней части относительно задней. Муфта работала четче, но резче, вызывая неожиданные удары в самой ответственной фазе скользкого поворота.

Представьте себе, что в вираже ваш автомобиль внезапно из переднеприводного превратится в «классику», а под сброс газа муфта также внезапно отключится. Последствия могут быть фатальными.

Эта проблема и дальше довольно долго преследовала производителей муфт. Чтобы адекватнее регулировать поток мощности к задним колесам, а заодно и оберегать диски муфты от перегрева, предприняли попытку использовать гидравлику.

ПРИШЕСТВИЕ HALDEXПоследней версией неуправляемой муфты стала первая генерация Haldex 1998 года. Здесь диски сжимал гидроцилиндр, давление масла для которого вырабатывал насос. Насос смонтировали на одной половинке муфты, а привод на него шел от другой. То есть теперь при разнице оборотов передних и задних колес нарастало давление сжатия и муфта блокировалась. Haldex работал мягко и оказался успешным.

Выигрышей получили сразу два: масло, теперь циркулирующее и через гидронасос, лучше охлаждалось, а гидропривод четче и, главное, быстрее срабатывал. Но все же оставалась неиспользуемой часть функционала привода – упреждение подключения заднего моста в самом начале развития опасной ситуации, частичное блокирование муфты для прохождения поворотов. С этим могла и должна была справиться электроника.

Так в 2004 году появилось второе поколение Haldex все с теми же дисками и насосом, но с электронным клапаном, а в «мозги» системы стабилизации машины внедрили отдел, заведующий полным приводом.

Компактный.  Весь набор элементов муфты Haldex собран в плотный блок и по габаритам лишь немного больше стандартного дифференциала

Система стала управляемой, и передаваемый назад крутящий момент перестал напрямую зависеть от разницы скоростей передних и задних колес.ПРЕДУПРЕЖДЕН – ЗНАЧИТ ВООРУЖЕНВсе бы хорошо, но оставались «незатронутыми» ситуации, при которых хорошо бы получить состоявшийся полный привод еще до пробуксовки передних колес. Иными словами, насос, работающий от разницы оборотов половинок муфты, больше не устраивал инженеров-трансмиссионщиков. Ведь его спасительное давление в некоторых режимах движения просто отсутствовало.

Решение оказалось простым и в общих чертах применяется до сего дня в большинстве реализованных посредством муфты приводов.

Очередное — четвертое — поколение Haldex получило прикрепленный снаружи электронасос и уже знакомые нам клапаны регулировки перед гидроцилиндрами. Теперь в любое время муфта могла быть полностью или частично замкнута лишь по сигналу электроники.

Такой принцип дал массу положительных эффектов. Появились режимы старта с места, при которых муфта на короткий период разгона полностью блокируется. Добавились режимы существенной блокировки в поворотах, когда хорошее сцепление на сухом асфальте позволяет на всю катушку использовать полный привод.

Как ни удивительно, возросли вездеходные качества. Ведь теперь стало возможно простым нажатием кнопки переключать алгоритм работы муфты с «асфальтового» на «внедорожный» или доверить это дело автоматике.

Узнаете три основных режима работы трансмиссии вашего кроссовера? Безусловно, у вас именно такая муфта в приводе задних колес!

Только миг. Две составляющие быстродействия системы – электронный мозг и сверхбыстрый электроклапан, время открытия которого менее 0.1 с

ДАЛЬШЕ – БОЛЬШЕЭлектронное 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.

Четыре на четыре: как работает полный привод

Еще совсем недавно огромная доля покупателей во всем мире предпочитала автомобили, оснащенные приводом лишь на одну ось, относя категорию «4х4» исключительно к внедорожной тематике. Теперь такой взгляд явно устарел: системы полного привода на сегодняшний день серьезно эволюционировали и выполняют ряд других, не менее важных функций. Так, система All Mode 4x4-i стала «общекорпоративной» для большинства «ниссановских» моделей. Из 14 предлагаемых на российском рынке автомобилей марки, включая два пикапа, 10 предлагаются с приводом на все колеса! Схожую трансмиссию имеют X-Trail, Juke, Qashqai, Pathfinder, Murano… Это не значит, что все элементы систем автомобилей одинаковы — у них лишь общая идеология. Все вроде бы просто: задний (в случае, к примеру, с «Кашкаем» или «Икс-Трейлом») или передний (у Patrol) привод должен подключаться лишь по необходимости посредством электромагнитной муфты. Но это лишь верхушка айсберга, основную часть которого составляют различные электронные системы помощи водителю. Начнем с того, что сама трансмиссия All Mode 4x4-i является идеологическим продолжением предыдущего поколения с тем же названием, разве что без приставки «i», над которой,  собственно, мы и хотели расставить все точки. Но сначала — краткий исторический экскурс.

При сносе увеличи вается крутящий момент на задней оси для достижения нужного радиуса поворота. При заносе уменьшается крутящий момент на задней оси для достижения нужного радиуса поворота

ПРЕДПОСЫЛКИ

Идея автоматического подключения второй оси, в общем-то, не нова: на заре третьего тысячелетия почти все автопроизводители рванули избавляться от классических и полностью «механических» трансмиссий в пользу разного рода автоматических систем. Зачем? Один из главных недостатков — постоянная работа полного привода неизбежно вела к повышенному расходу топлива (речь идет про постоянный полный привод Full-time). Здесь у читателя должен возникнуть железный контраргумент: а как же внедорожники с отключаемым передним мостом с системой Part-time? Не спорю, подобное решение действительно позволяет экономить топливо, но автомобиль лишался другого достоинства — надежной управляемости на скользких покрытиях. Конечно, есть и третий тип по-настоящему внедорожных трансмиссий — гибрид, совмещающий в себе плюсы Part-time и Full-time (как на Mitsubishi Pajero или некоторых версиях Jeep). Компромисс удачный, но и здесь есть недостатки, главные из которых — дорого и громоздко. Устанавливать на автомобиль тяжелую и недешевую трансмиссию, требующую определенной подготовки водителя, в наше время крайне несуразно — цена автомобиля и его масса сейчас играют далеко не последние роли. Ну и последний довод, который, пожалуй, стал решающим в угасании эры классических внедорожников: они перестали пользоваться спросом, о чем красноречиво говорят результаты продаж. Покупатель сам сделал свой выбор: никто уже не хочет разбираться в тонкостях оффроуд-пилотирования, думать, какую блокировку нужно активировать и нужно ли вообще ее потом выключать. Конечно, истинные джиперы существуют и по сей день, но их доля настолько мала, что производителям попросту нет смысла заморачиваться на  производстве, по сути, штучной, прожорливой и устаревшей продукции.

Автоматическое распределение крутящего момента на заднюю ось от 0 до 50%

Режим принудительной блокировки 4WD Lock

ТЕОРИЯ

С идеологией вроде бы разобрались: современный кроссовер должен обладать низким расходом топлива, оставаться комфортным и легким в управлении при любых дорожных условиях, сохраняя при этом высокий уровень безопасности и к тому же оправдывать свое предназначение, то бишь уметь передвигаться по пересеченной местности. Нетрудно догадаться, что «ниссановский» All Mode всем этим параметрам соответствует. Что же он собой представляет? Разберем на примере нового X-Trail. Как уже было сказано, All Mode 4x4-i является очередным этапом развития прежнего поколения полноприводной трансмиссии. Условно систему можно поделить на несколько составляющих: раздаточная коробка (по сути редуктор, совмещающий в себе дифференциал переднего моста и редуктор отбора мощности для задних колес), задний редуктор, установленная на его корпусе электромагнитная муфта и ворох управляющей электроники. Такая система на сегодня оптимальна как с точки зрения компактности, так и эффективности. В автоматическом режиме  момент от коробки передач по умолчанию передается лишь на передние колеса, а карданный вал при этом крутится вхолостую, «ожидая» смыкания муфты, дабы в нужное время передать момент назад. Расположение муфты непосредственно на заднем мосту не случайно. Во-первых, так достигается лучшее распределение веса автомобиля между осями; во-вторых, не загромождается и без того загруженный передок; в-третьих, происходит наиболее плавное и максимально быстрое срабатывание заднего редуктора — проще провернуть шестерни редуктора уже вращающимся карданным валом с высокой силой инерции, чем пытаться это сделать «в начале» пути у переднего моста. Полный привод, реализованный таким образом, гораздо проще, легче, и универсальнее «настоящих» внедорожных конструкций. Осталось разобраться, в каких случаях электромагнитная муфта должна смыкаться, и от нее ли все зависит? Здесь в игру вступают загадочные силы электроники.

ТОЧКИ НАД i

Хотя, если разобраться, ничего загадочного тут нет: вся система отвечает строгим правилам логики и здравого смысла. Стоит начать с режимов трансмиссии: как и в прошлом поколении системы сохранились режимы 2WD, Auto и Lock (передний привод, автоматический режим, заблокированная муфта). В целом логика распределения момента осталась прежней. В автоматическом режиме задние колеса вступают в работу в основном при пробуксовке передних колес, при этом назад может передаваться до 50 %  момента. Само замыкание муфты зависит от работы множества датчиков — поворота руля, угловой скорости, ускорения, частоты вращения колес… Хотя муфту в приводе задней оси можно заблокировать жестко включением режима Lock. Но здесь стоит помнить, что передвижение с заблокированным «центром» (по сути межосевым дифференциалом) возможно только на скользких покрытиях — колеса задней и передней оси вращаются с одинаковой скоростью, что может негативно сказаться на элементах трансмиссии. Именно поэтому во избежание поломок муфта автоматически переключается в режим Auto при резком разгоне автомобиля или если скорость движения превысит 40 км/ч. Как и раньше, система полного привода активно сотрудничает с системой динамической  стабилизации автомобиля (ESP): помимо помощи при потере управления (снос или занос автомобиля), система может помочь на бездорожье. Наиболее характерно это проявляется при диагональном вывешивании, когда ESP подтормаживает буксующие колеса, передавая момент на колеса неподвижные. Но данный электронный помощник нужен не всегда: для преодоления скользких участков, когда необходима максимальная отдача мотора, систему рекомендуется отключать.

Главное отличие от предыдущих поколений системы — активное взаимодействие трансмиссии с комплексной системой управления шасси Nissan Chassis Control. Помимо того, что в зависимости от дорожных условий система может автоматически перебрасывать момент между осями, электроника может помочь удержаться на траектории торможением двигателем во время сброса газа в повороте или на прямой. Также для сохранения заданной траектории во время движения в повороте система раздельно регулирует тормозные усилия, поступающие на каждое колесо, компенсируя недостаточную или избыточную поворачиваемость. Венчает картину система гашения колебаний кузова: если электроника замечает развитие диагональной раскачки, колебания кормы могут быть упразднены коротким тормозным импульсом.

ПРАКТИКА

С модернизированной системой полного привода я познакомился еще зимой, на премьерном тесте нового Nissan X-Trail. Надо отдать должное организаторам — локация для зимнего тест-драйва была подобрана идеально. Речь о потрясающем уголке нашей необъятной, о Карелии, с ее крайне разнообразными дорогами и их не менее разнообразным отсутствием. Главной изюминкой дорог помимо их незагруженности, является довольно интересное покрытие: реагенты здесь используют разве что близ крупных городов, вследствие чего дороги часто покрыты либо укатанным снегом, либо ровным слоем льда. Здесь-то и становится понятным, что хорошие зимние шины и грамотный полный привод — штуки небесполезные. Первое, чем удивил автомобиль — стабильным и безопасным поведением. Если  бы мне заранее не сказали про наличие системы гашения колебаний, я вряд ли бы обратил на нее внимание — настолько та незаметно и ненавязчиво гасила диагональную раскачку автомобиля. Действия All Mode 4x4-i вкупе с Chassis Control особенно проявились на голом льду: заходишь на приличном ходу в поворот и точно знаешь, что обязательно понесет наружу… А «Ниссан» будто бы невидимыми нитями кто-то затягивает обратно во внутрь поворота. Потрясающе! Чтобы заправить «Икс-Трейл» в лихой занос, нужно очень постараться, выключив предварительно систему ESP. Еще лет десять назад рядовой автомобилист о таком и мечтать не мог — крайне прогнозируемое поведение! Подводя итоги, можно смело утверждать, что старания разработчиков не прошли даром — управлять автомобилем стало действительно легче.

Полный привод

Вплоть до начала 1980–х использование схемы с четырьмя ведущими колесами не на внедорожниках, где иначе никак нельзя, а на обычных легковых машинах считалось событием из ряда технических курьезов. Ведь полноприводная трансмиссия требует введения в конструкцию новых узлов, что делает автомобиль более тяжелым, шумным и вибронагруженным.

Усложнение конструкции увеличивает производственные издержки, что отражается на стоимости полноприводного автомобиля. В свою очередь, потребуют больших затрат обслуживание и ремонт такой машины. Автомобили со всеми ведущими колесами потребляют больше горючего, чем их аналоги с приводом на одну ось — сказываются увеличение общего веса машины и механические потери в дополнительных агрегатах трансмиссии.

Но автомобилестроение не стоит на месте. Современные автомобили обладают большим запасом мощности, и на старте при резком нажатии на педаль газа сил сцепления одной пары колес с дорожным покрытием может не хватить. Ведущие колеса буксуют, проскальзывают, избыток тяги уходит вместе с дымом сгоревшей «резины». А распределение тягового усилия не на два, а на четыре колеса и возможность использовать весь вес машины в качестве сцепного уменьшают вероятность пробуксовки вдвое и гарантируют впечатляющее стартовое ускорение. К тому же полный привод обеспечивает лучшую управляемость и курсовую устойчивость автомобиля в движении, особенно на скользких дорогах, позволяет водителю увереннее и быстрее проходить повороты.

Толчок к развитию дорожных полноприводных автомобилей дала Ауди своей моделью Quattro. Ее популярность потребовала адекватных шагов от других производителей автомобилей, и модельные ряды даже семейных машин начали стремительно полниться версиями 4х4 — и все они находили своих почитателей. Subaru и вовсе сделала полный привод фирменной «фишкой», и со временем полноприводными стали все автомобили, выпускаемые этой японской компанией.

Заслуга инженеров Ауди в том, что им удалось разработать легкую и компактную конструкцию, в которой на основе переднеприводной компоновки отбор крутящего момента к задним ведущим колесам осуществлялся непосредственно от встроенного в коробку передач межосевого дифференциала. Правда, этому дифференциалу требовалась блокировка, но внедрение самоблокирующихся вискомуфт и дифференциалов трения (вроде конструкции Торсена, использующей способность винтовых шестерен к самоторможению) сняло эту проблему. Легковые автомобили 4х4 освободились как от дополнительных рычагов механической блокировки, что их салоны отнюдь не украшало, так и от рывков, сопровождавших блокировку дифференциала, если она осуществлялась механическим способом.

Вискомуфты, кстати, не только освободили автомобили от лишних рычагов и рывков, но и позволили плавно перераспределять крутящий момент между осями в зависимости от конкретной обстановки, в которой оказывается любое колесо автомобиля в каждый определенный момент времени. Впрочем, вискомуфты оказались не без «закидонов». С появлением ABS вискомуфты начали «конфликтовать» с этими системами, вмешиваясь в их работу и корректируя ее только в худшую сторону.

Первым ABS начал внедрять Mercedes–Benz, ему первому и пришлось ломать голову над тем, как «утихомирить» вискомуфту. Благо к этому времени уже был создан межосевой дифференциал Фергюсона с автоматической блокировкой, управляемой электроникой. Внутри этого дифференциала располагалось многодисковое сцепление, включаемое, когда разность скоростей вращения колес достигала определенного значения. Команда на блокировку поступала от микропроцессора, который в своей работе использовал сигналы от трех датчиков скорости колес- тех же, что применялись в системе ABS.

Автоматически блокируемый дифференциал позволил облегчить трогание автомобиля с места, прежде всего, на скользких дорогах, улучшить управляемость на высокой скорости при движении в поворотах и при этом нисколько не влиял на эффективность ABS, потому что отключался при любом нажатии на педаль тормоза.

В основе системы полного привода автомобилей «Фольксваген» 4-Motion — муфта Халдекс, представляющая собой многодисковое сцепление, управляемое электроникой. В пользу муфты Халдекс отказывается от вискомуфты и «Volvo».

BMW разработала собственную систему полного привода xDrive, не имеющую никаких блокировок. Управляет полным приводом BMW электроника, точнее- системы ABS, ASC+T, DSC и ADB–X. Важно то, что первые три системы используются на заднеприводных версиях BMW, то есть являются стандартными. По большому счету, потребовалось лишь расширить программное обеспечение этих систем, чтобы оно соответствовало полному приводу.

Роль первых скрипок в системном «квартете» играют DSC — Dynamic Stability Control, и ADB–X — Automatic Differential Brake (судя по второму техническому термину, дифференциал в системе 4х4 BMW все же есть, но на самом деле речь идет всего лишь об его имитации с помощью тормозов). От DSC поступают все команды, идущие тормозам, ADB–X распознает, когда колесо начинает проскальзывать, и притормаживает его, обеспечивая тем самым тот же эффект, что и блокировка дифференциала.

Водитель узнает, что система достигла некоего критического режима в работе (иными словами, что колеса начинают терять сцепление с дорогой) и ADB–X вступила в действие, с помощью мигающего индикатора на приборной панели. Передоверив функции управления полным приводом электронике, компании BMW удалось добиться не только уменьшения веса и упрощения схемы трансмиссии, но и оптимизировать работу тормозной системы, где теперь каждое колесо получает строго дозированное тормозное усилие и не вмешивается в торможение «соседей», как это происходит в полном приводе с обычными блокировками.

Инженеры компании Mercedes не стали идти по проторенной дорожке и изобрели свою трансмиссию с автоматически подключаемым полным приводом, которую назвали 4 Matic. Принцип ее работы заключается в следующем: на сухом покрытии ведущими являлись задние колеса, а при их пробуксовке центральный компьютер через гидравлический привод включает многодисковое сцепление и перераспределяет крутящий момент на передние колеса. Материал, из которого изготавливались фрикционные накладки дисков, не боится пробуксовки, а как раз благодаря пробуксовке и может работать применяемое в подобных схемах многодисковое сцепление. Электронная система через гидропривод изменяет степень прижимания дисков друг к другу, постепенно перебрасывая крутящий момент к оси, колеса которой обладают лучшим сцеплением с дорогой. Такой агрегат называется гидромеханической муфтой.

Устройство и разновидности

Для начала выясним основные принципы работы полного привода. Пожалуй, самым главным узлом в нем является дифференциал. Для того чтобы обеспечить разную частоту вращения ведущих колес, применяется межколесный дифференциал, а приводных валов- межосевой. Дифференциалы можно классифицировать как симметричные и несимметричные, свободные и блокируемые. В симметричных крутящий момент распределяется между полуосями поровну, а в несимметричных неодинаково.

В основном межколесный дифференциал симметричный, а вот межосевой бывает как симметричным, так и несимметричным. Свободный дифференциал не препятствует полуосям или приводным валам вращаться с разными угловыми скоростями, а в блокируемом дифференциале можно ограничить такую независимость. Итак, для нормальной работы постоянного полного привода в трансмиссии должно быть два межколесных и один межосевой дифференциал.

Первые полноприводные автомобили оснащались достаточно простыми блокировками межосевого и заднего межколесного дифференциалов, которые можно было задействовать с места водителя, нажав соответствующие кнопки. Однако вскоре выяснилось, что при выезде на асфальт водители частенько забывали отключить блокировки, вследствие чего трансмиссия буквально рассыпалась на глазах. Тогда инженеры серьезно задумались об автоматической системе подключения механизма блокировки. В результате появилась вязкостная муфта (вискомуфта).

В этом устройстве для снижения разницы в скоростях вращения приводных валов до минимума используется силиконовая жидкость. Как только одно из колес начинает проскальзывать, вязкость силиконовой жидкости в результате нагревания резко возрастает, что приводит к соединению дисков вискомуфты, следовательно, к вращению приводных валов приблизительно с одинаковой скоростью, т. е. к блокировке дифференциала. Обычно использовали комбинацию из свободного межосевого дифференциала и вискомуфты, которые играли роль блокирующего устройства и автоматически включались в определенных условиях.

Другим устройством для блокировки явился дифференциал повышенного трения типа Torsen. При движении по асфальту дифференциал Torsen распределяет крутящий момент между осями поровну. Но стоит только колесам одной оси начать проскальзывать, крутящий момент перебрасывается на ту ось, колеса которой имеют лучшее сцепление с покрытием. В пределе соотношение крутящих моментов, передаваемых на оси, может достигать 20:80. Но есть еще некоторые детали, делающие Torsen более предпочтительным, чем вискомуфта.

Torsen — устройство чисто механическое, что позволяет ему предотвращать пробуксовку, в отличие от вязкостной муфты, где на разогрев силиконового вещества и его застывание требуется некоторое время, и в результате вискомуфта способна лишь реагировать на потерю сцепления и исправлять уже сложившуюся ситуацию.

Устройство муфты Haldex

С разработкой муфты “Haldex” был сделан рывок в создании современного полного привода. Муфта “Haldex” регулируема. Посредством компьютера удалось в процессе регулирования работы муфты учитывать дополнительную информацию. Теперь проскальзывание не является единственным решающим фактором распределения тягового усилия; на это оказывают влияние также динамические параметры движения автомобиля. Посредством шины данных CAN компьютер получает информацию от датчиков частоты вращения колес системы АБС и от системы управления двигателем (сигнал от датчика положения педали акселератора).

Таким образом, в компьютер поступает вся необходимая информация о скорости, параметрах движения в поворотах, режимах тяги и торможения двигателем, что дает возможность компьютеру оптимально реагировать на изменения режимов движения. Муфта размещена на картере главной передачи и имеет привод от карданного вала. Крутящий момент от двигателя передается через коробку передач, главную передачу передней оси и привод передней оси на карданный вал.

Карданный вал связан с входным валом муфты. В муфте “Haldex” разъединяется жесткая связь между входным валом и выходным валом на главную передачу задней оси. Передача крутящего момента на главную передачу задней оси может быть осуществлена только через сжатый пакет дисков муфты “Haldex”. Управление муфтой (пакетом фрикционов) осуществляется посредством передачи рабочего давления электромаслонасоса блоком электрических клапанов.

    Преимущества муфты “Haldex”
  • постоянный полный привод с электронным регулированием многодисковой муфты;
  • сохранение достоинств переднего привода;
  • отсутствие повышенных напряжений в трансмиссии при парковке и маневрировании;
  • отсутствие критической чувствительности к наличию различных шин (например, аварийного колеса);
  • отсутствие ограничений при буксировке с вывешенной осью;
  • возможность неограниченной сочетаемости с системами ABS, ASR, EDS, ESP.
Устройство системы полного привода xDrive

В качестве примера современной системы полного привода рассмотрим xDrive. В ее основе — многодисковое сцепление, которое управляется контролируемым электроникой электроприводом. В зависимости от необходимости он менее чем за 100 миллисекунд сжимает или разжимает диски сцепления, перераспределяя крутящий момент между осями. Электронное управление привода получает сигналы от тех же датчиков, что и система DSC: поворота рулевого колеса, оборотов двигателя, вращения вокруг вертикальной оси и т. д.

Полученная информация используется системой для определения необходимости перераспределить крутящий момент. Таким образом, главным достоинством xDrive является ее способность изменить распределение момента по осям не в ответ на пробуксовку колес или начало заноса, а с упреждением. В нормальных условиях момент распределяется между передней и задней осями в соотношении 40/60. А в случае необходимости (для корректировки заноса, при троганье с места на поверхностях с разными коэффициентами сцепления) на любую из осей может быть передано до 100% момента. Роль межколесных блокировок выполняет система DSC, подтормаживая буксующее колесо. Срабатывает xDrive быстрее, чем исполнительные механизмы системы стабилизации движения.

При прохождении поворотов, в зависимости от дорожных условий, автомобиль может демонстрировать недостаточную или избыточную поворачиваемость. Бороться с этим явлением призвана система DSC, которая корректирует обороты двигателя и подтормаживает одно или несколько колес, возвращая автомобиль на правильную траекторию. Если машина оборудована xDrive, то еще до срабатывания DSC система полного привода динамически перераспределяет крутящий момент на нужную ось: в случае недостаточной поворачиваемости – на заднюю, избыточной – на переднюю. Причем если в процессе прохождения поворота поворачиваемость превращается из избыточной в недостаточную, xDrive корректирует этот процесс.

При троганьи с места, в зависимости от коэффициента сцепления поверхности, еще до начала пробуксовки момент полностью перебрасывается на ось с лучшим сцеплением. В этом случае все 100% мощности используются для ускорения автомобиля. Оборудованный лишь DSC автомобиль в подобной ситуации сначала пробуксует, затем система заблокирует задний мост и для троганья будет задействовано всего 38% тяги, которую получает передняя ось.

При движении по сильно пересеченной местности, предполагающей вывешивание колес, xDrive мгновенно перебрасывает большую часть момента на мост, оба колеса которого твердо стоят на земле. Часть момента остается и на оси, одно из колес которой вывешено. В этом случае роль межколесных блокировок выполняет система DSC, тормозящая вывешенное колесо.

Типы и особенности систем полного привода

Постоянный полный привод. В такой трансмиссии крутящий момент от двигателя передается на все колеса. Правда, в процессе ее создания возникла одна проблема, которая не позволяла инженерам позаимствовать технические решения у обычных вездеходов. Дело в том, что у настоящих «джипов» связь между передней и задней ведущими осями — жесткая, т.е. без дифференциала.

Если на автомобиле с такой трансмиссией ездить по дорогам с твердым покрытием, управляемость у него будет очень плохая, так как передние и задние колеса проходят разный путь, а следовательно, менее нагруженные из них стремятся к пробуксовыванию.Пришлось, помимо переднего и заднего межколесных дифференциалов, установить еще и третий — межосевой или, как его еще называют, центральный дифференциал.

В зависимости от его характеристик крутящий момент распределили между колесами передней и задней оси в необходимой пропорции. Тем не менее в таком виде полноприводная трансмиссия оказалась пригодна только для дорог с однородным дорожным покрытием. На скользкой дороге может возникнуть ситуация, когда весь крутящий момент двигателя будет передаваться на колесо, потерявшее сцепление с дорогой, и автомобиль не сможет сдвинуться с места. Причем шансов попасть в такую ситуацию у полноприводной машины в два раза больше, чем у передне- или заднеприводной. Эту проблему решили путем установки межосевого дифференциала повышенного трения или механизма автоматической его блокировки.

Автоматически подключаемый полный привод. В нормальных дорожных условиях такая трансмиссия работает как передне- или заднеприводная. Это позволяет автомобилям сохранять «фамильные» черты, свойственные тому или иному типу привода. А в экстремальных ситуациях, когда одно или два ведущих колеса теряют сцепление с дорогой и начинают пробуксовывать, крутящий момент перераспределяется и на колеса другой оси.

Конструктивно это осуществляется таким образом. Вал, который передает крутящий момент на ведущую ось, через специальную муфту связан с колесами другой оси. Муфта обычно устанавливается вместо межосевого дифференциала или в непосредственной близости к заднему мосту. В нормальных условиях движения муфта разблокирована, а в экстремальных ситуациях- блокирует и передает крутящий момент на колеса вспомогательной оси. В автомобилях с автоматически включаемым полным приводом применяются несколько типов муфт: уже упоминавшаяся вискомуфта, электронно-управляемые фрикционные муфты, гидравлические системы блокировки фрикционной муфты и т. д.

Системы с ручным включением полного привода. В отличие от «заряженных» версий легковушек со спортивным характером полный привод у внедорожников должен выполнять свою первозданную функцию — помогать передвигаться по дороге с плохим покрытием, где особенно не погоняешь. Такие трансмиссии, как правило, не имеют межосевого дифференциала, без которого не могут обойтись «легковушки» с постоянным полным приводом.

При включенном приводе четырех колес передняя и задняя ось в такой схеме имеют жесткую связь, а крутящий момент передается в соотношении 50:50. Но ездить в этом случае по скоростной магистрали с включенным полным приводом категорически запрещено. Во-первых возникает опасность проскальзывания колес, особенно в поворотах, во-вторых, детали трансмиссии (карданные валы, шестерни колесных дифференциалов и т.д.) испытывают большие перегрузки и если полный привод вовремя не выключить, поломок не избежать. Но все же водители иногда забывают это делать. Поэтому в некоторых схемах есть сигнализаторы или устройства автоматического отключения полного привода при движении с большей скоростью.

Как отличить внедорожник от «паркетника»?

Классический внедорожник, то есть автомобиль, предназначенный для эксплуатации в условиях тяжелого бездорожья, должен иметь следующие конструктивные особенности:

  • раму;
  • постоянный или подключаемый механически полный привод (именно механически, а не, например, через вискомуфту);
  • неразрезные мосты;
  • механическую блокировку межосевого и межколесного дифференциалов (причем, опять же, именно механическую, а не ее имитацию путем подтормаживания буксующего колеса);
  • понижающую передачу;
  • высокий дорожный просвет;

Механизмы блокировки межосевого дифференциала, подключения второй оси и управления понижающей передачей часто объединены в раздаточную коробку. Ее наличие — один из основных признаков настоящего внедорожника.

Хотя в последнее время эти постулаты подверглись пересмотру. Например, неразрезной мост уже не есть обязательный атрибут хорошего внедорожника, он скорее вынужденное зло. Просто независимая подвеска надлежащей надежности получается значительно дороже, чем неразрезная балка. Да и безрамных внедорожников становится все больше.

Кроссовер (в обиходе «паркетник») — это что-то среднее между обычным легковым автомобилем и внедорожником. Предназначен для эксплуатации по асфальту, грунтовым дорогам и легкому бездорожью. Имеет увеличенный дорожный просвет, полный привод (подключаемый автоматически, а не механически). Некоторые модели имеют только передний привод. Вот и все признаки, которые взяты от внедорожника. С обычными же легковыми автомобилями кроссоверы роднит несущий кузов, независимая подвеска колес. Да и вообще, кроссоверы создаются на платформе легковых автомобилей.

Стремление автопроизводителей создать и занять побольше «ниш» авторынка привело к созданию так называемых SUV (Sport Utility Vehicle). Это автомобили универсального назначения, имеющие некоторые атрибуты внедорожника (рама, понижающая передача, блокировки), но цельный мост только сзади, а передняя подвеска — независимая. Такие машины обладают неплохими характеристиками на шоссе и способны преодолеть достаточно серьезное бездорожье. То есть это еще не внедорожники, но уже и не «паркетники».

Как быть тем, кто хочет купить полноприводный автомобиль, но не знает, какому именно типу трансмиссии отдать предпочтение? Просто необходимо определиться, где и как преимущественно будет эксплуатироваться автомобиль. Если вы любитель скоростной езды, покупайте легковой автомобиль с постоянным полным приводом. Если вы любитель умеренной езды, но зимой хотите себя обезопасить от лишних проблем, покупайте автомобиль с автоматически включаемым полным приводом. Любителям охоты, рыбалки, поездок на дачу и отдыха на природе независимо от времени года следует ориентироваться на максимальный запас проходимости своих автомобилей. Этому соответствуют внедорожники с большим дорожным просветом, понижающим рядом передач и как можно большим числом блокировок дифференциалов (лучше всего трех).

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости