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 , 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.
Что такое полный привод, для чего он нужен?
Полный привод или другим словами 4WD (4х4), конструкционный вид трансмиссии, которой оснащается автомобиль. Эта система позволяет одинаково распределять крутящий момент на колеса. До 80-х годов прошлого века, автомобили оснащённые приводом 4на4 ассоциировались с вездеходами или машинами высокой проходимости.
Однако сейчас, многое изменилось, полным приводом оснащаются не только вездеходы, внедорожники и кроссоверы, но и седаны, и универсалы. Полноприводными могут быть не только машины ведущих зарубежных производителей. Авто отечественного производства также могут быть оснащены приводом 4х4. Давайте разберёмся, что же скрывается за загадочной аббревиатурой 4WD.
Конструкция трансмиссии авто с приводом 4WD (Four-wheel drive) выполнена таким образом, что возможна передача крутящего момента на все колеса сразу. Крутящим моментом можно назвать некий сборщик сил лошадок, что собраны под капотом — т.е. в двигателе авто. Чем больше крутящего момента, тем соответственно быстрее работает и набирает ход автомобиль. Крутящий момент полностью зависит от объёма движка.
Авто с передним приводом — это то, где ведущий колеса находятся спереди (передний мост). В таком авто тяга двигателя передаётся на передние колеса. В машине с задним приводом ведущими являются задние колеса (задний мост).
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.
Устройство полного привода
Устройство полного привода
Типовая полноприводная трансмиссия авто состоит из следующих элементов, выполняющих свои функции:
- Коробка переключения передач (механическая или автоматическая);
- Муфта многодисковая или раздаточная коробка;
- Дифференциал межосевой;
- Карданный вал;
- Дифференциалы(задние или передние);
- Элементы управления.
Самыми известными полноприводными системами являются:
- 4Matic фирмы Mercedes;
- All wheel control от фирмы Mitsubishi;
- 4motion от Volkswagen
- Quattro от Audi;
- ATTESA от компании Nissan;
- xDrive от BMW;
- VTM-4 от Honda.
Виды полного привода
Постоянный полный привод
Постоянный полный привод 4х4 – вид привода, при котором крутящий момент распределяется от двигателя одновременно на все колеса. Такой привод может использоваться на разных классах автомобилей с продольной или поперечной схемой расположения двигателя. Для оптимального распределения крутящего момента современные системы полного привода снабжены самоблокирующимися дифференциалами с возможностью распределения мощности по осям в разных соотношениях.
Элементы постоянного полного привода системы Quattro
Электроника координирует работу системы, получая сигналы от датчиков скорости вращения колес, и моментально изменяет соотношение мощности в зависимости от дорожных условий и характера движения. Данный тип полного привода является наиболее прогрессивной системой, обеспечивающей лучшую активную безопасность и динамику вождения.
Недостатки: повышенный расход топлива и постоянная нагрузка на элементы трансмиссии.
Фирменный постоянный полный привод на все колеса используют в своих автомобилях такие производители, как Audi (Quattro), BMW (xDrive), Mercedes (4Matic) и другие.
Принудительно подключаемый
Для автомобилей повышенной проходимости оптимальный способ реализации полного привода – принудительно подключаемый. Он устроен по стандартной схеме, отсутствует лишь центральный дифференциал. Ведущая ось – задняя, подключаемая – передняя. Крутящий момент на переднюю ось передается посредством раздаточной коробки, которая управляется вручную.
Схема и элементы подключаемого полного привода
Водитель самостоятельно включает привод всех колес посредством рычагов или кнопок управления перед преодолением сложного участка или, например, бездорожья. Включение раздаточной коробки обеспечивает жесткую связь между осями и распределение крутящего момента в равном соотношении. На приборной панели загорается индикатор полного привода. Часто в конструкции дополнительно предусмотрена возможность жесткой блокировки межколесных дифференциалов, а также использование повышенной и пониженной передач.
При включенном полном приводе элементы трансмиссии испытывают сильные нагрузки, управляемость автомобиля значительно ухудшается. В нормальных условиях движения раздаточная коробка отключается, и индикатор полного привода гаснет, движение продолжается с задней ведущей осью. Трансмиссия освобождается, что обеспечивает продление ее ресурса и снижение расхода топлива. Принудительно подключаемый полный привод применяется, в основном, на внедорожниках. Например, на Toyota Land Cruiser и Land Rover Defender.
Автоматически подключаемый
Схема автоматически подключаемого полного привода
Схема автоматически подключаемого полного привода разработана с учетом возможности моментального подключения второй оси к ведущей. Основной привод – задний или передний. При фиксации разности вращения колес фрикционная муфта межосевого дифференциала замыкается по команде электроники, и мощность начинает передаваться на все колеса. Ряд моделей предусматривает отключаемый режим 4х4, и автомобиль становится моноприводным. Автоматически подключаемая система полного привода 4Motion применяется на моделях автоконцерна Volkswagen.
Преимущества и недостатки
Наличие полного привода имеет свои преимущества и конечно же недостатки. Главными плюсами такого авто являются:
- высокая безопасность и повышенная устойчивость машины на разных покрытиях;
- повышение проходимости;
- улучшенная динамика движения, использование силовой установки более эффективно;
- резвость и шустрый старт без задержки или пробуксовки обычное дело для авто с формулой 4на4.
К минусам можно отнеси следующее:
- сложная конструкция;
- повышенное потребление топлива;
- большая металлоёмкость самой трансмиссии;
- к тому же, полноприводной автомобиль дороже в цене, по сравнению с моноприводной машиной. Соответственно более дорогой ремонт автомобиля из-за сложной конструкции.
Преимущества полного привода
Преимущества автомобиля, оснащенного полноприводной трансмиссией, легко понять исходя из недостатков моноприводного автомобиля, у которого привод осуществляется лишь на одну ось (переднюю или заднюю), т.е ведущие колеса либо передние, либо задние.
Полноприводный автомобиль на бездорожье
Применение свободных дифференциалов на основной массе бюджетных авто в сложных дорожных условиях делает ведущим фактически одно колесо, обладающее худшим сцеплением с поверхностью дороги. Это особенность работы дифференциала. И даже если у обоих колес достаточное сцепление с дорогой, чрезмерная подача мощности часто приводит к их пробуксовке, потере управления или застреванию автомобиля. Это минусы монопривода, которые особенно видны на скользком дорожном покрытии и бездорожье. В целях устранения указанных недостатков производители используют самоблокирующиеся межколесные дифференциалы.
Однако оптимальное решение – сделать ведущими все колеса, усовершенствовав и дополнив конструкцию трансмиссии необходимыми компонентами. Полный привод обеспечивает автомобилю следующие преимущества:
- повышенная проходимость;
- улучшенное сцепление с дорогой при старте на скользком покрытии;
- курсовая устойчивость и предсказуемое поведение на скользкой дороге.
Трансмиссия полноприводного автомобиля
Итак, конструкция трансмиссии полноприводного автомобиля позволяет реализовать эффективную передачу крутящего момента на все колеса, то есть как на переднюю, так и на заднюю ось. На практике такие схемы позволяют отдать максимум мощности от ДВС на колеса, повысить проходимость и устойчивость на дороге, улучшить управляемость, добиться улучшения в плане активной безопасности автомобиля.
Полноприводная трансмиссия обычно обозначается как 4х4, 4WD или же AWD. Основные преимущества полного привода хорошо заметны в разных условиях, начиная с езды по бездорожью и заканчивая движением на высокой скорости по автобану.
Полноприводный автомобиль, то есть оснащенный полноприводной трансмиссией, лишен многих недостатков моноприводных авто (когда ведущими являются только передние или задние колеса, то есть с приводом на переднюю или заднюю ось).
В конструкции различных типов трансмиссий с приводом только на передние или задние колеса на многих транспортных средствах активно используются свободные дифференциалы. Указанные элементы в случае проскальзывания и пробуксовки фактически оставляют ведущим только одно колесо, которое имеет худшее сцепление с покрытием. В этом состоит особенность работы дифференциала.
Более того, в случае, когда оба колеса имеют приемлемое сцепление с дорожным покрытием, активная подача мощности заставляет их буксовать, ухудшается управляемость, машина может застрять.
Обычно минусы моноприводных авто сразу проявляются на снегу или льду, в грязи на бездорожье и т.д. Чтобы улучшить ситуацию, автопроизводители часто используют для частичного решения проблемы самоблокирующиеся межколесные дифференциалы. При этом полностью избавиться от недостатков все равно не удается.
Единственным выходом остается реализация привода на все колеса автомобиля. Для этого трансмиссию нужно дорабатывать и дополнять общую конструкцию, что приводит к заметному удорожанию и усложнению последней (использования большого количества дополнительных деталей, общая схема устройства).
Статья в тему: Шины для кроссовера – тонкости выбора летней и зимней резины
Однако только полный привод способен обеспечить лучшую проходимость и сцепление с дорожным покрытием при разгоне и в движении, сохраняется и повышается курсовая устойчивость, автомобиль более предсказуемо ведет себя на льду и т.д.
Что касается устройства полноприводной трансмиссии, общая схема предполагает наличие:
- МКПП или АКПП (механическая или автоматическая коробка)
- раздатка (раздаточная коробка) или использование многодисковой муфты;
- межосевой дифференциал;
- карданная передача, задний дифференциал, передний дифференциал;
