Доступно о полном приводе, (полный привод для чайников) Опции

[Kelt]

Полный привод - это когда крутящий момент от двигателя может быть передан на все колеса машины. 4WD - это когда крутящий момент может быть передан на 4 колеса.
В каждой четырехколесной машине есть два межколесных дифференциала. Дифференциал - это устройство, позволяющее колесам на одной оси крутиться с разной скоростью. Если колеса на оси будут соединены напрямую без дифференциала (как на телеге), то при повороте машины одно колесо будет частично блокироваться, отчего будет быстрее изнашиваться резина, вырастут нагрузки на сочленение колеса и оси, поворот будет трудноуправляемым. 
Двигатель крутит коробку, коробка крутит раздаточную коробку (раздатку) которая и раздает этот самый момент на переднюю ось и заднюю, откуда через дифференциал момент уходит на то колесо, которое наименее нагружено. Поэтому машина по описанной схеме приводилась в движение одним колесом сзади и одним спереди. Поскольку движение осей автомобиля (передней оси с передними колесами и задней оси с передними колесами) при повороте тоже неодинаково, то инженеры сделали в раздаточной коробке возможность отключать передачу крутящего момента на переднюю ось. Так появился парт тайм (part time). Парт тайм подразумевает движение на заднем приводе, а при необходимости (выезде на бездорожье) подключение передней оси для осторожного движения по бездорожью. При выезде на нормальную дорогу передний привод должен быть отключен.
Схема получилась простая, эффективная и достаточно отказоустойчивая в силу своей простоты.
Ее преимуществом является экономия топлива (двигатель не тратит мощность на кручение переднего карданного вала и полуоси) а также увеличенный ресурс переднего моста (детали переднего моста и крестовины переднего кардана не испытывают постоянной нагрузки, отчего, ежу понятно, служат дольше). Для некоторых пацанов (вроде меня) плюсом является еще и предсказуемость поведения машины на заднем приводе (я точно знаю что при отключенном переде гребет заднее колесо, и представляю как где ехать и как из заноса выходить).
Так было на нормальных машинах, пока умные головы не придумали фуллтайм.

Фуллтайм это когда в раздаточной коробке нет механизма выключения переда. Вместо этого в трансмиссию добавлен т.н. межосевой дифференциал, который не позволяет колесам передней оси и задней оси крутиться с одной скоростью. Таким образом при фуллтайме может грести только одно колесо из четырех (любое) и какому это делать вздумается - есть тайна мироздания. Тем не менее, многие уверяют что это очень удобно, безопасно и практично. Некоторые особо верующие граждане полагают, что это даже плюс в проходимости, но это мракобесие легко в себе забороть, просто усвоив такую простую истину, что колеса в фуллтайме (как и в парттайме) гребут по принципу "слабейшего звена": на каком колесе меньше нагрузка, то и гребет. Если три будут стоять на бетоне а одно на льду, именно оно и начнет грести, видимо тут и дожно проявиться пресловутое преимущество фуллтайма в проходимости.
Однако богатых буратин в мире немного (тех, кто видя надпись 4вд думают что перед ними крутой внедорожник), поэтому инженерам потребовалось обеспечить такую работу фуллтайма, при которой крутится одно колесо сзади и одно спереди (как на парттайме с подключенным передом, т.е. как на нормальной полноприводной схеме). Для этого инженеры внедрили в межосевой дифференциал блокировку. Когда говорят "заблокировать межосевой дифференциал" это означает нажать кнопочку (дернуть рычажочек) и межосевой дифференциал как бы исчезнет (перестанет работать) и вместо него как бы появится жесткая железная палка. При этом фуллтайм работает как парттайм, одно колесо гребет спереди, одно сзади.
Минусы фуллтайма: повышенный расход топлива (слишком много чего в трансмиссии крутится двигателем), для мостовых машин пониженный ресурс переднего моста, а для некоторых пацанов (для меня например) - сам факт что где то что то крутится без необходимости настораживает.

Поскольку проходимости всегда мало, инженеры придумали оснащать блокировками межколесные дифференциалы. Необходимость этих дифференциалов вопрос спорный. Они не делают машину вертолетом и гусеничным вездеходом, но накладывают некоторые ограничения на ресурс таких дифференциалов (неосторожное движение педалью газа - и разрыв железок в редукторах мостов). Поэтому мое скромное мнение - лучше две лебедки (одна спереди и одна сзади) чем два дифференциала спереди и сзади. Альтернативный вариант - установка раздельных ручных тормозов для задних колес.

Дополняйте и исправляйте.

[Ыршлщ]

Системы полного привода: от истока до итога 10.06.2014





За то время, что мы знакомы с системами полного привода, они прошли несколько ключевых этапов. Внедорожники Второй мировой войны. «Вэдовые» легковушки, осторожно предлагавшиеся с середины 80-х годов прошлого поколения. Наконец, легковые системы 4WD, появившиеся и ставшие популярными во второй половине 90-х. Это если очень сильно обобщать. Ну а если копнуть глубже, то окажется, что первая полноприводная машина появилась более века назад. И за этот период, едва ли не равный всей истории автомобиля, «вэдэ» сильно трансформировался, исходя из текущих необходимостей и представлений. Каким образом это происходило и с чем владельцам полноприводных автомобилей приходится иметь дело сейчас?Век с гаком — это только история полного привода, связанного с ДВС. А до него умами конструкторов владел паровой двигатель. И уже с ним инженеры предлагали варианты реализации крутящего момента на обеих осях. Так, еще в 1824-27 гг. англичане Берстолл и Хилл разработали, запатентовали и испытали свой омнибус (фактически дилижанс на паровой тяге). Весил он 7-8 тонн, развивал то ли 10, то ли 13 км/ч, на подъемах подключал передние колеса — механизмом, подобным паровозному.

Первый полноприводный паромобиль выглядел примерно так. Передние колеса приводились для реализации тяги в сложных условиях. Например, на подъемах. Конец испытаниям этого тяжелого и медленного дилижанса положил взрыв котла

Через полвека на сей раз американец Бандельер получил патент на схожий аппарат, но что характерно, в нем имелось некое подобие межколесных дифференциалов — оси были разрезными и могли вращаться с разными угловыми скоростями. Еще спустя десятилетие (в 1893 г.) опять англичанин, Диплок, создал свой локомобиль для движения по рельсам. Схема его 4WD до нас не дошла. А у конструкции американца Котта, появившейся в 1900 году, привод на все колеса реализовывался цепями. На этом история паромобилей с полным приводом завершилась. Началось время ДВС. Впрочем, между теми и другими типами установок была небольшая прослойка полноприводных… электромобилей. В 1900 году еще молодой Фердинанд Порше, работая на фирму Lohner, создал механизм, приводившийся в движение электрическими мотор-колесами. В 1904-м его опыт повторили за океаном. Правда, в обоих случаях разработчики впоследствии были вынуждены дополнить электроагрегаты двигателями внутреннего сгорания.

Электромобиль Lohner-Porsche стал первым, имеющим мотор-колеса. Поначалу Фердинанд Порше сделал его переднеприводным, потом добавил еще пару электромоторов. Аппарат не обошелся без ДВС, который подзаряжал аккумуляторы, обладавшие небольшой емкостью

Примечательно, что все эти гениальные товарищи — от Берстолла до Порше — привод на вторую ось рассматривали только в качестве повышения тяговых возможностей транспортного средства. Голландский же Spyker 60 HP, появившийся в 1902 году (кстати, именно его признано считать первым полноприводным автомобилем), имел 4WD для других целей — гоночных. Думали ли тогда его разработчики об управляемости или также желали улучшить характеристики на пересеченной местности, сейчас мы уже не узнаем. Но для своего времени Spyker имел очень прогрессивную трансмиссию — с тремя дифференциалами — межосевым и двумя межколесными. И уже тогда, как мы сейчас видим, стало очевидно — использование полного привода может преследовать различные цели. А развитие, соответственно, двигаться разными путями.

Поразительно, что голландцы, братья Спайкер, только в 1900 году выпустили свой первый автомобиль, а уже через пару лет свет увидела полноприводная конструкция — с раздаточной коробкой и тремя дифференциалами. Из других отличительных черт — 65-сильная «шестерка» и три тормозных механизма, один из которых работал на переднем карданном валу. Выпустили всего несколько 60 HP, они были дорогими и не снискали особой славы в гонках

Вездеходы
Так зачем нужен полный привод? Все-таки вездеходная его составляющая была для конструкторов всего мира первична. Это видно и по упомянутым выше колесным «паровозам», и по тому распространению 4WD, которое определила Первая мировая война. Еще до нее ряд забытых ныне компаний по обе стороны океана разрабатывали полноприводные модели. Однако все они были дороги и сложны в эксплуатации, необходимость привода лишней пары колес только усугубляла характеристики маломощных моторов. Вооруженный конфликт расставил правильные акценты. Выиграли две американские фирмы — Four Wheel Drive (FWD) и Thomas B. Jeffery Company. Счет тиражей их грузовиков идет на десятки тысяч — в течение войны они поставлялись в армии стран Антанты, включая Россию, где на вооружении стояла модель Quad от Thomas B. Jeffery. Что любопытно, обе компании создали новаторскую по тем временам схему. В задней части корпуса коробки расположили дополнительный пакет шестерен и симметричный межосевой дифференциал с механизмом принудительной блокировки! Сейчас это называется Full Time 4WD!

Грузовики Jeffery Quad (слева) и FWD (справа) появились в 1912 году и имели постоянный полный привод с симметричным межосевым дифференциалом. На этом сходство заканчивалось. Если у FWD были привычные сейчас мосты с заключенными внутри главными парами и полуосями, то Quad имел раздельные полуоси и редукторы, снизу прикрытые балкой подвески. В его трансмиссии присутствовали колесные редукторы, а с 1914 года межколесные дифференциалы стали самоблокирующимися

Раздаточная коробка, отделенная от КП, с жестким, без межосевого дифференциала подключением второй пары колес и понижающим рядом появилась в период между двумя мировыми войнами. Последняя из них исключила все сомнения в необходимости полного привода. И, вместе с тем, оставила вопросы себестоимости и технологичности, сроков изготовления транспортного средства. Достаточно вспомнить, что популярный в вермахте Opel Blitz только в четверти экземпляров имел колесную формулу 4х4, такая же ситуация складывалась в других странах, а Красная армия до конца ВОВ так и не получила аналогичного грузовика. Зато Вторая мировая родила новый класс автомобилей. Мы помним эти имена: Willys MB, ГАЗ-67, Schwimmwagen. Правда, на американской и русской машинах ради удешевления производства не было «понижайки».

Несмотря на то что с 1940 по 1945 годы было изготовлено менее двухсот седанов ГАЗ-61-73 и еще немного фаэтонов, тягачей и пикапов, модель оставила значимый след в истории советского и мирового автомобилестроения. Все-таки именно полноприводную «Эмку» принято считать первым комфортабельным вездеходом

Part Time на джипах просуществовал более 60 лет. Для внедорожников в полном смысле этого слова — идеальный вариант. Конструктивно простой, надежный даже после того как для передачи момента в «раздатке» начали использовать не шестерни, а пластинчатую цепь Морзе. И, кстати, способный экономить топливо. Особенно, когда в трансмиссии появились ступичные обгонные муфты, позволявшие разъединять колеса с полуосями, редуктором и карданным валом, что исключало дополнительные механические потери. Для современного «внедорожника» этого уже так мало... Part Time не в состоянии обеспечить стабильность поведения на различных покрытиях, дает преимущества только в конкретных условиях (на бездорожье), в остальных становясь обузой. Наконец, он неудобен и требует «вдумчивого» применения. Вымирающий вид! Как и те редкие «динозавры», на которых он используется — Jeep Wrangler, Land Rover Defender, УАЗы или TLC 70-й серии, предлагающийся на некоторых рынках.

Привод к передним колесам в «раздатке» может быть организован либо через шестерни, либо с помощью многорядной пластинчатой цепи Морзе. Первый вариант надежнее и ресурснее, второй тише. Впрочем, и цепь в состоянии ходить долго, надо лишь правильно пользоваться 4WD и менять масло. И шестеренчатый привод может не раздражать слух — не зря его используют в легковых BMW и Mercedes

Проблему удобства использования и управляемости решили возвращением к схеме FWD и Quad с постоянным полным приводом и принудительно блокируемым межосевым дифференциалом — для бездорожья. Открыл новую эпоху в 1970 году Range Rover. Потом была наша «Нива», другие джипы. Сейчас Full Time применяется на многих внедорожниках — Mercedes ML, Mitsubishi Pajero, TLC и TLC Prado, на том же Range Rover и Land Rover Discovery.


Голая механика
С джипами и другими вездеходами все было ясно с самого начала — в любом виде, но 4WD нужен. На легковых же автомобилях полный привод приживался, словно донорский орган — долго и с осложнениями. Будь то начало прошлого века или 80-е годы. Взять хотя бы Daimler образца 1907 года, больше известный по имени владельца — Dernburg-Wagen. Пятиметровый гигант с семилитровым мотором и Full Time неплохо бороздил африканские пески, однако так и остался в единственном экземпляре.

Dernburg-Wagen — неофициальное название автомобиля Daimler, который создавался специально для директора одной из немецкий колоний в Африке Бернхарда Дернбурга. Машина получилась проходимой, но дорогой. Из-за последнего качества ее не стали собирать в России, хотя такое предложение было

Всего лишь по несколько штук было изготовлено гоночных итальянских Bugatti Tipo 53 и американских Miller FWD, рассчитанных на асфальтовые и грунтовые трассы. Характерно, что фиатовские инженеры, создававшие Tipo, и владелец компании Гарри Миллер обменивались опытом. В итоге болиды появились одновременно, в 1932 году, и имели схожую трансмиссию — постоянный полный привод с тремя дифференциалами. Получилось дорого, не всегда надежно и для большинства представителей автомобильного мира непонятно.

Создававшиеся параллельно Bugatti Tipo 53 (слева) и Miller FWD (справа) не добились каких бы то ни было спортивных результатов. Но виной тому не полный привод. Напротив, 4WD помогал на гравийках, которых на гонках того времени хватало

Мысли о полноприводной легковушке вернулись в умы конструкторов в 50-е годы. Точнее, в два конкретных ума — англичан Ролта и Диксона, которые заразили своей идеей промышленника Фергюсона и создали в его фирме небольшой седанчик Ferguson R4. Во всем примечательный был автомобильчик, но в нашем случае — раздаточной коробкой. Британцы впервые использовали в ней самоблокирующийся дифференциал. Всего лишь добавили дополнительные шестерни, два пакета фрикционов и две обгонные муфты. При пробуксовке одной из пар колес соответствующая муфта зажимала фрикционы на шестерни, и дифференциал блокировался, обеспечивая стабильность поведения автомобиля в поворотах и лучший разгон на любых покрытиях.

Седан Ferguson R4, созданный в 1956 году, помимо постоянного полного привода с самоблокирующимся дифференциалом, нес и другие ноу-хау — оппозитный двигатель, дисковые тормоза на всех колесах и ABS. Автомобиль остался прототипом

Все 50-60-е годы компания Фергюсона пыталась самостоятельно выпускать полноприводные легковушки и пристраивала свою разработку на сторону. Последнее получилось лишь однажды — в 1966-71 гг. мелкими партиями производилось полноприводное купе Jensen Interceptor FF (FF — Формула Фергюсона). Именно он стал первым серийным полноприводным автомобилем с самоблокирующимся межосевым дифференциалом. «Серия» тоже была эксклюзивной — чуть более 300 экземпляров.

Jensen Interceptor FF: под капотом располагалась крайслеровская «восьмерка» мощностью 325 л. с. Альтернативой «механике» был 3-ступенчатый «автомат», плюс рулевая рейка вместо червяка-ролика и ABS. Но задняя подвеска имела зависимую схему и рессоры

Более-менее массовым стал другой автомобиль — внедорожник Jeep Wagoneer. В 1973 году он примерил трансмиссию Quadra-Trac, в своей основе имевшую вышеозначенную «раздатку». Спустя шесть лет появилась первая легковая массовая модель. В условиях внутреннего кризиса руководство фирмы AMC приняло решение «отлифтовать» имевшийся универсал Concord, позаимствовав раздаточную коробку у Wagoneer. Получилась модель Eagle — этакий предок нынешних Outback и Allroad. Выпускавший, кстати, в кузовах двух- и четырехдверный седан, фастбек и хэтчбек. До 1987 года с конвейера сошло порядка 200 тыс. экземпляров. Отличался «Орел» еще одной особенностью — обгонные муфты, блокирующие дифференциал, были заменены силиконовой жидкостью.

Подобную манипуляцию еще в конце 60-х годов производил все тот же Ролт и другой англичанин, Гарднер. Для чего? Обгонные муфты срабатывали жестко — дифференциал резко блокировался, что негативно сказывалось на управляемости. В новом узле сохранились фрикционные диски, но рабочим телом выступала силиконовая жидкость. При пробуксовке колес пакеты, связанные с соответствующими осями, вращались с разными угловыми скоростями. Росло давление и температура, жидкость густела и «прихватывала» дифференциал. Получалась достаточно мягкая его блокировка.

AMC Eagle — первый автомобиль, чей межосевой дифференциал для блокировки примерил вискомуфту. В остальном модель была достаточно тривиальна: 3-ступенчатая АКП, два двигателя, R4 и V6. Разве что кузовов было много. Но потребителю «Орел» полюбился именно за его внедорожные возможности

И все-таки Eagle был далеко, за океаном. В Старом Свете массовый и легковой полный привод стал известен под маркой Audi и под именем Quattro. С середины 80-х годов немцы стали использовать межосевое устройство Dual-Drive Differential, запатентованное еще в 1958-м. Сейчас этот узел известен всем под названием Torsen (от torque sensing — чувствительный к моменту). Он состоял из набора червячных и зубчатых шестерен и изначально делил тягу между передними и задними осями в соотношении 50:50. Но если вискомуфты срабатывали только при пробуксовке, Torsen мог буквально «чувствовать» разницу сцепных свойств в пятне контакта колес. Иными словами, реагировать на изменение крутящего момента на валах. И мгновенно еще до начала «букса» перебрасывать на колеса с лучшим сцеплением до 75% тяги. То, что нужно для стабильной управляемости и поддержания высоких скоростей на любых покрытиях.

Постоянный полный привод на серийных Audi появился в 1981-м. Центральный дифференциал блокировался принудительно. Спустя четыре года немецкие инженеры обратились к Torsen`у

К сожалению, впоследствии выяснилось, что и у «всесильного» Torsen есть недостатки. Высокая стоимость производства, сложности в компоновке при поперечном расположении силового агрегата. В конце концов, сам принцип работы, при котором полная потеря сцепления одним из колес означала минимум момента на трех остальных. Последний порок решали разными путями — принудительными механическими или электронными блокировками межколесных дифференциалов, ABS. И продолжают решать — хотя бы работой системы стабилизации. Torsen не сошел со сцены. На большинстве моделей его использует Audi, или, например, Toyota (Land Cruiser). Однако из-за компоновочных сложностей и высокой себестоимости инженеры двинулись дальше.

Torsen применяется и как межосевой, и как межколесный дифференциал. Его можно встретить и на джипах, где зачастую он имеет принудительную блокировку

Электронные реалии
Актуально выглядел вообще отказ от межосевого дифференциала. Зачем массовой легковушке с поперечным расположением агрегата лишние вес и стоимость, когда получить 4WD можно той же вискомуфтой. Достаточно разместить ее у заднего редуктора – при пробуксовке передних колес будет блокироваться и передавать момент на задние. В середине 80-х по такой схеме был построен VW Golf II и несколько японских моделей. Дешево и эффективно? Не совсем так. Никак не регулируемая вискомуфта делала характер управляемости автомобиля неоднозначным. Выход был найден в другом узле — муфте с теми же фрикционными дисками, но блокируемыми гидравликой под присмотром электроники.

Принято считать, что первое подобное устройство у шведского концерна Haldex появилось в 1992 году. Именно тогда фирма купила лицензию на его производство у своего соотечественника, одного из инженеров компании SAAB. Серийно муфта появилась на VW Golf IV в 1998 году. Между тем, за полтора десятилетия до этого с «мокрыми» муфтами экспериментировали в Mercedes и Porsche. В 1989 году аналогичную получил Nissan Skyline в версиях GT-R и GTS4. А Subaru Leone оснащался неким подобием такого узла еще в 1979-м. У седанов и универсалов с АКП была кнопка, подававшая напряжение на соленоид, управлявший гидроприводом, который сжимал пакеты фрикционов.

Рискнем заявить, что прообразом нынешних паркетников, а точнее, их систем полного привода был вот такой седан Subaru Leone, чья муфта подключения задней оси могла работать в автоматическом режиме. Но с кнопки она еще и полностью выключалась из работы

Конечно, сейчас муфта Haldex — наиболее раскрученный продукт, в чем немалая заслуга маркетологов. Хотя и с инженерной точки зрения она значительно эволюционировала. Прошла ряд модернизаций: поменяла механический насос на электрический, скинула в весе, стала компактнее и оперативнее в работе. Если ранее пакеты замыкались только после пробуксовки передних колес, то с некоторых пор Haldex смог передавать на заднюю ось до 5-10% момента. Самые последние муфты и вовсе способны превентивно, исходя из дорожной ситуации и по командам борткомпьютера, подключать задние колеса. А электронная начинка позволила настраивать систему под конкретный автомобиль. Скажем, не секрет, что Haldex может перекидывать на вторую пару колес до 100% момента. Но программное обеспечение в состоянии сократить эту цифру до 40, 60 или 80%, сделав характер более «переднеприводным» и понятным.

Принципиальное отличие систем Haldex и им подобных от вискомуфты в том, что сжатие дисков здесь можно регулировать, передавая на вторую пару колес столько момента, сколько необходимо в данной ситуации. Более того, Haldex может делать это загодя, руководствуясь информацией от датчиков

И знаете, теперь Haldex только верхушка айсберга. xDrive у BMW, ATTESA у Nissan, а сколько в последнее десятилетие появилось кроссоверов и паркетников. И у всех — никакого постоянного полного привода, никаких центральных дифференциалов. Только муфта в приводе второй пары колес. А уж ее можно настраивать соответственно уровню и цене автомобиля. Обеспечивать преднатяжение фрикционов и привязку к множеству датчиков. Или дополнять лишь принудительной блокировкой. Впрочем, муфта представляется логичной именно как элемент, повышающий стабильность поведения автомобиля на дороге. Внедорожный ее потенциал сильно ограничен. Во-первых, многие производители кроссоверов не утруждают себя устройством жесткой блокировки пакетов. Во-вторых, даже она не всегда спасает диски от перегрева и активного износа. Увы, возвращения к механическим схемам на кроссоверах не предвидится.

У паркетников и кроссоверов сейчас не найти передачу момента «по металлу» — только через «мокрую» многодисковую муфту. В плюсах экономия веса и меньший расход топлива. Но воспринимать такие машины как внедорожники нельзя — фрикционы не шестерни, их не стоит «рвать» на бездорожье, да и на асфальте тоже

И все-таки «железо» не стоит сбрасывать со счетов. Например, Mercedes до сих пор использует на легковых моделях честный дифференциал, хотя и блокирует его фрикционом, причем безо всякой электроники. Mitsubishi и Subaru пошли дальше. У Lancer Evo VII и Subaru Impreza WRX STi начала 2000-х годов «центры», управляемые процессором, могут в зависимости от условий менять степень своей блокировки. Кстати, Subaru тогда экспериментировала даже с дифференциалом, чью жесткость блокирования можно было менять из салона, колесиком.

Ну а верх развития легковых полноприводных систем — задний дифференциал AYC на том же Lancer Evo VII и система SH-AWD на Honda Legend последнего поколения и Acura MDX. Эти уже способны перераспределять момент между левым и правым колесами, то есть управлять вектором тяги.

Сегодня многочисленные рычаги управления полным приводом, а равно особые алгоритмы и условия его подключения, становятся достоянием истории

Наступившее будущее? Скорее, один из его вариантов, оставшийся уделом Lancer Evo. Думается, когда-нибудь придет то время, когда многодисковая муфта тоже станет рудиментом. Во всяком случае, у Toyota уже есть полноприводные гибриды, в которых тягу на второй паре колес обеспечивает электромотор…


Источник: ссылка доступна только зарегистрированным

Сообщение отредактировал Ыршлщ - 11.6.2014, 2:06