Как работает автоматически подключаемый полный привод
Так называемый «честный полный привод» — не вполне чёткий, но убедительный термин, священная мантра интернет-экспертов. Однако сегодня подавляющее большинство производителей делает ставку на электронику и многодисковые муфты, автоматически подключающие задний мост.
На случай штурма снежного заноса хорошо иметь машину с колёсной 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 топлива. Это стопроцентный формат кроссовера, и для того чтобы стали возможны быстрые или кратковременные включения второй пары ведущих колёс, появились разнообразные многодисковые муфты их подключения.
ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА И ТОПЛИВА
Недорогая и компактная многодисковая муфта, не вызывающая дополнительных вибраций и крайне отзывчивая, вытеснила сегодня на большинстве полноприводных машин все другие виды трансмиссии, сведя формулу нынешней постройки массового кроссовера к единому принципу: поперечно расположенный мотор постоянно приводит передние колёса, а задние подключаются муфтой по потребности.
Полный привод реализованный подобным образом, намного проще настоящих внедорожных конструкций. Раздаточной коробки нет, возле переднего дифференциала остаются лишь дополнительная пара шестерён отбора мощности да выходной вал. Ещё один плюс, благодаря малому весу и размерам стало возможным разгрузить от тяжести муфты и без того тяжёлую переднюю часть машины — многодисковая муфта поселилась прямо на заднем редукторе.
РАЗНЫЕ МЫ
Но муфта муфте рознь. При одинаковом принципе подключения второго моста, конструкции могут иметь значительные различия. Изначально решено было каким-то образом заставить срабатывать муфту от проскальзывания передней половинки, связанной с мотором и передними колёсами, 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, характеристики её работы оставляли желать лучшего и 100% крутящего момента на задние колёса 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 чётче, 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 довольно долго преследовала производителей муфт. Чтобы адекватнее регулировать поток мощности к задним колёсам, а заодно и оберегать диски муфты от перегрева, предприняли попытку использовать гидравлику.
ПРИШЕСТВИЕ HALDEX
Последней версией неуправляемой муфты стала первая генерация Haldex 1998 года.
Здесь диски сжимал гидроцилиндр, давление масла для которого вырабатывал насос. Насос смонтировали на одной половинке муфты, а привод на него шёл от другой. То есть теперь при разнице оборотов передних и задних колёс нарастало давление сжатия и муфта блокировалась. Haldex работал мягко и оказался довольно успешным.
Выигрышей получили сразу два: масло, теперь циркулирующее и через гидронасос, лучше охлаждалось, а гидропривод чётче, а главное быстрее, срабатывал. Но всё 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 всё с теми же дисками и насосом, но с электронным клапаном, а в мозги системы стабилизации машины внедрили отдел, заведующий полным приводом. Система стала управляемой, и передаваемый назад крутящий момент перестал напрямую зависеть от разницы скоростей передних и задних колёс.
ПРЕДУПРЕЖДЁН – ЗНАЧИТ ВООРУЖЁН
Всё бы хорошо, но оставались ситуации, в которых хорошо было бы получить полный привод ещё до пробуксовки передних колёс. 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, четвёртое поколение Haldex, получило прикреплённый 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 и вездеходные качества. Ведь теперь стало возможно простым нажатием кнопки переключать алгоритм работы муфты с «асфальтового» на «внедорожный» или доверить это дело автоматике.
Узнаёте три основных режима работы трансмиссии вашего кроссовера? Безусловно, у вас именно такая муфта в приводе задних колёс.
Весь набор элементов муфты Haldex собран в плотный блок и по габаритам лишь немного больше стандартного дифференциалаДАЛЬШЕ – БОЛЬШЕ
Электронное управление муфты стало удобнее 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 ещё 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 подключённой, не боясь её 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 лёгкой 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 доведённости конструкции многодисковых муфт, на сегодняшний день это самый массовый вариант организации полного привода и вряд ли в обозримом будущем нас здесь ждёт что-то принципиально новое.
Текст Евгений Хапов
Системы полного привода – назначение, устройство, принцип работы
Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода. Различают следующие виды систем полного привода: постоянного подключения, подключаемые автоматически и подключаемые вручную.
Разные виды систем полного привода имеют, как правило, разное предназначение. Вместе с тем можно выделить следующие преимущества данных систем, определяющие область их применения:
- эффективное использование мощности двигателя;
- лучшая управляемость и курсовая устойчивость на скользком покрытии;
- повышенная проходимость автомобиля.
Система постоянного полного привода
Система постоянного полного привода (другое наименование – система Full Time, в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.
Постоянный полный привод применяется как на автомобилях с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач.
Известными системами постоянного полного привода являются система Quattro от Audi, xDrive от BMW, 4Matic от Mercedes.
Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии при переключении передач, а также предохранение элементов трансмиссии от перегрузок. Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля.
Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента по осям автомобиля и его увеличения при необходимости. Современная раздаточная коробка включает цепную передачу (зубчатую передачу), обеспечивающую передачу крутящего момента на переднюю ось, понижающую передачу в виде планетарного редуктора (в отдельных конструкциях) и межосевой дифференциал.
Наличие межосевого дифференциала является отличительной особенностью раздаточной коробки системы постоянного полного привода. Для полной реализации полноприводных возможностей в конструкции системы предусматривается блокировка межосевого дифференциала.
Блокировка дифференциала может осуществляться автоматически или вручную. Современными конструкциями автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта, самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.
Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода.
На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.
Карданные передачи обеспечивают передачу крутящего момента от вторичных валов раздаточной коробки на валы главных передач. Главная передача служит для увеличения крутящего момента и его передачи на полуоси колес.
Межколесный дифференциал обеспечивает распределение крутящего момента между ведущими колесами и позволяет полуосям вращаться с различными угловыми скоростями. В системах полного привода межколесный дифференциал применяется на передней и задней оси.
Для реализации полноприводных возможностей один или оба дифференциала имеют возможность блокировки. Блокировка межколесного дифференциала может осуществляться вручную или автоматически (вискомуфта, дифференциал Torsen). На современных автомобилях применяется электронная блокировка дифференциала.
Принцип работы системы постоянного полного привода Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку.
В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса. При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.
Система полного привода подключаемого автоматически
Система полного привода подключаемого автоматически (другое наименование – система On demand, в переводе «по требованию») является перспективным направлением развития полного привода легковых автомобилей. Данная система обеспечивает подключение колес одной из осей в случае проскальзывания колес другой оси. В обычных условиях эксплуатации автомобиль является передне- или заднеприводным.
Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили с автоматически подключаемым полным приводом.
Известной системой полного привода подключаемого автоматически является 4Motion от Volkswagen.
Конструкция системы полного привода подключаемого автоматически аналогична постоянному полному приводу. Исключение составляет наличие муфты подключения задней оси.
Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор. Понижающая передача и межосевой дифференциал отсутствуют.
В качестве муфты подключения задней оси используются вискомуфта или электронноуправляемая фрикционная муфта. Известной фрикционной муфтой является муфта Haldex, которая используется в системе полного привода 4Motion концерна Volkswagen.
Принцип работы системы полного привода подключаемого автоматически Крутящий момент от двигателя, через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал передается на переднюю ось автомобиля. Крутящий момент через раздаточную коробку и карданные валы также передается на фрикционную муфту.
В нормальном положении фрикционная муфта имеет минимальное сжатие, при котором на заднюю ось передается до 10% крутящего момента. При проскальзывании колес передней оси по команде электронного блока управления срабатывает фрикционная муфта и передает крутящий момент на заднюю ось. Величина передаваемого на заднюю ось крутящего момента может изменяться в определенных пределах.
Система полного привода подключаемого вручную
Система полного привода подключаемого вручную (другое наименование — система Part Time, в переводе «частичное время») в настоящее время практически не применяется, т.к. является низкоэффективной. Вместе с тем, именно эта система обеспечивает жесткую связь передней и задней оси, передачу крутящего момента в соотношении 50:50 и поэтому является по настоящему внедорожной.
Устройство системы полного привода подключаемого вручную в целом аналогично системе постоянного полного привода. Основные отличия – отсутствие межосевого дифференциала и возможность подключения переднего моста в раздаточной коробке.
Необходимо отметить, что в ряде конструкций постоянного полного привода используется функция отключения переднего моста. Правда в данном случае отключение и подключение это не одно и то же.
Как это работает: системы полного привода
- Тема : Принципы работы раздаточных коробок
- Необходимая литература : Ремонтник, владелец мастерской, менеджер центра, диагност
- Автор , Рокленд Майк Вайнберг Gear Contributing Editor
Раздаточная коробка — очень простая концепция. По сути, это делитель мощности, установленный на трансмиссии, который способен распределять крутящий момент, создаваемый двигателем, для привода обоих комплектов осей автомобиля.
В течение многих лет эти базовые системы требовали, чтобы водитель выбирал, в каком режиме находится транспортное средство, используя один или несколько рычагов переключения передач, и транспортное средство необходимо было остановить, чтобы водитель мог заблокировать ступицы переднего моста и передать мощность на передние колеса.
. Следующей разработкой стали ступицы с автоматической блокировкой, для работы которых больше не требовалось участие водителя.
Примерно в это же время производители начали разрабатывать системы постоянного полного привода, которые включали бы полный привод без каких-либо действий со стороны водителя всякий раз, когда ведущее колесо начинало проскальзывать. Эти ранние системы использовали внутренний дифференциал в раздаточной коробке для распределения крутящего момента между передней и задней осями и были очень неэффективны с точки зрения экономии топлива. Если вы помните раздаточную коробку NP 203, вы также помните, что многие владельцы переоборудовали свои втулки с автоматической блокировкой в втулки с ручным управлением для экономии газа.
В этот момент в моду вошёл полный привод, и началась мода на спортивные/внедорожные автомобили. Идея безопасной всепогодной эксплуатации в сочетании с пространством, необходимым нашим гражданам для перевозки всех аспектов их образа жизни, стала коммерческим хитом.
Люди, которые никогда не собирались ехать «по бездорожью» на автомобиле, теперь увлекались полноприводными автомобилями. Конструкторы создали раздаточные коробки, которые не требовали участия водителя и имели активную или «автоматическую» возможность включать передние оси в случае проскальзывания задних колес, причем водитель даже не подозревал об этом.
В этой статье описываются различные операционные системы, используемые для понимания принципов, необходимых для диагностики проблем. Терминология здесь очень важна, и без четкого понимания того, что означает каждый термин, мы получим путаницу и напрасные усилия.
Полноприводные системы подразделяются на две основные категории: полноприводные (4WD) и полноприводные (AWD), с той разницей, что полноприводные системы обеспечивают определенный контроль над водителем, а системы полного привода доступны всегда. без участия водителя; другими словами, их нельзя отключить.
Чтобы еще больше разделить классы раздаточных коробок 4WD, у нас есть активные или автоматические раздаточные коробки и блоки с ручным переключением.
Активная или автоматическая раздаточная коробка имеет положение, при котором автомобиль будет работать в режиме 2WD до тех пор, пока скорость заднего колеса не превысит скорость переднего колеса, и в это время раздаточная коробка будет передавать больший крутящий момент на передние колеса, пока скорости валов не сравняются. Все это происходит без участия водителя, если агрегат работает в активном или автоматическом режиме.
Агрегаты с полным приводом и активные или автоматические полноприводные агрегаты обеспечивают такое распределение крутящего момента в нескольких различных конструкциях. Первая представляет собой вискомуфту, представляющую собой герметичный барабан, содержащий стальные диски с чередующимися шлицами, расположенные так, что они никогда не соприкасаются друг с другом. В муфте также присутствует небольшое количество жидкости на силиконовой основе, которая очень чувствительна к температуре и быстро расширяется, заполняя контейнер. Когда один из валов, к которому прикреплены диски, начинает вращаться быстрее, чем другой, жидкость расширяется из-за выделяемого тепла, и чередующиеся диски блокируются вместе высоким «сдвигающим» усилием при попытке провернуть жидкость.
Как только диски блокируются за счет этой силы сдвига (не контакта пластин с пластинами), мощность передается на передний карданный вал и направляется на передние колеса. Когда скорости валов уравниваются и силиконовая жидкость внутри муфты остывает, она сжимается (меняет вязкость) и усилие сдвига между пластинами ослабевает, так что мощность передается только на задние ведущие колеса.
Второй вариант — дифференциал внутри раздаточной коробки. Обычно они напоминают планетарную передачу и иногда называются дифференциалом планетарного типа. Когда скорость заднего колеса превышает скорость переднего колеса, дифференциал передает мощность на передний карданный вал через приводную цепь, чтобы уравнять крутящий момент между передним и задним карданными валами. Происходит это из-за конструкции планетарно-дифференциальных компонентов. Одна часть дифференциала соединена шлицами с главным валом, а промежуточный вал сцепления и внутренняя шестерня дифференциала соединены шлицами с ведущей звездочкой для приведения в действие цепи, соединяющей ее с передним выходным валом.
Некоторые раздаточные коробки имеют как вискомуфту, так и дифференциал раздаточной коробки.
Третий метод достижения активного или автоматического полного привода заключается в активации внутреннего пакета фрикционов в раздаточной коробке. Это более сложная конструкция, поскольку включение сцепления обеспечивается компьютерным управлением. Компьютер измеряет и сравнивает скорость переднего и заднего карданного вала, скорость вращения колес, угол дроссельной заслонки, диапазон трансмиссии и другие факторы, чтобы активировать блок сцепления. Та же самая общая операция происходит, когда компьютер определяет разницу между скоростями вращения колес и скоростями карданного вала и включает пакет сцепления для передачи крутящего момента на передние колеса. Опять же, когда скорости валов сравняются, пакет сцепления будет отключен, и автомобиль вернется в режим 2WD.
Многие автоматические или активные раздаточные коробки содержат системы сцепления, и процедуры диагностики очень сложны из-за задействования всех компонентов и систем.
Помните, что все эти конструкции представляют собой интеграцию нескольких систем автомобиля. У вас есть компьютеры управления двигателем, компьютеры шасси и бортовые компьютеры, потому что эти системы должны работать вместе. Итак, теперь у нас есть раздаточная коробка, которая контролируется в зависимости от рабочих параметров двигателя, работы ABS, программ контроля устойчивости и систем контроля тяги.
Активная или автоматическая раздаточная коробка с пакетом сцепления страдает от определенных внутренних проблем, которые необходимо решать во время диагностики и ремонта. Приложение с пакетом сцепления работает с очень высокой нагрузкой крутящего момента. Использование сцепления создает огромную нагрузку на внутренние подшипники раздаточной коробки, и износ подшипников и картера очень распространен. Имейте в виду, что эти устройства часто требуют замены корпуса и новых подшипников и регулировочных прокладок, помимо замены изношенных или поврежденных сцеплений в пакете. В некоторых конструкциях требуется серьезная машинная работа внутри, чтобы исправить внутреннюю геометрию корпуса, чтобы снять боковую нагрузку с направляющих переключения передач.
BW 4405 — яркий тому пример; Простой замены изношенных внутренних компонентов недостаточно для успешного ремонта.
Все конструкции активной раздаточной коробки очень чувствительны к определенным условиям. Жидкость чрезвычайно важна для правильной работы раздаточных коробок с муфтовым приводом. Неправильная жидкость или жидкость, которая загрязнена или в которой изношен пакет присадок, приведет к отказу в работе пакета фрикционов.
Размеры и давление в шинах также имеют решающее значение для срока службы и качества. Это область, которую необходимо тщательно объяснить вашему клиенту и включить в вашу гарантию, потому что вы не сможете проверить эти условия после того, как автомобиль покинет ваш магазин. Если шины имеют разные коэффициенты качения из-за разных размеров или если между ними разница давления воздуха составляет 3 или 4 фунта на кв. передние колеса. Это особенно опасно для конструкций с вязкостной муфтой.
Размер шин не должен заметно отличаться. Этикетка на боковине не является точной для этой цели, и вам необходимо измерить окружность шины с помощью измерительного прибора или рулетки вокруг протектора.
Все шины должны быть в пределах 1/4″ по окружности. Если это не так, вискомуфта интерпретирует разницу в скорости как пробуксовку и начинает передавать мощность на передние колеса. Поскольку размер шин никогда не будет исправлен, вискомуфта никогда не отключится и сгорит за очень короткое время на скоростях шоссе. Несоответствие размера шин также приведет к тому, что все виды кодов будут установлены с помощью блоков с приводом от пакета сцепления, управляемых компьютером.
Еще одна проблема — буксировка. Небезопасно буксировать любое из этих транспортных средств в течение длительного периода времени. В некоторых руководствах по эксплуатации может быть сказано что-то другое, но они просто заставляют вас работать больше. На блоке с дифференциалом буксировка автомобиля с передними колесами на тележке быстро разрушает дифференциал. Государства, которые проводят динамические проверки транспортных средств на динамометрических стендах, немедленно создают такие же повреждения, и многие автомобили теперь не обязаны проходить эти испытания.
Не существует безопасного способа буксировки этих транспортных средств на какое-либо реальное расстояние с подсоединенными карданными валами.
Мой опыт ремонта автомобилей и трансмиссий свидетельствует о том, что немногие владельцы транспортных средств, если они вообще есть, действительно читают руководство по эксплуатации. Вы должны объяснить своему клиенту, как правильно эксплуатировать и использовать его автомобиль, иначе вы закончите задушевными дискуссиями о проблемах с гарантией, которые вы действительно не выиграете.
Например, нет раздаточной коробки, которая может работать на сухом асфальте в полноприводном режиме. Когда автомобиль проходит повороты и меняет полосу движения, колеса поворачиваются с разной скоростью. Очевидно, что внутренние колеса в повороте проходят более короткую дугу, чем внешние колеса. Если автомобиль заблокирован в режиме 4WD, это означает, что крутящий момент распределяется 50/50 между передней и задней частями, а внутренние компоненты будут блокироваться шлицами из-за разного хода колес.
Теперь будет скачок или удар, когда силы воздействуют на компоненты так сильно, что колесо должно вращаться, чтобы снять нагрузку крутящего момента.
Все эти устройства предназначены для работы на мокром асфальте, снегу, песке, траве или грязи при блокировке 4WD, поскольку эти поверхности позволяют колесам пробуксовывать во время поворотов, поэтому внутренняя блокировка шлицев не происходит. Конструкция активных или автоматических раздаточных коробок была создана таким образом, чтобы автомобиль мог двигаться в автоматическом режиме по сухому асфальту с включением 4WD только тогда, когда это необходимо, и агрегат не оставался заблокированным на сухом асфальте.
Описание систем полного привода
Из номера 9 за август 2016 г.0018
Полноприводные системы распространяются по автомобильному рынку, как и многие трибблы на звездолете Кирка Enterprise . Эти системы обещают всепогодную гарантию, а также динамические преимущества на сухой дороге, и многие покупатели автомобилей считают их необходимыми для любого контрольного списка нового автомобиля.
Но не все системы полного привода одинаковы. При этом деликатно рассуждая о том, как полноприводные системы распределяют крутящий момент.
Torque, несмотря на свою трудолюбивую репутацию, ленив. Оставленное без внимания, как малыши или подростки, оно будет раздражать, всегда предпочитая путь наименьшего сопротивления. А с автомобильной точки зрения это чаще всего означает вращающиеся шины. Не то чтобы мы возражали против раскручивания шин, но поскольку работа двигателя заключается в том, чтобы доставить нас туда, куда мы хотим, использование его крутящего момента для выполнения этой задачи является лишь прагматичным. Таким образом, полный привод, который делит работу по перемещению нас не между двумя колесами, а между четырьмя. Как меняется прямой крутящий момент современных полноприводных автомобилей, но делать это хорошо означает распределять нужное количество крутящего момента на нужные колеса в нужное время.
Заметьте, мы написали полный привод, а не полный привод.
Это различие имеет значение на этих страницах. По нашему определению полноприводные автомобили, в основном грузовики, могут блокировать передний и задний карданные валы только так, чтобы каждая ось всегда вращалась с одинаковой скоростью. И они делают это так, когда едут на всех четырех колесах. Конечно, это немного элементарно, но довольно часто грузовики пытаются решить именно такие проблемы. Например, ползти по крутым каменистым тропам. Или поднимать лодки по покрытым мхом трапам. Или наша любимая игра, прыгающая через машины на залитых пивом аренах.
Если ваши цели более амбициозны, например, повороты, есть более эффективные способы распределения крутящего момента между передней и задней осями, чем простые раздаточные коробки. Один из них — полностью отказаться от механического соединения и привести одну ось в действие электричеством. Приводя в движение передние колеса электродвигателем, Porsche 918 Spyder изменил не только наше определение скорости, но и наше определение полного привода.
Тем не менее, он не единственный в мире осей с электрическим приводом. На другом конце спектра производительности находится гибридный кроссовер Toyota RAV4, который приводит в движение свои задние колеса исключительно с помощью электродвигателя.
Газо-электрические полноприводные системы, которые все еще находятся в зачаточном состоянии, сильно различаются по стоимости и назначению, а автомобили с электроприводом являются исключением. Хотя их популярность растет, сегодня в США продается лишь несколько штук.
Многие современные полноприводные автомобили используют гораздо более распространенный межосевой дифференциал, который является проверенным средством управления передачей крутящего момента на обе оси. Однако большинство из них представляют собой системы по требованию, основанные на переднеприводных силовых агрегатах. Далее следует более пристальный взгляд на наиболее популярное оборудование, используемое современными полноприводными автомобилями для направления энергии на землю:
ROY RITCHIE
Открытый дифференциал
Скромный открытый межосевой дифференциал — простой, надежный, дешевый — почти исчез из-за электромеханических альтернатив, которые обеспечивают больший контроль и большую эффективность.
Открытый дифференциал, вариант обычной планетарной передачи, используемой в автоматических коробках передач, разделяет один входной крутящий момент (трансмиссию) на два выхода (переднюю и заднюю оси), но позволяет им вращаться с разными скоростями. Тем не менее, открытые дифференциалы не имеют средств ограничения разброса скорости между двумя выходами, поэтому крутящий момент может свободно следовать по пути наименьшего сопротивления. Следовательно, транспортное средство может застрять с одним бешено вращающимся колесом, в то время как другие остаются неподвижными. Большинство современных автомобилей компенсируют это дешевой, но эффективной комбинацией программного обеспечения и существующего оборудования, которое использует тормоза для создания реактивного крутящего момента на проскальзывающем колесе, закрывая путь наименьшего сопротивления и, таким образом, увеличивая крутящий момент, прикладываемый к колесам с большим сцеплением.
Открытые дифференциалы также могут быть соединены с выбираемыми водителем блокировками, как в Mercedes-Benz G-класса, которые могут блокировать переднюю и заднюю оси, а также левое и правое колеса.
Заблокированный дифференциал сродни полному отсутствию дифференциала, создавая прочную связь, соединяющую оси и колеса с трансмиссией. Но трансмиссия будет заедать и дергаться, как только автомобиль достигнет поверхностей с высоким сцеплением, таких как дороги с твердым покрытием, где ему нужны дифференциалы назад по той причине, по которой они были изобретены: чтобы компенсировать значительную разницу в скорости колес при повороте.
[+] Простой, недорогой
[-] Ограниченный контроль над распределением крутящего момента
Найдено в: Jeep Grand Cherokee Laredo, Mercedes-Benz G-класса производители рассказывают о своих системах полного привода, всегда вякают о том, куда уходит крутящий момент и в какой пропорции. Это все теоретически, основанное на предположениях, которые редко бывают верны. Когда в реальном мире происходит проскальзывание колес, распределение крутящего момента в конечном итоге определяется имеющимся сцеплением с каждой шиной.
Это делает распределение крутящего момента функцией передачи нагрузки и трения о дорожное покрытие, поскольку оно является следствием дифференциальной конфигурации. Когда производитель говорит о разделении крутящего момента 50/50, он предполагает одинаковое сцепление на каждой оси, что вряд ли произойдет в любой ситуации, когда вам больше всего нужен полный привод. Точно так же способность передавать 100 процентов крутящего момента на одну ось обычно не упоминает о том, что противоположная ось должна вращать свои колеса на поверхности практически без трения. (Муфты по требованию являются исключением из этого правила, так как некоторые из них могут передавать 100 процентов крутящего момента на одну ось, разъединяя другую.) Поскольку и сцепление, и распределение веса постоянно меняются, указанное распределение крутящего момента становится в значительной степени бессмысленным в реальном мире. . Считайте разговоры производителей о разделении крутящего момента сродни обещаниям кандидатов в президенты: когда наступает реальность, результаты могут отличаться.
ROY RITCHIE
Межосевые дифференциалы повышенного трения
Эти относительно простые пассивные межосевые дифференциалы реагируют на изменения крутящего момента — либо на колесах, либо на двигателе — чтобы перенаправить движущую силу двигателя на ось с большим сцеплением. Они все время управляют всеми четырьмя колесами и полагаются только на физику, предсказуемого союзника в нашем опыте, чтобы сделать свою работу. Отказ от датчиков, исполнительных механизмов и вмешательства водителя означает, что они являются эффективным способом соединения передней и задней осей, сохраняя при этом возможность изменять распределение крутящего момента между передней и задней частями. Это также означает, что они сохраняют стоимость, вес и сложность на относительно низком уровне. Они бывают нескольких видов:
Вискомуфта межосевого дифференциала
Эти дифференциалы соединяют передний и задний карданные валы через ряд пластин, погруженных в синтетическую жидкость внутри герметичного корпуса.
Когда проскальзывание колес приводит к тому, что скорость одного вала значительно отличается от скорости другого, свойства жидкости изменяются, позволяя двум валам вращаться с одинаковой или близкой к ней скоростью.
[+] Недорогой, легкий, с плавным зацеплением
[-] Требует проскальзывания колес для обеспечения силы блокировки
Присутствует в: Subaru WRX и Crosstrek с механической коробкой передач
Винтовой межосевой дифференциал
Винтовые дифференциалы повышенного трения, обычно называемые торговой маркой Torsen, более сложны. В этих агрегатах используются тщательно настроенные планетарные механизмы с зубьями, нарезанными в виде спиральной спирали (вспомните ДНК), которые связывают или толкают фрикционные диски, чтобы ограничить пробуксовку колес и изменить распределение крутящего момента. Увеличение крутящего момента от двигателя создает большее трение для усиления действия блокировки.
Скорость блокировки этого типа дифференциала определяется углом, под которым нарезаны зубья шестерни: чем больше угол, тем больше сила блокировки. При использовании в качестве межосевых дифференциалов винтовые дифференциалы повышенного трения часто проектируются так, чтобы обеспечить неравное смещение крутящего момента — эффект, определяемый соотношением между шестернями, которые приводят в движение переднюю и заднюю оси.
[+] Реагирует на изменение крутящего момента как от двигателя, так и от проскальзывания колес
[-] Нерегулируемый — сила блокировки определяется углом передачи и приложенным крутящим моментом, требует сопротивления на колесах для создания эффекта блокировки
Найдено в: Audi A8, Bentley Continental GT, Land Rover Range Rover Sport. муфта, ограничивающая проскальзывание между карданными валами. Основным преимуществом здесь является способность работать независимо от крутящего момента двигателя или трения в колесах.
Используя входные данные от ряда датчиков и компьютерного управления, эти дифференциалы предлагают полный диапазон операций от полностью открытого до полностью заблокированного, когда это необходимо, чтобы наилучшим образом соответствовать условиям вождения. В последние годы производители проявляют творческий подход к управлению дифференциалами с электронным управлением, добавляя алгоритмы, предсказывающие, когда полезно большее проскальзывание или когда упреждающее включение сцепления предотвращает пробуксовку колес до того, как она произойдет. Точно так же электронное управление позволяет настраивать поведение межосевого дифференциала в различных режимах движения, что оптимизирует их работу для разных поверхностей и разных уровней агрессивности вождения.
[+] Высокая регулировка
[-] Сложная, дорогая
Найдено в: Subaru WRX STI
ROY RITCHIE
Муфта по запросу
системы которые постоянно приводят в движение все четыре колеса через межосевой дифференциал.
Системы по запросу работают по-другому, поскольку они в основном приводят в движение только одну ось, пока муфта не задействует противоположную ось для помощи. Здесь обычно используются пакеты сцепления, а также зубчатые муфты, называемые кулачковыми шестернями. Часто оборудование находится прямо перед вспомогательной осью, хотя некоторые системы разъединяются с обеих сторон карданного вала для повышения эффективности. Где бы ни находилась муфта, ее задача одна и та же: по мере необходимости постепенно включать вспомогательную ось.
Муфта сцепления увеличивает крутящий момент, направляемый на вспомогательную ось, за счет увеличения прижимной силы на фрикционных дисках, но в этих системах обычно используется более легкое оборудование, чем в штатных системах, потому что они приводят вторую ось лишь в небольшом проценте времени. Использование по умолчанию двухколесного привода также повышает эффективность, поэтому системы по требованию стали так популярны в наш век строгих правил экономии топлива.
Кроме того, они обладают большинством преимуществ самоблокирующихся дифференциалов с электронным управлением, поскольку их можно запрограммировать на передачу крутящего момента на вспомогательную ось до обнаружения проскальзывания. 9
[-] Не постоянный полный привод ROY RITCHIE
Сдвоенные муфты заднего моста по требованию
Эти системы основаны на концепции муфт по требованию со специальным пакетом сцепления для левой и правой полуосей задней оси. На заднем мосту установлены обычные зубчатые венцы и шестерни, но нет дифференциала. При полностью включенном сцеплении эти системы работают как полноприводные грузовики. Однако, поскольку муфты обеспечивают как быстрое, так и частичное включение, эти системы могут избежать заедания, характерного для полного привода. Постепенное и независимое срабатывание пакетов сцепления имитирует автомобиль с обычными центральным и задним дифференциалами повышенного трения.
Еще одно преимущество систем с двойным сцеплением заключается в том, что распределение крутящего момента легко достигается путем изменения передаточного числа одной оси.