С наступлением зимы у автомобилистов возникает множество хлопот: замена покрышек, поиск жидкостей, работающих при более низких температурах, а еще нужно достать скребки и щетки для утренней очистки автомобиля от снега и льда… Поездка зимой, даже в большом городе, где дорожное полотно вовремя очищают от последствий капризов природы, не всегда вызывает положительные эмоции.
Зачастую в более благоприятных условиях оказываются те водители, у которых автомобили оснащены приводом на все колеса. В чем заключаются преимущества владельцев полного привода? На этот вопрос нельзя дать однозначный ответ (кроме того, что они раньше всех выезжают из снежного плена), потому что полный привод на сегодняшний день бывает нескольких типов. Давайте попробуем разобраться в этих сложных системах. Начнем, естественно, с самого простого.
Подключаемый полный привод (Part Time Four Wheel Drive)
В данном случае привод является постоянным на одну из осей автомобиля, а вторая подключается на время, для преодоления бездорожья. Такой тип привода обеспечивает постоянное распределение крутящего момента между осями в равных пропорциях. Однако выезжая на дорогу с твердым покрытием, водителю приходится отключать полный привод во избежание проблем с трансмиссией и управляемостью автомобиля. Дело в том, что передняя и задняя оси проходят разное расстояние в повороте, значит необходимо распределять между ними крутящий момент. Если этого не делать, на скользком покрытии колеса одной из осей будут немного проскальзывать, что приведет к «неоднозначным» откликам на движения руля, а на сухом покрытии будет перегружена трансмиссия.
Таким образом, этот тип привода применим только на тяжелых вседорожниках, автомобилях, предназначенных для военных целей, или используется для удешевления конструкции средства передвижения. Преимущества такой схемы полного привода – дешевизна и сравнительная простота, ведь, как гласит народная мудрость, чем меньше деталей, тем меньше их ломается. К недостаткам относятся лишние детали, утяжеляющие конструкцию, что на дорогах с твердым покрытием только мешает.
На иллюстрации изображен современный межосевой дифференциал типа Torsen, устанавливаемый на Audi A4. В упрощенном виде принцип его работы таков: чем больше частота вращения приводного вала одной из осей, тем меньший крутящий момент ему передается.
Постоянный полный привод (Full Time Four Wheel Drive)
Чтобы использовать полный привод постоянно, независимо от дорожных условий, необходимо разорвать жесткую зависимость между скоростями вращения передних и задних колес. Как это сделать?
Применив дифференциал на одной оси, забыли о существовании проблемы разности пройденных путей правого и левого колес, а это значит, что, поставив дифференциал между передней и задней осью, можно добиться того же эффекта. Теперь автомобиль может двигаться по любым дорогам с приводом на все колеса, что улучшает реализацию тяги, хотя…
Сколько раз на моноприводных автомобилях мы сталкивались с тем, что стоило одному колесу попасть на ледяную корку или в грязную лужу, и машина останавливалась. Правильно: дифференциал беспрепятственно отдавал весь крутящий момент буксующему колесу. В таком случае для вызволения автомобиля приходится подручными средствами тормозить буксующее колесо, чтобы хоть часть момента перешла на сторону стоящего колеса.
На самом деле такая ситуация возможна и на полноприводном автомобиле со «свободными» дифференциалами. На вседорожниках нашли выход: сделать межосевой дифференциал блокируемым. Когда автомобиль подъезжал к труднопреодолимому участку «дороги», водителю необходимо было включить блокировку и тем самым застраховать себя от возможных негативных последствий. Но здесь сразу проявляется недостаток подключаемого полного привода: на асфальте-то все равно блокировку придется выключить…
Полный привод для легковых автомобилей (формула Фергюсона)
Желающих всегда ездить на полном приводе хватало всегда, а сегодня, глядя на оживленные проспекты, понимаешь, что количество приверженцев постоянного полного привода может только увеличиваться. Тем более этому способствуют наши погодные условия.
Возникла необходимость доработать конструкцию дифференциала: сделать так, чтобы при пробуксовке одного из колес он блокировался самостоятельно. Для этого применили дополнительную муфту с фрикционами, которая при определенной степени пробуксовки одной из осей блокировала сателлиты дифференциала. Однако происходило это мгновенно, поэтому управляемость автомобиля было сложно контролировать. В скользком повороте при избытке тяги мог произойти занос задней оси или снос передней, но, в отличие от автомобилей с приводом на одну ось, эти процессы не поддавались никакой логике (как известно, при избытке тяги в повороте заднеприводный автомобиль уходит в занос, а переднеприводный – в снос).
Пришлось изобретать конструкцию, которая блокировала бы дифференциал более плавно. Так появились вискомуфты: сателлиты соединили с цилиндрами, в которых, кроме пакета фрикционов, была силиконовая жидкость, она застывала и блокировала дифференциал при пробуксовке одной из осей. Происходило это достаточно быстро и плавно, а главное, изменяя характеристики жидкости, можно было изменять степень блокировки.
Второй вариант – межосевой дифференциал типа Torsen (torque sensing – «чувствительный к крутящему моменту»), блокируется не от разности угловых скоростей на приводных валах осей, а от изменения баланса крутящих моментов на валах трансмиссии. Плюс этой системы в том, что она работает вообще без запаздываний, в отличие от вискомуфты, которой для блокировки нужно некоторое время.
Вискомуфта Haldex срабатывает от разности скоростей вращения входного и выходного валов. Теоретически в крутом повороте автомобиль должен двигаться с заблокированной вискомуфтой, однако в наш век электроники за все отвечает «мозг» бортового компьютера. Анализируя данные с различных датчиков, он может самостоятельно стравливать давление в цилиндре исполнительного механизма, сжимающего фрикционы.
Сегодня
Представить новый легковой автомобиль без каких-либо электронных систем сегодня просто невозможно. Вот и с подключением ведущих колес решили однажды состыковать «мозг» компьютера. На многих автомобилях в наши дни вместо дифференциала, блокируемого вискомуфтой, начали устанавливать просто муфты с пакетом фрикционов, зажим которых полностью подвластен электронным «соображениям» современных бортовых систем. Таким образом, теперь не нужно ждать, пока на одной из осей начнется пробуксовка и жидкость в вискомуфте изменит вязкость. При старте, например, электроника сама подключит вторую ось, а в повороте будет выбирать, на какую из осей передать больший момент, чтобы автомобиль вел себя предсказуемо.
В арсенал систем безопасности современных автомобилей почти всегда входит антиблокировочная система тормозов ABS. На некоторых моделях устанавливается ее производная – система контроля тяги, которая подтормаживает буксующие колеса. С таким приспособлением можно вообще отказаться от блокировок дифференциалов, но на серьезном бездорожье машина далеко не уедет: возможен перегрев тормозных механизмов.
Что нового произойдет в ближайшем будущем? Полный привод могут трансформировать в полностью электрический: двигатель внутреннего сгорания объединят с генератором, который будет передавать напряжение на мотор-колеса. Не понадобятся ни дифференциалы, ни муфты – электроника решит все проблемы…