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:
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.
Система включает конструктивные элементы, характерные для полноприводной трансмиссии, а именно: сцепление, коробку передач, раздаточную коробку, карданные передачи, главные передачи, мелколесные дифференциалы задней и передней оси, а также полуоси колес.
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.
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.
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.
В ряде систем полного привода имеется специальная муфта, при помощи которой регулируется уровень передачи крутящего момента на ось автомобиля.
Кстати, выход из строя муфты становится одной из частых причин отказа полного привода. Муфта может выйти из строя, если своевременно не осуществлять её техническое обслуживание:
- не заменять масло в муфте;
- не обращать внимания на звон подшипника.
Система 4Motion и муфта Haldex
Технологию начали использовать за два года до Миллениума. До этого работа полного привода немецких автомобилей базировалась на вискомуфтах.
Использование муфты Haldex стало революцией в области полного привода. Данная муфта:
- фрикционная;
- имеет большое количество дисков;
- управляется электрогидравлическим способом.
Её применение позволило создавать автомобили с автоматически подключаемым полным приводом. Кстати, муфта Haldex устанавливается сейчас не только на немецкие автомобили, но и на машины других европейских производителей.
Принцип работы
В первых поколениях муфт насос работал за счет разницы вращения осей. Он создавал необходимое давление масла. А уже под давлением масла сжимались диски муфты. Клапана и блок управления регулировали уровень давления масла.Муфта 4-го поколения
На современные полноприводные автомобили устанавливается муфта 4-го поколения. Принцип её действия схож с принципом действия муфт предыдущих поколений. Однако в устройстве имеется уже электронный насос. Разность скоростей имеет теперь второстепенное значение, работа муфты осуществляется на основании обмена сигналами между различными датчиками и блоком управления.Таким образом, можно отметить, что современная муфта полного привода – это достаточно эффективное устройство, позволяющее целесообразно распределять крутящий момент между осями автоматически, без участия человека.
Существенным минусом подобных муфт является то, что они, при больших нагрузках, могут выходить из строя. А их замена или ремонт – дело дорогостоящее.
Как поменять подшипник муфты полного привода
Одной из характерных болезней муфт является шум подшипника Причем, актуально это, как для старых вискомуфт так и для современных элетроуправляемых. Если подшипник начинает звенеть, то его нужно менять, чтобы не было более серьезных последствий. Сделать это можно и в домашних условиях. Главное – иметь определенные теоретические знания и прямые руки. Конечно, технология ремонта несколько отличается, в зависимости от марки и модели машину. Но общий принцип таков:
- Необходимо загнать машину на яму или вывесить на подъемнике.
- Идентифицировать под днищем машин кардан и редуктор. К редуктору крепится сама муфта. Часто проводят еще и ряд операций по отсоединению элементов системы полного привода друг от друга. Такие манипуляции облегчают снятие муфты. Заодно, можно провести профилактику и остальных элементов системы.
- На всякий случай слить масло с редуктора.
- Демонтировать муфту и извлечь подшипник.
- Удалить во всех доступных местах всю ржавчину, которая образовалась за время работы старого подшипника.
- Установить новый подшипник на то место, где ему полагается стоять, правильно его сориентировав.
- Аккуратно все собрать в правильном порядке и загерметизировать.
Какое масло заливать в муфту полного привода
В зависимости от марки и модели автомобиля, в муфте полного привода необходимо менять масло после 30 и 60 тысяч пробега, в некоторых источниках встречается цифра в 100000 километров. Но лучше не затягивать. Сам процесс замены масла не вызывает серьезных трудностей. В муфте имеется сливное отверстие и заливная горловина. Процесс замены масла достаточно типичен:
- открыть сливное отверстие, слить масло;
- залить свежее масло в заливную горловину;
- убедиться, что масла залито достаточно.
Стоит подчеркнуть, что самые распространенные муфты Haldex расположены в главной передаче.
Зафиксированы случаи, когда при техническом обслуживании авто сервисмены путали заливные и сливные отверстия самой муфты и редуктора, что приводило не к смертельным, но к неприятным последствиям.
Безусловно, тем, кто обслуживается в официальных автосервисах, не стоит ломать голову над поиском необходимого масла для муфты.
Что касается остальных, тех, кто любит и желает обслуживать машину собственными руками, рекомендуются следующие варианты:
- заехать на официальный автосервис и узнать, какое масло используют местные специалисты;
- зайти на форум, посвященный конкретной марке и модели автомобиля, и задать вопрос там;
- связаться с разработчиками той или иной муфты и уточнить информацию у них.
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.
Полноприводные автомобили в нашей стране пользуются почетом и уважением, но при этом столь вожделенная схема 4х4 может быть реализована по-разному. Рассмотрим преимущества и недостатки схем с механической межосевой блокировкой и блокировкой посредством электронно-управляемой муфты.
Исторически раньше всех появилась схема полного привода, в которой к трансмиссии заднеприводного автомобиля добавили раздаточную коробку, а от нее к переднему (теперь тоже ведущему) мосту протянули свой карданный вал. При этом подключение переднего моста осуществлялось по необходимости и «жестко». По такой схеме до сих пор выполнены трансмиссии многих «профессиональных» вседорожников. Среди отечественных можно назвать все семейство УАЗ. Немало и импортных - от компактного Suzuki Jimny до легендарного Land Rover Defender.
И если на бездорожье таким «проходимцам» нет равных, то в городе, согласитесь, совладать с ними не очень-то и легко. Поэтому конструкторы предложили более удобное и практичное техническое решение. Это схема полного привода, при которой крутящий момент передавался к обоим мостам через дифференциал. Типичные представители - отечественные Lada 4x4 и Chevrolet Niva.
Постоянный полный привод с блокируемым межосевым дифференциалом
Полный привод у Шевроле Нивы постоянный - крутящий момент от двигателя всегда передается на обе оси (мосты не отключаются). Такая схема повышает проходимость автомобиля, одновременно снижая нагрузки на узлы трансмиссии, но несколько увеличивает расход топлива.
Передний и задний мосты связаны через межосевой дифференциал, позволяющий передним и задним колесам вращаться с разными угловыми скоростями в зависимости от траектории и условий движения. Межосевой дифференциал расположен в раздаточной коробке. Он аналогичен межколесным дифференциалам в переднем и заднем мостах, но в отличие от них межосевой дифференциал можно принудительно блокировать. При этом валы привода переднего и заднего мостов становятся жестко связанными между собой и вращаются с одинаковой частотой. Это значительно повышает проходимость автомобиля (на скользких подъемах, в грязи, снегу и т. п.), но ухудшает управляемость и увеличивает износ деталей трансмиссии и шин на покрытии с хорошим сцеплением. Поэтому блокировку дифференциала можно использовать только для преодоления сложных участков и на небольшой скорости.
Включать блокировку можно во время движения автомобиля, если колеса не буксуют. Но это не избавит от опасности «диагонального вывешивания», когда одно из колес на каждой оси теряет сцепление с грунтом - в этом случае под вывешенные колеса придется подсыпать грунт или подкопать его под остальными. Для увеличения крутящего момента, подводимого к колесам, служит низшая передача в раздаточной коробке, ее передаточное число - 2,135. Высшая передача, предназначенная для нормальных условий движения, имеет передаточное число 1,20.
Полноприводная трансмиссия с электромагнитной муфтой подключения задних колес
Однако прогресс не стоял на месте - конструкторы предложили гениальную по простоте исполнения и извлечению прибыли идею: создать на базе переднеприводного автомобиля кроссовер. Рецепт у всех автопроизводителей схожий. Рассмотрим такую схему детально на примере модели Renault Duster.
Двигатель и коробка передач (механика или автомат) установлены поперечно относительно автомобиля. Все валы внутри коробки передач, соответственно, тоже. А крутящий момент требуется передать на заднюю ось. Для этого применили угловой редуктор спереди и карданный вал, который, в свою очередь, соединен с муфтой. Ведущая часть муфты в связке с карданным валом вращаются всегда, когда вертится шестерня переднего редуктора. Ведомая часть муфты шлицами соединена с валом ведущей шестерни главной передачи. Корпус электромагнитной муфты также крепится к картеру главной передачи: угловой редуктор, совмещенный с дифференциалом. От дифференциала приводы передают крутящий момент непосредственно на задние колеса. Муфта снабжена электронным блоком управления, который, в свою очередь, зависит от переключателя режимов работы трансмиссии на консоли панели приборов. Так упрощенно выглядит схема полного привода большинства современных кроссоверов с поперечным расположением силового агрегата.
Для управления силой сжатия дисков муфты применен кулачковый механизм, изменяющий прижимное усилие. Подаваемое на соленоид муфты напряжение вызывает смыкание дисков муфты и подключение задней оси. Величина передаваемого крутящего момента регулируется силой сцепления фрикционных дисков в муфте. Так, если напряжение, подаваемое на электромагнит, снизить, муфта обеспечит неполное замыкание и будет способна проворачиваться при небольшом моменте. Впрочем, даже при полной подаче напряжения замкнутая муфта может передавать момент, ограниченный силами трения в муфте.
Для срабатывания муфты нужно хотя бы небольшое «отставание» задних колес от передних. Самое интересное, что датчиков температуры в муфте нет, и выключение ее «по перегреву» происходит, когда блок управления через датчики ABS какое-то время фиксирует, что при полном напряжении на муфте задние колеса не вращаются, а передние вращаются со значительной скоростью. Так что в большинстве случаев электроника попросту перестраховывается.
Что выбрать?
В обеих схемах все приводные и карданные валы вращаются постоянно, поэтому с точки зрения расхода топлива различий нет. Схема с жесткой блокировкой муфты предпочтительнее на суровом бездорожье, поскольку муфты с электронным управлением способны передать только ограниченный момент, а при проскальзывании фрикционов склонны к быстрому «перегреву», пусть зачастую и виртуальному. Неожиданное для водителя автоматическое подключение муфты во время прохождения поворота иногда может быть опасным.
Из личного опыта
Владея автомобилем с электромагнитной муфтой подключения задней оси, могу рассказать, какие я режимы использую. Летом на дорогах с твердым покрытием всегда включен режим 2WD, в грязи задействую весь потенциал и выключаю систему динамической стабилизации ESP. Зимой всегда включен режим AUTO. Прежде всего, чтобы не терять шипы на передних колесах. Испытания показывают, что потеря шипов особенно велика при пробуксовке ведущих колес. Если зимой необходимо резкое ускорение, а под колесами неважное по качеству покрытие, например, плитка трамвайных путей, то включаю режим LOCK. А при необходимости выбраться из сугроба - режим LOCK и выключаю ESP.
Была в пользовании и Нива. Так вот, при необходимости стартовать на скользком покрытии включал блокировку, а в глухих пробках полз на пониженной - так нагрузка на сцепление меньше.
Удивительно, но факт - очень многие автовладельцы совершенно не разбираются в типах полноприводных трансмиссий. А ситуацию усугубляют автомобильные журналисты, которые сами с трудом разбираются в типах приводов и том, как они работают.
Самое серьезное заблуждение заключается в том, что многие до сих пор считают, что правильный полный привод должен быть обязательно постоянным, и категорически отвергают системы автоматически подключаемого полного привода. При этом автоматически подключаемый полный привод бывает двух типов, разделяемый по характеру работы: реактивные системы (включающиеся по факту пробуксовки ведущей оси) и превентивные (в которых передача момента на обе оси активируется по сигналу от педали газа).
Я расскажу про основные варианты полноприводных трансмиссий и покажу, что за электронно-управляемыми полноприводными трансмиссиями будущее.
Все примерно представляют как устроена трансмиссия автомобиля. Она предназначена для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колёса. В трансмиссию входит сцепление, коробка передач, главная передача, дифференциал и приводные валы (кардан и полуоси). Важнейшим устройством в трансмиссии является дифференциал. Он распределяет подводимый к нему крутящий момент между приводными валами (полуосями) ведущих колёс и позволяет им вращаться с разной скоростью.
Для чего это нужно? При движении, в частности при поворотах, каждое колесо автомобиля движется по индивидуальной траектории. Следовательно все колёса автомобиля в поворотах вращаются с разной скоростью и проходят разные расстояния. Отсутствие дифференциала и жёсткая связь между колёсами одной оси приведёт к повышенной нагрузке на трансмиссию, неспособности автомобиля поворачивать, не говоря о таких мелочах, как износ шин.
Следовательно, для эксплуатации на дорогах с твёрдым покрытием любой автомобиль должен быть оснащен одним или несколькими дифференциалами. Для автомобиля с приводом на одну ось устанавливается один межколёсный дифференциал. А в случае полноприводного автомобиля необходимо уже три дифференциала. По одному на каждой оси, и одного центрального, межосевого дифференциала.
Чтобы подробнее понять принцип работы дифференциала, крайне рекомендую к просмотру документальное короткометражное кино Around the Corner снятое в 1937 году. За 70 лет в мире не смогли сделать более простое и понятное видео про работу дифференциала. Даже не обязательно знать английский язык.
Главный недостаток, а скорее особенность, работы свободного дифференциала известна всем - если на одном из ведущих колёс автомобиля будет отсутствовать сцепление (например, на льду или вывешенное на подьемнике), то автомобиль даже не сдвинется с места. Это колесо будет свободно вращаться с удвоенной скоростью, в то время как другое останется неподвижным. Таким образом, любой моноприводный автомобиль можно обездвижить если одно колёс ведущей оси потеряет сцепление с дорогой.
Если же взять полноприводный автомобиль с тремя обычными (свободными) дифференциалами, то его потенциальная способность передвигаться в пространстве может быть ограничена даже если ЛЮБОЕ из четырёх колёс потеряет сцепление с дорогой. То есть, если полноприводный автомобиль с тремя свободными дифференциалами поставить всего одним колесом на ролики/лёд/вывесить в воздухе - он не сможет сдвинуться с места.
Как сделать так, чтобы автомобиль смог передвигаться в этом случае? Очень просто - необходимо заблокировать один или несколько дифференциалов. Но мы помним, что жёсткая блокировка дифференциала (а по сути такой режим приравнивается к его отсутствию) неприменима к эксплуатации автомобиля на дорогах с твёрдым покрытием ввиду повышенных нагрузок на трансмиссию и неспособности поворачивать.
Поэтому при эксплуатации на дорогах с твёрдым покрытием необходима изменяемая степень блокировки дифференциала (речь сейчас в одновном про межосевой дифференциал) в зависимости от условий движения. А вот на бездорожье можно передвигаться хоть с полностью заблокированными всеми тремя дифференциалами.
Итак, в мире существует три основных типа решения полного привода:
Классическая полноприводная трансмиссия (в терминологии автопроизводителей обозначается как full-time) имеет три полноценных дифференциала, поэтому такой автомобиль в любых режимах движения имеет привод на все 4 колеса. Но как я уже писал выше, если хоть одно из колёс потеряет сцепление с дорогой - автомобиль потеряет способность передвигаться. Следовательно такому автомобилю обязательно нужна блокировка дифференциала (полная или частичная). Самое популярное решение, практикуемое на классических внедорожниках - механическая жесткая блокировка межосевого дифференциала с распределением момента по осям в пропорции 50:50. Это позволяет существенно повысить проходимость автомобиля, но с жестко заблокированным межосевым дифференциалом нельзя ездить по дорогам с твёрдым покрытием. Опционально внедорожные автомобили могут иметь дополнительную блокировку заднего межколёсного дифференциала.
В трансмиссии Full-time присутствует три дифференциала A,B и С. А в part-time межосевой дифференциал A отсутствует и его заменяет механизм жесткого подключения второй оси вручную.
Одновременно с этим появилось отдельное направление механически подключаемого полного привода (Part-time). У такой схемы полностью отсутствует межосевой дифференциал, а на его месте находится механизм подключения второй оси. Такая трансмиссия обычно применяется на недорогих внедорожниках и пикапах. В результате, на дорогах с твёрдым покрытием такой автомобиль может эксплуатироваться только с приводом на одну ось (обычно заднюю). А для преодоления сложных участков на бездорожье водитель вручную включает полный привод путём жесткой блокировки передней и задней оси между собой. В результате момент передаётся на обе оси, но не стоит забывать о том, что на каждой из осей продолжает оставаться свободный дифференциал. Это значит, что при диагональном вывешивании колёс, автомобиль никуда не поедет. Решить эту проблему можно только с помощью блокировки одного из межколёсных дифференциалов (в первую очередь заднего), поэтому некоторые модели внедорожников имеют самоблокирующийся дифференциал на задней оси.
И самое универсальное и популярное в настоящее время решение - автоматически подключаемый полный привод (A-AWD - Automatic all-wheel drive, часто обозначаемый просто как AWD). Конструктивно такая трансмиссия очень похожа на подключаемый полный привод (part-time), у которой отсутствует межосевой дифференциал, а для подключения второй оси используется гидравлическая или электромагнитная муфта. Степень блокировки муфты обычно управляется электроникой и существует два механизма работы: превентивный и реактивный. О них чуть ниже в подробностях.
В трансмиссии межосевой дифференциал отсутствует, из коробки передач выходит два вала, один на переднюю ось (со своим дифференциалом), другой - на заднюю, к муфте.
Важно понимать, что для максимально эффективной полноприводной трансмиссии (независимо от того, full-time это или a-awd) требуется наличие переменной блокировки межосевого дифференциала (муфты) в зависимости от дорожных условий (про межколёсные дифференциалы отдельный разговор, не в рамках этой статьи). Для этого существует несколько способов. Самые популярные из них: вязкостная муфта, шестерёнчатый самоблокирующийся дифференциал, электронное управление блокировкой.
1. Вязкостная муфта (дифференциал с такой муфтой называется VLSD - Viscous Limited-slip differential) самый простой, но при этом малоэффективный способ блокировки. Это простейшее механическое устройство, которое передаёт вращающий момент посредством вязкой жидкости. В случае, когда скорость вращения входящего и выходящего вала муфты начинает различаться, вязкость жидкости внутри муфты начинает увеличиваться вплоть до полного затвердевания. Таким образом происходит блокировка муфты и распределение крутящего момента поровну между осями. Недостатком вязкостной муфты является слишком большая инерционность в работе, это не критично на дорогах с твёрдым покрытием, но практически исключает возможность её применения для эксплуатации на бездорожье. Также существенным недостатком является ограниченный срок службы, и как следствие к пробегу в 100 тысяч километров вязкостная муфта обычео перестаёт выполнять свои функции и межосевой дифференциал становится постоянно свободным.
Вязкостные муфты в настоящее время иногда применяют для блокировки заднего межколёсного дифференциала на внедорожниках, а также в качестве блокировки межосевого дифференциала на автомобилях Subaru с механической коробкой передач. Раньше были случаи применения вязкостной муфты для подключения второй оси в системах с автоматически подключаемым полным приводом (автомобили Toyota), но от них отказались ввиду крайне низкой эффективности.
2. К шестерёнчатым самоблокирующимся дифференциалам относится известный дифференциал Torsen. Его принцип основан на свойстве червячной или косозубой передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов на осях. Это дорогостоящий и технически сложный механический дифференциал. Применяется на очень большом количестве полноприводных автомобилей (практически все модели Audi с полным приводом) и не имеет ограничений по использованию на дорогах с твердым покрытием или на бездорожье. Из недостатков следует иметь ввиду, что при полном отсутствии сопротивления вращению на одной из осей - дифференциал остаётся в разблокированном состоянии и автомобиль не в состоянии сдвинуться с места. Именно поэтому автомобили с дифференциалом Torsen имеют серьезную «уязвимость» - при полном отсутствии сцепления на ОБОИХ колёсах одной оси автомобиль не в состоянии сдвинуться с места. Именно этот эффект можно увидеть в этом видео . Поэтому, на новых моделях Audi в настоящее время применяется дифференциал на коронных шестернях с дополнительным пакетом фрикционов.
3. К электронному управлению блокировкой относятся как простые способы притормаживания буксующих колёс с помощью штатной тормозной системы, так и сложные электронные устройства управляющие степенью блокировки дифференциала в зависимости от дорожной обстановки. Их преимущество заключается в том, что вязкостная муфта и самоблокирующийся дифференциал Torsen являются полностью механическими устройствами, без возможности вмешательства электроники в их работу. А именно электроника способна моментально определять на каком из колёс автомобиля требуется крутящий момент и в каком количестве. Для этих целей используется комплекс электронных датчиков - датчики вращения на каждом колесе, датчик положения руля и педали газа, а также акселерометр, фиксующий продольные и поперечные ускорения автомобиля.
При этом хочу заметить, что система имитации блокировки дифференциала на основе штатной тормозной системы зачастую оказывается не настолько эффективной, чем непосредственная блокировка дифференциала. Обычно имитация блокировки с помощью тормозной системы применяется вместо межколёсной блокировки и в настоящее время применяется даже на автомобилях с приводом на одну ось. Примером электронно-управляемой блокировки межосевого дифференциала может быть полноприводная трансмиссия VTD, применяемая на автомобилях Subaru с пятиступенчатой автоматической коробкой передач, или же система DCCD, применяемая на Subaru Impreza WRX STI, а также Mitsubishi Lancer Evolition с активным центральным дифференциалом ACD. Это самые совершенные полноприводные трансмиссии в мире!
Теперь перейдём к главному предмету обсуждения - трансмиссии с автоматически подключаемым полным приводом (a-awd) . Технически наиболее простой и недорогой способ реализации полного привода. В том числе его преимущество заключается в возможности использования поперечной компоновки двигателя в моторном отсеке, но существуют варианты его применения и при продольном расположении двигателя (например, BMW xDrive). В такой трансмиссии одна из осей является ведущей и на неё в обычных условиях обычно приходится большая часть крутящего момента. Для автомобилей с поперечным расположением двигателя это передняя ось, с продольным - соответственно задняя.
Главный недостаток такого типа трансмиссии заключается в том, что колёса на подключаемой оси физически не могут вращаться быстрее, чем колёса «основной» оси. То есть для автомобилей, где муфта подключает заднюю ось пропорция распределения момента по осям колеблется в диапазоне от 0:100 (в пользу передней оси) до 50:50. В случае, когда «основная» ось задняя (например, система xDrive), часто номинальное соотношение момента по осям устанавливают с небольшим смещением в пользу задней оси, для улучшения поворачиваемости автомобиля (например, 40:60).
Всего существует два механизма работы автоматически подключаемого полного привода: реактивный и превентивный.
1. Реактивный алгоритм работы подразумевает блокировку муфты, отвечающей за передачу момента на вторую ось, по факту пробуксовки колёс на ведущей оси. Это усугублялось огромными задержками в подключении второй оси (в частности по этой причине не прижились вязкостные муфты в таком типе трансмиссии) и приводило к неоднозначному поведению автомобиля на дороге. Такая схема стала массово применятся на изначально переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя.
В поворотах работа реактивной муфты выглядит так: В нормальных условиях практически весь крутящий момент передаётся на переднюю ось, и автомобиль по сути является переднеприводным. Как только наступает разность вращения колёс на передней и задней оси (например, в случае сноса передней оси) межосевая муфта блокируется. Это приводит к внезапному появлению тяги на задней оси и недостаточная поворачиваемость сменяется избыточной. В результате подключения задней оси происходит стабилизация скоростей вращения передней и задней оси (муфта же заблокировалась) - муфта снова разблокируется и автомобиль сновится переднеприводным!
На бездорожье ситуация лучше не становится, по сути это обыкновенный переднеприводный автомобиль, на котором момент включения задней оси определяется пробуксовкой передних колёс. Именно по этой причине многие кроссоверы с таким типом привода на бездорожье совершенно не способны двигаться задним ходом. И на такой трансмиссии особенно хорошо ощущается момент подключения задней оси. При этом на дорогах с твёрдым покрытием автомобиль всегда остаётся переднеприводным.
В настоящее время такой алгоритм работы автоматически подключаемого полного привода используется редко, в частности это кроссоверы Hyundai/Kia (кроме новой системы DynaMax AWD), а также автомобили Honda (система Dual Pump 4WD). На практике такой полный привод совершенно бесполезен.
2. Муфта с превентивной блокировкой работает иначе. Её блокировка происходит не по факту пробуксовки колёс на «основной» оси, а заранее, в тот момент когда требуется тяга на всех колёсах (скорость вращения колёс вторична). То есть блокировка муфты происходит в тот момент, когда вы нажимаете на газ. Также учитываются такие вещи, как угол поворота руля (при сильно вывернутых колёсах степень блокировки муфты снижается, чтобы не нагружать трансмиссию).
Запомните, для подключения задней оси не требуется пробуксовка передней! Блокировка муфты автоматически подключаемого полного привода в первую очередь определяется положением педали газа. В обычных условиях на заднюю ось передаётся около 5-10% крутящего момента, но как только вы нажимаете на газ - муфта блокируется (вплоть до полной блокировки).
Серьезная ошибка, которую уже не первый год допускают автомобильные журналисты - нельзя путать алгоритмы работы автоматически подключаемого полного привода. Система автоматически подключаемого полного привода с превентивной блокировкой постоянно передаёт момент на все 4 колеса! Для неё не существует такого понятия, как «внезапное подключение задней оси».
К муфтам с превентивной блокировкой относятся Haldex 4 (моя отдельная статья по теме ) и 5 поколения, муфты Nissan/Renault, Subaru, система BMW xDrive, Mercedes-Benz 4Matic (для поперечно установленных двигателей) и многие другие. У каждой марки свои алгоритмы работы и особенности управления, это следует иметь ввиду при сравнительном анализе.
Так выглядит муфта подключения передней оси в системе BMW xDrive
Также следует особое внимание обращать на навыки управления автомобилем. Если водитель не знаком с принципами управления автомобилем на дороге и в частности с тем, как нужно проходить повороты (я об этом совсем недавно), то с очень большой вероятностью он не сможет поставить автомобиль с системой автоматически подключаемого привода боком, в то время как у него это элементарно получится сделать на полноприводном автомобиле с тремя дифференциалами (отсюда ошибочные заключения, что только Subaru может ехать боком). Ну и конечно не стоит забывать, что количество тяги на осях регулируется педалью газа и углом поворота руля (в том числе, как я уже писал выше - при сильно вывернутых колёсах муфта полностью не заблокируется).
Схема работы муфты Haldex 5 поколения, полностью управляемая электроникой (напомню, Haldex 1,2 и 3 поколений имел в конструкции дифференциальный насос, который приводился в действие разницей во вращении входящего и выходящего вала). Сравните с безумно сложной конструкцией муфты Haldex 1 поколения.
Кроме этого, практически всегда такие системы дополнены электронной имитацией блокировки межколёсных дифференциалов с помощью тормозной системы. Но следует иметь ввиду, что она тоже имеет свои особенности работы. В частности она работает только в определённом диапазоне оборотов. На низких оборотах она не включается, чтобы не «задушить» двигатель, а на высоких - чтобы не сжечь колодки. Поэтому нет смысла загонять тахометр в красную зону и надеяться на помощь электроники, когда автомобиль застрял. Про применении на бездорожье системы с гидравлической муфтой имеют более высокую стойкость к перегреву, чем фрикционные электромагнитные муфты. В частности, Land Rover Freelander 2/Range Rover Evoque может быть примером автомобиля с автоматически подключаемым полным приводом на основе муфты Haldex 4 поколения и очень впечатляющими способностями на бездорожье.
Что в итоге? Не нужно бояться систем автоматически подключаемого полного привода с превентивной блокировкой. Это универсальное решение как для дорожной эксплуатации, так и эпизодической эксплуатации на бездорожье средней сложности. Автомобиль с такой системой полного привода адекватно управляется на дороге, имеет нейтральную поворачиваемость и всегда остаётся полноприводным. И не верьте рассказам про «внезапное подключение задней оси».
Дополнение: Очень важный для понимания вопрос, это распределение крутящего момента по осям. Рекламные материалы автопроизводителей часто вводят в заблуждение и ещё больше запутывают в понимании принципов работы полноприводной трансмиссии. Первое, что необходимо запомнить - крутящий момент существует только на тех колёсах, у которых есть сцепление с поверхностью. Если колесо висит в воздухе, то несмотря на тот факт, что оно свободно вращается двигателем, крутящий момент на нём равен НУЛЮ. Во-вторых, не путайте проценты передаваемого крутящего момента на ось и пропорцию распределения крутящего момента по осям. Это важно для систем автоматически подключаемого полного привода, т.к. отсутствие центрального дифференциала лимитирует максимально возможное распределение момента по осям в соотношении 50/50 (то есть физически невозможно, чтобы соотношение было больше в сторону подключаемой оси), но при этом на каждую ось может передаваться до 100% крутящего момента. В том числе и подключаемую. Это обьясняется тем, что в случае, если на одной оси нет сцепления, то и момент на ней равен нулю. Следовательно все 100% момента будут на подключаемой муфтой оси, при этом соотношение распределения момента по осям всё равно будет 50/50.