Полный привод

Полный привод (4WD, AWD) — схема трансмиссии, в которой тяга двигателя передается на все колеса автомобиля. В широком смысле, не обязательно «4 на 4» — у ракетных тягачей бывает и восемь, и десять осей, и все ведущие. Однако в данных рамках рассматриваются обычные гражданские автомобили класса «B», имеющие 4 колеса.

Поскольку с полным приводом связано огромное количество мифов и заблуждений, рассмотрим, для чего полный привод вообще нужен и каким он бывает.

С обозначениями большая путаница. В настоящее время нет никакой связи между используемым шильдиком (4WD, AWD и т.д.) и конкретной конструкцией привода. Поэтому здесь и далее будем применять одно обозначение — 4WD.

Детальное рассмотрение отдельных элементов 4WD (дифференциалов или муфт) приводится в отдельных статьях.

Зачем нужен полный привод

Среди задач полного привода — три «драйвовых», дарящих позитивные эмоции водителю, и одна технологическая.

  • Повышение проходимости (от парковки в городских сугробах до действительно тяжелых внедорожных условий).
  • Повышение управляемости (в основном на твердых покрытиях).
  • Повышение динамики (лучшая устойчивость при более быстром разгоне).
  • Упрощение конструкции (!) — в частности, для гибридных автомобилей.

При этом крайне важно помнить, что хотя полный привод едет намного лучше, чем монопривод, тормозит-то он точно так же. То есть — на 4WD нужно думать головой и помнить, что ощущение вседозволенности, скажем, на льду имеет четкий физический предел.

Как тут не вспомнить лучший нативный 4WD: коробка автомат, привод на все копыта, кожа, подогрев, навигация, голосовое управление, прекрасная экологичность… ;)

Нативный 4WD ;)

Известный миф о повышенном расходе топлива на полноприводных автомобилях можно прокомментировать следующим образом. В практике эксплуатации машина с постоянным полным 4WD потребляла примерно поллитра лишнего бензина на сотню относительно такой же моноприводной. Эти лишние поллитра уходили как на бОльшую массу перемещаемого железа (лишние 70 килограмм), так и на трансмиссионные потери в раздатке, кардане, заднем мосту. В случае жестко подключаемого привода разница может быть существенно больше, как в силу технологического несовершенства трансмиссии (низкого качества материалов и деталей), так и в силу затрат энергии на деформацию покрышек и разрушение трансмиссии (см. ниже, «part-time 4WD»).

Каким бывает полный привод

Прежде всего, вспомним, что в повороте все колеса машины проходят различное расстояние. Эта особенность является для полного привода определяющей. И чем длиннее база автомобиля, тем заметней разница (тем бОльший путь проходит передняя ось в поворотах).

Зачем нужны дифферециалы

Соответственно, любой полный привод требует строго одинаковой размерности резины на всех колесах. Вспоминаем, что «докатка» обычно другой размерности, и при проколе движемся на шиномонтаж очень медленно и печально под угрозой сломать трансмиссию ;)

Также не забудем, что гидротрансформатор в гидромеханических АКПП при трогании с места работает как демультипликатор (понижающая передача) с коэффициентом примерно 1.9, поэтому полноприводная машина с механикой и с автоматом — это две большие разницы (а полноприводник с «роботом» или вариатором — это вообще сплошное недоразумение, т.к. ни робот, ни вариатор не способны переварить заметную нагрузку при трогании с места).

Подключаемый 4WD (part-time)

Самый дешевый и самый бесполезный вид полного привода. В том смысле, что единственное его применение — действительно тяжелые внедорожные условия, а единственные плюсы — способность переносить большую нагрузку и предельная дешевизна. В составе такого вида привода могут применяться колесные хабы (обгонные муфты) либо размыкающая муфта на одной из полуосей (см. картинки ниже), понижающие передачи и межколесные блокировки, а сам привод может подключаться как механически, так и дистанционно (электро-, гидро- или пневмоприводом). Принципиально важно, что вторая ведущая ось подключается при этом не дифференциалом, а простой механической муфтой (не пакетом фрикционов, которые греются и горят, а механическим зацеплением шестерен!).

4WD part-time с колесными хабами 4WD part-time с размыканием полуоси

4WD типа part-time категорически нельзя использовать на твердых покрытиях ввиду резкого ухудшения управляемости машины и риска поломать трансмиссию. Теоретически, такой привод может быть полезен на льду (на мокрой дороге и в снегах, т.е. когда покрытие допускает проскальзывание колес), но при этом проблема управляемости также никуда не девается. Кроме того, все виды part-time в силу жесткого характера подключения второй ведущей оси выполняют подключение со значительной задержкой и часто требуют для подключения-отключения полной остановки автомобиля (а то и ручной возни с хабами на колесах).

Соответствие part-time 4WD задачам полного привода:

  • повышение проходимости — прекрасное, как на автомате, так и на механике (при наличии понижающей передачи);
  • повышение управляемости — отсутствует;
  • повышение динамики — отсутствует ввиду падения управляемости при включенном 4WD (тронешься-то быстро, а дальше что?);
  • упрощение конструкции — хорошее (проще только гибридный разомкнутый привод, см. ниже).

Заметим, что специфически внедорожные приемы, типа выползания из ямы «враскачку», здесь не рассматриваются — иначе у нас не было бы Бога, кроме механической коробки передач и старины-УАЗа ;) Мы все же говорим про нормальных людей, живущих не в сибирских глущобах.

Еще раз, по буквам: part-time 4WD в заблокированном состоянии резко снижает поворачиваемость машины, т.е. повышает ее устойчивость на прямой, но крайне затрудняет повороты. Желающие ездить в таком режиме по твердому покрытию могут посчитать разницу механической энергии передней и задней оси в повороте среднего радиуса на скорости хотя бы 60 км/ч (а это почти 17 метров в секунду) и осознать, что вся эта энергия идет на разрушение покрышек и трансмиссии. Выводы — самостоятельно.

Автоматически подключаемый 4WD (on-demand)

Исторически данный вид привода возник как решение задачи «а пусть вторая ось подключается к двигателю сама!», причем максимально дешевыми средствами — т.к. технологически постоянный полный 4WD весьма дорог. По мере развития технологий on-demand 4WD эволюционировал от сравнительно дешевого, но и сравнительно бесполезного механического устройства, через различные (иногда сложные и дорогие) пневматические и гидравлические механизмы к современному, достаточно совершенному виду.

on-demand 4WD

Конструктивно все on-demand системы устроены как «вторая ось, через муфту подключаемая к первой», т.е. межосевой дифференциал в них отсутствует и при срабатывании привода передняя и задняя оси соединены жестко с возможным проскальзыванием. Т.к. качество работы on-demand привода драматически зависит от скорости срабатывания межосевой блокировки (а также от возможности превентивного ее срабатывания), вполне закономерным выглядит переход практически всех современных on-demand приводов на быстрые электромагнитные и (намного реже) электрогидравлические муфты.

On-demand 4WD с вискомуфтой On-demand 4WD с гидромеханической муфтой

Использование до сих пор такого сложного и дорогого устройства, как гидравлическая муфта, обусловлено отсутствием до сих пор электромагнитных муфт, обеспечивающих и плавное включение с переменной степенью блокировки (что крайне важно для управляемости), и быструю достаточную блокировку при отсутствии перегрева. По сути, это технологическая проблема с компактными электромагнитами достаточной мощности. Все фрикционные муфты утилизируют проскальзывание в тепло и перегреваются при отсутствии охлаждения. Так, on-demand 4WD на Mitsubishi Outlander XL («сухая» электромагнитная муфта с проскальзыванием и степенью блокировки 70%) практически бесполезна вне дорог из-за постоянного перегрева. В то же время, фирменная система All Mode 4×4-i компании Nissan (Pathfinder, X-Trail) достаточно хорошо держит перегрев и является лучшим примером в среде on-demand 4WD. При этом переход на электрогидравлические муфты с простых гидравлических или вязкостных обусловлен необходимой скоростью срабатывания при хорошем усилии сжатия. Электрогидравлика умеет блокироваться и распускаться по командам блока управления, в то время как традиционная гидравлика (например, Honda DPS) или вискомуфта срабатывает только при наличии заметного проскальзывания между осями (ведущая ось успевает сделать половину оборота и закопаться), не может постоянно держать высокую степень блокировки и «не умеет» распускаться при работе ABS.

Помимо межосевой муфты и дифференциалов на осях (возможно, блокируемых), on-demand 4WD может интегрироваться с тормозной системой («электронные блокировки» колес), а также с рулем и педалью газа (возможность превентивно блокировать и распускать межосевую муфту, в зависимости от ситуации). Также для компенсации недостаточной скорости срабатывания и степени блокировки применяются муфты с механическим преднатягом (Haldex на Volvo, второе поколение DPS на Honda).

Точно так же, как и в случае part-time 4WD, принудительная блокировка трансмиссии on-demand 4WD на твердых покрытиях категорически запрещается. Поскольку, в отличие от механической блокировки в part-time, on-demand использует нежные фрикционные муфты, конец трансмиссии в таком режиме придет гораздо раньше и наглядней.

Ввиду значительного разброса конструкций, технологий, скоростей срабатывания и степени блокировки, а также ввиду стремления производителя получить «как можно больше 4WD» при минимальной себестоимости обобщить качества on-demand 4WD можно лишь приблизительно:

  • подавляющее большинство систем 4WD, рекламируемых и продаваемых как «постоянный полный привод» («realtime 4WD») на самом деле относятся к типу on-demand и не обеспечивают всех преимуществ постоянного 4WD. Примеры — Honda (кроме Pilot), Volvo, Kia, Mitsubishi (кроме Outlander первого поколения и трансмиссии SuperSelect на Pajero), Nissan, Toyota RAV4 (с третьего поколения) и т.д.;
  • часть on-demand систем нельзя воспринимать иначе, как недоразумение (DPS первого поколения на Honda, ненадежный и грубый on-demand на Kia Sorento первого поколения, очень грубая электромагнитная муфта на первом Kia Sportage), в то время как «дорогие» версии (Nissan All Mode 4×4-i, BMW xDrive) вплотную приближаются к «дешевым» full-time 4WD;
  • ключевой фактор, по которому все on-demand системы можно условно разделить на «хорошие» и «плохие» — это умение превентивно подстраиваться (блокироваться и распускаться) под команды водителя (повороты руля, нажатия педали газа) с одновременным использованием «электронных блокировок» колес (что позволяет как нивелировать негативные эффекты жесткой связи между осями, так и сводить проскальзывание межосевой муфты к минимуму).

Соответствие обычного («плохого») on-demand 4WD задачам полного привода:

  • повышение проходимости — среднее (запаздывает с подключениями, не обеспечивает полную блокировку);
  • повышение управляемости — отсутствует из-за запаздываний;
  • повышение динамики — отсутствует (за редкими исключениями);
  • упрощение конструкции — средне (чем хуже привод, тем проще и дешевле).

Соответствие «превентивного» («хорошего») on-demand 4WD задачам полного привода:

  • повышение проходимости — хорошее, как на автомате, так и на механике (при наличии понижающей передачи);
  • повышение управляемости — удовлетворительное («хорошее» при наличии «электронных блокировок» на колесах);
  • повышение динамики — хорошее;
  • упрощение конструкции — средне (чем лучше привод, тем сложнее электроника).

Неудивительно, что при современном развитии автомобильных технологий основную перспективу производители видят в электронноуправляемых электромагнитных муфтах. Они дешевы в производстве, просты в монтаже и настройке и обеспечивают приемлемое качество управления автомобилем. Если, конечно, человек ранее не управлял настоящим постоянным полным 4WD ;)

Постоянный 4WD (full-time)

Что тут скажешь. Лучшее, о чем может мечтать человек. Но, к сожалению, такие системы технологически дороги, т.к. включают в себя межосевой дифференциал с ручной или автоматической блокировкой. Ведь если машину оснастить тремя свободными дифференциалами (два межколесных и один межосевой) вообще без блокировок, то при проскальзывании единственного колеса вся тяга будет передаваться именно на него, и такая машина не сможет сдвинуться с места.

Как правило, на тяжелых внедорожниках дополнительно системе постоянного полного привода используются блокировки межколесных дифференциалов, понижающие передачи в раздатке, опциональное отключение одной из осей (например, SuperSelect), часто — «электронные блокировки» колес. Конкретную конструкцию той или иной трансмиссии рассмотрим в отдельной статье. Но в самом простом виде постоянный полный привод выглядит как межосевой дифференциал с вискомуфтой, распределяющий момент в соотношении 50/50 по осям:

Full-time 4WD

Важная ремарка. Хотя постоянный полный привод с распределением момента 50/50 («симметричный») наилучший с точки зрения устойчивости, часто применяют и другие распределения (55/65 на Suzuki Grand Vitara, 40/60, 30/70 у Mercedes-Benz — «для сохранения заднеприводного характера автомобиля»). В любом случае, в распределении момента речь идет о ситуации, когда все колеса находятся на твердом покрытии. Иными словами, шестеренки в дифференциале устроены как рычаги, которые при прочих равных передают момент таким вот образом. Стоит любому колесу «разгрузиться», как в зависимости от условий момент будет мгновенно перераспределен по остальным колесам.

Автомобили с постоянным полным приводом являются эталоном с точки зрения управляемости под тягой, особенно в сложных условиях (снег, лед, лужи, песок), их крайне трудно «уронить». Под тягой они легко держат недоступные моноприводам траектории, вдвое легче стартуют с места (физику не обманешь — сила трения покоя та же, а сила, срывающая колесо в скольжение, вдвое меньше) и очень устойчивы даже при аквапланировании (т.к. при «всплытии» одного колеса не происходит никаких рывков — вторая ось продолжает ровно толкать машину). Кроме того, по опыту эксплуатации, резина на таких машинах изнашивается заметно медленнее даже при динамичной езде (т.к. энергия двигателя равномерно распределяется по всем колесам, а не только по одной ведущей оси).

Таким образом, full-time 4WD так соотносится с задачами полного привода:

  • повышение проходимости — среднее (а при наличии межколесных блокировок — прекрасное);
  • повышение управляемости — прекрасное;
  • повышение динамики — прекрасное;
  • упрощение конструкции — отсутствует (самая сложная конструкция).

Следует отметить, что некоторые модели автомобилей с постоянным полным приводом (например, Jeep Grand Cherokee 1999 модельного года) имеют варианты трансмиссии с тремя дифференциалами переменной степени блокировки (два межколесных и один межосевой), что позволяет автомобилю выезжать из грязи «на одном колесе», т.е. передавать в сложных дорожных условиях весь момент на единственное загруженное колесо. Круче этого в мире полного привода не бывает вообще ничего.

Гибридный 4WD (механически незамкнутый)

Появление электромоторов в качестве вспомогательных движителей (в частности, на гибридных машинах) породило схему полного привода, при которой ведущая ось от двигателя внутреннего сгорания у автомобиля только одна (как правило, передняя), а на вторую ось ставится электромотор, управляемый электроникой так, чтобы его тяга соответствовала работе основного ДВС. Такая схема исключает дифференциалы и карданный вал и потому является достаточно «дешевой» в реализации (насколько вообще бывает дешевым гибридный автомобиль). Если же поставить на колеса раздельные электромоторы, то из конструкции исключается сама вторая ось и дифференциал на ней.

Гибридный 4WD

По такой схеме реализованы некоторые версии праворульного Nissan March (на рисунке выше), а также печально знаменитый Lexus RX450h (слабая тяга электромоторов на задней оси не дает ему возможности забираться на уклоны, легко одолеваемые обычным полноприводным RX).

Очевидно, при дальнейшем развитии электроники и электротяги надобность в дифференциалах и карданных валах отпадет, т.е. именно к этой схеме неизбежно придет автомобилестроение в будущем. Но случится это отнюдь не завтра :)

Гибридный 4WD так соотносится с задачами полного привода:

  • повышение проходимости — так себе (схема не предназначена для внедорожных нагрузок);
  • повышение управляемости — прекрасное (из-за возможности «тонкой» корректировки электротяги);
  • повышение динамики — прекрасное (момент электродвигателя тем выше, чем ниже обороты);
  • упрощение конструкции — прекрасное.

Альтернативы полному приводу

Помимо создания в том или ином виде привода «на все копыта», некоторые производители применяют компромиссное решение — ручную или автоматическую блокировку колес одной ведущей оси. Это позволяет в значительной степени убрать проблемы с управляемостью «обычного» монопривода на сложных покрытиях (т.к. сглаживаются рывки при проскальзывании одного из колес) и повысить проходимость до уровня простой «парковки в сугробе».

Примеры таких решений:

  • Mazda3 MPS с передним самоблоком;
  • Volvo 850 с принудительной блокировкой переднего дифференциала на скорости до 40 км/ч.

Понятно, что в этом случае повышение проходимости, устойчивости и динамики не сказать чтобы большое — но ведь и конструкция проще некуда :)

Первоисточники

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA изображение

*