Самый полный привод
Эта статья создавалась в образовательных целях. Если вы хотите знать все о полноприводном двигателе, оставайтесь с нами. Мы расскажем, чем отличается дифференциальный привод от подключаемого при помощи вязкостной муфты или агрегатов типа Haldex, а также для чего используют самоблокирующиеся дифференциалы… Однако чем глубже мы погружались в историю, тем большое удивление испытывали. Как выяснилось, первый пассажирский автомобиль с постоянным полным приводом появился в Голландии 100 лет назад! А в 1935 году американский гоночный болид чуть было не спас человеческую расу от Второй мировой войны…
Зачем легковому автомобилю полный привод? В наше время этот вопрос уже звучит риторически. Естественно для лучшей реализации тяговых сил двигателя. Чтобы во время разгона на скользкой дороге колеса не застопоривались вхолостую. Четыре ведущих колеса лучше, чем два! Но человечеству не сразу удалось понять эту простую истину. Спросите любого автодоку и он скажет, что начало эры полного привода на серийных легковых автомобилях приходится на 1980-й год и связано с появлением Audi Quattro. Вспомнит он и его редких прародителей, таких как Jensen FF 1966 года и Subaru Leone 4WD 1972 года. Тем не менее, настоящий автоэксперт уточнит, что первые Subaru с полным приводом не имели постоянного полного привода. Он был подключаемым. А как говорят одесситы, это две большие разницы.
Временное решение
Отключаемый привод на одну из пар колес — временное решение для легковых автомобилей. Это понятие пришло к нам из мира внедорожников и грузовых автомобилей повышенной проходимости. Такой автомобиль, у которого одна из осей находится постоянно в ведущем состоянии, а другая жестко подключается при необходимости способна проявить все свои полноприводные свойства только в условиях бездорожья. Но чтобы ездить по дорогам с твердым покрытием, необходимо отключать жесткий полный привод. Почему? Причиной всему так называемая циркуляция мощности. Ведь при повороте передние колеса проходят большой путь, двигаясь по по аркам большего радиуса, что означает, что вращаются они быстрее задних. При этом с изменением крутости поворота разница становится все больше. На автомобилях с таким типом привода тяга на передних колесах снижается, а на задних — увеличивается. Иногда вместо тягового момента может появиться тормозной, что означает, что передние колеса будут увеличивать сопротивление движению автомобиля. Ничего страшного, если под колесами есть грязь или снег. Это влияет на управляемость, поэтому автомобиль пойдет наружу “плугом” с вывернутыми колесами. При движении в повороте все колеса движутся по индивидуальной траектории и вынуждены вращаться при разных угловых скоростях. Поэтому для работы постоянного полного привода необходимы три дифференциала: два межколесных и один внутриколесный.
Тем не менее, заблокированный полный привод использовали на легковых пассажирских автомобилях. Но стоит уточнить, что это были скорее автомобили высокой проходимости. В СССР, к примеру, в 1938 году небольшими партиями стали производить ГАЗ-61 — полноприводные автомобили с шестицилиндровым двигателем и подключаемой передней осью. В послевоенное время автоконструкторы создали “внедорожную” версию “Победы”, ГАЗ-М72 и “Москвич”-410 с похожей трансмиссией… Subaru Leone 72-го года, к слову, также создавали для внедорожной езды — клиренс автомобилей с подключаемым полным приводом был выше, чем у традиционных переднеприводных Subaru.
Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972-1979) — это полноприводная версия переднеприводного автомобиля с вручную подключаемым приводом на задние колеса. Емкость двигателя составляет 1.4 литра (72 л. с.) или 1.6 литра (80 л. с.). Помимо универсала полным приводом также оснастили седан и пикап. До 1989 года привод на задние колеса на всех полноприводных Subaru подключался либо вручную (на машинах с ручной коробкой передач) или автоматически с помощью многодисковой фракционной муфты (на машинах с автоматической трансмиссией).
Поэтому подключаемый привод абсолютно бесполезен на асфальтированной дороге. Он только утяжеляет его. Ведь в сущности все это время автомобиль “перевозит” раздаточную коробку, в которой происходит отбор мощности к “временно ведущей” второй оси, еще одному карданному валу, главной передачи второго моста…
Между тем превратить “подключаемый” полный привод в постоянный (Full-Time 4WD) достаточно просто. Необходимо добавить межосевой дифференциал в раздаточную коробку.
Постоянный полный привод
Для чего же нужен межосевой дифференциал? Благодаря передним и задним межколесным дифференциалам каждая пара колес вращается в повороте с разной скорости. А межосевой дифференциал выполняет эту же работу для обоих ведущих мостов. Именно поэтому автомобиль с тремя дифференциалами может спокойно двигаться с полным приводом по любым дорогам!
Элементарно, не так ли? При этом вплоть до начала 80-х годов бытовало мнение о том, что постоянный полный привод дорожным автомобилям не нужен. Считалось, что двигателю на сухом асфальте постоянно вращать вторую пару колес и детали трансмиссии ни к чему. Все это лишь провоцирует шум и увеличивает потребление топлива… И только после появления Audi Quattro мнение общественности потихоньку стало меняться в сторону постоянного полного привода. Все-таки тяга двигателя постоянно распределяется не на два, а на четыре колеса. При этом остается большой запас по сцеплению для восприятия боковых сил. Такой автомобиль ведет себя более стабильно в повороте при разгоне или торможении двигателем.
А теперь давайте рассмотрим привод Audi 80 Quattro второй половины 80-х годов. Схема последнего гораздо проще и компактнее, чем трансмиссия Ferguson. Самоблокирующийся дифференциал Torsen используют в концерне Audi с 1984 года. В отличие от дифференциала, блокируемого вискомуфтой, Torsen реагирует на изменения крутящего момента, реализуемого колесами каждой из осей, повышает стабильность при торможении и позволяет использовать ABS, поскольку блокируется лишь под тягой.
К слову, Range Rover (1970) и нашу Ниву (1976) считают первыми массовыми автомобилями с межосевыми дифференциалами в трансмиссии. Но поскольку оба этих автомобиля по-прежнему члены внедорожного племени, Audi Quattro принадлежит пальма первенства среди пассажирских автомобилей.
А как насчет конструкторов гоночных болидов? Неужели раньше они не применяли постоянный полный привод? Хорошо известно, что попытки сделать полноприводные гоночные автомобили предпринимались задолго до начала эпохи Quattro. К примеру, первым послевоенным проектом Фердинанда Порше стал полноприводный гоночный болид Cisitalia 360 среднемоторной компоновки с 12-цилиндровым 1.5-литровым движком. Но достоверно известно, что привод на передние колеса у этого чуда инженерной мысли был отключаемым — пилот автомобиля использовал его только на прямых участках дороги, а перед поворотом переключался на задний привод.
А были ли у Чизиталии предшественники? Как оказалось, еще в 1900 году Фердинанд Порше сконструировал электрокар с четырьмя ведущими мотор-колесами. Но настоящим шоком для автоэкспертов стал гоночный болид голландской компании Spyker. В те “темные” времена, когда даже тормоза были только на задних колесах, у этого автомобиля был самый что ни на есть настоящий полный привод с межосевым дифференциалом!
Spyker, голландская компания по производству конных экипажей, была основана в 1880 году братьями Спайкер (по-фламандски фамилия пишется как Spijker). В 1900 году они выпустили свой первый автомобиль, а два года спустя при поддержке бельгийского дизайнера Джозефа Лавиолетта разработали полноприводный гоночный Spyker 4WD (1902-1907) с тремя дифференциалами, что на тот момент было весьма прогрессивно. Также имелось три тормозных механизма — два действовали на задние колеса, а еще один тормоз был установлен на приводном валу передних колес.
Таким образом, мы можем с уверенностью сказать, что полной схеме 4WD уже более ста лет… Было выпущено не так много полноприводных “спайкеров”, ведь они стоили дорого и по разным причинам не могли добиться успеха в гонках. Другие полноприводные гоночные автомобили, такие как Bugatti Tipo 53 и Miller FWD начала 30-х годов, также были не намного более успешными. Что касается Bugatti, то инициатива принадлежала инженеру Fiat Антонио Пичетто, который в 1930 году предложил Этторе Бугатти создать гоночный автомобиль с колесной конфигурацией 4×4. А в 1932 году свет увидел три полноприводных Bugatti Tipo 53 — с мощными 300-сильными двигателями с воздушным впрыском, полным приводом на все колеса и тремя дифференциалами.
Коробка передач с тремя дифференциалами распределяла тягу восьмицилиндрового двигателя с воздушным впрыском мощностью 300 лошадиных сил на все четыре колеса. Коробка передач, как обычно на Bugatti, была установлена отдельно от двигателя, раздаточная коробка с межосевым дифференциалом образовывала с ней одно целое. Приводные валы для передней и задней осей находились с левой стороны автомобиля, а справа сидел гонщик. Несмотря на рекомендации конструктора переднеприводных автомобилей того времени Альберта Грегуара, в приводе передних колес Bugatti T53 использовались не шарниры с равной угловой скоростью типа Tracta, а обычные карданные. Кроме того, пришлось использовать нехарактерную для Bugatti независимую переднюю подвеску на поперечной пружине. Все это приводило к повышенным нагрузкам на рулевое колесо — управлять автомобилем в поворотах было крайне сложно, хотя скорость прохождения гравийных поворотов была выше, чем у заднеприводных автомобилей того времени. В общей сложности сконструировали три Bugatti T53, которые соревновались в разных гонках вплоть до 1935 года.
Интересно, что итальянцы тщательно изучили переднеприводный американский гоночный автомобиль Miller, приобретенный специально для разборки, прежде чем создать полноприводный Bugatti. В свою очередь, американец Гарри Миллер заинтересовался идеей Bugatti и также решил создать полноприводную версию своего автомобиля, заручившись спонсорской поддержкой компании FWD (от англ. “four-wheel drive” — полный привод), которая занималась выпуском грузовиков с колесной конфигурацией 4×4. Так появились полноприводные гоночные автомобили Miller FWD.
Американский дизайнер Гарри Миллер прославился в 20-30-е годы своими гоночными автомобилями для соревнований на 500 миль по гоночной трассе Индианаполис, а его прямые восьмицилиндровые двигатели с двумя верхними распределительными валами были основой двигателей Этторе Бугатти. Интересно, что из-под руки Миллера выходили автомобили как с передним, так и с задним приводом, а в 1932 году он создал несколько полноприводных шасси Miller FWD с тремя дифференциалами в трансмиссии. Один из полноприводных автомобилей Миллера возглавил гонку Indy 500 1934 года, но финишировал девятым из-за технических неполадок.
Именно с этими автомобилями связан любопытный эпизод: во время гонки на трассе Avus в Берлине в 1935 году полноприводный Miller был третьим, когда его восьмицилиндровый двигатель не выдержал и буквально взорвался. В то же время куски двигателя едва не долетели до трибун, на которых среди других важных людей из национал-социалистической партии сидел сам Адольф Гитлер! Вот когда по-настоящему сожалеешь, что никто не пострадал. Если бы осколок поршня попал в голову последнему, ход мировой истории был бы совершенно иным…
Но Bugatti T53 и Miller FWD не были оценены по достоинству — подкачали “сырой” дизайн и частые поломки. Но следующий эпизод в истории легковых автомобилей с полным приводом оказался поистине судьбоносным.
Формула Фергюсона
Давайте вернемся к теории, чтобы оценить ценность того, что происходило в Англии на рубеже 50-60-х годов. Межосевой дифференциал предназначен для “развязывания” обеих ведущих осей. Например, задние колеса безумно буксуют, а передние стоят на месте. И дифференциал никоим образом не препятствует этому!
Лекарство от этого недуга было впервые изобретено конструкторами внедорожников. Имя ему положительная блокировка. Водитель в нужный момент дергает за рычаг, механизм плотно фиксирует шестерни межосевого дифференциала — и трансмиссия из дифференциальной, “свободной”, превращается в жестко замкнутую. Именно по этой схеме были произведены первые поколения Range Rover, “Нивы” и многих других внедорожников. И, кстати, первый Audi Quattro тоже — до 1984 года водителю приходилось самостоятельно включать блокировку межосевого дифференциала в этих автомобилях.
Опять же, это решение паллиативное: блокировку на дороге автомобиля можно активировать только на бездорожье. На асфальте необходимо ее отключить. И если автомобиль внезапно попадет на скользкий участок дороги, колеса одной оси начнут скользить раньше других при приложении тяги.
Можно ли сделать так, чтобы дифференциал во время пробуксовки автоматически блокировался? Применение самоблокирующегося межосевого дифференциала связано с именем англичанина Тони Ролта, гонщика и конструктора. Он и его друг Фред Диксон, также гонщик и истинный любитель покопаться в автомобильных винтиках, еще до войны открыли собственное бюро разработок Rolt/Dixon Developments для подготовки гоночных автомобилей. После войны двое друзей увлекла идея постоянного полного привода. После выпуска экспериментальной полноприводной “тележки” под названием “Краб”, в 1950 году Ролт и Диксон перешли под крыло Гарри Фергюсона, успешного тракторного магната. Так появилась фирма Harry Ferguson Research.
Фергюсон не грезил гоночными болидами, но мечтал о безопасном дорожном автомобиле, колеса которого не скользили бы при ускорении и не блокировались при торможении. Ролт и Диксон решили спроектировать такой автомобиль с нуля — полностью, в том числе кузов, трансмиссию и силовой агрегат!
Друзьям не хватило знаний, и Клода Хилла пригласили на должность компетентного главного конструктора, который покинул свой пост в Aston Martin ради такой интересной работы. Но несмотря на финансовые возможности Фергюсона, работа шла медленно — экспериментальный седан Ferguson R4 был готов только через шесть лет. Но зато какой! Полноприводный, с оппозитным четырехцилиндровым двигателем, дисковыми тормозами на всех колесах и электромеханической антиблокировочной тормозной системой Dunlop MaxaRet, которую позаимствовали из авиации!
Ferguson R4 (1956) был экспериментальным автомобилем с трансмиссией по Формуле Фергюсона. Прототип имел гидротрансформатор вместо коробки передач.
Но самое интересное — это то, что находится внутри раздаточной коробки прототипа. Разобрав ее, можно увидеть дополнительный “набор” шестерен, две муфты обгонной передачи и два пакета фрикционных муфт, в дополнение к дифференциалу. Пока колеса не скользили, вся эта братия потихоньку работала на холостом ходу. Но когда колеса одной из осей начали буксовать и разница в скоростях вращения выходных валов достигла определенной величины, сработала одна из муфт, сжала “свой” пакет фрикционных муфт — и они затормозили дифференциал, мгновенно заблокировав его и превратив дифференциальный привод в жесткий!
Следующий прототип, Ferguson R5 1962 года выпуска, на подготовку которого снова ушло шесть лет, оказался еще более интересным — это был полноприводный универсал. Эксперты журнала Autocar, которые позже протестировали Ferguson R5, поделились своими впечатлениями: “Автомобиль достигает предела скольжения на невероятно высоких скоростях!”
Модель Ferguson R5 была готова к серийному производству в 1962 году.
Но ни один из автопроизводителей не взялся за производство первого в мире полноприводного универсала с межосевым самоблокирующимся дифференциалом и ABS — серийный Ferguson оказался бы слишком сложным и дорогим. Однако в 1962 году Ролту все же удалось заинтересовать руководство компании Jensen — он предложил адаптировать полноприводную трансмиссию для купе Jensen CV8 с 300-сильным двигателем Chrysler V8, который тогда готовили к серийному производству. Полный привод оказался уж очень кстати мощному и скоростному купе!
Три года спустя был построен экспериментальный полноприводный Jensen CV8 FF. А в 1966 году появилась следующая модель — Jensen Interceptor, с еще более мощным 325-сильным восьмицилиндровым двигателем. В дополнение к заднеприводному купе также был предложен вариант со скромной табличкой JFF. Это был знаменитый Jensen FF — первый в мире полноприводный серийный автомобиль с самоблокирующимся межосевым дифференциалом и ABS! Буквы FF (Formula Ferguson) обозначают трансмиссию, запатентованную Ролтом и его коллегами.
Все автомобильные обозреватели того времени отмечали выдающуюся устойчивость полноприводного Jensens и “почти неограниченный запас тяги на мокром асфальте”. Жаль, что сам Фергюсон не дожил до этого — он умер в 1960 году…
Почему мы так много говорим о формуле Фергюсона? Потому что именно компания Harry Ferguson Research впервые в мире уделила такое серьезное внимание полному приводу как средству повышения активной безопасности!
Мы уже говорили, что полный привод оставляет больший запас сцепления для отражения боковых сил. И это является преимуществом. Но есть и недостаток — теряется однозначность реакций на подачу топлива. Если вы нажмете на газ на мощном заднеприводном автомобиле в скользком повороте, результатом станет занос задней оси. На переднеприводном автомобиле, наоборот, передние колеса скользят, когда применяется тяга. Хорошо это или плохо, не имеет значения. Главное, чтобы водитель всегда знал, как поведет себя автомобиль в этом случае.
Какая же ось будет скользить на полноприводном автомобиле? Ответ непрост. Если сейчас передняя часть кузова более разгружена или под передними колесами более скользкая поверхность, жди заноса. И если задние колеса имеют худшие условия сцепления, то автомобиль уйдет в занос. Реакция может быть неоднозначной! И это небезопасно.
Jensen FF (1966-1971) — полноприводная версия купе Jensen Interceptor. Первый серийный полноприводный автомобиль с самоблокирующимся межосевым дифференциалом. Двигатель Chrysler V8 с большим блоком объемом 6,3 литра развивал мощность в 325 л. с. и приводил все колеса в действие через трехступенчатую автоматическую коробку передач TorqueFlite или 4-ступенчатую механическую коробку передач. На диагональных шинах размером 6,70–15 (как у “Волги ГАЗ-21”) Jensen FF с снаряженной массой 1800 кг развивал скорость в 212 км/ч и разгонялся до сотни за 7,7 секунд. Другие технические характеристики: реечный рулевой механизм с усилителем рулевого управления, дисковые тормоза всех колес, одноканальный ABS Dunlop MaxaRet (максимальная тормозная способность), независимая передняя подвеска на двойных поперечных рычагах и зависимая рессорная с тягой Panhard сзади. В 1968 году в Великобритании Jensen FF стоил 6000 фунтов стерлингов. Примерно по этой цене можно было приобрести самый дешевый Rolls-Royce. Всего было выпущено 318 полноприводных автомобилей.
К счастью, Тони Ролт сам был гонщиком, и весьма хорошим — однажды, в начале 50-х, он даже выиграл гонку “24 часа Ле-Мана”. Поэтому Ролт и его коллеги с самого начала попытались избежать двусмысленности полного привода путем использования неравномерного межосевого дифференциала. На задние колеса всех автомобилей с коробкой передач Фергюсона поступало 63% крутящего момента, а на передние — 37%. Таким образом, реакция на увеличение тяги была близка к заднеприводной.
Самоблокирующийся дифференциал позволил Jensen взять лучшее от обоих типов трансмиссии. Легкий вход в поворот и отсутствие циркуляции мощности в нормальных режимах движения без пробуксовки — от дифференциального привода. А вот лучшая реализация тяги двигателя при скольжении — от твердого.
Но обгонные муфты механизма блокировки работали жестко, в импульсном режиме, мгновенно превращая несимметричный дифференциальный привод в заблокированный и наоборот. Поэтому неоднозначность увеличивалась во время пробуксовки! Возникла необходимость в механизме, который бы более гибко и плавно изменял степень блокировки межосевого дифференциала. А в конце 60-х Тони Ролт вместе с Дереком Гарднером, который позже занял пост главного конструктора гоночных автомобилей Tyrrell, занялись странными, на первый взгляд, экспериментами с силиконовой жидкостью, которая использовалась в приводных муфтах вентиляторов радиаторов. Да, именно Ролт и Гарднер вошли в историю как изобретатели вискомуфты!
История развития самоблокирующихся дифференциалов
Цилиндр с пакетами фрикционных муфт внутри, наполненный силиконовой жидкостью, как нельзя лучше подходил для цели, поставленной Ролтом, — торможение шестеренок межосевого дифференциала во время пробуксовки колес. Несмотря на то, что скорости вращения всех колес примерно равны, вископривод никоим образом не влияет на работу межосевого дифференциала. Однако теперь колеса одной из осей стали буксовать. Шестерни межосевого дифференциала немедленно начинают вращаться, связанные с ним вязкосцепные пакеты фрикционных муфт “взбивают” силиконовую жидкость, и сцепление “заедает”, частично или полностью блокируя межосевой дифференциал.
Благодаря такому устройству блокировка дифференциала осуществлялась плавнее и мягче, что положительно сказалось на управляемости. После получения патентов на вискомуфту в 1971 году Тони Ролт основал компанию FF Developments — специально для оснащения автомобилей полноприводными трансмиссиями собственной конструкции. Например, среди первых заказов компании были полноприводные версии фургонов Bedford для британских департаментов лесного хозяйства, партия автомобилей Ford Zephyr FF для полиции или седаны Opel Senator 4×4 для британской военной миссии в Берлине. Но трансмиссия для американского автомобиля AMC Eagle, который выпускался с 1979 по 1988 год, стала самым важным достижением FFD. Это был обычный легковой автомобиль AMC Concord, но с приподнятым на 75 мм кузовом и увеличенными “внедорожными” шинами. И, конечно же, с полноприводной коробкой передач. Более того, серийный автомобиль впервые в мире был оснащен межосевым дифференциалом, который блокировался вискомуфтой!
Конечно, AMC Eagle создавался в основном для тех, кто периодически штурмует бездорожье — полный привод появился на этих автомобилях не из-за желания добиться более солидного ускорения или лучшей устойчивости и управляемости, как в случае с суперкаром Jensen FF или Audi Quattro. Но с точки зрения трансмиссии такие автомобили, как Subaru Impreza Turbo или Mitsubishi Lancer Evo от первого до шестого поколения, стали прямыми наследниками AMC Eagle. Их межосевые дифференциалы также блокируются встроенными вискомуфтами.
Вискомуфта раздаточной коробки AMC Eagle представляет собой цилиндрический корпус с фрикционными дисками, заполненный вязкой кремнийорганической жидкостью (силоксан), встроенной в межосевой дифференциал. Когда колеса одной из осей скользят, ведущий и ведомый пакеты дисков в вискомуфте вращаются относительно друг друга, давление и температура внутри повышаются, вязкость силоксана изменяется и вискомуфта тормозит одну из выходных шестерен, предотвращая ее вращение относительно корпуса и блокируя межосевой дифференциал.
Серийное купе Audi Quattro, появившееся в 1981 году, через два года после дебюта AMC Eagle, уже было оснащено обычным открытым межосевым дифференциалом с принудительной блокировкой. Однако Фердинанд Пьех, возглавлявший инженерный отдел Audi в начале 80-х, выбрал для Quattro очень элегантную схему, которая идеально подходила для компоновки автомобилей Ингольштадта. Продольно расположенный силовой агрегат переднеприводного автомобиля указывал торцом коробки передач на задние колеса — оставалось лишь интегрировать межосевой дифференциал в коробку передач. Но дизайнеры Пьеха не построили традиционную для полноприводных автомобилей схему с отдельной раздаточной коробкой для переднего привода. Немцы сделали вторичный вал коробки полым — и через него был пропущен приводной вал передних колес. Поистине, гениальность в простоте…
С самого начала инженеры выбрали для Audi, в отличие от FFD, симметричное распределение крутящего момента по осям — 50:50. А в 1984 году устаревшие ручки положительной блокировки “центра” окончательно исчезли из кабин полноприводных Audi, а знакомый всем самоблокирующийся дифференциал Торсена появился в трансмиссиях Quattro. Название Torsen происходит от слов “датчик крутящего момента” и отражает способность этого чисто механического устройства мгновенно и плавно увеличивать степень его блокировки в ответ на изменение крутящего момента на выходных валах. Поэтому Торсену не нужна вискомуфта, так как он сам блокируется. Более того, он срабатывает не из-за разницы скоростей вращения после начала скольжения, а даже до него: Torsen способен реагировать на изменения условий сцепления в зоне контакта шины!
Кстати, когда дизайнеры современных больших внедорожников начали задумываться о достижении “легковой” управляемости, они также вспомнили о Торсене — он используется в трансмиссиях таких автомобилей, как Range Rover, VW Touareg/Porsche Cayenne и Toyota Land Cruiser Prado.
Но давайте вернемся в 80-е годы. Триумфальное появление Audi Quattro на раллийной сцене стало началом полноприводного бума. Все раллийные команды группы B бросились создавать версии 4×4. Один за другим появились Peugeot 205 T16, Metro 6R4, Lancia Delta S4, Ford RS200. Все как один — с вискомуфтами в самоблокирующихся дифференциалах, разработанных FFD. Стюарт Ролт, сын Тони, отвечал за работу с раллийными командами в FFD…
В начале 90-х годов завод АЗЛК также обратился к FFD, когда было решено разработать раллийную полноприводную модификацию Москвича-2141. Благодаря британцам была создана трансмиссия с тремя самоблокирующимися дифференциалами, передним, задним и межосевым (точно так же, как на гоночных автомобилях Ford RS200). Управляемость экспериментальных полноприводных москвичей в экстремальных режимах заслуживала самых лестных оценок — поведение гоночных болидов было предсказуемым. Оказалось, что регулировать управляемость автомобиля можно в широком диапазоне, выбрав “жесткость” блокирующих вискомуфт во всех трех дифференциалах. Например, более “строгая” блокировка заднего межколесного дифференциала увеличивает склонность автомобиля к заносу задней оси. Увеличение коэффициента блокировки переднего или межосевого дифференциала, наоборот, увеличивает запас устойчивости — автомобиль с большим трудом въезжает в поворот из-за пробуксовки и недостаточной маневренности передних колес.
Однако эта корректировка актуальна только в одном случае — при раллийном стиле вождения со скольжениями. Поэтому три самоблокирующихся дифференциала являются прерогативой раллийных автомобилей группы WRC. Причем, как правило, в дифференциалы на этих автомобилях встроены не вискомуфты, а пакеты многодисковых муфт с гидроприводом и электронным управлением. Таким образом, дизайнеры получают самые широкие возможности для настройки управляемости в режиме реального времени. Например, бортовой компьютер может “распустить” сцепления во всех трех дифференциалах при входе в поворот, превратив их в открытые для более легкого вхождения в поворот. И когда водитель ускоряется при выходе на прямую, электроника подает команду, а сервопривод “зажимает” сцепления в дифференциалах таким образом, чтобы добиться минимального проскальзывания всех колес и, в то же время, не пересечь линию допустимой недостаточной поворачиваемости, за которой автомобиль занесет на повороте.
К слову, первые управляемые сцепления использовали в Daimler-Benz — в трансмиссии Mercedes-Benz E-класса 4Matic 1986 года выпуска с кузовом W124. Более того, было три сцепления — при необходимости электроника сначала подключала привод к передним колесам, а затем последовательно активировала блокировку межосевого и заднего дифференциалов колес. Но такая система оказалась неимоверно сложной. Кроме того, электроника попеременно подключала и отключала передние колеса на неустойчивой поверхности…
Компания Porsche была еще одним пионером в использовании сцеплений с электронным управлением в высокоскоростных автомобилях — на Porsche 959 1986 года было два сцепления, и электроника работала в четырех режимах. Позже японцы начали выпускать серийные автомобили с трансмиссиями аналогичной сложности — это, например, Mitsubishi Lancer Evo, самый продвинутый полноприводный дорожный автомобиль из всех, которые когда-либо тестировались популярным российским журналом Autoreview. Эволюция с межосевым управляемым ACD (Активный центральный дифференциал) и задним дифференциалом AYC с активным распределением крутящего момента способна сотворить чудо…
Вместо дифференциала
В то время как раллийные инженеры сосредоточились на механизмах самоблокировки, конструкторы серийных легковушек, наоборот, пошли по пути упрощения — они вовсе отказались от межосевого дифференциала, заменив его вискомуфтой. Volkswagen Golf II Syncro 1985 стал первым европейским легковым автомобилем с такой трансмиссией. Ее разработали инженеры из GKN, которая приобрела FFD еще в 1969 году. Преимуществами такой схемы были простота и унификация полноприводной модели с базовой. В нормальных условиях автомобиль сохранил характеристики и управляемость переднеприводного, а во время пробуксовки передних колес через 0,2 секунды срабатывала вискомуфта, способная распределять до 70% крутящего момента на задние колеса.
Давайте рассмотрим трансмиссию VW Golf III Syncro. Раздаточная коробка прикреплена к коробке передач, а вискомуфта установлена в блоке с основной трансмиссией задней оси и соединяет привод с задними колесами при проскальзывании передних колес. На VW Golf IV муфта Haldex заменила традиционную вискомуфту.
Но такой “упрощенный” привод задних колес имел существенный минус — даже небольшая задержка в работе вискомуфты усугубляла неоднозначность реакций. Когда газ подавался на скользком повороте, автомобиль сначала уносило наружу как переднеприводный, а затем, после подключения задних колес, он резко менял стиль движения и мог запросто попасть в занос.
Здесь отличились японцы — они неоднократно пытались нивелировать этот недостаток, подобрав характеристики вискомуфт и используя их не только для включения привода на задних колесах, но и для блокировки межколесных дифференциалов. На некоторых моделях (например, Nissan Sunny/Pulsar 1988 года выпуска) было целых три вискомуфты: одна включала привод на задние колеса, а две другие служили для блокировки межколесных дифференциалов. В Mazda Concerto 4WD вискомуфты заменили не только межосевой, но и задний межколесный дифференциал…
Но потом оказалось, что гораздо удобнее использовать просто фрикционную муфту, пакеты которой сжимаются гидроприводом, вместо той же вискомуфты в приводе на задние колеса. А электроника может идеально контролировать сжатие фрикционных муфт и, следовательно, регулировать величину крутящего момента, приложенного к задним колесам.
Сегодня большинство легковых полноприводных автомобилей и внедорожников имеют управляемое сцепление в приводе одной из осей — будь то Haldex на автомобилях с платформой VW Golf, система VTM-4 от Honda или xDrive на BMW. Более того, высокая скорость работы современных сцеплений сделала задержку в подключении колес почти незаметной — теперь все зависит только от настроек управляющей электроники. Например, трансмиссии Golf 4Motion и Audi A3 Quattro полностью идентичны по внешнему виду. Но другое программное обеспечение позволяет дизайнерам Volkswagen выбирать симметричное распределение крутящего момента между осями, а вот в Audi предпочитают распределять только 40% тяги сзади, придавая своим автомобилям более переднеприводный нрав. Это вопрос предпочтений…
И какие же схемы выбирают сами водители? Легковые дорожные автомобили с приводом, подключенным вручную ко второй оси, сейчас, благо, уже не выпускают. А что касается остальных трех схем…
Конечно, с нашей точки зрения, наиболее интересными автомобилями являются наследники Формулы Фергюсона, в трансмиссиях которых имеется самоблокирующийся межосевой дифференциал. И не имеет значения, какими способами осуществляется блокировка — при помощи вискомуфты, как на Subaru, механическим дифференциалом Torsen, как на Audi A4-A6-A8 Quattro, VW Phaeton или муфтами с электронным управлением (Mitsubishi Lancer Evo). Главное, что автоматическая блокировка “центра” при правильной настройке может значительно улучшить управляемость автомобиля — сделать его более безопасным и приятным для бывалого водителя.
Основной тренд сейчас — переменный вектор тяги, когда крутящий момент упреждающе прикладывается по команде электроники к колесу, которое способно реализовать его максимально эффективно. На данный момент седан Mitsubishi Lancer Evo X может похвастаться самой сложной полноприводной трансмиссией в мире. Дополнительные редукторы способны передавать крутящий момент между задними колесами, центр заблокирован муфтой с электронным управлением, а спереди есть обычное механическое самоблокирующееся устройство. Эра полного привода, какой мы все ее знаем, завершится после появления электромобиля с четырьмя мотор-колесами.
Но мы также не оставим без внимания автомобили с неполным задним приводом. Их число постепенно растет. Муфту Haldex в последнее время активно используют концерны Volvo и Saab. Коробки передач с открытыми межосевыми дифференциалами также находят свое применение.
Многодисковая муфта Haldex срабатывает при малейшем несоответствии скоростей вращения вала. Вращение любого из торцевых кулачков приводит к тому, что ролики начинают катиться по рабочим поверхностям и двигаться вперед-назад, толкая поршни в кольцевые цилиндры насоса. Поршни перекачивают масло в ведомый цилиндр с помощью поршня, который сжимает пакет дисков. Но электроника за счет электромагнитного клапана может сбрасывать давление, тем самым гибко регулируя величину крутящего момента, подаваемого на колеса.
Однако недавно мы заметили, что реальные ходовые характеристики автомобилей с разными полноприводными трансмиссиями становятся все ближе друг к другу. И чем более совершенными станут электронные противоскользящие системы и программы управления сцеплением типа Haldex, тем меньше будет отличаться управляемость оснащенных ими автомобилей. Несомненно, это огромный шаг вперед.
Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html
