Журнал
На четыре – не поровну
На четыре – не поровну

На четыре – не поровну

Мало сделать все колеса ведущими – нужно правильно распределить между ними крутящий момент. В дифференциальные уравнения, составленные разными производителями, вникал Денис Арутюнян.

Мало сделать все колеса ведущими – нужно правильно распределить между ними крутящий момент. В дифференциальные уравнения, составленные разными производителями, вникал Денис Арутюнян.

ОТ ПРОСТОГО К СЛОЖНОМУ

Классическая схема полного привода – жесткое подключение второй оси. Многие любители бездорожья уверены, что это единственно верное решение – нет ни мудреной электроники, ни дорогой механики. Такие модели, как правило, обозначают 4WD (иногда FWD – Four Wheel Drive, четыре ведущих колеса). Самый близкий пример – отечественный УАЗ. Но в консервативности он не одинок – японский «Ниссан-Патруль GR» создан по аналогичной схеме. Так же устроены трансмиссии большинства китайских вседорожников и пикапов – например, известных на российском рынке моделей «Грейт-Уолл Дир». Ездить на таких машинах, включив полный привод, по обычным дорогам тяжело – жесткая связь между передней и задней осями портит и комфорт, и управляемость. Чтобы «развязать» их, в трансмиссию добавляют еще один дифференциал – межосевой. Но тогда появляется другая проблема – на бездорожье его надо блокировать, чтобы при пробуксовке одной оси не останавливалась вторая. Безусловно, тут есть где разгуляться инженерной фантазии.

Одна из наиболее многофункциональных систем – «Супер-Селект» прописалась на вседорожниках «Мицубиси-Паджеро» (ЗР, 2007, № 5). При подключении полного привода момент распределяется в соотношении 33:67, а вискомуфта, установленная параллельно межосевому дифференциалу, меняет это соотношение до 50:50 в зависимости от дорожных условий. На серьезном бездорожье связь между осями можно жестко заблокировать, а если дорога становится совсем непролазной – еще и включить пониженную передачу.

ПОСТОЯННАЯ ВЕЛИЧИНА

Полный привод необходим не только в труднопроходимых местах. Большинству дорожных машин 4х4, у которых крутящий момент распределяется постоянно на все колеса (их обозначают аббревиатурой AWD), он позволяет эффективнее использовать потенциал двигателя, причем не только на разгоне, но и при прохождении поворотов. Основная же задача разработчиков – правильно распределить тягу между осями.

Одними из первых решений, доживших, кстати, до сегодняшних дней, стали межосевые дифференциалы повышенного трения. Еще в начале 1980-х «Ауди» выпустила полноприводную «Кваттро», у которой крутящий момент по осям распределял дифференциал «Торсен» (см. плашку). Такую схему можно увидеть и на потомках легендарной спортивной машины – современных «ауди» и «фольксвагенах» с продольным расположением двигателя. Нынешний «чувствующий момент» (именно от сокращений этих слов и произошло название) узел может быстро перекинуть до 100% тяги на передние или задние колеса. «Торсен» работает и в трансмиссии американского «Хаммера-Н2» (ЗР, 2005, № 1).

Известная своими разработками симметричного (момент в обычных условиях делится пополам между осями) полного привода, японская фирма «Субару» выбрала другое решение – механический центральный дифференциал соседствует с вискомуфтой, реагирующей на разницу угловых скоростей колес. Так же как и в варианте «Супер-Селект», при пробуксовке колес она «перебрасывает» избыток крутящего момента на другую ось.

Но у механики в чистом виде есть серьезные конкуренты – многодисковые муфты, управляемые умной и быстрой электроникой. Так построена, например, трансмиссия xDrive на БМВ. Привод идет на все колеса (стандартное соотношение 40:60), а центральная многодисковая муфта распределяет крутящий момент между осями в зависимости от дорожных условий. Похожая схема работает на вседорожниках «Фольксваген-Туарег» и их родственниках по полному приводу – «Порше-Кайенна». Кстати, и в стандартных комплектациях у этих машин нет механических блокировок межколесных дифференциалов – их имитирует электроника, придерживающая излишне быстрые колеса тормозами. Но любители полазить по грязи могут заказать дополнительно так называемый пакет для бездорожья – сидящему за рулем достаточно повернуть ручку на центральной консоли, чтобы сделать жесткой связь между задними колесами.

Так поступает и другой немецкий производитель. По заказу на «Мерседес-Бенц» М-класса (ЗР, 2006, № 10) устанавливают трансмиссию с автоматическими и ручными блокировками центрального и заднего межколесного дифференциалов и двухступенчатой раздаточной коробкой с понижающей передачей. В базовом варианте – свободный центральный дифференциал распределяет момент между передней и задней осями в соотношении 60:40. А с пробуксовкой борется система контроля тяги 4ETS; она вычисляет и подтормаживает с помощью датчиков ABS прокручивающееся колесо.

ПЕРЕМЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ

А нужно ли, чтобы момент постоянно шел на все колеса? Ведь большую часть жизни автомобили проводят на асфальте. Да и зачем тратить понапрасну лишние мощность и топливо? Значит, нужно сделать привод подключаемым – да так, чтобы не взваливать на водителя лишние заботы.

Для этой цели используют, например, уже упомянутую вискомуфту – только в этой схеме центральный дифференциал отсутствует. Момент двигателя передается на одну ось, а при ее пробуксовке муфта подключает вторую. Благодаря простоте такая конструкция получила достаточно широкое распространение – еще недавно ее охотно использовали на полноприводных «вольво», «фольксвагенах».

Однако в последние годы большинство производителей отказались от услуг вискомуфты в пользу более «интеллигентных» и быстрых устройств. Конечно же, речь о наиболее перспективных устройствах – муфтах с электронным управлением. Принцип тот же, что и у виско – в нужный момент подключается вторая ось, только не из-за нагрева жидкости, а по команде компьютера (см. плашку). Один из примеров – трансмиссия «4-моушн» от концерна «Фольксваген». [info] Многодисковая муфта «Халдекс», управляемая электроникой, установлена перед задней осью полноприводных «фольксвагенов», «ауди», «шкод», СЕАТов, чьи моторы расположены поперек. Чтобы подчеркнуть характер того или иного автомобиля, инженеры меняют настройки электронного блока управления, регулируя момент срабатывания и степень блокировки.

Схожим образом работает и трансмиссия «4-матик» фирмы «Мерседес-Бенц», только здесь ведущая ось задняя, а дополнительный момент через муфту идет вперед. Силу и продолжительность сжатия дисков электроника рассчитывает, оценивая разницу в скорости вращения передних и задних колес. Если и этого недостаточно, блок управления отдает команду замкнуть дополнительно еще и муфту заднего межколесного дифференциала. А чтобы блокировки не мешали работе системы ABS, при нажатии педали тормоза компьютер разъединяет одновременно обе муфты.

«Ниссан X-Трейл» на сухом и ровном асфальте в движение приводят только передние колеса. Нажав кнопку, водитель может включить режим полного привода Auto – электромагнитное многодисковое сцепление перебрасывает избыток крутящего момента назад. Предусмотрен и бездорожный режим Lock, при котором большую часть времени тяга распределяется между осями в соотношении, близком к 57:43.

Оригинальные решения отличают трансмиссию «Хонды». На моделях CR-V (ЗР, 2007, № 6) и HR-V японцы внедрили систему блокировки «Риал-Тайм 4WD». Ее изюминка в том, что муфтой управляет гидравлика. На осях установлены насосы: на передней – нагнетающий давление в контуре, на задней – сбрасывающий. Когда передние колеса начинают буксовать, давление в системе повышается и блокирует муфту, подключая заднюю ось.

Что ж, ближайший этап эволюции полноприводных конструкций вполне предсказуем. Электроника, как и во многих других областях, будет постепенно вытеснять сложную механику или брать над ней шефство, упрощая и совершенствуя прежние системы. И ничего удивительного в этом нет, ведь решать сложные уравнения на компьютере намного быстрее и проще, чем с помощью логарифмической линейки.

«СИЛИКОНОВАЯ» ПЕРЕМЕННАЯ

Одна из наиболее простых самоблокирующихся систем – вискомуфта. В корпусе, заполненном силиконовой жидкостью с высокой вязкостью, близко друг к другу расположены перфорированные диски, часть из которых соединена с входным валом муфты (читай, с передней осью), а другие – с выходным (с задней). Если возникает пробуксовка колес, меняется разница угловых скоростей одних дисков относительно других. Жидкость густеет и «склеивает» диски – крутящий момент перетекает на вторую ось. Один из недостатков такой конструкции – при резком торможении возможна одновременная блокировка всех колес, что вызовет сбои в работе ABS. Поэтому приходится устанавливать механизмы для разблокирования муфт при торможении.
+ Относительная простота и дешевизна конструкции, компактность.
- Запаздывания при срабатывании муфты, склонность к перегреву при продолжительной работе, создание помех при работе ABS.

ЗУБЧАТАЯ КОНСТАНТА

Дифференциал «Торсен» (от английского TORque SENsitive – чувствующий крутящий момент) – чисто механическая конструкция. Внутри него установлены ведомые (полуосевые) червячные колеса и ведущие (сателлиты) червячные шестерни. В обычном состоянии дифференциал работает как свободный. Когда скорость вращения одного из ведомых валов возрастает (проскальзывание колес), сателлиты замыкаются, перебрасывая часть крутящего момента на вторую ось, при этом за счет возникновения связи между осями «подтормаживаются» буксующие колеса. «Торсен», в отличие от вискомуфты, блокируется только под тягой, а потому не мешает при экстренном торможении.
+ Быстрое перераспределение крутящего момента, отсутствие влияния на процесс торможения.
- Сложность изготовления и сборки, единственная заводская настройка, высокая цена.

ПАКЕТНЫЙ РАСЧЕТ

И дифференциал «Торсен», и вискомуфта – пассивные системы: они работают, только когда на них приходит крутящий момент. Муфты с многодисковыми сцеплениями, управляемые электроникой, этого недостатка лишены. Одна из самых известных – запатентованная шведами муфта «Халдекс». Очень похожий по конструкции агрегат TOD (Torque On Demand – крутящий момент по требованию) выпускает компания «Исудзу».
Вкратце принцип действия: электронасос муфты постоянно создает небольшое давление в системе для быстрого срабатывания. Давление на поршень, сжимающий диски сцепления, развивает поршневой гидронасос. Он включается, когда возникает разница угловых скоростей входного и выходного валов. Диски сомкнулись – вторая ось подключена.
В некоторых конструкциях исполнительными механизмами вместо гидроцилиндров служат электромагниты, которые при подаче напряжения соединяют диски. Управляет всеми процессами электронный блок, связанный с другими системами автомобиля.
+ Плавное и быстрое срабатывание, возможность работать при любом режиме движения, простота настройки.
- Сложность конструкции, высокая цена.

За Рулем