Системы полного привода: от истока до итога

За то время, что мы знакомы с системами полного привода, они прошли несколько ключевых этапов.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

За то время, что мы знакомы с системами полного привода, они прошли несколько ключевых этапов. Внедорожники Второй мировой войны. «Вєдовая легковушки, осторожно предлагались с середины 80-х годов прошлого поколения. Наконец, легковые системы 4WD, появились и стали популярными во второй половине 90-х. Это если очень сильно обобщать. Ну а если копнуть глубже, то окажется, что первая полноприводная машина появилась более века назад. И за этот период, не равный всей истории автомобиля, «ведет» сильно трансформировался, исходя из текущих потребностей и представлений. Каким образом это происходило и с чем владельцам полноприводных автомобилей приходится иметь дело сейчас?

Века с лишним — это только история полного привода, связанного с ДВС. А к нему умами конструкторов владел паровой двигатель. И уже с ним инженеры предлагали варианты реализации крутящего момента на обеих осях. Так, еще в 1824-27 гг. англичане Берстолл и Хилл разработали, запатентовали и испытали свой омнибус (фактически дилижанс на паровой тяге). Весил он 7-8 тонн, развивал то ли 10, то ли 13 км / ч, на подъемах подключал передние колеса — механизмом, подобным паровозном, информирует Rus.Media.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Первый полноприводный паромобіль выглядел примерно так. Передние колеса приводились для реализации тяги в сложных условиях. Например, на подъемах. Конец испытаниям этого тяжелого и медленного дилижанса положил взрыв котла.

Через полвека на сей раз американец Бандельер получил патент на схожий аппарат, но что характерно, в нем было некое подобие межколесных дифференциалов — оси были разрезными и могли вращаться с разными угловыми скоростями. Еще через десятилетие (в 1893 г.) Опять англичанин, Диплок, создал свой локомобиль для движения по рельсам. Схема его 4WD до нас не дошла. А в конструкции американца Котта, появившаяся в 1900 году, привод на все колеса реализовывался цепями. На этом история паромобілей с полным приводом завершилась. Началось время ДВС. Впрочем, между теми и другими типами установок была небольшая прослойка полноприводных… электромобилей. В 1900 году еще молодой Фердинанд Порше, работая на фирму Lohner, создал механизм, который приводился в движение электрическими мотор-колесами. В 1904-м его опыт повторили за океаном. Правда, в обоих случаях разработчики впоследствии были вынуждены дополнить электроагрегаты двигателями внутреннего сгорания.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Электромобиль Lohner-Porsche стал первым, что имеет мотор-колеса. Сначала Фердинанд Порше сделал его переднеприводным, потом добавил еще пару электромоторов. Аппарат не обошелся без ДВС, который заряжает аккумуляторы, владели небольшой емкостью.

Примечательно, что все эти гениальные товарищи — от Берстолл к Порше — привод на вторую ось рассматривали только как повышение тяговых возможностей транспортного средства. Голландская же Spyker 60 HP, появился в 1902 году (кстати, именно его признано считать первым полноприводным автомобилем), имел 4WD для других целей — гоночных. Думали ли тогда его разработчики об управляемости или также желали улучшить характеристики на пересеченной местности, сейчас мы уже не узнаем. Но для своего времени Spyker имел очень прогрессивную трансмиссию — с тремя дифференциалами — межосевым и двумя міжколесними. И уже тогда, как мы сейчас видим, стало очевидно — использование полного привода может преследовать различные цели. А развитие, соответственно, двигаться разными путями.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Поразительно, что голландцы, братья Спайкер, только в 1900 году выпустили свой первый автомобиль, а уже через пару лет свет увидела полноприводная конструкция — с раздаточной коробкой и тремя дифференциалами. Из других отличительных особенностей — 65-сильная «шестерка» и три тормозных механизма, один из которых работал на переднем карданном валу. Выпустили всего несколько 60 к.с., они были дорогими и не снискали особой славы в гонках.

Вездеходы

Так зачем нужен полный привод? Все-таки вездеходная его составляющая была для конструкторов всего мира первична. Это видно и по упомянутым выше колесным «паровозам», и по тому распространению 4WD, которое определила Первая мировая война. Еще к ней ряд забытых ныне компаний по обе стороны океана разрабатывали полноприводные модели. Однако все они были дорогие и сложные в эксплуатации, необходимость поводу лишней пары колес только усугубляла характеристики маломощных моторов. Вооруженный конфликт расставил правильные акценты. Выиграли две американские фирмы — привод на четыре колеса (FWD) и Томас Бы. Джеффри компании. Счет тиражей их грузовиков идет на десятки тысяч — в течение войны они поставлялись в армии стран Антанты, включая Россию, где на вооружении стояла модель Quad от Томаса Бы. Джеффри. Что интересно, обе компании создали новаторскую по тем временам схему. В задней части корпуса коробки расположили дополнительный пакет шестерен и симметричный межосевой дифференциал с механизмом принудительной блокировки! Сейчас это называется Full Time 4WD!

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Грузовики Джеффри Quad (слева) и FWD (справа) появились в 1912 году и имели постоянный полный привод с симметричным межосевым дифференциалом. На этом сходство заканчивалось. Если у FWD были привычные сейчас мосты с заключенными внутри главными парами и полуосями, то Quad имел раздельные полуоси и редукторы, снизу прикрыты балкой подвески. В его трансмиссии присутствовали колесные редукторы, а с 1914 года міжколісні дифференциалы стали самоблокувальними.

Раздаточная коробка, отделенная от КП, с жестким, без межосевого дифференциала подключением второй пары колес и снижает наряду появилось в период между двумя мировыми войнами. Последняя из них исключила все сомнения в необходимости полного привода. И, вместе с тем, оставила вопрос себестоимости и технологичности, сроков изготовления транспортного средства. Достаточно вспомнить, что популярный в вермахте Opel Blitz только в четверти экземпляров имел колесную формулу 4х4, такая же ситуация складывалась в других странах, а Красная армия до конца ВОВ так и не получила аналогичного грузовика. Зато Вторая мировая родила новый класс автомобилей. Мы помним эти имена: Виллис МБ, ГАЗ-67, Schwimmwagen. Правда, на американской и российской машинах ради удешевления производства не было «поніжайкі».

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Несмотря на то что с 1940 по 1945 годы было произведено меньше двухсот седанов ГАЗ-61-73 и еще немного фаэтонов, тягачей и пикапов, модель оставила значительный след в истории советского и мирового автомобилестроения. Все-таки именно полноприводную «эмку» принято считать первым комфортабельным вездеходом.

Неполная на джипах просуществовал более 60 лет. Для внедорожников в полном смысле этого слова — идеальный вариант. Конструктивно простой, надежный даже после того как для передачи момента в «раздатке» начали использовать не шестерни, а пластинчатую цепь Морзе. И, кстати, способен экономить топливо. Особенно, когда в трансмиссии появились ступичние обгонні муфты, которые позволяли разъединять колеса с полуосями, редуктором и карданным валом, что исключало дополнительные механические потери. Для современного «внедорожника» этого уже так мало… Неполная не в состоянии обеспечить стабильность поведения на разных покрытиях, дает преимущества только в конкретных условиях (на бездорожье), в других становясь обузой. Наконец, он неудобен и требует «вдумчивого» применение. Вымирающий вид! Как и те редкие «динозавры», на которых он используется — Jeep Wrangler, Land Rover Defender, Уазы или TLC 70-й серии, что предлагается на некоторых рынках.

Системи повного приводу: від витоку до підсумкуСистеми повного приводу: від витоку до підсумку

Привод к передним колесам в «раздатке» может быть организован либо через шестерни, либо с помощью многорядной пластинчатой цепи Морзе. Первый вариант надежнее и ресурсно, второй тише. Впрочем, и цепь в состоянии ходить долго, надо только правильно пользоваться 4WD и менять масло. И шестеренчатый привод может не раздражать слух — не зря его используют в легковых BMW и Mercedes.

Проблему удобства использования и управляемости решили возвратом к схемы FWD и Quad с постоянным полным приводом и принудительно межосевым дифференциалом — для бездорожья. Открыл новую эпоху в 1970 году Range Rover. Потом была наша «Нива», другие джипы. Сейчас Полная применяется на многих внедорожниках — Mercedes ML, Mitsubishi Pajero, ТСХ и TLC Prado, на том же Range Rover и Land Rover Discovery.

Голая механика

С джипами и другими вездеходами все было ясно с самого начала — в любом виде, но 4WD нужен. На легковых же автомобилях полный привод приживался, словно донорский орган — долго и с осложнениями. Будь то начало прошлого века или 80-е годы. Взять хотя бы Даймлер образца 1907 года, более известный по имени владельца — Дернбург-Wagen. Пятиметровый гигант с семилитровым мотором и Полная неплохо бороздил африканские пески, однако так и остался в единственном экземпляре.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Дернбург-Wagen — неофициальное название автомобиля Daimler, который создавался специально для директора одной из немецкий колоний в Африке Бернхарда Дернбурга. Машина получилась проходной, но дорогой. За последний качества ее не стали собирать в России, хотя такое предложение было.

Всего лишь за несколько штук было изготовлено гоночных итальянских Bugatti типо 53 и американских Миллер FWD, рассчитанных на асфальтовые и грунтовые трассы. Характерно, что фіатовських инженеры, которые создавали типо, и владелец компании Гарри Миллер обменивались опытом. В итоге болиды появились одновременно, в 1932 году, и имели схожую трансмиссию — постоянный полный привод с тремя дифференциалами. Получилось дорого, не всегда надежно и для большинства представителей автомобильного мира непонятно.

Системи повного приводу: від витоку до підсумкуСистеми повного приводу: від витоку до підсумку

Что создавались параллельно Bugatti Tipo 53 (слева) и Миллер FWD (справа) не добились каких бы то ни было спортивных результатов. Но виной тому не полный привод. Наоборот, 4WD помогал на гравийки, которых на гонках того времени хватало.

Мысли о полноприводной легковушке вернулись в умы конструкторов в 50-е годы. Точнее, в два конкретных ума — англичан Ролтом и Диксона, которые заразили своей идеей промышленника Фергюсона и создали в его фирме небольшой седанчик Фергюсон R4. Во всем примечателен был автомобильчик, но в нашем случае — раздаточной коробкой. Британцы впервые использовали в ней дифференциал. Всего лишь добавили дополнительные шестерни, два пакета фрикционов и две обгонні муфты. При пробуксовке одной из пар колес соответствующая муфта зажимала фрікціони на шестерни, и дифференциал блокировался, обеспечивая стабильность поведения автомобиля в поворотах и лучший разгон на любых покрытиях.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Седан Фергюсон R4, созданный в 1956 году, кроме постоянного полного привода с дифференциалом, нос и другие ноу-хау — оппозитный двигатель, дисковые тормоза на всех колесах и ABS. Автомобиль остался прототипом.

Все 50-60-е годы компания Фергюсона пыталась самостоятельно выпускать полноприводные легковушки и пристраивают свою разработку на сторону. Последнее получилось лишь однажды — в 1966-71 гг. мелкими партиями производилось полноприводное купе Jensen Interceptor FF (FF — Формула Фергюсона). Именно он стал первым серийным полноприводным автомобилем с межосевым дифференциалом. «Серия» тоже была эксклюзивной — чуть более 300 экземпляров.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Дженсен перехватчик УС: под капотом располагалась крайслеровскій «восьмерка» мощностью 325 л. с. Альтернативой «механике» был 3-ступенчатый «автомат», плюс рулевая рейка вместо червяка-ролика и ABS. Но задняя подвеска имела зависимую схему и рессоры.

Более-менее массовым стал другой автомобиль — внедорожник Jeep Wagoneer. В 1973 году он примерил трансмиссию Quadra-Trac, в своей основе имела вышеупомянутую «раздатку». Через шесть лет появилась первая массовая легковая модель. В условиях внутреннего кризиса руководство фирмы АМС приняло решение «отліфтовать» имеющийся универсал Конкорде, позаимствовав раздаточную коробку в Wagoneer. Вышла модель Eagle — такой себе предок нынешних Outback и Allroad. Выпускал, кстати, в кузовах двух-и четырехдверный седан, фастбэк и хэтчбек. До 1987 года с конвейера сошло около 200 тыс. экземпляров. Отличался «Орел» еще одной особенностью — обгонні муфты, блокирующие дифференциал, были заменены силиконовой жидкостью.

Подобную манипуляцию еще в конце 60-х годов производил все тот же Ролтом и другой англичанин, Гарднер. Для чего? Обгонные муфты срабатывали жестко — дифференциал резко блокировался, что негативно сказывалось на управляемости. В новом узле сохранились фрикционные диски, но рабочим телом выступала силиконовая жидкость. При пробуксовке колес пакеты, связанные с соответствующими осями, вращались с разными угловыми скоростями. Росло давление и температура, жидкость густіла и «прихоплювала» дифференциал. Получалась довольно мягкая его блокировки.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

AMC Eagle — первый автомобиль, чей межосевой дифференциал для блокировки примерил вискомуфту. В остальном модель была достаточно тривиальна: 3-ступенчатая АКП, два двигателя, R4 и V6. Разве что кузовов было много. Но потребителю «Орел» полюбился именно за его внедорожные возможности.

И все-таки Орла был далеко, за океаном. В Старом Мире массовый и легковой полный привод стал известен под маркой Audi и под именем Quattro. С середины 80-х годов немцы стали использовать межосевое устройство Dual-Drive Дифференциал, запатентованное еще в 1958-ом. Сейчас этот узел известен всем под названием Torsen (от момента срабатывания — чувствительный к моменту). Он состоял из набора червячных и зубчатых шестерен и сначала делил тягу между передними и задними осями в соотношении 50:50. Но если вискомуфты срабатывали только при пробуксовке, Torsen мог буквально «чувствовать» разницу сцепных свойств в пятне контакта колес. Другими словами, реагировать на изменение крутящего момента на валах. И мгновенно еще до начала «букса» перебрасывать на колеса с лучшим сцеплением до 75% тяги. То, что нужно для стабильной управляемости и поддержания высоких скоростей на любых покрытиях.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Постоянный полный привод на серийных Audi появился в 1981-ом. Центральный дифференциал блокировался принудительно. Через четыре года немецкие инженеры обратились к Torsen ‘у.

К сожалению, впоследствии выяснилось, что и у «всесильного» Torsen есть недостатки. Высокая стоимость производства, сложности в компоновке при поперечном расположении силового агрегата. В конце концов, сам принцип работы, при котором полная потеря сцепления одним из колес означала минимум момента на трех других. Последний порок решали разными путями — принудительными механическими или электронными блокировками межколесных дифференциалов, ABS. И продолжают решать — хотя бы работой системы стабилизации. Torsen не сошел со сцены. На большинстве моделей его использует Audi, или, например, Toyota (Land Cruiser). Однако из-за компоновочных сложностей и высокой себестоимости инженеры двинулись дальше.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Torsen применяется и как межосевой, и как межколесный дифференциал. Его можно встретить и на джипах, где чаще всего он имеет принудительное блокирование.

Электронные реалии

Актуально выглядел вообще отказ от межосевого дифференциала. Зачем массовой легковушке с поперечным расположением агрегата лишние вес и стоимость, когда получить 4WD можно той же віськомуфтой. Достаточно разместить ее у заднего редуктора — при пробуксовке передних колес будет блокироваться и передавать момент на задние. В середине 80-х по такой схеме был построен VW Golf II и несколько японских моделей. Дешево и эффективно? Не совсем так. Никак не регулируемая вискомуфта делала характер управляемости автомобиля неоднозначным. Выход был найден в другом узле — муфте с теми же фрикционными дисками, но блокуємими гидравликой под присмотром электроники.

Принято считать, что первое подобное устройство у шведского концерна Haldex появилось в 1992 году. Именно тогда фирма купила лицензию на его производство у своего соотечественника, одного из инженеров компании SAAB. Серийно муфта появилась на VW Golf IV в 1998 году. Между тем, за полтора десятилетия до этого с «мокрыми» муфтами экспериментировали в Mercedes и Porsche. В 1989 году получил аналогичную Nissan Skyline в версиях GT-R и GTS4. А Subaru Leone оснащался неким подобием такого узла еще в 1979-ом. У седанов и универсалов с АКП была кнопка, которая подавала напряжение на соленоид, который руководил гидроприводом, который сжимал пакеты фрикционов.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Рискнем заявить, что прообразом нынешних паркетников, а точнее, их систем полного привода был вот такой седан Subaru Leone, чья муфта подключения задней оси могла работать в автоматическом режиме. Но с кнопки она еще и полностью исключает из работы.

Конечно, сейчас муфта Haldex — наиболее раскрученный продукт, в чем немалая заслуга маркетологов. Хотя и с инженерной точки зрения она значительно эволюционировала. Прошла ряд модернизаций: поменяла механический насос на электрический, сбросила в весе, стала компактнее и оперативнее в работе. Если раньше пакеты замыкались только после пробуксовки передних колес, то с некоторых пор Haldex смог передавать на заднюю ось до 5-10% момента. Самые последние муфты и вовсе способны превентивно, исходя из дорожной ситуации и по командам борткомпьютера, подключать задние колеса. А электронная начинка позволила настраивать систему под конкретный автомобиль. Скажем, не секрет, что Haldex может перебрасывать на вторую пару колес до 100% момента. Но программное обеспечение в состоянии сократить эту цифру до 40, 60 или 80%, сделав характер более «переднеприводный» и понятным.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Принципиальное отличие систем Haldex и им подобных от вискомуфты в том, что сжатие дисков здесь можно регулировать, передавая на вторую пару колес столько момента, сколько необходимо в данной ситуации. Более того, Haldex может делать это заранее, руководствуясь информацией от датчиков.

И знаете, теперь Haldex только верхушка айсберга. Полный привод в BMW, ATTESA в Nissan, а сколько в последнее десятилетие появилось кроссоверов и прокатчиков. И у всех — никакого постоянного полного привода, никаких центральных дифференциалов. Только муфта в приводе второй пары колес. А уже ее можно настраивать в соответствии с уровнем и ценой автомобиля. Обеспечивать преднатяжения фрикционов и привязку к множеству датчиков. Или дополнять только принудительной блокировкой. Впрочем, муфта представляется логичной именно как элемент, повышающий стабильность поведения автомобиля на дороге. Внедорожный потенциал сильно ограничен. Во-первых, многие производители кроссоверов не утруждают себя устройством жесткой блокировки пакетов. Во-вторых, даже она не всегда спасает диски от перегрева и активного износа. К сожалению, возврат к механическим схемам на кроссоверы не предвидится.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

У прокатчиков и кроссоверов сейчас не найти передачу момента «по металлу» — только через «мокрую» многодисковую муфту. В плюсах экономия веса и меньший расход топлива. Но воспринимать такие машины как внедорожники можно — фрикцион не будет шестерни, их не стоит «рвать» на бездорожье, так и на асфальте тоже.

И все-таки «железо» не стоит сбрасывать со счетов. Например, Mercedes до сих пор использует на легковых моделях честный дифференциал, хотя и блокирует его фрикционом, причем без всякой электроники. Mitsubishi и Subaru пошли дальше. В Lancer Evo VII и Subaru Impreza WRX STi начале 2000-х годов «центры», управляемые процессором, могут в зависимости от условий изменять степень своей блокировки. Кстати, Subaru тогда экспериментировала даже с дифференциалом, чью жесткость блокировки можно было менять из салона, колесиком.

Ну а верх развития легковых полноприводных систем — задний дифференциал AYC на том же Lancer Evo VII и система SH-AWD на Honda Legend последнего поколения и Acura MDX. Эти уже способны перераспределять момент между левым и правым колесами, то есть управлять вектором тяги.

Системи повного приводу: від витоку до підсумку

Сегодня многочисленные рычаги управления полным приводом, а равно особые алгоритмы и условия его подключения, становятся достоянием истории.

Наступило будущее? Скорее, один из его вариантов, что остался судьбой Lancer Evo. Думается, когда придет то время, когда многодисковая муфта тоже станет рудиментом. Во всяком случае, у Toyota уже есть полноприводные гибриды, в которых тягу на второй паре колес обеспечивает электромотор…