Продължаваме с поредицата за видовете технологични решения с четири двигателни колела
Многообразие от технологични решения
Често разпространено и сравнително евтино решение за осъществяване на задвижване на четирите колела в близкото минало бе така нареченият вискосъединител. Както и при вискоблокировката, системата използва свойствата на силиконовото масло да променя вискозитета си при нагряване - в случая предизвикано от триене. При тези устройства въртящият момент се предава директно – обикновено от предния към задния мост и по-рядко (при предишното решение на Audi R8 например) в обратна посока. Масовият вискосъединител, който в наши дни все още може да бъде открит в различни приложения като Fiat Panda 4x4, преди години се монтираше в задния мост на модели като VW Golf Syncro, и на предния (рядко срещано явление при автомобили със задно разположени двигатели) Porsche 911 и Lamborghini, но в днешно време вече е заменен с по-бързодействащи системи с електрохидравлично и електромеханично задействане. Всъщност това са и най-разпространените в наши дни варианти за предаване на въртящ момент, често наричани и „Haldex” съединители. Именно тук е мястото да отбележим, че когато говорим за използваната от този или онзи производител система, задължително трябва да отдадем необходимата почит и на разработчиците и доставчиците на съставляващите системите 4х4 устройства в лицето на световноизвестни компании като ZF, GKN Driveline, BorgWarner, Haldex и т.н.
Работата на използващите многодискови конструкции устройства се определя от данните, предавани от свързаните със стабилността на автомобила и оборотите на колелата сензори. В нормални условия по-голямата част от въртящия момент се предава към единия мост - при компактните модели, включително SUV, този мост е предният. При загуба на сцепление на едно от предните колела – както при движение по пътища с лошо сцепление, така и на сухи – започва активирането на съединителите, които започват да се притискат все по-силно един към друг по двойки и да предават до 50% от въртящия момент към задния мост, където обикновено е монтирано и устройството. Принципът на работа, използван при актуалната система xDrive на BMW и тази на Touareg и Cayenne е същата, но основният въртящ момент се предава към своеобразна разпределителна кутия, от която директно преминава към задния мост, а през подобен набор от съединители част от него (до 50%) се насочва към предния мост – тоест в съотношение заден -преден мост от 100 към 0 до 50 на 50. Предимството на този тип задвижване е в това, че позволява разлика в оборотите между мостовете - тоест играе ролята на диференциал, който при пълен натиск имитира пълен блокаж. Ролята на блокировка на осевите диференциали на свой ред поемат системите за контрол на сцеплението, като при намаляване на сцеплението на дадено колело, то получава симулирано натоварване под формата на прецизно контролиран спирачен момент – в края на краищата диференциалът на моста не се интересува от това дали натоварването идва от съпротивлението при прилагането на въртящ момент върху пътната настилка или от триенето на накладките в спирачния диск. По този начин другото колело получава автоматично необходимия въртящ момент за осигуряване на нормално движение на автомобила. Лесно можете да установите този процес при движение с автомобил с такава система в пресечена местност в моментите, когато някое от колелата увисне във въздуха – в този момент се чува характерно припукване, говорещо за активирането на спирачките. Този механизъм на работа се използва както при моделите с основно предно предаване и насочване на въртящ момент назад, така и за тези в обратната ситуация, а страничен негатив при тях е по-бързото износване на спирачните накладки – все пак приемлива цена на фона на по-високото ниво на безопасност.
Според инженерите на BMW, системата с многодисков съединител в ролята на междуосево звено позволява много по-добър контрол на разпределението на тягата, по-висока гъвкавост и
по-бърза реакция на системата при необходимост. При тази схема ситуациите с прояви на недозавиване или презавиване на автомобила се избягват по-лесно с пренасочване на въртящия момент и „освобождаване“ на склонния към буксуване мост от излишък от въртящ момент преди активната намеса на ESP. Това мнение обаче не е единствено - конструкторите на Mercedes например имат коренно различно становище от колегите си от BMW – те смятат, че подобни промени в потока и посоката на въртящия момент объркват водача, а архитектурата с междуосев диференциал с фиксирано предавателно отношение (планетарен) е по-предсказуемо, като при по-тежки ситуации може да се активира (непълна) блокировка на въпросния диференциал. Audi естествено застъпват трето мнение, включвайки в своята гама разнообразни технологични решения за двойно предаване, обединени под общото наименование quattro. Не e изненада, че компактни модели като A3, TT и Q3 с напречно разположени двигатели използват архитектурата с Haldex съединител (вече от новото поколение, в което хидравличният акумулатор на налягане е заменен с по-бърз електромотор), докато големият Q7 е оборудван с напълно различна от тези на BMW и Mercedes система. Става дума за така наречения Torsen диференциал (произвеждан от BorgWarner), което на практика е едно от много малкото чисто механични устройства, способни наистина да предават различен въртящ момент към различните задвижващи мостове и което според мнозина специалисти си остава е едно от най-рационалните решения в областта. Torsen диференциалът е сложен и скъп за производство агрегат с червячни механизми, притежаващ способността да се „самозаклещва” при разтоварване на един от задвижващите мостове. При това в този случай не се осъществява класическа блокировка, а преразпределение на въртящия момент – класическият Torsen с фиксирано съотношение от 50:50 при нормално движение може да предаде въртящ момент в съотношение от 25:75 до 75:25 съответно към предния и задния мост. В модерните решения на Audi диференциалът вече е планетарен, а при нормално движение по-големият въртящ момент се предава към задния мост. При Q7 например стандартната пропорция е 40:60 в полза на задния мост, а при необходимост отношението може да се променя в интервала от 20:80 до 60:40. Преди Torsen диференциалът бе широко разпространен в гамата на Audi, но сега в много модели (например A4, A5, A6, A7, Q5, RS5) е заменен от така наречения „коронен диференциал“ наречен по този начин заради специфичната форма на зъбните си колела. Това също е чисто механично устройство, специфична разновидност на планетарния диференциал с допълнителен набор от блокиращи дискове и възможност за предаване на различен въртящ момент. В най-новото попълнение сред технологичните решения на Audi е системата Quattro with ultra technology предназначен за моделите ultra с надлъжно разположен двигател като А4. За разлика от класическите варианти с различни видове диференциали тук Audi за първи път използват многодисков съединител. Той е разположен зад предавателната кутия. Като допълнение обаче от вътрешните страни на полуосите за задния мост са монтирани зъбни зацепващи механизми. Идеята на това решение е че когато съединителят и механизмите са отворени не само че автомобилът се задвижва от предния мост но се спира движението на карданния вал и на зъбната предавка в задния диференциал, а с това са намалява разходът на гориво с около 5 процента.
Torque Vectoring
Днес на пазара се предлагат автомобили (най-често пикапи или SUV модели), които могат да бъдат оборудвани с различни системи за задвижване в зависимост от предназначението. Пример за такъв модел е VW Amarok, който разполага с версия с класическо двойно предаване с блокируем диференциал за по-тежки условия, както и с такава с Тorsen диференциал. Audi и BMW пък предлагат възможност за изпълнение на задвижването с така наречения Torque vectoring механизъм на задния диференциал, който дава възможност за предаване на променлив въртящ момент към всяко едно от задните колела. Устройството му е изградено на планетарни механизми, разположени от двете страни на касетата на диференциала, като звената на механизмите са свързани с короната и диференциала и при задействане осигуряват с около 10% по-високи обороти от тези на съответната полуос. Връзката се осъществява с набор от съединители, като въртящият момент обикновено се насочва към външното за завоя колело, за сметка на подавания към вътрешното. Така се осигурява ефект на активно насочване (за разлика от реактивното действие на ESP) в кривата на завоя и стабилизиране на автомобила в тежки ситуации. Системата на Honda SH-AWD (Super Handling All Wheel Drive) в Legend бе първата серийна реализация на това решение, но използва този метод на работа само при наличие на въртящ момент.
И не на последно място трябва да споменем някои възприемани като екзотични доскоро решения за задвижване на четирите колела, при което за задния мост се използва електродвигател – преди години Nissan представиха версия на Micra със система за задвижване наречена е-4WD с вграден в задния мост малък електромотор. Днес подобна схема се използва при Lexus RX и plug-in хибридната версия на Volvo XC90 а напредването на електрификацията и хибридизацията на системите на задвижване наред с все по-съвършената електроника за управление, могат да възродят и популяризират това решение и в бъдеще.
И все пак…
Разбира се, както всяко друго технологично решение, системите за задвижване на четирите колела имат и недостатъци. В зависимост от вида, те са повече или по-малко скъпи решения и добавят движещи се детайли и тегло в автомобила, а също и необходимост от редица промени в конструкцията на каросерията. Често се налагат и промени на схемата и геометрията на задното окачване - при Opel Insignia например за задното окачване на версиите с двойно предаване се използват различни като форма и материали носещи рамена. Всичко това води не само до оскъпяване на автомобила, но и до увеличаване на разхода на гориво. Дори при моделите с активиране на задвижването и на четирите колела само при необходимост, консумацията нараства с около десет процента.
Освен това технологичната инвестиция в 4х4 има две основни цели – по-добро сцепление и по-добра стабилност и съответно пътно поведение. По съвсем логични причини технологиите за двойно предаване не осигуряват някакво предимство при спиране. Освен това независимо от вида и съвършенството на дадена система за двойно предаване, през този сезон и при нашите метеорологични условия зимните гуми си остават важен фактор, който не може да бъде пренебрегнат заради наличието на двойно предаване.
Разпределителната кутия на BMW с многодисков съединител
Сърцевината на системата xDrive на BMW е така нареченият Transfer box - своеобразна интелигентна разпределителна кутия с един входящ (този от скоростната кутия) и два изходящи вала – по един към всеки от двигателните мостове. Специален съединител (активиран плавно и безстепенно от муфа, задвижвана от своя страна от електродвигател) съдържащ набор от дискове, може да предаде към предния мост от 0 до 50% от въртящия момент. Това става с помощта на верига при Х3, Х5 и Х6 и чрез зъбни предавки при останалите модели. При нормални условия пропорцията на разпределение на въртящия момент е 60:40.
Планетарна коронна предавка на Audi за моделите от средния клас
Инженерите в Audi са в състояние да изненадат всички с ново и интересно решение дори в случаите, в които всичко създадено до момента изглежда съвършено. След сложното, но изключително добре работещо решение с Torsen диференциал, сега новите модели на компанията в средния клас се оборудват с диференциал с коронна предавка. Това механично устройство използва специфичен планетарен диференциал с два набора от блокиращи съединители и динамика на потоците, позволяваща променливо разпределение на въртящия момент. Диференциалите на предния и задния мост заедно с междуосевия диференциал осигуряват разпределение на въртящия момент с приоритет към задния мост при нормални условия, но при необходимост до 80% от него могат да се насочат към задния и до 70% към предния мост.
VW Golf с Haldex съединител
Автоматичното действие на Haldex съединителя може да осигури безстепенно предаване към задния мост на до 50% от въртящия момент. Ефективната система включва маслен филтър, многодисков пакет, задвижващо зъбно колело (пиньон), задвижвано колело (корона), диференциал, полувалове към колелата на задния мост, маслен резервоар, управляваща електроника, фланец на карданния вал, акумулатор и помпа
Разпределителната кутия на Audi Q7 с Torsen диференциал
За разлика от своите събратя по концерн VW Touareg и Porsche Cayenne, при чиято нова система 4х4 се използва разпределителна кутия с близко като принцип до това на BMW решение, Q7 разполага с ново поколение Torsen диференциал. С негова помощ стандартното предавателно отношение от 40:60 в полза на задния мост може да се промени в диапазона от 20:80 до 60:40. Видове системи за задвижване
Mercedes: многодисков съединител са компактните модели, междуосев диференциал за останалите
Системата за задвижване на четирите колела на Mercedes за A- и B-класата, CLA и GLA е базирана на платформа за предно предаване и ползва традиционния за случая електрохидравличен ламелен съединител, който предава към задните колела до 50% от въртящия момент. Инженерите на Mercedes са успели да сведат теглото на системата до 70 кг и да направят реакциите й изключително бързи, с което и без това динамичното поведение на CLA става още по-спортно. Останалите модели включително GLK се задвижват с планетарен диференциал. G-класата може да се справи без проблеми и в най-трудните ситуации благодарение на арсенала от блокировки на класическото си двойно предаване.
Текст: Георги Колев