Формулата 4х4 има съществени предимства и осигурява повече динамика
Повечето автомобили днес се задвижват от предните или задните си колела, но на терен с по-ниско сцепление формулата 4х4 има съществени предимства. Освен това двойното предаване осигурява повече динамика. Защо това е така ще ви разкажем в следващата поредица.
В днешни дни многообразието от предлагани модели, оборудвани със системи за задвижване на четирите колела, се приема за нещо напълно естествено, а представителството им се простира от компактните класове до луксозните лимузини. Практиката сочи, че в България почти няма клиенти на компактен SUV модел, които са предпочели версия със задвижване само на предните колела. Съчетанието на тези технологични решения с по-високия клиренс, характерен за SUV класа е напълно обяснимо - особено за хората, живеещи в по-трудно достъпни райони, но тъй като предимствата на двойното предаване са много повече от недостатъците, те се превръщат в интересна алтернатива дори при конвенционалните автомобили, чийто качества нямат нищо общо с високата проходимост.
Сред пионерите във внедряването на тези технологии в миналото бяха не само екзотични компании като Jensen FF, но и големи производители като японците от Subaru, чиито едросерийни модели още през 70-те години на миналия век разполагаха с лост за механично активиране на задвижването на четирите колела с помощта на междуосев диференциал. Същинската революция обаче настъпи през 1980 година, когато Audi представиха своя модел Quattro и дадоха истинското начало на настъплението на това задвижване в масовите автомобили, нямащи нищо общо с класическите всъдеходи за движение в пресечени местности като Jeep Wrangler, Land Rover Defender и Mercedes G. Развитието на тази тенденция при конвенционалните автомобили от страна на Audi се състоеше не само в пазарното налагане на този вид продукти, а и в самото внедряване на напълно нова концепция в полето на инженерната дейност – важен фактор в новата система за задвижване на Quattro бе постоянното предаване на въртящ момент към четирите колела. По това време решението бе революционно и със своята изключителна компактност, защото валът за задвижване на предния мост бе интегриран съосно в този на предавателната кутия.
През 90-те години подобни системи за задвижване постепенно заеха подобаващо място в спортните модели на компаниите, а след това започнаха масово да се роят, прониквайки в многообразието от новосъздадени автомобилни класове. Всичко това бе придружено от съответната еволюция, превърнала отначало чисто механичните системи в сложни и различни по характер еволюционни клонове със и без електронно управление, но почти винаги в съчетание с допълнителните електронни системи за безопасност.
Сцеплението е първостепенен приоритет
Докато през лятото средностатистическият водач на лек автомобил може да усети действието на двойното предаване само в по-критични моменти или в случаите, когато пожелае да изпита пълните динамични възможности на в своята машина, в есенно-зимни условия на пътуване по мокър асфалт и заснежени участъци формулата 4х4 може да придобие жизненоважно значение. Автомобилната терминология описва системите за двойно предаване с различни английски термини като Four Wheel Drive, All Wheel Drive, 4WD, но основното предимство на всички системи 4х4 може да се сведе до нещо пределно просто – осигуряване на по-добро сцепление.
При движение по сух път с добра асфалтова настилка сцеплението с пътя или възможността за предаване на тягата от двигателя през колелата към пътя, е високо. То зависи от два основни фактора – натискът върху контактната площ на гумите на задвижващия мост и коефициентът на триене с настилката, който пък се определя от вида, температурата и релефа на триещите се повърхности – гуми и асфалт. При настилка с добро асфалтово покритие стойността на този коефициент е около единица, докато върху лед тя намалява до 0,1.
Колелото, върху което се прилага въртящ момент, проявява склонност към пробуксуване и съответно намаляване на сцеплението с пътя, пропорционална на прилагания момент. Ясно е, че при наличие на четири задвижващи колела, те могат да запазят по-добри нива на сцепление по-дълго и при по-неблагоприятни условия поради разпределението на общия въртящ момент на четири вместо на две.
Какво се случва в различните варианти на задвижване при неблагоприятни пътни и атмосферни условия? При ненатоварен автомобил тези условия са най-неблагоприятни за автомобилите с двигател отпред и задвижване на задния мост. Поради гореспоменатите причини, при прилагане на висок въртящ момент тези автомобили губят сцепление по-лесно и съответно проявяват склонност към занасяне на задния мост. Грижата за избягване на тези негативния явления се поемат от системите за контрол на сцеплението и на стабилността.
В такива ситуации далеч по-добре се справя комбинацията от задно разположен двигател и задно задвижване, а един от най-ярките примери в това отношение е легендарната „костенурка” на VW. Нейният дългоходов бавнообортен двигател с въздушно охлаждане и сравнително висок въртящ момент притиска задния мост към пътя и осигурява много добро сцепление и предаване на тягата дори в трудни пътни условия. Доказателство за това са хилядите германски фронтови екземпляри Type 82 (Kübelwagen), които успяват да се справят превъзходно с калта, снега и пясъците на Втората световна война, използвайки основната конструктивна архитектура и задвижването на „костенурката”.
Най-често срещаната схема в наши дни е предното предаване с двигател, трансмисия и задвижващи колела на предния мост. Тя има значителни предимства при зимни условия, тъй като концентрира основното тегло на силовия тракт оптимално върху задвижващия мост, но не е лишена и от недостатъци. При загуба на сцепление и в съчетание с предните задвижващи колела, същата тази маса повлича предния мост по допирателната на завоя - автомобилът проявява ясна тенденция към недозавиване. И тук на помощ идват системи като ESP, които използват различни мерки за връщане на автомобила в безопасната траекторията на движение - стига да не бъде надхвърлен определен чисто физически лимит.
Предимствата на двойното предаване
След изброените по-горе особености на конвенционалните системи със задвижване на колелата на един от мостовете, става ясно защо задвижването на четирите колела има предимства пред всички останали. То обаче също се нуждае от определени помощни средства, за да може да работи оптимално при различни условия. Основен компонент, но и проблем при определени условия тук е диференциалът, или по-точно - трите диференциала – два осеви и един междуосев. Така, както при задвижване само на две колела, стъпването на едното от тях на участък с много по-ниско сцепление води до забуксуването му, така и липсата на сцепление на две колела на подобна настилка при двойно предаване може да доведе до подобно буксуване. Всъщност проблемът е още по-дълбок – при системите 4х4, използващи конвенционални отворени диференциали това може да стане дори и ако само едно от четирите колела попадне върху такава настилка.
Това се дължи на характерните особености на диференциала като механично устройство. Ето едно нагледно обяснение на този феномен - представете си, че сте хванали в средата и искате да повдигнете везна с окачени на нея различни тежести – тя се накланя пропорционално на разликата в тежестите. Ако едната от тях е много голяма обаче, а другата много малка, едното и блюдо може да остане върху масата, а другото да се повдига, докато рамената заемат почти вертикална позиция. Силата, с която се повдигат двете тежести на практика е еднаква, но наличието на малка тежест върху едното блюдо изисква нищожно малка сила, необходима за повдигането само на тази част, без това да доведе до повдигане на цялата везна. А както знаем от механиката, размерът на приложената сила е правопропорционален на натоварването. Същото нещо се случва и в автомобила, защото въртенето на сателитните колела в диференциала на практика наподобява поредица от такива везни.
Освен това, в автомобилите с двойно предаване е необходим междуосев диференциал, който да компенсира разликите в пътя, който изминават различните колела и съответно мостове при завиване и маневри. При много от старите системи за задвижване на четирите колела няма междуосев диференциал, поради което задвижването на четирите колела може да се използва единствено и само на настилка с намалено сцепление, позволяващо на колелата да „обират“ разликата в оборотите през пробуксуване и използването на подобни системи върху сух асфалт неминуемо води до поява на напрежения и повреди. Обикновено при класическите всъдеходи (които в общия случай имат и понижаващи предавки) се прилага механично блокиране на диференциалите (ръчно, автоматично или комбинирано), което е равносилно на пълната липса на такива – в повечето случаи тези устройства се използват за задния и междуосевия диференциал, а в най-добрия и за трите. Редица спортни модели в близкото минало използваха за целта така наречената наречената виско-блокировка (Toyota Celica GT4), при която процесът на блокиране на междуосевия диференциал се активираше при поява на разлика в оборотите между мостовете над определено ниво. Това ставаше с помощта на силиконово масло, създаващо триене между набор от дискове, които от своя страна зацепваха касетата на диференциала за полуоста. При по-модерните системи блокирането става с помощта на набор от електронно управлявани и механично активирани дискове на базата на данни от различни сензори. Такова бе решението при първата система за задвижване на четирите колела на VW Touareg и Porsche Cayenne, където се използваха все по-често срещаните планетарни (епициклични) диференциални механизми, които разпределят въртящия момент в различни пропорции. Обикновено по-голямата пропорция се насочва към задния мост, тъй като тези системи често се използват при в големи модели със значителни инертни маси.
Такъв диференциал днес използва и системата 4 Matic на Mercedes. Парадоксалното в технологичното развитие на тази система е в това, че в началото инженерите от Щутгарт заложиха на по-опростена реализация с многодискови съединители, но постепенно преминаха към решение с диференциал, докато голяма част от модерните системи като xDrive на BMW и споменатото двойно предаване на Porsche Cayenne и VW Touareg извършиха обратния преход.
(следва)
Текст: Георги Колев
dimdammeister
Приятна статия....