Системы полного привода
Мне, как владельцу внедорожника, интересно узнать, а какие же системы полного приводу существую на сегодня и какие из них предпочтительнее в той или иной ситуации
Автомобили повышенной проходимости пользуются довольно большим спросом у водителей. Далеко не все они являются внедорожниками, однако практически любая система полного привода (AWD или 4WD) позволит владельцу без особых проблем выбраться на загородный пикник или на дачу.
Full-time и part-time AWD
Разновидностей систем существует немало, практически каждый автопроизводитель дает им свои названия:
xDrive система полного привода BMW;
Quattro – Audi;
4motion – Volkswagen;
TOD (ATT) – Ssang Yong и Hyundai;
Super Select (Easy Select) – Mitsubishi;
Active Select – Chevrolet и другие.
Между тем все они делятся на две основных категории: full-time и part-time AWD. К первой группе относятся системы, в которых полный привод задействован постоянно, деля крутящий момент между осями в равных пропорциях. Full-time полный привод имеют классические вездеходы, такие как Land Rover Defender, отечественная Нива и Шевроле-Нива, а также легковые автомобили, такие как Audi A6 Quattro, BMW X5 и многие другие, но устройство AWD-трансмиссии легковушек полностью отличается от автомобилей, предназначенных для бездорожья.
Внедорожники, имея постоянный полный привод, способны достаточно легко преодолевать труднопроходимые участки, а легковым машинам постоянный полный привод нужен для лучшей динамики и управляемости, так как значительно уменьшаются пробуксовки ведущих колес. Правда, и тем, и другим приходится расплачиваться высоким расходом горючего при езде по асфальтированным дорогам, кроме того, устройство системы постоянного полного привода намного сложнее.
Вторая группа систем полного привода автомобилей – part-time. Машина, оснащенная такой системой, в обычных условиях является моноприводной, а вторая ось подключается при необходимости вручную или автоматически в определенных условиях.
Типичные part-time-полноприводные автомобили:
все модели УАЗ;
Mitsubishi Pajero с системой Super Select;
Nissan Patrol.
Эти машины прекрасно подходят для активного отдыха в условиях бездорожья. Водитель в них самостоятельно подключает вторую ось для преодоления труднопроходимых мест.
Схема part-time AWD имеет свои недостатки. Одним из главных является то, что неопытный водитель, не всегда может правильно оценить дорожную обстановку и вовремя перевести трансмиссию автомобиля в полноприводный режим. Вторым недостатком является то, что с включенным полным приводом можно передвигаться только с небольшой скоростью, а трансмиссия при этом усиленно изнашивается. Третий минус заключается в том, что классическая ручная part-time-система не имеет межосевого дифференциала, что сильно ухудшает управляемость таких автомобилей на сухих дорогах, особенно это заметно в поворотах.
Системами автоматического полного привода оснащают кроссоверы, а так же универсалы с повышенной проходимостью. Они не предназначены для езды по зимникам и летникам, однако возможностей этих автомобилей вполне достаточно, чтобы не ограничиваться ездой только по асфальтированным дорогам. AWD в них реализуется при помощи вискомуфты, самоблокирующегося дифференциала Torsen, или многодисковой фрикционной муфты.
Одной из самых известных автоматических AWD-трансмиссий можно назвать 4motion от компании Фольксваген. Она состоит из следующих узлов:
сцепления;
коробки передач;
главных передач передней и задней оси;
межколесных дифференциалов передней и задней оси;
раздаточной коробки;
карданной передачи;
многодисковой фрикционной муфты Haldex;
полуосей.
В обычных условиях 90 % крутящего момента передается передней оси. При пробуксовке передних колес блок управления посылает соответствующий сигнал, муфта блокируется, и крутящий момент подается на заднюю ось. Его величина не является постоянной. Соотношение крутящего момента передней и задней осей в AWD-трансмиссии 4motion может изменяться от 90:10 до 60:40.
Система полного привода TOD
AWD-трансмиссия Torque-on-Demand, или TOD, относится к категории full-time AWD, применяющая распределение крутящего момента между осями по переменному принципу. Задний мост в системе TOD подключен постоянно, передний подключается через многодисковую фрикционную муфту автоматически или принудительно при помощи переключателя.
В автоматическом режиме, являющемся основным для TOD, крутящий момент перераспределяется между осями (передней и задней) в соотношениях от 0:100 до 50:50, все зависит от различных дорожных условий. До начала преодоления труднопроходимых участков, производитель рекомендует принудительно подключить переднюю ось, тем самым деля поровну крутящий момент между осями.
Аналогичным образом устроена интеллектуальная система xDrive у автомобилей BMW, однако работает она полностью в автоматическом режиме, а соотношение крутящего момента между осями составляет от 0:100 до 40:60.
Система полного привода Quattro
AWD-система Quattro, применяемая на автомобилях Audi, также относится к категории full-time AWD. Роль межосевого дифференциала в последнем, четвертом поколении трансмиссии Quattro, выполняет самоблокирующийся асимметричный дифференциал с коронными шестернями. В нормальных условиях, на переднюю ось, он направляет 40% мощности, а оставшиеся 60 – на заднюю. При пробуксовке колес основная доля момента перебрасывается на ту ось, которая имеет наилучшее сцепление с дорогой. При этом на передние колеса может быть передано до 70%, а на задние – до 85.
На чем остановить свой выбор?
Вопрос, какая система полного привода лучше, мучает многих автолюбителей. Многие будут удивлены, но ответить на него невозможно в силу некорректности самой формулировки. Можно сказать, что лучше подойдет в конкретной ситуации, но не в целом.
Ведь автомобиль Mitsubishi Pajero с part-time системой полного привода Super Select, будучи прекрасным внедорожником, на асфальтированной трассе показывает весьма посредственную управляемость, свойственную практически всем «джипам». Равно как и Audi Allroad с AWD-трансмиссией Quattro, прекрасно ведущая себя на шоссе и способная проехать по укатанной грунтовке, окажется полностью бессильной в условиях Карелии.
При выборе необходимо учитывать различия в системах полного привода и понимать, для чего приобретается автомобиль, и в этом случае покупатель получит именно то, что ему нужно – либо вместительную семейную машину, на которой можно отправиться хоть на море, хоть на дачу, либо внедорожник, способный покорить сибирскую тайгу.
ТЕХВОПРОСЫ. Полный привод: принцип работы, системы и технологии
Полный привод: принцип работы, системы и технологии
Если еще полтора десятка лет назад обладатель полноприводного автомобиля считался практически безоговорочным покорителем дорог, то в последнее время, рассуждая на тему полного привода машины, автолюбители, как правило, используют уточняющую формулировку, говоря о «полноценном полном приводе».
Любой автолюбитель скажет, что для штурма заваленного снегом двора, либо при преодолении размытой дождями грунтовки до дачи идеальным вариантом будет автомобиль, обладающий колесной формулой 4х4. Да и при езде по асфальтовой дороге в скользкую дождливую осеннюю пору гораздо более уверенно будет себя чувствовать водитель, находящийся за рулем полноприводной машины. Однако уже через несколько метров после того, как заснеженный участок дороги будет преодолен, либо автомобиль выберется с разбитой грунтовки на асфальтовую дорогу, дополнительная ведущая ось будет являться только лишь причиной серьезного перерасхода топлива.
Плюсы полноприводных автомобилей очевидны – такие машины менее чувствительны и прихотливы к качеству покрытия под колесами, при съезде с дороги с твердым покрытием полноприводный автомобиль сможет уверенно доставить водителя и пассажиров до места назначения, а на мокром или обледенелом шоссе такая машина сохранит достойную динамику и управляемость.
Пытаясь сохранить преимущества полного привода без ухудшения показателя топливной экономичности автомобиля, большинство современных автопроизводителей прибегают к помощи электронных систем, работающих вкупе с многодисковыми муфтами, способными подключать вторую колесную ось в автоматическом режиме только в случае возникшей необходимости.
Классификация систем полного привода
Среди специалистов принято различать три разновидности систем полного привода:
Неотключаемый постоянный (full-time или 4WD);
Подключаемый посредством электроники (torque on-demand или AWD);
Кроме того, существуют полноприводные системы с возможностью ручного подключения (part-time).
Полноприводной трансмиссией, которая первой стала массово устанавливаемой на серийно выпускаемых машинах, считается система part-time. Подобная система являет собой устройство, жестко подключающее передний мост. В результате, колеса обеих осей вынуждены вращаться с одинаковой скоростью. Естественно, что об установке межосевого дифференциала в данном случае речь не идет.
Дифференциал — что это такое?
Рассматривая такое устройство, как дифференциал, следует иметь в виду, что это специальное механическое приспособление, принимающее тягу с вала привода и распределяющее его в необходимой пропорции по ведущим колесам. При этом различие скорости вращения колес компенсируется автоматически. Таким образом, посредством дифференциала происходит направление крутящего момента к ведущим колесам, и при этом сами колеса будут обладать различной (дифференцированной) угловой скоростью.
Дифференциалы могут применяться для обоих мостов транспортного средства, оборудуемого полноприводной трансмиссией. Отдельные модели оснащаются дифференциалом, который монтируется в раздаточную коробку – подобное решение полного привода принято классифицировать как системы «full-time».
колеса-машины-в-повороте
Чтобы понять, для чего автомобилю необходим дифференциал, стоит разобраться в принципе его работы. Все дело в том, что колеса любого автомобиля обладают одинаковой скоростью вращения только при его передвижении в прямом направлении. Как только машина начинает входить в вираж, каждое из четырех колес обретает индивидуальную скорость, при том, что и обе оси начинают «соревноваться» в скорости между собой. Объяснением этому явлению будет возникновение своей траектории для каждого из колес — те, что находятся внутри поворота, проходят меньший путь по сравнению с наружными колесом.
Таким образом, не будь дифференциала, в повороте внутреннее колесо проворачивалось бы на месте, для компенсации вращения наружного колеса. В таких условиях езда на большой скорости была бы невозможна, не приходилось бы говорить и об управляемости автомобиля. Наличие дифференциала дает возможность осям нужным образом «обгонять» друг друга при возникновении разницы скоростей движения колес.
устройство-дифференциала
Устройство межколесного дифференциала — при вхождении в поворот он позволяет внутреннему колесу крутиться медленнее
Система part-time
Система part-time конструируется без установки межосевого дифференциала. Такое устройство предполагает передачу момента от работающего двигателя на обе оси в одинаковом количестве — таким образом, обе оси крутятся с равной скоростью. Очевидно, что автомобилям, оборудованным системой привода part-time, передвижение по дорогам с хорошим асфальтовым или бетонным покрытием противопоказано, ведь пытаясь совершить поворот, водитель провоцирует возникновение вышеописанной разницы в протяженности пути мостов.
Поскольку момент по осям передается в соотношении 50 на 50, при повороте руля будет возникать проскальзывание колес какой-либо из осей. Если под колесами автомобиля снег, грязь или песок (что часто бывает при поездках на дачу, пикник или рыбалку), то небольшое сцепление колес и дорожного покрытия практически не причинит какого либо вреда автомобилю. А вот в случае совершении маневров на сухой и твердой поверхности дороги, возникающее проскальзывание негативным образом сказывается на функционировании трансмиссии, вызывает ускоренный износ покрышек, а также снижает качество управляемости автомобиля.
Подключаемый-вручную-полный-привод
Таким образом, автомобили, оборудованные системой подключаемого полного привода, хороши для регулярной их эксплуатации в условиях плохих дорог или для покорения бездорожья. В этом случае, как правило, не требуются блокировки, поскольку один мост изначально будет жестко подключенным.
Другими плюсами полноприводного решения part-time называют относительную надежность и простоту всей конструкции: здесь отсутствуют электрические либо механические приводы, не используются блокировки, не применяются дифференциалы. Упрощает систему и то, что в ней нет дополнительных гидравлических или пневматических элементов. Однако для повседневной эксплуатации такая система неудобна. Использование постоянно включенной оси передних колес чревато поломкой автомобиля, а постоянно включать и отключать мост попросту неудобно. В перечень моделей машин, конструкция которых предусматривает использование part-time, входят следующие марки и модели транспортных средств: Nissan Patrol первых поколений, Toyota Land Cruiser 70, пикап Mazda BT-50, Suzuki Jimny, Nissan NP300, Jeep Wrangler и отечественный УАЗ.
Постоянный полный привод
Перечисленные особенности и недостатки системы подключаемого полного привода обусловили разработку постоянно подключенной полноприводной системы, избавленной от подобных проблем. В результате свет увидели автомобили с приводом «4WD», у которых роль ведущих выполняют все имеющиеся колеса, а также имеется свободный межосевой дифференциал, позволяющий выпускать «ненужную» мощность благодаря проскальзыванию одного из редукторных сателлитов. Таким образом, автомобиль всегда передвигается со всеми ведущими колесами.
Нюансом механизма 4WD является следующая его особенность. При пробуксовке какого либо колеса, межколесный дифференциал отключает второе колесо этой оси. Подобным образом работает и вторая пара колес. Вполне возможна ситуация, когда автомобиль с системой привода 4WD, забуксовав одновременно колесами обеих осей, полностью обездвиживается. Чтобы минимизировать падение внедорожных свойств полноприводных автомобилей с системой 4WD, разработчики устанавливают хотя бы одну блокировку принудительного типа. Как правило, принудительно блокируется межосевой дифференциал.
постоянный-полный-привод
В качестве дополнительной опции нередко предлагают установку блокировки переднего дифференциала. К моделям машин с системой 4WD относятся такие внедорожники, как: Land Cruiser 100 Prado и Land Cruiser 100, Land Rover Defender и Land Rover Discovery. Но, пожалуй, самой известной моделью, оборудованной приводом 4WD, является Лада Нива.
Несмотря на все свои преимущества, система постоянно подключенного полного привода, к сожалению, обладает определенными минусами. Так, по уровню управляемости на асфальтовых и других твердых дорогах внедорожники с обеими ведущим осями довольно далеки от идеала. В критических ситуациях такой автомобиль будет пытаться соскальзывать из поворота, не реагируя на вращение руля и нажатие педали газы должным образом.
Подключаемый полный привод (автоматический)
Современный формат кроссоверов, вне зависимости от размера автомобиля, предполагает возможность быстрого и кратковременного подключения дополнительной пары ведущих колес. Естественно, что такие подключения должны производиться в автоматическом режиме, без участия водителя. Для реализации подобных решений автомобильные конструкторы стали применять специальные многодисковые муфты, по необходимости подключающие колеса задней оси в дополнение к постоянно вращающимся передним колесам.
Реализованная таким образом полноприводная система значительно проще классических внедорожных конструкций. Здесь отсутствует раздаточная коробка, а около переднего дифференциала предусмотрена только пара шестерен для отбора мощности и выходной вал.
Впоследствии разработчики придумали использовать межосевые дифференциалы, оснащаемые в дополнение к принудительной блокировке еще и самоблокирующимися механизмами. Используя различные решения (вискомуфту или дифференциал Torsen), разработчики стремились к единой общей цели – частичному заблокированию межосевого дифференциала в целях повышения управляемости автомобиля – при возникновении пробуксовки какой-либо из осей, срабатываемая блокировка не позволяла дифференциалу выключать вторую пару колес и момент от двигателя продолжал к ним поступать. Автомобили с представленным вариантом полного привода маркируются аббревиатурой AWD.
Дифференциал Торсен
Однако, между собой муфты также существенно различаются вне зависимости от схожести принципа подключения колес второй оси. Одними из первых муфты стали применять инженеры концерна Volkswagen для своих хэтчбеков Golf. Речь идет о фирменной трансмиссии Syncro, где установленные фрикционы не сжимались, а работали в силиконовой жидкости, густеющей в условиях повышения нагрузки и способной самостоятельно передавать вращение. Представленная вискомуфта являлась неуправляемой и была не способна передавать все 100% момента к задней оси. Кроме того, даже при довольно непродолжительных пробуксовках силикон закипал, что вело к перегреванию и последующему сгоранию муфты.
вискомуфта
Вискомуфта (вязкостная муфта)
Более продвинутая конструкция использовалась на ранних моделях Ford Escape. Здесь уже применялись муфты, сжимающиеся посредством работы клиновидных прорезей и шариков. Эти муфты хотя и работали намного четче, зато могли вызывать весьма резкие и чувствительные удары в момент поворота.
Муфта Haldex
Своеобразной революцией среди муфт, используемых в системах полного привода, называют появление в конце 90-х годов прошлого века первого поколения муфты Haldex. В таком устройстве диски сжимались при помощи гидроцилиндра с насосом для выработки давления масла. Насос монтировался на одной из половин муфты, привод к нему него подходил от другой половины. Теперь в случае возникновения разницы в скорости вращения колес передней и задней осей давление сжатия увеличивалось, а муфта блокировалась. В сравнении с ранее устанавливаемыми образцами муфт, Haldex работал очень мягко и обрел серьезный успех.
Стоит иметь в виду, что современные технологии и используемые материалы дали возможность изготовить по-настоящему высокотехнологичную муфту, которую можно держать в частично подключенном состоянии без опасений перегрева. Тем самым производителям удалось распределить крутящий момент передаваемый на пары колес в пользу задней оси, обеспечив автомобилю «классическую» управляемость и полноприводные возможности. Принимая во внимание гибкость используемых алгоритмов работы и весьма глубокую степень проработки конструкции используемых многодисковых муфт, в современный период времени это самое востребованное решение организации полноприводной трансмиссии, которую вряд ли что-то заменит в ближайшие несколько лет.
Part-time. Часть 1. Что это такое, и с чем его едят?
Всем доброго времени суток! Начинаю серию записей о процедуре смены системы полного привода на Toyota Hiace KZH106.
Напомню, с завода данный микроавтобус обладает трансмиссией типа full-time. Что это такое? Это постоянный полный привод, с симметричным межосевым дифференциалом, блокирующимся при помощи вискомуфты закрытого типа.
Плюсы:
— отсутствие необходимости думать головой, т.е. у нас всегда полный привод, и управлять включением мостов не надо.
— дорожным условиям не застать нас врасплох. При смене под колёсами покрытия, можно не беспокоиться о неожиданном сюрпризе, автомобиль весьма стабилен. Неоднократно убеждался в этом сам, когда хулиганил на летней резине по снегу и льду.
Минусы:
— вискомуфта не обеспечивает полной блокировки, т.е. на серьёзное бездорожье лучше не соваться, да и на лёгком может сложиться ситуация, когда весь момент уйдёт на одно-единственное вывешенное колесо. Т.е. с фулл-таймом хайс однозначно не внедорожник.
— расход топлива. Это больная тема, особенно при нынешних ценах. Но тут есть и ещё один неприятный момент – это запас хода. Ездить и держать в голове, где следующая заправка, совсем не хочется. По городу я ездил мало, а вот по трассе при скорости 100-110 км/ч хайс выпивал около 12 литров. Как-то многовато, мягко говоря. Ну, а город, я уверен, будет «просить» от 15-ти литров.
— наличие потенциально слабых мест конструкции. Если срежет шлицы на крышках передних ступиц, если сломает привод или развалится ШРУС, если развалится крестовина или сломается передний кардан – хайс становится недвижимостью. В теории, возможно всё, но на практике чаще всего мрут именно крышки.
— отсутствие понижающей передачи. Это как бы минус, но как бы пофиг, ибо вещь специфичная.
На что же будем менять full-time? Естественно, на part-time разновидности hub. Это постоянный задний привод с жёстко подключаемым передним мостом, соответственно, без межосевого дифференциала. В раздатке имеется понижающая передача (планетарного типа) для особо тяжёлых условий. Полный привод подключается с помощью электровакуумной системы, понижайка включается рычагом через трос. Кроме того, передние приводные валы соединяются с колёсами посредством механических муфт свободного хода («хабов») с ручным включением.
Плюсы:
— простота и надёжность конструкции. Никакой «жижи», одно «железо».
— появляется так называемая рабочая диагональ. Т.е. в любом случае на полном приводе будет «грести» одно колесо спереди и одно сзади, что увеличивает внедорожный потенциал, если уж так случилось.
— экономия топлива. В обычных условиях автомобиль – заднеприводный. Зачем нужен постоянный полный привод, например, в городе летом? Да даже и не в городе.
— улучшение динамики. Двигателю не надо вращать кучу лишнего железа.
— элементы трансмиссии, отвечающие за работу переднего моста, меньше изнашиваются. Редуктор, кардан, приводы, половина раздатки. Всё это просто стоит на месте.
— наверное, зимой можно немножко похулиганить, ибо drift is not a crime. :))
Минусы (вытекающие из плюсов):
— использовать режим «4WD» можно только на скользком покрытии (в дождь, на льду, на снегу) и ограниченное время. В противном случае растёт шум, расход топлива, ухудшается управляемость, а главное — сильно изнашивается резина и элементы трансмиссии.
— механические хабы хоть и надёжны, но не слишком удобны. Чтобы их включить, нужно либо вылезать из авто, либо свисать (это преимущество посадки на колесе). И хорошо, если необходимость их включения можно будет спрогнозировать заранее.
— следует соблюдать условия подключения полного привода. Теоретически его можно подключать на скорости до 80 км/ч при сброшенном газе, при условии, что хабы уже включены, как это делают многие зимой. Отключать можно при любой скорости. Все манипуляции с понижайкой – только стоя на месте на нейтралке. А вообще, на нейтралке рекомендуют и включение полного привода.
Считается, что схема фулл-тайм более прогрессивная, чем парт-тайм, т.е. позволяет расслабиться за рулём в различных условиях, что, безусловно, важно для микроавтобуса. Но поскольку пока планируется щадящая эксплуатация, я решил, что расход топлива и динамика важнее, поэтому и задумался о переходе на парт-тайм.
Итак, что же нужно для реализации системы парт-тайм?
1) Раздаточная коробка подходящего типа. Подобные ставились на некоторые Hiace, lite ace, town ace. Если на машине акпп, то и раздатка должна быть с авто с акпп. Знаю точно, отличие от механики заключается в длине вала, входящего в коробку передач, на автоматных раздатках он короче.
2) Хабы (замки полуосей). Они так же приобретаются от авто с заводским парт-таймом. Подходят на много разных моделей, главное тут количество шлицев под ШРУС, у хайса 26.
3) Система включения полного привода, состоящая из электрической части (кнопка, 2 электромагнитных клапана, проводка) и вакуумной части (шланги, ресивер).
