Система полного привода с распределением крутящего момента

Полный привод: постоянный и подключаемый. Как устроен и в чём разница?

Чтобы передвигаться по бездорожью и уверенно чувствовать себя в поворотах, нужно «грести» всеми четырьмя колёсами – это общеизвестно. Но как передать крутящий момент на них? Стоит ли это делать постоянно или только когда нужно и где кроются подводные камни?

Главное и неизменное «действующее лицо» всех систем полного привода — это раздаточная коробка: специальный агрегат, который получает крутящий момент от коробки передач и распределяет его на переднюю и заднюю оси. А вот методик распределения, равно как и схем компоновки, есть несколько.

Системы полного привода принято делить на три типа:

Постоянный полный привод (Full-time)

• надёжная «неубиваемая» конструкция;
• возможность езды с полным приводом как по бездорожью, так и по асфальту.

Система постоянного полного привода 4Matic (Mercedes-Benz)

• сложность по сравнению с жестко подключаемым приводом;
• большая масса;
• сложность настройки управляемости;
• повышенный расход топлива.

Первое, что приходит в голову, когда есть задача передать крутящий момент на две оси, — это жестко подсоединить их к раздатке железными трубами. Но вот незадача: при прохождении поворотов колеса автомобиля проходят разные пути.

Если жестко соединить оси, то какие-то колеса будут ехать, а какие-то — пробуксовывать. В грязи, когда покрытие мягкое, это нестрашно. Во времена Второй мировой, скажем, легендарные «Виллисы» спокойно ездили с жестко соединенными осями, потому как эксплуатировались исключительно на бездорожье. А вот если покрытие твердое, то эти пробуксовки будут порождать крутильные колебания и медленно, но верно разрушать трансмиссию.

Поэтому в раздаточной коробке автомобилей с постоянным полным приводом располагается межосевой дифференциал — механизм, который распределяет мощность между осями и позволяет им вращаться с разной скоростью. И если какое-то колесо замедляется, то обороты другого увеличиваются, но настолько же падает и крутящий момент на нем.

Все это здорово, пока мы едем по асфальту, а что делать, если задней осью мы застряли в луже? На передних колесах, которые будут стоять на твердой поверхности, будет момент но не будет оборотов, зато задние будут вращаться очень быстро, но момент на них будет маленьким. Маленькой будет и мощность на заднем колесе и ровно такую же мощность дифференциал подаст на передок. Буксовать в таком случае можно хоть целую вечность — все равно не сдвинешься.

Для таких случаев дифференциал снабжают блокировкой — когда она включена, обороты на всех колесах одинаковые, а момент зависит только от сцепления колес с дорогой.

За счет наличия дополнительных узлов (дифференциала и блокировки) вся система получается достаточно тяжелой и сложной. Кроме того, постоянная передача момента на все колеса увеличивает потери энергии, а значит, ухудшает динамику и увеличивает расход топлива.

Постоянный полный привод в автомобилестроении до сих пор используется, хотя в последнее время эту систему постепенно вытесняет полный привод по требованию, о котором речь пойдет дальше.

Источник

Системы полного привода современных автомобилей

На сегодняшний день известно множество систем полного привода автомобилей. Рассмотрим две наиболее распространенные версии на примере автомобилей Субару, ведь некоторые из них имеют общее название и обозначение. Имеется несколько разных версий осуществления полного привода Subaru AWD.

Все подобные модели (кроме заднеприводных купе Subaru BRZ), имеют стандартный симметричный полный привод AWD. Название общее, но используются четыре его модификации полноприводных систем.

Стандартная система полного привода на основе межосевого самоблокирующегося дифференциала и вискомуфты (CDG)

Большинство людей полагают, что данная категория систем ассоциируется с полным приводом. Он очень распространён у машин подобной марки, обладающей механической коробкой передач. Данная модель представляет собой симметричную конфигурацию полного привода, в нормальных условиях крутящий момент находится в соотношении передней и задней оси 50 на 50.

При пробуксовке автомобиля дифференциал, который располагается между осями, способен отправить до 80% крутящего момента на переднюю ось, такая функция обеспечивает хорошее сцепление шин с дорожным полотном. Вискомуфта используется подобным дифференциалом для того, чтобы она умела реагировать на механическое различие в сцеплении шин с дорогой без участия компьютера.

Тип полного привода cdg вы сможете увидеть на автомобиле Subaru Forester, имеющем шестиступенчатую коробку передач.

Используется такой привод уже давно, и появление новой версии в следующем году означает лишь то, что пропадёт он далеко не скоро. Модель представляет собой надёжную и простую систему полного привода, которая может обеспечить весьма безопасное вождение при использовании доступной тяги.

Следует отметить, что тип полного привода cdg вы сможете увидеть на автомобилях Subaru Impreza 2014 с двухлитровым двигателем, а также на XV Crosstrek, имеющей пятиступенчатую механическую трансмиссию, на Ouback и Forester, имеющие шестиступенчатую коробку передач.

Система полного привода с переменным распределением крутящего момента для автомобилей с автоматической трансмиссией (VTD)

Очень важно отметить, что концерн Subaru начал переводить большую часть своих транспортных средств со стандартной автоматической на бесступенчатую трансмиссию (CVT). В то же время, сейчас ещё можно встретить машины с такой системой.

Симметричный полный привод, который подразумевает использование переменного распределения крутящего момента, каждый сможет обнаружить на Tribeca (с двигателем 3,6i и обладающий 6-ю цилиндрами, а также 5-ступенчатой коробкой передач), Outback и Legacy. Здесь наблюдается смещение крутящего момента в сторону задней оси в пропорции 45 на 55. Вместо межосевого дифференциала с вискомуфтой, тут будет применяться многодисковое гидравлическое сцепление, которое будет сочетаться с дифференциалом планетарного варианта.

При обнаружении проскальзывания будут подаваться сигналы от датчиков, которые установлены для измерения пробуксовки колёс, а также тормозного усилия и положения заслонки, расположенной вблизи дросселя. В этом случае крутящий момент будет располагаться по осям равномерно (50 на 50) для обеспечения максимального сцепления колёс с поверхностью асфальта.

Полностью механическая вискомуфта намного проще и гибче. У системы VTD наблюдается преимущество в том, что она имеет активную, а не реактивную составляющую, этим достигается высокая скорость перемещения крутящего момента между осями, механическая система подобным похвастать не может.

Система полного привода с активным распределением крутящего момента (ACT)

Новые модели Subaru уже используют третий вариант систем полного привода. В частности, она имеет множество сходств с предыдущей версией – тоже подразумевает использование электронно-управляемой многодисковой системы в отношении 60 на 40 со смещением крутящего момента на переднюю ось.

Тип полного привода act применяют на моделях Subaru Legacy 2014

Также данная AWD в имеет активное распределение крутящего момента, называемой ACT. Благодаря оригинальной многодисковой муфте передачи такого момента с управлением при помощи электроники, распределение крутящего момента между осями в режиме реального течения времени соответствует условиям передвижения транспортного средства.

Подобная система полного привода позволяет увеличить как устойчивость, так и экономичность машины. Тип полного привода act применяют на моделях Subaru XV Crosstrek, Legacy 2014, Outback 2014, WRX и WRX STI 2015.

Система полного привода с многорежимным межосевым дифференциалом (DCCD)

Кроме описанных выше систем полного привода, на автомобилях Subaru использовались и другие варианты симметричного полного привода, которые теперь больше не применяются. Но последняя система, которую мы сегодня упомянем, это система, которая используется на WRX STI.

Эта система использует два межосевых дифференциала. Один управляется электронным образом и предоставляет бортовому компьютеру Subaru хороший контроль над распределением крутящего момента между осями. Другой — это механическое устройство, которое может более быстро реагировать на внешние воздействия, чем его электронный «коллега». Выгода водителя, в идеале, здесь в использовании наилучшего из электронного упреждающего и механического реагирующего «мира».

Говоря в целом, эти дифференциалы естественно используют свои различия — будучи гармонично объединены планетарной передачей — но водитель может сместить систему в сторону любого из межосевых дифференциалов с помощью электронной системы управления Driver Controlled Center Differential (DCCD) — «Межосевой Дифференциал, Управляемый Водителем».

Распределение крутящего момента для систем DCCD составляет 41:59 со смещением в сторону задней оси. Эта система полного привода, ориентированная на обеспечение максимальных ходовых характеристик, для серьезных спортивных состязаний.

Распределение крутящего момента по сторонам

Пока мы выяснили, как современные Субару распределяют крутящий момент между передней и задней осями, но как насчет распределения момента между колесами, между левой и правой стороной? Как на передней, так и на задней оси вы, как правило, обнаружите стандартный дифференциал открытого типа (т.е. не подверженный блокировке). Более мощные модели (такие как WRX и модели Legacy 3.6R) часто снабжаются дифференциалом повышенного трения на задней оси, чтобы улучшить сцепление колес с дорогой на задней оси при поворотах.

WRX STI также снабжаются дифференциалом повышенного трения на передней оси, для максимального сцепления всех колес с поверхностью. Новейшие WRX 2015 года и WRX STI 2015 также используют системы распределения момента на основе тормозов, которые притормаживают внутреннее колесо при повороте, чтобы обеспечить передачу мощности на наружную сторону при повороте и уменьшить радиус поворота.

Источник

Системы полного привода: какие бывают и каких проблем ждать от каждой из них

Для большинства полный привод — это когда ведущими являются все четыре колеса. Однако, копнув чуть глубже, мы обнаружим, что, даже если на машине стоит шильдик AWD, это не значит, что момент от двигателя поступает на обе оси. Разобраться с тем, что сегодня представляют собой полноприводные системы и какие технические проблемы за собой тянут, мы решили вместе с техническими специалистами сервисного центра «Дилижанс», специализирующегося на ремонте автомобилей концерна VAG.

На сегодняшний день в гражданском автомобилестроении существует два основных вида полного привода: подключаемый полный (Part-time) и постоянный полный (Full-time). В условные подвиды можно выделить электронно-управляемый полный привод (On-demand) и многофункциональный полный привод, который у разных марок, как правило, носит собственное название.

Подключаемый полный привод

В данной системе автомобиль по умолчанию едет в моноприводном режиме. В случае если появляется необходимость во всех ведущих колесах, вторая ось подключаются либо по желанию водителя, либо по сигналу электроники. Причем в первом варианте система принципиально различается по своему конструктивному устройству.

Жестко подключаемый, или полный привод Part-time

Этот тип привода считается самым простым и надежным, так как не имеет никаких сложных систем, которые должны отвечать за автоматическое распределение тяги по осям. По умолчанию крутящий момент передается только на одну ось, вторая ось включается только по необходимости с помощью раздаточной коробки с кулачковой муфтой. При включении «раздатки» обе оси жестко соединяются между собой, обеспечивая постоянное симметричное распределение крутящего момента.

Несмотря на конструктивную простоту, система имеет значимую особенность: невозможность ездить в режиме полного привода постоянно, а также на высоких скоростях и по ровным сухим поверхностям. Вернее, ездить-то можно, только с огромной вероятностью повредить систему полного привода.

Дело в том, что при повороте каждое из четырех колес вращается с разной скоростью и проходит свою траекторию поворота. Между осями нет никаких систем, компенсирующих разность этих скоростей, а потому вся нагрузка ложится на «раздатку», которая со временем и выходит из строя. Проще говоря, подключать вторую ось необходимо только для увеличения проходимости автомобиля на покрытиях, допускающих проскальзывание колес, таких как грязь, песок, снег, лед или в крайнем случае сильный дождь.

Что же касается технических проблем, то основной причиной выхода из строя раздаточной коробки как раз является пренебрежение правилами использования полного привода. Например, «раздатка» регулярно ломается на автомобилях Suzuki Jimny в силу того, что основными потребителями этого автомобиля являются представительницы прекрасной половины человечества, не особо разбирающиеся в конструктивных нюансах системы Part-time.

Если жесткое включение происходит не старым добрым рычагом, а с помощью электропривода, то система может не включиться. Происходит это чаще всего на стоящей машине, потому что зубья валов не попадают в зацеп и электроника дает отбой. Неисправностью это не является и исправляется просто накатом, чтобы в момент движения зацеп все же произошел.

Очень часто автомобили с системой Part-time являются объектами серьезного внедорожного тюнинга, а следовательно, и жесточайших нагрузок. Так что развалившиеся межколесные дифференциалы, оборванная цепь переднего вала и менянные главные передачи — не редкость на подобных авто. Однако в большинстве случаев узел настолько прост и надежен, что может вызвать вопросы лишь в случае огромных пробегов или халатного отношения владельца, например к замене масла.

К автомобилям с системой Part—time относится большинство современных пикапов и серьезных внедорожников: «УАЗ Патриот», Toyota Hilux, Foton Sauvana и даже Suzuki Jimny. Как правило, большинство автомобилей с подобной системой имеют в «раздатке» дополнительно понижающий редуктор, а также заднюю межколесную блокировку — штатно или в качестве опции

Автоматически подключаемый или полный привод On-demand

Самый массовый тип полного привода, в основе которого — многодисковая муфта, способная перебрасывать момент от основной ведущей оси к вспомогательной. Серьезным оружием на бездорожье такой тип привода не является (хотя есть исключения) и служит в большей степени как дополнительная система для более уверенного движения по неровностям и более эффективного распределения крутящего момента по колесам в зависимости от типа поверхности.

По умолчанию система On-demand функционирует в моноприводном режиме. Как только электроника получает сигнал о пробуксовке ведущих колес, с помощью электронно-управляемой многодисковой муфты момент подается на вторую ось. Дополнительно с помощью вспомогательных электронных систем может регулироваться и момент на каждом колесе.

Конструктивно система работает по принципу сцепления: внутри муфты находятся диски, которые при поступлении сигнала с датчиков механически прижимаются друг к другу, передавая момент на ведомую ось. Системы у разных марок отличаются в основном принципом прижимания этих дисков и «навороченностью» электронных «мозгов» привода, которая выражается в быстродействии или наличии различных ручных режимов включения. Простые системы, опираются, например, на информацию от датчиков ABS и ESP, а премиум-кроссоверы умеют отслеживать уже такие показатели, как угол поворота руля, крен кузова и т. д.

Учитывая, что принцип работы фрикционной муфты основан на трении, главной проблемой системы On-demand является перегрев, при котором система выдает ошибку и отключает ведомую ось. В большинстве случаев он возникает при длительных пробуксовках, например при попытке покорить какое-либо бездорожье, причем иногда даже самое безобидное. Как правило, остыв, муфта вновь становится работоспособной. Регулярное повторение подобного приводит к замене пакета фрикционов.

Еще одной распространенной проблемой является выход из строя подшипника корпуса муфты, признаками износа которого является шум, вой или вибрации. Само собой, состояние и уровень масла в муфте также сильно влияет на работоспособность привода. Исправность датчиков, с которых «мозги» муфты получают информацию, напрямую влияет на включение полного привода. Также часто можно столкнуться с неисправностью приводного механизма, сжимающего диски.

В целом можно сказать, что, хотя система On-demand отлично изучена и хорошо известна механикам, в ремонте она достаточно капризна и дорога. Радует то, что большая часть проблем фрикционной муфты связана с ее жесткой эксплуатацией, то есть когда городские кроссоверы начинают использовать как внедорожники. Если же полный привод используется время от времени в легком режиме, система почти не доставляет проблем.

К автомобилям с системой On—demand относится большинство современных кроссоверов: Nissan X—Trail, Kia Sportage, Mitsubishi Outlander. Однако встречаются и различные интересные исключения. Например, Renault Duster получил в пару к обычной муфте имитацию понижающей передачи, а Nissan Juke вообще имеет систему из двух независимых муфт на каждом из задних колес

Полный привод на основе муфты Haldex

Хотя система конструктивно является разновидностью подключаемого привода On-demand, она заслуживает отдельного упоминания, так как представляет собой нечто среднее между подключаемым и постоянным полным приводом.

В основе конструкции все та же многодисковая фрикционная муфта, управляемая посредством электрогидравлики. Фишка в том, что электроника запрограммирована даже на сухой ровной дороге часть момента передавать на заднюю ось, в результате чего автомобили с муфтой Haldex получаются с постоянным приводом. А отключается ось, например, при равномерном прямолинейном движении (например, на трассе) для экономии топлива.

Устройство муфты Haldex

На текущий момент муфта Haldex существует уже в пятом поколении. Проблемы с ней ровно те же, что и с обычными фрикционными муфтами, описанными выше. Особенности исключительно конструктивные: расположена муфта прямо в корпусе задней главной передачи, вместе с насосом и блоком управления. Учитывая, что первые версии Haldex скоро отметят двадцатилетие, у многих машин уже начинают отгнивать крышки электронного блока. Внимательно нужно относиться к замене масла, которая предполагает сокращенные интервалы: каждые 60 тыс. км.

Муфты Haldex используются такими марками, как Volvo, Land Rover, Ford, концерн VAG и многие другие

Постоянный полный привод

Автомобили с такой системой полного привода всегда передают крутящий момент на все четыре колеса, что понятно из англоязычного названия Full-time. В своей основе система оснащена межосевым дифференциалом, который имеет несколько конструктивных вариантов: симметричный и несимметричный, блокируемый и неблокируемый. Блокировка, в свою очередь, может выполняться в автоматическом или ручном режиме. Все это зависит от того, для каких целей создается полный привод. Чаще всего используется самоблокируемый дифференциал, который также может быть выполнен на основе одной из трех систем: вязкостной или фрикционной муфты и с блокировкой типа Torsen.

Если в двух словах, то система Full-time и конструктивно, и функционально совмещает в себе принцип работы систем Part-time и On-demand. Дифференциал напрямую передает крутящий момент от одной оси к другой, а установленная с ним в одном корпусе муфта в зависимости от степени блокировки может перераспределять этот момент исходя из условий. Навороченные системы с двумя приводными валами, наподобие трансмиссии SuperSelect от Mitsubishi, умеют дополнительно «отстегивать» одну ось, превращаясь в отключаемый полный привод.

Дифференциал Torsen

Отдельно стоит упомянуть трансмиссию на основе дифференциала Torsen, который становится все популярнее. У него вместо муфт используется три пары червячных шестерней, которые осуществляют перераспределение момента. В свободном состоянии распределение тяги по осям равное, как только скорости вращения колес начинают отличаться, вращение шестерней заставляет частично блокироваться выходные валы, передавая момент на колесо с лучшим зацепом.

В зависимости от задач автомобили с подобными системами также дополнительно комплектуются задним (и иногда передним) блокируемым межколесным дифференциалом, понижающим редуктором и даже дополнительной муфтой. Комбинации могут быть совершенно разными в зависимости от задач — внедорожных, спортивных или экономящих топливо. Например, трансмиссия от Audi на легковых моделях и кроссоверах — quattro ultra — имеет многодисковую межосевую муфту и дополнительно дифференциал с кулачковой муфтой в приводе задней оси, также способной к полному отключению.

Система Quattro Ultra Full-Time (слева) и планетарный редуктор Mercedes-Benz (справа)

Как ни трудно догадаться, из-за невероятной сложности отдельных конструкций любая неисправность систем постоянного полного привода грозит непростым и недешевым ремонтом.

Системы на основе вязкостных и фрикционных муфт, как и в случае с системами On-demand, склонны к перегреву. Не избежал этой участи и дифференциал Torsen, шестерни которого также сильно нагреваются и требуют для охлаждения специального графитового масла.

Кроме того, на автомобилях Audi, например, дифференциал находится в блоке коробки передач DSG, так что любая проблема с «роботом» автоматически ведет к разбору и этого механизма. На сложных системах с отдельным передним валом прибавляйте встречающиеся проблемы привода — его включения/отключения либо датчика работы.

Соответственно, всевозможные датчики и управляющие электронные блоки при сбое и трансмиссию выводят из правильного режима работы. То же самое касается работы коробки передач, функционирование которой напрямую влияет на работу полного привода. Люфты карданов и вой редукторов — частая болезнь серьезных внедорожников.

Устройство дифференциала на спортивных полноприводных моделях Audi

К автомобилям с системой Full—time относится большинство современных премиум-моделей, дорогих или просто серьезных внедорожников, а также отдельных версий пикапов: Mitsubishi Pajero, Toyota LC, VW Touareg, Land Rover Discovery

Каков итог?

Как ни крути, ни одной универсальной системы полного привода, подходящей на все случаи жизни, до сих пор не создано. Ее выбор зависит исключительно от поставленных задач и приоритетов. Внедорожные вылазки ограничиваются не чищенной грунтовкой на дачу? Вам за глаза хватит системы On-demand. Мечтаете покорять Эверест, пробиваться сквозь тундру и нырять в болота? Вам нужна система Part-time, способная выдержать многое вдали от цивилизации. Но придется пожертвовать ездовым комфортом и получить навыки уверенного вождения на заднем приводе. Хочется, чтобы было и то и другое? Тогда вам необходима система Full-time, однако стоить она будет как сама по себе, так и в ремонте немалых денег.

Редакция журнала «Движок» выражает благодарность сервисному центру «Дилижанс» за помощь в подготовке материала.

Источник