شرح الدفع بجميع العجلات: التاريخ والتقنية وكيف تعمل أنظمة AWD

بدأت هذه المقالة كدليل تقني مباشر، كأنها كل ما أردت معرفته عن الدفع بجميع العجلات ولم تكن تعرف من تسأل. كانت الخطة أن نشرح كيف يختلف differential مفتوح عن visco-coupler أو وحدة Haldex، وماذا يفعل differential ذاتي القفل فعلا، ولماذا يهم ذلك كله. لكن كلما تعمقنا في التاريخ أصبح الأمر أكثر إدهاشا. أول سيارة ركاب بدفع دائم بجميع العجلات بنيت في Netherlands قبل أكثر من مئة عام. وفي 1935 اقتربت سيارة سباق American بدفع رباعي بصورة مذهلة من تغيير مسار تاريخ العالم.

لماذا تحتاج سيارة ركاب إلى الدفع بجميع العجلات أصلا؟ في القرن 21 تبدو الإجابة واضحة: تماسك أفضل، دوران أقل للعجلات على الأسطح الزلقة، وثبات أفضل تحت القوة. أربع عجلات دافعة أفضل ببساطة من اثنتين. ومع ذلك تأخرت الصناعة طويلا على نحو مفاجئ قبل أن تتحرك. اسأل أي مؤرخ سيارات وسيقول إن عصر الدفع بجميع العجلات في سيارات السوق الواسعة بدأ في 1980 مع Audi Quattro، مع سابقتين نادرتين هما supercar البريطانية Jensen FF لعام 1966 و Subaru Leone 4WD لعام 1972. أما المتخصص الحقيقي فسيضيف أن Subarus المبكرة ذات الدفع الرباعي لم تكن ذات دفع دائم بجميع العجلات إطلاقا. كانت part-time. وهذا الفرق هو جوهر القصة كلها.

الدفع الرباعي بدوام جزئي: حل مؤقت

تشغيل محور واحد فقط في بعض الأوقات هو حل وسط، وليس حلا أنيقا لسيارة طريق. مصطلح part-time 4WD يأتي من عالم SUVs وشاحنات الطرق الوعرة. في هذا الترتيب يقود محور واحد دائما، ويتصل الآخر اتصالا صلبا عند الطلب، لكن هذا الاتصال الصلب لا يصلح إلا خارج الطريق. على tarmac يجب فصل النظام بالكامل.

لماذا يفشل الاتصال الصلب على tarmac

• عندما تنعطف سيارة، تقطع العجلات الأمامية قوسا أطول من العجلات الخلفية ولذلك يجب أن تدور أسرع.
• مع نظام دفع بجميع العجلات موصول بصلابة، ينخفض التماسك عند العجلات الأمامية بينما يزداد torque في الخلف.
• في بعض الحالات يمكن للعجلات الأمامية أن تولد قوة كبح بدلا من قوة دفع، فتضيف مقاومة وتجعل توجيه السيارة أصعب.
• على الأسطح المفككة مثل الطين أو الثلج يمكن التعامل مع ذلك، لكنه على tarmac يسبب انحباسا شديدا في drivetrain ومشكلات في التحكم.

داخل المنعطف تتبع كل عجلة قوسها الخاص ويجب أن تدور بسرعتها الخاصة. لذلك يحتاج الدفع الدائم بجميع العجلات إلى ثلاثة differentials: اثنان بين عجلات كل محور، وواحد بين المحورين نفسيهما، كي يستطيع الأمام والخلف الدوران باستقلال عن بعضهما.

سيارات الدفع الرباعي بدوام جزئي: من GAZ-61 إلى Subaru Leone

وصل الدفع بجميع العجلات الموصول بصلابة إلى بعض سيارات الطريق رغم كل ذلك، لكنها كانت أقرب في طابعها إلى شاحنات الطرق الوعرة. في USSR دخلت GAZ-61 Emka، وهي saloon بدفع رباعي مع محرك بست أسطوانات ومحور أمامي part-time، إنتاجا محدودا منذ 1938. بعد الحرب ظهرت الفكرة نفسها في GAZ-M72 Pobeda الوعر و Moskvitch-410. اتبعت Subaru Leone 4WD لعام 1972 المنطق نفسه تماما: صنعت للطرق الخشنة، أعلى من Subarus ذات الدفع الأمامي، وبمحور خلفي يشغله السائق بيده.

كانت Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) تكييفا بدفع رباعي لمنصة دفع أمامي، مع محور خلفي يوصل يدويا. شملت المواصفات الأساسية:

• خيارات المحرك: 1.4 لتر (72 حصانًا) أو 1.6 لتر (80 حصانًا)
• أنماط الهيكل: ستيشن واغن، وسيدان، وشاحنة بيك أب
• تعشيق الدفع الخلفي: يدوي في السيارات ذات ناقل الحركة اليدوي؛ وأوتوماتيكي عبر قابض احتكاكي متعدد الأقراص في السيارات الأوتوماتيكية
• استمر هذا الترتيب part-time في كل Subarus ذات الدفع الرباعي حتى 1989

المشكلة الأساسية في part-time drive أنه عديم الفائدة على الطرق المعبدة حيث تقضي معظم السيارات معظم حياتها، ومع ذلك تحمل السيارة أينما ذهبت وزن transfer case و driveshaft ثان ومجموعة محور إضافية كاملة. تحويل نظام part-time إلى full-time يحتاج إلى مكون واحد فقط بالضبط: inter-axle differential داخل transfer case.

الدفع full-time بجميع العجلات: كيف يعمل ولماذا يهم

ثلاثة تروس تفاضلية، مبدأ واحد

Inter-axle differential هو مفتاح الدفع الدائم بجميع العجلات. يسمح differentialان بين العجلات للعجلتين اليسرى واليمنى في كل محور بالدوران بسرعات مختلفة خلال المنعطف. ويؤدي inter-axle differential الوظيفة نفسها بين المحور الأمامي والخلفي. سيارة فيها الثلاثة تستطيع تشغيل الدفع الدائم بجميع العجلات على أي سطح من دون ربط drivetrain أو إضعاف التحكم.

الأمر بسيط نظريا، ومع ذلك ظلت الصناعة حتى أوائل 1980s ترى أن الدفع full-time بجميع العجلات غير ضروري لسيارة طريق. كان الرأي السائد أن تدوير زوج ثان من العجلات وكل ما يتصل بهما على tarmac جاف لا يضيف إلا ضجيجا واستهلاكا للوقود.

ما الذي أثبته Quattro

غيّرت Audi Quattro ذلك التفكير نهائيا. بتوزيع torque المحرك على العجلات الأربع طوال الوقت، يستطيع نظام full-time أن:

• يترك هامشا أكبر من التماسك للتعامل مع القوى الجانبية في المنعطفات
• يحسن الثبات كثيرا عند التسارع أو الكبح في منتصف المنعطف
• يقلل خطر oversteer أو understeer مفاجئ بسبب إدخالات دواسة الوقود

تظهر Audi 80 Quattro من أواخر 1980s مدى صقل هذا الترتيب. بنية Quattro أكثر إحكاما من ناقل Ferguson Formula المنافس. منذ 1984 ركبت Audi differential ذاتي القفل Torsen، وهو جهاز ميكانيكي بحت يستجيب لل torque على كل output shaft بدلا من فرق سرعة العجلات. وعلى خلاف visco-coupler، لا يقفل Torsen إلا تحت traction، أبدا أثناء الكبح، ما يجعله متوافقا تماما مع ABS وأكثر ثباتا عند التباطؤ.

يجدر التنبيه إلى أن Range Rover (1970) و Russian Lada Niva (1976) ينسب إليهما عموما لقب أول مركبات إنتاج واسع مزودة ب inter-axle differential، لكن كليهما من off-roaders بوضوح. ادعاء Audi Quattro يخص تحديدا كونها الأولى بين سيارات الركاب.

سيارات السباق المبكرة ذات الدفع الرباعي: من Spyker إلى Bugatti

هل استكشف مصممو سيارات السباق الدفع full-time بجميع العجلات قبل عصر Quattro؟ نعم بكل تأكيد، والقصة تعود إلى أبعد بكثير مما يتوقع معظم الناس.

تجارب Porsche في الدفع الرباعي

كان أول مشروع بعد الحرب ل Ferdinand Porsche سيارة سباق بدفع رباعي: Cisitalia 360، بمحرك وسطي و 1.5-litre اثني عشر أسطوانة. كان دفعها الأمامي part-time، إذ كان السائق يشغله على الخطوط المستقيمة ويعود إلى الدفع الخلفي قبل المنعطفات.

كان Porsche قد بنى في الحقيقة مركبة بدفع رباعي قبل ذلك بكثير: سيارة كهربائية بأربعة محركات عجلات منفردة، تعود إلى 1900.

The Spyker 60 HP, 1902

الصدمة الحقيقية لمؤرخي السيارات هي سيارة السباق لعام 1902 التي بنتها الشركة Dutch Spyker. في زمن كانت فيه المكابح تركب حتى على العجلات الخلفية فقط، امتلكت هذه السيارة دفعا حقيقيا full-time بجميع العجلات، مع inter-axle differential.

تأسست Spyker في 1880 على يد الأخوين Spijker كصانع لعربات تجرها الخيل. ظهرت أول سيارة لهم في 1900، وبعد عامين، بالتعاون مع المصمم Belgian Joseph Valentin Laviolette، أنتجوا سيارة السباق Spyker 60 HP بدفع رباعي (1902–1907). كانت مواصفاتها استثنائية للفترة:

• ثلاثة تروس تفاضلية — واحد بين المحاور واثنان بين العجلات
• ثلاث آليات كبح منفصلة: اثنتان على العجلات الخلفية وواحدة على driveshaft الأمامي
• نظام دفع رباعي لم يلحق به في الفكرة أي نظام لعقود

إذن فإن مفهوم الدفع full-time الرباعي يتجاوز عمره قرنا كاملا. لم تبن Spykers كثيرة بدفع رباعي، فقد كانت باهظة جدا ولم تحقق الكثير في المنافسة. تبع ذلك مشروعان أكثر طموحا في أوائل 1930s.

Bugatti Tipo 53 and Miller FWD

بدأت Bugatti Tipo 53 مع مهندس Fiat Antonio Pichetto، الذي عرض الفكرة على Ettore Bugatti في 1930. اكتملت ثلاث سيارات في 1932، وكان في كل منها:

• محرك ثماني الأسطوانات المصطفة مزوّد بشاحن فائق بقوة 300 حصان
• دفع رباعي دائم مع ثلاثة تروس تفاضلية
• علبة نقل الحركة وترس تفاضلي بين المحاور مدمجان مع صندوق التروس المركّب بشكل منفصل
• Drive shafts لكلا المحورين موضوعة في الجانب الأيسر من السيارة
• تعليق أمامي مستقل على نابض عرضي، وهو أمر غير معتاد ل Bugatti

تفوقت Tipo 53 على السيارات المعاصرة ذات الدفع الخلفي عبر منعطفات الحصى، لكنها كانت ثقيلة التوجيه بشدة: استخدمت driveshafts الأمامية وصلات Cardan عادية بدلا من constant-velocity joints. تنافست السيارات الثلاث حتى 1935.

نشأت Miller FWD جزئيا لأن المصمم American Harry Miller درس Bugatti بدفع أمامي اشتريت خصيصا لتفكيكها. مستلهما ما وجده، طور Miller هيكله الخاص بدفع رباعي برعاية FWD truck company. قادت إحدى Millers ذات الدفع الرباعي Indianapolis 500 لعام 1934 قبل أن تهبطها مشكلة ميكانيكية إلى المركز التاسع.

نجاة ضيقة في AVUS، 1935

ترتبط هذه السيارات أيضا بأحد أغرب لحظات ماذا لو في تاريخ السيارات. أثناء سباق على حلبة AVUS في Berlin في 1935، كانت Miller بدفع رباعي في المركز الثالث عندما تعطل محركها straight-eight بصورة كارثية وقذف حطاما نحو المدرجات. كان Adolf Hitler في المدرجات ذلك اليوم. لو وصلت إليه حتى شظية صغيرة، لربما كان مسار Second World War، ومسار تاريخ العالم، مختلفا تماما.

Ferguson Formula: نظام الدفع الرباعي الذي غيّر كل شيء

المشكلة مع differential مركزي مفتوح

لفهم الفصل التالي، يفيد أن نعود إلى قيد أساسي في inter-axle differential المفتوح. يسمح differential المفتوح لمحور واحد بأن يدور بحرية بينما لا يتلقى الآخر أي torque. إذا فقدت العجلات الخلفية التماسك بالكامل، يمكن أن تبقى الأمامية ساكنة بينما تدور الخلفية، ولا يفعل differential شيئا لإيقاف ذلك.

كان جواب عالم SUV هو positive locking: يشغل السائق آلية تقفل تروس differential بصلابة، فتحول differential drive إلى اتصال صلب. استخدمته Range Rovers المبكرة، وكذلك Lada Niva وعشرات off-roaders الأخرى، وكذلك الجيل الأول Audi Quattro الذي احتاج إلى أن يقفل السائق differential المركزي يدويا حتى 1984. لكن القفل اليدوي حل وسط آخر. يجب تحريره على الأسطح الصلبة، ولا يقدم شيئا إذا بدأت عجلة تدور فجأة على طريق زلق.

Rolt وDixon وHarry Ferguson

كان أول inter-axle differential ذاتي القفل وآلي من عمل سائق السباق والمهندس British Tony Rolt. قبل الحرب أدار مع صديقه وزميله Fred Dixon ورشة Rolt/Dixon Developments؛ وبعدها انبهرا بما يمكن أن يفعله الدفع الدائم بجميع العجلات. بنيا منصة اختبار رباعية الدفع باسم Crab، وفي 1950 تحالفا مع Harry Ferguson، صانع الجرارات الناجح، لتأسيس Harry Ferguson Research.

لم يكن Ferguson يسعى إلى سيارة سباق. كان يريد سيارة طريق آمنة حقا: سيارة لا تدور عجلاتها عند التسارع ولا تقفل عند الكبح. بدأ Rolt و Dixon تصميمها من الصفر، الهيكل والناقل ومجموعة الحركة معا، مع المصمم الخبير Claude Hill، سابقا في Aston Martin، كمهندس رئيسي. اكتملت Ferguson R4 saloon التجريبية بعد ست سنوات من العمل، وكانت مواصفاتها مدهشة لعام 1956:

• دفع دائم بجميع العجلات مع inter-axle differential ذاتي القفل
• A flat-four engine
• مكابح قرصية على العجلات الأربع
• نظام المكابح المانع للانغلاق الكهروميكانيكي Dunlop MaxaRet، المقتبس من الطيران

داخل علبة نقل الحركة في Ferguson Formula

كان قلب ناقل Ferguson Formula آلية ذاتية القفل بارعة داخل transfer case. إلى جانب differential، احتوت الوحدة على gear set إضافي واثنين من ball overrunning clutches وحزمتين من friction discs. في التشغيل العادي كانت هذه العناصر تدور بهدوء. لكن بمجرد أن تبدأ عجلات محور ما بالانزلاق، منتجة فرقا في سرعات output shaft، يشتبك أحد clutches ويضغط حزمة الاحتكاك على تروس differential ويحول differential drive فورا إلى اتصال صلب.

كان النموذج الثاني، Ferguson R5 estate لعام 1962، أفضل أيضا. لاحظ مختبرو Autocar أنه بلغ حدود الالتصاق عند سرعات بدت شبه مستحيلة. ومع ذلك لم يرد أي صانع إدخال Ferguson في الإنتاج؛ كان التعقيد والتكلفة أكبر من اللازم.

Jensen FF تطرح للبيع

في 1962 أقنع Tony Rolt إدارة Jensen Cars بتكييف ناقل Ferguson Formula لسيارة CV8 coupe القادمة ومحركها 300 hp Chrysler V8. بعد ثلاث سنوات كانت Jensen CV8 FF تجريبية بدفع رباعي تعمل.

في 1966 حلت Jensen Interceptor محل CV8، وإلى جانب coupe القياسية ذات الدفع الخلفي قدمت Jensen نسخة بدفع بجميع العجلات تحمل شارة FF صغيرة، أي Formula Ferguson. أصبحت Jensen FF أول سيارة إنتاج في العالم تجمع inter-axle differential ذاتي القفل مع ABS. شملت المواصفات الأساسية:

• محرك Chrysler V8 كبير الكتلة سعة 6.3 لتر يُنتج 325 حصانًا
• ناقل حركة أوتوماتيكي TorqueFlite بثلاث سرعات أو ناقل حركة يدوي بأربع سرعات
• تقسيم torque غير متماثل: 63% إلى المحور الخلفي و 37% إلى الأمامي، للحفاظ على طابع تحكم الدفع الخلفي
• نظام مكابح Dunlop MaxaRet ABS أحادي القناة
• توجيه rack-and-pinion مع مؤازرة ومكابح قرصية في كل الجهات
• سرعة قصوى 212 km/h؛ 0–100 km/h في 7.7 ثانية؛ وزن kerb يقارب 1,800 kg
• سعر UK في 1968: نحو £6,000، قريب من أرخص Rolls-Royce
• إجمالي الإنتاج: 318 سيارة (1966–1971)

أشاد كل صحفي سيارات في ذلك العصر بثبات Jensen FF وبما وصفوه بأنه هامش تماسك شبه غير محدود على asphalt مبتل. لم ير Harry Ferguson السيارة قط: فقد توفي في 1960.

لماذا كان Ferguson Formula مهمًا

لماذا نقضي كل هذا الوقت مع Ferguson Formula؟ لأن Harry Ferguson Research كانت أول مؤسسة في أي مكان في العالم تعامل الدفع بجميع العجلات أساسا كأداة سلامة نشطة، لا كإجابة على تماسك الطرق الوعرة.

كان تقسيم torque غير المتماثل خطوة مقصودة ضد عدم القدرة على التنبؤ التي تلاحق الأنظمة المتماثلة. أعط سيارة ذات دفع خلفي كثيرا من الوقود في منعطف زلق وستدخل oversteer، بصورة متوقعة. افعل ذلك في سيارة ذات دفع أمامي وستدخل understeer، بصورة متوقعة. افعله في سيارة متماثلة الدفع بجميع العجلات وستعتمد النتيجة على أي محور صادف أن لديه التماسك الأسوأ، وهذا غامض وخطر. بانحياز torque إلى الخلف أعطت Ferguson Formula سيارة Jensen FF سلوكا قريبا من الدفع الخلفي في معظم الظروف.

اختراع القارنة اللزجة (Visco-Coupler)

كان لآلية Ferguson قيد حقيقي واحد: عملت overrunning clutches فيها بطريقة ثنائية، تشغيل أو إيقاف. كان الانتقال من differential مفتوح إلى قفل كامل فوريا، وقد يصنع غموضا خاصا به عند لحظة الاشتباك. المطلوب كان آلية تستطيع تغيير درجة القفل بسلاسة.

في أواخر 1960s بدأ Tony Rolt و Derek Gardner، الذي أصبح لاحقا chief designer لسيارات Formula 1 الخاصة ب Tyrrell، التجريب بسائل السيليكون المستخدم في viscous fan drives. وكانت النتيجة visco-coupler: غلاف أسطواني مملوء بسائل سيليكون، يضم حزما متناوبة من friction discs متصلة بكل output shaft.

How a Visco-Coupler Works

• في الظروف العادية، ومع دوران كل العجلات بسرعات متقاربة، تكاد حزم الأقراص لا تتحرك بالنسبة إلى بعضها ولا يكون لل coupler أثر في differential.
• عندما يبدأ محور بالانزلاق، يدور output shaft الخاص به أسرع، فيجعل حزم الأقراص تدور نسبيا وتقص سائل السيليكون.
• يزيد هذا القص الحرارة والضغط داخل coupler، رافعا viscosity السائل بصورة كبيرة.
• تجعل زيادة viscosity الأقراص تجر بعضها بعضا، فتبطئ shaft الأسرع دورانا تدريجيا وتقفل differential جزئيا أو كليا.

FF Developments وسيارة AMC Eagle

بعد أن سجل Tony Rolt براءة visco-coupler، أسس FF Developments (FFD) في 1971 لبيع ناقلات الدفع بجميع العجلات تجاريا. كان العمل المبكر غير براق: شاحنات Bedford رباعية الدفع لخدمة الغابات British، ودفعة سيارات شرطة Ford Zephyr FF، و Opel Senator 4×4 saloons للبعثة العسكرية British في Berlin.

كان أهم عمل إنتاجي ل FFD هو ناقل AMC Eagle (1979–1988)، وهي نسخة مرتفعة بدفع بجميع العجلات من AMC Concord saloon، على إطارات أكبر وب body lift قدره 75 mm. كانت Eagle أول سيارة إنتاج في أي مكان تقفل inter-axle differential بواسطة visco-coupler. صممت كسيارة خفيفة للطرق الوعرة لا كسيارة أداء، ومع ذلك فبنية ناقلها هي السلف المباشر لبعض أشهر السيارات السريعة ذات الدفع بجميع العجلات التي بنيت على الإطلاق، ومنها Subaru Impreza WRX المبكرة و Mitsubishi Lancer Evolution.

Differentials ذاتية القفل: من Torsen إلى التحكم الإلكتروني

حيلة Audi في التغليف

عندما دخلت Audi Quattro الإنتاج في 1981، بعد عامين من AMC Eagle، استخدمت inter-axle differential مفتوحا تقليديا مع قفل إيجابي يدوي. أناقة حل Audi كانت في التغليف. كان المحرك الطولي يشير مباشرة إلى المحور الخلفي، ووضع inter-axle differential مباشرة داخل gearbox: صنع secondary shaft أجوف ومرر driveshaft الأمامي من خلاله. اختار فريق Ferdinand Piëch تقسيما متماثلا 50:50 بين الأمام والخلف.

The Torsen Differential

في 1984 اختفت أخيرا أذرع القفل اليدوية من مقصورات Audi، وحل محلها Torsen، أي TORque SENsing، differential ذاتي القفل. مزاياه تستحق التعداد:

• هو ميكانيكي بالكامل، لا يحتاج إلى إلكترونيات أو سائل أو تدخل من السائق
• يستجيب لتغيرات torque على output shafts بدلا من فروق السرعة، أي يمكنه الاستجابة قبل أن يبدأ wheelspin فعلا
• على خلاف visco-coupler، يقفل فقط تحت traction لا عند الكبح، ما يجعله متوافقا تماما مع ABS
• القفل والفتح سلسان ومتواصلان، بلا انتقالات ثنائية

بعد أن أثبت نفسه في السيارات السريعة، تبناه مهندسو SUV الباحثون عن تحكم شبيه بالسيارات. يستخدم اليوم في Range Rover و Volkswagen Touareg و Porsche Cayenne و Toyota Land Cruiser Prado.

Group B وسباق التسلّح في عالم الراليات

في 1980s أطلقت هيمنة Quattro في rally سباق تسلح في الدفع بجميع العجلات. خلال بضعة مواسم ظهرت سيارات rally الرباعية الدفع هذه، وكل واحدة استخدمت تقنية FFD visco-coupler في differentials الذاتية القفل:

• Peugeot 205 T16
• Austin Metro 6R4
• Lancia Delta S4
• Ford RS200

أدار Stuart Rolt، ابن Tony، علاقات FFD مع فرق rally خلال تلك السنوات.

في أوائل 1990s جاءت أيضا مصنع AZLK في Russia إلى FFD، راغبة في نسخة rally بدفع بجميع العجلات من Moskvitch 2141. بنيت السيارة التجريبية حول ترتيب three-differential نفسه مثل Ford RS200، وكانت قابلة للتنبؤ بصورة لافتة في الظروف القصوى. كشف الاختبار مبدأ ما زال قائما: عدل صلابة قفل كل visco-coupler على حدة فيتحرك توازن السيارة معه.

• ترس تفاضلي خلفي بين العجلات أكثر صلابةً → ميل أكبر إلى فرط التوجيه
• ترس تفاضلي أمامي أو بين المحاور أكثر صلابةً → قصور توجيه أكبر وثبات أعلى

وصول التحكم الإلكتروني

هذه القابلية للضبط هي بالضبط سبب استخدام سيارات WRC الحديثة حزم multi-disc clutch packs محكومة إلكترونيا بدلا من visco-couplers سلبية في differentials الثلاثة كلها. تغير المشغلات الهيدروليكية وحاسوب onboard قفل كل differential في real time، فتطلق clutches عند turn-in كي تدور السيارة بحرية، ثم تضغطها تدريجيا مع تسارع السائق على المستقيم، لأقصى traction بلا understeer.

كان مصنعان رائدين في differentials المحكومة إلكترونيا في سيارات الطريق:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): ثلاث clutches محكومة إلكترونيا وصلت المحور الأمامي تباعا، ثم أقفلت inter-axle differential، ثم أقفلت differential الخلفي حسب الحاجة. كان النظام فعالا لكنه معقد أكثر من اللازم، وكانت الإلكترونيات قد تجعل العجلات الأمامية تتصل وتنفصل بوضوح على الأسطح المفككة.
• Porsche 959 (1986): اثنتان من clutches المحكومة إلكترونيا تعملان عبر أربعة أوضاع يختارها السائق. كان نظام 959 أكثر تطورا وأنسب للاستخدام عالي الأداء.

استبدال الترس التفاضلي: Haldex وأنظمة الدفع الرباعي المبسّطة

The Visco-Coupler on Its Own

بينما دفع مهندسو rally differentials الذاتية القفل إلى أقصى حدودها، ذهب مصممو سيارات الركاب العادية في الاتجاه الآخر: حذفوا inter-axle differential تماما ووضعوا visco-coupler مكانه. كانت Volkswagen Golf II Syncro لعام 1985 أول سيارة ركاب European تفعل ذلك، بناقل طوره مهندسو GKN التي استحوذت على FFD في 1969.

في الإنتاج الواسع أثمر التبسيط:

• شارك طراز الدفع بجميع العجلات معظم المكونات مع النسخة القياسية ذات الدفع الأمامي، ما خفض تكلفة التصنيع والتعقيد
• في الظروف العادية كانت السيارة تقاد تماما مثل سيارة ذات دفع أمامي
• عندما تنزلق العجلات الأمامية، يستطيع visco-coupler نقل ما يصل إلى 70% من torque إلى الخلف خلال نحو 0.2 ثانية

لكن التأخير خلق مشكلة تحكم. سيارة تتصرف كسيارة دفع أمامي وتندفع بمقدمتها إلى الخارج قد تتحول فجأة إلى سلوك منحاز للخلف لحظة اشتباك coupler، فتفاجئ سائقها. حاول المصنعون Japanese حلولا مختلفة، منها تركيب couplers أكثر: استخدمت Nissan Sunny/Pulsar لعام 1988 ثلاثة، واحدا لتشغيل الدفع الخلفي وواحدا لقفل كل inter-wheel differential. ذهبت Mazda Concerto 4WD أبعد من ذلك، فاستبدلت كلا من inter-axle differential و differential الخلفي بين العجلات ب visco-couplers.

The Haldex Clutch

استبدلت الخطوة التالية visco-coupler ب clutch هيدروليكي multi-disc محكوم إلكترونيا، أسرع بكثير وأدق تحكما بكثير. المثال الأشهر هو Haldex coupling، الذي حل محل visco-coupler في Volkswagen Golf IV وأشقائها على المنصة نفسها. يعمل هكذا:

• تكتشف face cams أي فرق في سرعة الدوران بين shafts الأمامية والخلفية
• تدفع rollers التي تسير فوق أسطح cam مكابس في أسطوانات حلقية، ضاخة السائل الهيدروليكي
• يضغط ضغط السائل حزمة multi-disc clutch pack، ناقلا torque إلى المحور الخلفي
• يمكن ل solenoid valve، تتحكم به إلكترونيات المركبة، تحرير الضغط في أي لحظة، ما يسمح بتوزيع torque متغير بلا حدود

تستخدم معظم سيارات الدفع بجميع العجلات و crossovers المعروضة للبيع اليوم نسخة ما من هذا clutch المحكوم إلكترونيا، سواء Haldex في سيارات Volkswagen Group أو Honda VTM-4 أو BMW xDrive. تعمل clutches الحديثة بسرعة تكفي لجعل تأخير الاشتباك غير محسوس في القيادة العادية، وأصبح calibration أهم من hardware: تستخدم Golf 4Motion و Audi A3 Quattro نواقل متطابقة ميكانيكيا، لكن برمجيات مختلفة تمنح Volkswagen تقسيما متماثلا بينما ترسل Audi 60% من torque إلى الأمام لطابع دفع أمامي مألوف أكثر.

تقنية AWD اليوم: أي نظام هو الأفضل؟

اختفت، لحسن الحظ، أنظمة part-time ذات المحور الثاني المشغل يدويا من سيارات الركاب. ما بقي ينقسم إلى ثلاث عائلات، لكل منها مزاياها:

• Full-time AWD مع inter-axle differential ذاتي القفل (visco-coupler كما في Subaru، أو Torsen ميكانيكي كما في Audi A4/A6/A8 Quattro و Volkswagen Phaeton، أو clutches محكومة إلكترونيا كما في Mitsubishi Lancer Evo): أكثر الأنظمة تطورا وإمتاعا، قادرة فعلا على تحسين التحكم على الطريق والحلبة عندما تضبط جيدا.
• Full-time AWD مع inter-axle differential مفتوح (كما في Mercedes-Benz 4Matic): يعتمد على إلكترونيات anti-slip لتعويض غياب القفل الذاتي. فعال على الطريق، لكنه أقل مبادرة ميكانيكيا.
• دفع خلفي part-time عبر clutch محكوم (Haldex، كما في Volvo و Saab وعدة crossovers من Volkswagen Group): الترتيب الأكثر شيوعا في crossovers الحديثة، منخفض الكلفة وخفيف ويتحسن باستمرار بفضل الإلكترونيات الأسرع.

توجيه العزم (Torque Vectoring)، وما يأتي بعده

الاتجاه الغالب في الدفع المتقدم بجميع العجلات هو torque vectoring: ليس مجرد تقسيم torque بين المحاور، بل تغييره بنشاط بين العجلتين اليسرى واليمنى في محور واحد. Mitsubishi Lancer Evolution X هي قمة هذا الفن؛ يجمع نظام S-AWC لديها differential مركزيا محكوما إلكترونيا (ACD) مع differential خلفي Active Yaw Control (AYC) يستطيع نقل torque من عجلة خلفية إلى الأخرى. تغير gear sets إضافية التوازن بشكل استباقي قبل فقدان التماسك، بدلا من الرد بعد أن تكون عجلة قد بدأت بالدوران.

عمليا تواصل الفروق الواقعية بين الأنظمة الحديثة الانكماش مع تحسن إلكترونيات التحكم. يعطي Haldex crossover مضبوط جيدا اليوم ثباتا كان Torsen ميكانيكي سيحظى بالإعجاب من أجله قبل جيل. هذا هو اتجاه السفر، وقد تكون النهاية سيارة كهربائية بأربعة محركات عجلات منفردة، كل واحد يضبط torque الخاص به بلا drivetrain ميكانيكي إطلاقا. وهذا يعيد القصة بأناقة إلى سيارة Ferdinand Porsche الكهربائية ذات الدفع الرباعي لعام 1900.

هذه ترجمة. يمكنك قراءة الأصل هنا: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html