Αυτό το άρθρο ξεκίνησε ως ένας απλός τεχνικός οδηγός — κάτι σαν «όλα όσα θέλατε ποτέ να μάθετε για την τετρακίνηση αλλά δεν ξέρατε ποιον να ρωτήσετε». Ο σχεδιασμός ήταν να εξηγήσουμε πώς διαφέρει ένα ελεύθερο διαφορικό από έναν ιξωδικό συμπλέκτη ή μια μονάδα Haldex, τι κάνει στην πραγματικότητα ένα αυτομπλοκαριζόμενο διαφορικό και γιατί έχει σημασία οτιδήποτε από αυτά. Όμως όσο βαθύτερα σκάβαμε στην ιστορία, τόσο πιο εκπληκτική γινόταν. Το πρώτο επιβατικό αυτοκίνητο με μόνιμη τετρακίνηση κατασκευάστηκε στην Ολλανδία πριν από περισσότερα από εκατό χρόνια. Και το 1935, ένα αμερικανικό αγωνιστικό αυτοκίνητο με τετρακίνηση έφτασε εκπληκτικά κοντά στο να αλλάξει την πορεία της παγκόσμιας ιστορίας.
Γιατί χρειάζεται καν ένα επιβατικό αυτοκίνητο τετρακίνηση; Τον 21ο αιώνα η απάντηση μοιάζει προφανής: καλύτερη πρόσφυση, λιγότερο σπινάρισμα σε ολισθηρές επιφάνειες, καλύτερη σταθερότητα υπό ισχύ. Τέσσερις κινητήριοι τροχοί είναι απλώς καλύτεροι από δύο. Κι όμως, η αυτοκινητοβιομηχανία χρειάστηκε εκπληκτικά πολύ χρόνο για να ανταποκριθεί σε αυτό. Ρωτήστε οποιονδήποτε ιστορικό της αυτοκίνησης και θα σας πει ότι η εποχή της τετρακίνησης για τα αυτοκίνητα ευρείας κατανάλωσης ξεκίνησε το 1980 με το Audi Quattro, με μερικούς σπάνιους προδρόμους — το βρετανικό supercar Jensen FF του 1966 και το Subaru Leone 4WD του 1972. Ένας πραγματικός ειδικός θα προσθέσει ότι τα πρώτα Subaru με τετρακίνηση δεν είχαν καθόλου μόνιμη τετρακίνηση. Ήταν part-time. Και αυτή η διάκριση αποδεικνύεται ότι είναι όλη η ουσία της ιστορίας.
Τετρακίνηση part-time: μια προσωρινή λύση
Το να κινείται ο ένας άξονας μόνο ορισμένες φορές είναι ένας συμβιβασμός, και μάλιστα όχι κομψός για ένα αυτοκίνητο δρόμου. Ο όρος «part-time 4WD» προέρχεται από τον κόσμο των SUV και των εκτός δρόμου φορτηγών. Σε αυτή τη διάταξη ο ένας άξονας κινείται μόνιμα και ο άλλος συνδέεται άκαμπτα κατ’ απαίτηση — αλλά αυτή η άκαμπτη σύνδεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο εκτός δρόμου. Στην άσφαλτο το σύστημα πρέπει να αποσυμπλέκεται εντελώς.
Γιατί μια άκαμπτη σύνδεση αποτυγχάνει στην άσφαλτο
- Όταν ένα αυτοκίνητο στρίβει, οι μπροστινοί τροχοί διανύουν μεγαλύτερο τόξο από τους πίσω τροχούς και επομένως πρέπει να περιστρέφονται ταχύτερα.
- Με ένα σύστημα τετρακίνησης άκαμπτης σύνδεσης, η πρόσφυση στους μπροστινούς τροχούς μειώνεται ενώ η ροπή στους πίσω αυξάνεται.
- Σε ορισμένες περιπτώσεις οι μπροστινοί τροχοί μπορούν να παράγουν δύναμη πέδησης αντί για κινητήρια δύναμη — προσθέτοντας αντίσταση και κάνοντας το αυτοκίνητο πιο δύσκολο να στρίψει.
- Σε χαλαρές επιφάνειες όπως η λάσπη ή το χιόνι αυτό είναι διαχειρίσιμο, αλλά στην άσφαλτο προκαλεί σοβαρή καταπόνηση του συστήματος μετάδοσης και προβλήματα οδικής συμπεριφοράς.
Σε μια στροφή κάθε τροχός ακολουθεί το δικό του τόξο και πρέπει να περιστρέφεται με τη δική του ταχύτητα. Γι’ αυτό η μόνιμη τετρακίνηση χρειάζεται τρία διαφορικά: δύο μεταξύ των τροχών κάθε άξονα, και ένα μεταξύ των ίδιων των αξόνων, ώστε ο εμπρός και ο πίσω άξονας να μπορούν να περιστρέφονται ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο.
Τα αυτοκίνητα part-time: από το GAZ-61 έως το Subaru Leone
Η τετρακίνηση άκαμπτης σύνδεσης έφτασε πράγματι σε μερικά αυτοκίνητα δρόμου παρ’ όλα αυτά, αν και ήταν πιο κοντά σε εκτός δρόμου φορτηγά ως προς τον χαρακτήρα. Στην ΕΣΣΔ το GAZ-61 «Emka» — ένα σεντάν με τετρακίνηση, εξακύλινδρο κινητήρα και part-time εμπρός άξονα — μπήκε σε παραγωγή μικρής παρτίδας ήδη από το 1938. Μετά τον πόλεμο η ίδια ιδέα εμφανίστηκε στο εκτός δρόμου GAZ-M72 «Pobeda» και στο Moskvitch-410. Το Subaru Leone 4WD του 1972 ακολούθησε ακριβώς την ίδια λογική: φτιαγμένο για δύσβατα εδάφη, ψηλότερο από τα προσθιοκίνητα Subaru, με έναν πίσω άξονα που ο οδηγός ενεργοποιούσε με το χέρι.
Το Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) ήταν μια προσαρμογή τετρακίνησης πάνω σε μια προσθιοκίνητη πλατφόρμα, με χειροκίνητα συνδεόμενο πίσω άξονα. Στα βασικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνονταν:
- Επιλογές κινητήρα: 1,4 λίτρων (72 hp) ή 1,6 λίτρων (80 hp)
- Τύποι αμαξώματος: station wagon, σεντάν και pickup
- Ενεργοποίηση της πίσω κίνησης: χειροκίνητη στα αυτοκίνητα με χειροκίνητο κιβώτιο· αυτόματη μέσω πολύδισκου συμπλέκτη τριβής στα αυτόματα
- Αυτή η διάταξη part-time συνεχίστηκε σε όλα τα Subaru με τετρακίνηση μέχρι το 1989
Το βασικό πρόβλημα με την part-time κίνηση είναι ότι είναι άχρηστη στους ασφαλτοστρωμένους δρόμους όπου τα περισσότερα αυτοκίνητα περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους — κι όμως το αυτοκίνητο κουβαλάει παντού το βάρος ενός διανομέα κίνησης, ενός δεύτερου άξονα μετάδοσης και ενός ολόκληρου επιπλέον άξονα. Για να μετατραπεί ένα part-time σύστημα σε full-time χρειάζεται ακριβώς ένα ακόμη εξάρτημα: ένα κεντρικό διαφορικό μέσα στον διανομέα κίνησης.
Μόνιμη (full-time) τετρακίνηση: πώς λειτουργεί και γιατί έχει σημασία
Τρία διαφορικά, μία αρχή
Το κεντρικό διαφορικό είναι το κλειδί για τη μόνιμη τετρακίνηση. Τα δύο διαφορικά των τροχών επιτρέπουν στον αριστερό και τον δεξιό τροχό κάθε άξονα να περιστρέφονται με διαφορετικές ταχύτητες μέσα σε μια στροφή. Το κεντρικό διαφορικό κάνει την ίδια δουλειά μεταξύ του εμπρός και του πίσω άξονα. Ένα αυτοκίνητο με τα τρία διαφορικά μπορεί να λειτουργεί με μόνιμη τετρακίνηση σε οποιαδήποτε επιφάνεια χωρίς να καταπονεί το σύστημα μετάδοσης ή να αμβλύνει την οδική συμπεριφορά.
Αρκετά απλό στη θεωρία — κι όμως, μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1980 η αυτοκινητοβιομηχανία θεωρούσε τη μόνιμη τετρακίνηση περιττή σε ένα αυτοκίνητο δρόμου. Η επικρατούσα αντίληψη ήταν ότι η περιστροφή ενός δεύτερου ζεύγους τροχών και όλων όσων συνδέονταν με αυτούς πάνω σε στεγνή άσφαλτο πρόσθετε μόνο θόρυβο και κατανάλωση καυσίμου.
What the Quattro Proved
Το Audi Quattro άλλαξε αυτή τη νοοτροπία οριστικά. Κατανέμοντας τη ροπή του κινητήρα και στους τέσσερις τροχούς συνεχώς, ένα full-time σύστημα:
- Αφήνει διαθέσιμο μεγαλύτερο περιθώριο πρόσφυσης για τη διαχείριση των πλευρικών δυνάμεων στις στροφές
- Βελτιώνει σημαντικά τη σταθερότητα κατά την επιτάχυνση ή το φρενάρισμα στη μέση της στροφής
- Μειώνει τον κίνδυνο απότομης υπερστροφής ή υποστροφής που προκαλείται από τις εντολές του γκαζιού
Το Audi 80 Quattro των τελών της δεκαετίας του 1980 δείχνει πόσο εκλεπτυσμένη έγινε η διάταξη. Η αρχιτεκτονική Quattro είναι πιο συμπαγής από το ανταγωνιστικό σύστημα μετάδοσης Ferguson Formula. Από το 1984 η Audi τοποθέτησε το αυτομπλοκαριζόμενο διαφορικό Torsen — μια αμιγώς μηχανική διάταξη που ανταποκρίνεται στη ροπή κάθε άξονα εξόδου και όχι σε μια διαφορά ταχύτητας των τροχών. Σε αντίθεση με έναν ιξωδικό συμπλέκτη, το Torsen μπλοκάρει μόνο υπό πρόσφυση, ποτέ υπό πέδηση, γεγονός που το καθιστά πλήρως συμβατό με το ABS και πιο σταθερό κατά την επιβράδυνση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι το Range Rover (1970) και το ρωσικό Lada Niva (1976) θεωρούνται γενικά τα πρώτα οχήματα μαζικής παραγωγής με κεντρικό διαφορικό — αλλά και τα δύο είναι σαφώς εκτός δρόμου. Η διεκδίκηση του Audi Quattro είναι συγκεκριμένα ότι υπήρξε το πρώτο ανάμεσα στα επιβατικά αυτοκίνητα.
Πρώιμα αγωνιστικά αυτοκίνητα με τετρακίνηση: από το Spyker έως το Bugatti
Διερεύνησαν οι σχεδιαστές αγωνιστικών αυτοκινήτων τη μόνιμη τετρακίνηση πριν από την εποχή του Quattro; Εμφατικά ναι — και η ιστορία πηγαίνει πολύ πιο πίσω απ’ ό,τι περιμένουν οι περισσότεροι.
Porsche’s Four-Wheel-Drive Experiments
Το πρώτο μεταπολεμικό εγχείρημα του Ferdinand Porsche ήταν ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο με τετρακίνηση: το Cisitalia 360, με κεντρικό κινητήρα και δωδεκακύλινδρο κινητήρα 1,5 λίτρων. Η μπροστινή του κίνηση ήταν ωστόσο part-time — ο οδηγός την ενεργοποιούσε στις ευθείες και επέστρεφε στην πίσω κίνηση πριν από τις στροφές.
Στην πραγματικότητα ο Porsche είχε κατασκευάσει ένα όχημα με τετρακίνηση πολύ νωρίτερα από αυτό: ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με τέσσερις ξεχωριστούς κινητήρες στους τροχούς, που χρονολογείται από το 1900.
The Spyker 60 HP, 1902
Η πραγματική έκπληξη για τους ιστορικούς της αυτοκίνησης είναι το αγωνιστικό αυτοκίνητο του 1902 που κατασκεύασε ο ολλανδικός κατασκευαστής Spyker. Σε μια εποχή που ακόμη και τα φρένα τοποθετούνταν μόνο στους πίσω τροχούς, αυτό το αυτοκίνητο διέθετε γνήσια μόνιμη τετρακίνηση, μαζί με κεντρικό διαφορικό.
Η Spyker είχε ιδρυθεί το 1880 από τους αδελφούς Spijker ως κατασκευαστής ιππήλατων αμαξών. Το πρώτο τους αυτοκίνητο εμφανίστηκε το 1900, και δύο χρόνια αργότερα, σε συνεργασία με τον Βέλγο σχεδιαστή Joseph Valentin Laviolette, κατασκεύασαν το αγωνιστικό Spyker 60 HP με τετρακίνηση (1902–1907). Οι προδιαγραφές του ήταν εξαιρετικές για την εποχή:
- Τρία διαφορικά — ένα κεντρικό και τα δύο των τροχών
- Τρεις ξεχωριστοί μηχανισμοί πέδησης — δύο στους πίσω τροχούς, ένας στον μπροστινό άξονα μετάδοσης
- Ένα σύστημα τετρακίνησης που δεν θα εξισωνόταν ως σύλληψη για δεκαετίες
Η ιδέα της μόνιμης τετρακίνησης είναι, λοιπόν, πολύ περισσότερο από έναν αιώνα παλιά. Δεν κατασκευάστηκαν πολλά Spyker με τετρακίνηση — ήταν εξαιρετικά ακριβά και δεν πέτυχαν ποτέ πολλά στους αγώνες. Δύο ακόμη πιο φιλόδοξα εγχειρήματα ακολούθησαν στις αρχές της δεκαετίας του 1930.
Bugatti Tipo 53 and Miller FWD
Το Bugatti Tipo 53 ξεκίνησε με τον μηχανικό της Fiat Antonio Pichetto, ο οποίος πρότεινε την ιδέα στον Ettore Bugatti το 1930. Τρία αυτοκίνητα ολοκληρώθηκαν το 1932, το καθένα με:
- Έναν υπερτροφοδοτούμενο οκτακύλινδρο εν σειρά κινητήρα 300 hp
- Μόνιμη τετρακίνηση με τρία διαφορικά
- Έναν διανομέα κίνησης και κεντρικό διαφορικό ενσωματωμένα με το χωριστά τοποθετημένο κιβώτιο ταχυτήτων
- Άξονες μετάδοσης και για τους δύο άξονες τοποθετημένους στην αριστερή πλευρά του αυτοκινήτου
- Ανεξάρτητη εμπρός ανάρτηση σε εγκάρσιο ελατήριο — ασυνήθιστο για την Bugatti
Το Tipo 53 ξεπερνούσε σε ταχύτητα τα σύγχρονά του πισωκίνητα αυτοκίνητα στις στροφές με χαλίκι, αλλά είχε φρικτά βαρύ τιμόνι: οι μπροστινοί άξονες μετάδοσης χρησιμοποιούσαν κοινές αρθρώσεις Cardan αντί για ομοκινητικές αρθρώσεις. Τα τρία αυτοκίνητα αγωνίστηκαν μέχρι το 1935.
Το Miller FWD προέκυψε εν μέρει επειδή ο Αμερικανός σχεδιαστής Harry Miller είχε μελετήσει ένα προσθιοκίνητο Bugatti που αγοράστηκε ειδικά για να αποσυναρμολογηθεί. Εμπνευσμένος από αυτά που βρήκε, ο Miller ανέπτυξε το δικό του πλαίσιο με τετρακίνηση με τη χορηγία της εταιρείας φορτηγών FWD. Ένα από τα Miller με τετρακίνηση προηγούνταν στους αγώνες Indianapolis 500 του 1934 προτού ένα μηχανικό πρόβλημα το ρίξει στην ένατη θέση.
A Near Miss at AVUS, 1935
Αυτά τα αυτοκίνητα συνδέονται επίσης με μία από τις πιο παράξενες στιγμές «τι θα γινόταν αν» στην ιστορία της αυτοκίνησης. Κατά τη διάρκεια ενός αγώνα στην πίστα AVUS στο Βερολίνο το 1935, ένα Miller με τετρακίνηση βρισκόταν στην τρίτη θέση όταν ο οκτακύλινδρος εν σειρά κινητήρας του υπέστη καταστροφική βλάβη και εκσφενδόνισε θραύσματα προς τις κερκίδες. Ο Αδόλφος Χίτλερ βρισκόταν στις κερκίδες εκείνη την ημέρα. Αν ακόμη και ένα μικρό θραύσμα τον είχε φτάσει, η πορεία του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου — και της παγκόσμιας ιστορίας — ίσως να ήταν εντελώς διαφορετική.
Το Ferguson Formula: το σύστημα τετρακίνησης που άλλαξε τα πάντα
Το πρόβλημα με ένα ελεύθερο κεντρικό διαφορικό
Για να παρακολουθήσουμε το επόμενο κεφάλαιο βοηθάει να επιστρέψουμε σε έναν θεμελιώδη περιορισμό του ελεύθερου κεντρικού διαφορικού. Ένα ελεύθερο διαφορικό αφήνει τον έναν άξονα να περιστρέφεται ελεύθερα ενώ ο άλλος δεν λαμβάνει καθόλου ροπή. Αν οι πίσω τροχοί χάσουν εντελώς την πρόσφυση, οι μπροστινοί μπορεί να μένουν ακίνητοι ενώ οι πίσω σπινάρουν — και το διαφορικό δεν κάνει τίποτα για να το σταματήσει.
Η απάντηση του κόσμου των SUV ήταν το θετικό μπλοκάρισμα: ο οδηγός ενεργοποιεί έναν μηχανισμό που μπλοκάρει άκαμπτα τα γρανάζια του διαφορικού, μετατρέποντας την κίνηση μέσω διαφορικού σε μια στέρεη σύνδεση. Τα πρώτα Range Rover το χρησιμοποιούσαν, το ίδιο και το Lada Niva και δεκάδες άλλα εκτός δρόμου — όπως και το Audi Quattro πρώτης γενιάς, που απαιτούσε από τον οδηγό να μπλοκάρει το κεντρικό διαφορικό με το χέρι μέχρι το 1984. Όμως ένα χειροκίνητο μπλοκάρισμα είναι ένας ακόμη συμβιβασμός. Πρέπει να απελευθερώνεται στις σκληρές επιφάνειες, και δεν προσφέρει απολύτως τίποτα αν ένας τροχός αρχίσει να σπινάρει απροσδόκητα σε έναν ολισθηρό δρόμο.
Οι Rolt, Dixon και Harry Ferguson
Το πρώτο αυτόματο αυτομπλοκαριζόμενο κεντρικό διαφορικό ήταν έργο του Βρετανού αγωνιζόμενου οδηγού και μηχανικού Tony Rolt. Μαζί με τον φίλο και συναγωνιστή του Fred Dixon είχε διευθύνει το εργαστήριο Rolt/Dixon Developments πριν από τον πόλεμο· στη συνέχεια οι δύο τους γοητεύτηκαν από το τι θα μπορούσε να προσφέρει η μόνιμη τετρακίνηση. Κατασκεύασαν ένα πειραματικό όχημα δοκιμών με τετρακίνηση που ονόμασαν «Crab», και το 1950 ένωσαν τις δυνάμεις τους με τον Harry Ferguson — τον επιτυχημένο κατασκευαστή τρακτέρ — για να ιδρύσουν την Harry Ferguson Research.
Ο Ferguson δεν επεδίωκε ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο. Ήθελε ένα πραγματικά ασφαλές αυτοκίνητο δρόμου: ένα του οποίου οι τροχοί ούτε θα σπινάριζαν κατά την επιτάχυνση ούτε θα μπλόκαραν κατά την πέδηση. Οι Rolt και Dixon ξεκίνησαν να το σχεδιάζουν από το μηδέν — αμάξωμα, σύστημα μετάδοσης και σύνολο κίνησης εξίσου — με τον έμπειρο σχεδιαστή Claude Hill, πρώην στέλεχος της Aston Martin, ως επικεφαλής μηχανικό. Το πειραματικό σεντάν Ferguson R4 ολοκληρώθηκε μετά από έξι χρόνια εργασίας, και οι προδιαγραφές του ήταν αξιοσημείωτες για το 1956:
- Μόνιμη τετρακίνηση με αυτομπλοκαριζόμενο κεντρικό διαφορικό
- A flat-four engine
- Δισκόφρενα και στους τέσσερις τροχούς
- Το ηλεκτρομηχανικό αντιμπλοκαριστικό σύστημα πέδησης Dunlop MaxaRet, προσαρμοσμένο από την αεροπορία
Μέσα στον διανομέα κίνησης του Ferguson Formula
Η καρδιά του συστήματος μετάδοσης Ferguson Formula ήταν ένας ευφυής αυτομπλοκαριζόμενος μηχανισμός μέσα στον διανομέα κίνησης. Εκτός από το διαφορικό, η μονάδα περιλάμβανε ένα επιπλέον σύνολο γραναζιών, δύο σφαιρικούς συμπλέκτες ελεύθερης περιστροφής και δύο δέσμες δίσκων τριβής. Στην κανονική λειτουργία αυτά τα στοιχεία περιστρέφονταν ήσυχα. Μόλις όμως οι τροχοί του ενός άξονα άρχιζαν να ολισθαίνουν — παράγοντας μια διαφορά στις ταχύτητες των αξόνων εξόδου — ένας από τους συμπλέκτες ενεργοποιούνταν, πιέζοντας τη δέσμη τριβής του πάνω στα γρανάζια του διαφορικού και μετατρέποντας επιτόπου την κίνηση μέσω διαφορικού σε μια στέρεη σύνδεση.
Ένα δεύτερο πρωτότυπο, το στέισον βάγκον Ferguson R5 του 1962, ήταν ακόμη καλύτερο. Οι δοκιμαστές του Autocar σημείωσαν ότι έφτανε τα όρια της πρόσφυσης σε ταχύτητες που έμοιαζαν σχεδόν αδύνατες. Παρ’ όλα αυτά, κανένας κατασκευαστής δεν έβαζε το Ferguson σε παραγωγή· η πολυπλοκότητα και το κόστος ήταν υπερβολικά.
The Jensen FF Goes on Sale
Το 1962 ο Tony Rolt έπεισε τη διοίκηση της Jensen Cars να προσαρμόσει το σύστημα μετάδοσης Ferguson Formula για το επερχόμενο κουπέ CV8 και τον Chrysler V8 300 hp που διέθετε. Τρία χρόνια αργότερα ένα πειραματικό Jensen CV8 FF με τετρακίνηση κυκλοφορούσε.
Το 1966 το Jensen Interceptor αντικατέστησε το CV8, και δίπλα στο τυπικό πισωκίνητο κουπέ η Jensen πρόσφερε μια έκδοση με τετρακίνηση που έφερε ένα διακριτικό σήμα «FF» — από το «Formula Ferguson». Το Jensen FF έγινε το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής στον κόσμο που συνδύασε ένα αυτομπλοκαριζόμενο κεντρικό διαφορικό με ABS. Στα βασικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνονταν:
- Κινητήρας Chrysler V8 big-block 6,3 λίτρων που απέδιδε 325 hp
- Αυτόματο κιβώτιο τριών σχέσεων TorqueFlite ή χειροκίνητο τεσσάρων σχέσεων
- Ασύμμετρη κατανομή ροπής: 63% στον πίσω άξονα, 37% στον εμπρός — για τη διατήρηση του χαρακτήρα οδικής συμπεριφοράς ενός πισωκίνητου
- ABS ενός καναλιού Dunlop MaxaRet
- Υποβοηθούμενο τιμόνι κρεμαγιέρας και δισκόφρενα σε όλους τους τροχούς
- Τελική ταχύτητα 212 km/h· 0–100 km/h σε 7,7 δευτερόλεπτα· απόβαρο περίπου 1.800 kg
- Τιμή στο Ηνωμένο Βασίλειο το 1968: περίπου £6.000 — παρόμοια με το φθηνότερο Rolls-Royce
- Total production: 318 cars (1966–1971)
Κάθε δημοσιογράφος του αυτοκινήτου εκείνης της εποχής επαινούσε τη σταθερότητα του Jensen FF και αυτό που περιέγραφαν ως «ένα σχεδόν απεριόριστο περιθώριο πρόσφυσης σε βρεγμένη άσφαλτο». Ο Harry Ferguson δεν είδε ποτέ το αυτοκίνητο: πέθανε το 1960.
Γιατί το Ferguson Formula είχε σημασία
Γιατί να αφιερώσουμε τόσο χρόνο στο Ferguson Formula; Επειδή η Harry Ferguson Research ήταν ο πρώτος οργανισμός οπουδήποτε στον κόσμο που αντιμετώπισε την τετρακίνηση κυρίως ως εργαλείο ενεργητικής ασφάλειας και όχι ως απάντηση στην πρόσφυση εκτός δρόμου.
Η ασύμμετρη κατανομή ροπής ήταν μια σκόπιμη κίνηση ενάντια στην απροβλεψιμότητα που ταλανίζει τα συμμετρικά συστήματα. Δώστε σε ένα πισωκίνητο αυτοκίνητο υπερβολικό γκάζι σε μια ολισθηρή στροφή και θα υπερστρίψει, προβλέψιμα. Κάντε το ίδιο σε ένα προσθιοκίνητο αυτοκίνητο και θα υποστρίψει, προβλέψιμα. Κάντε το σε ένα συμμετρικό αυτοκίνητο με τετρακίνηση και η απάντηση εξαρτάται από το ποιος άξονας τυχαίνει να έχει τη χειρότερη πρόσφυση — κάτι που είναι ασαφές και επικίνδυνο. Δίνοντας προτεραιότητα ροπής προς τα πίσω, το Ferguson Formula χάρισε στο Jensen FF μια συμπεριφορά κοντινή σε αυτή ενός πισωκίνητου στις περισσότερες συνθήκες.
Η εφεύρεση του ιξωδικού συμπλέκτη
Ο μηχανισμός Ferguson είχε έναν πραγματικό περιορισμό: οι συμπλέκτες ελεύθερης περιστροφής του λειτουργούσαν με δυαδικό τρόπο, ναι-όχι. Το άλμα από το ελεύθερο διαφορικό στο πλήρες μπλοκάρισμα ήταν ακαριαίο, και αυτό μπορούσε να δημιουργήσει τη δική του ασάφεια τη στιγμή της εμπλοκής. Αυτό που χρειαζόταν ήταν ένας μηχανισμός που θα μπορούσε να μεταβάλλει ομαλά τον βαθμό του μπλοκαρίσματος.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1960 ο Tony Rolt και ο Derek Gardner — αργότερα ο επικεφαλής σχεδιαστής των αυτοκινήτων Formula 1 της Tyrrell — άρχισαν να πειραματίζονται με το υγρό σιλικόνης που χρησιμοποιείται στα ιξώδη συστήματα κίνησης ανεμιστήρα. Το αποτέλεσμα ήταν ο ιξωδικός συμπλέκτης: ένα κυλινδρικό περίβλημα γεμάτο με υγρό σιλικόνης, που περιείχε εναλλασσόμενες δέσμες δίσκων τριβής συνδεδεμένων με κάθε άξονα εξόδου.
How a Visco-Coupler Works
- Υπό κανονικές συνθήκες, με όλους τους τροχούς να περιστρέφονται με παρόμοιες ταχύτητες, οι δέσμες των δίσκων μετακινούνται ελάχιστα η μία σε σχέση με την άλλη και ο συμπλέκτης δεν έχει καμία επίδραση στο διαφορικό.
- Όταν ο ένας άξονας αρχίζει να ολισθαίνει, ο άξονας εξόδου του περιστρέφεται ταχύτερα, κάνοντας τις δέσμες των δίσκων να περιστρέφονται η μία σε σχέση με την άλλη και να διατμούν το υγρό σιλικόνης.
- Η διάτμηση αυξάνει τη θερμοκρασία και την πίεση μέσα στον συμπλέκτη, ανεβάζοντας δραματικά το ιξώδες του υγρού.
- Αυτή η αύξηση του ιξώδους κάνει τους δίσκους να τρίβονται μεταξύ τους, φρενάροντας προοδευτικά τον ταχύτερα περιστρεφόμενο άξονα και μπλοκάροντας μερικώς ή πλήρως το διαφορικό.
Η FF Developments και το AMC Eagle
Έχοντας κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τον ιξωδικό συμπλέκτη, ο Tony Rolt ίδρυσε την FF Developments (FFD) το 1971 για να πουλάει εμπορικά συστήματα μετάδοσης τετρακίνησης. Τα πρώτα έργα ήταν χωρίς λάμψη: ημιφορτηγά Bedford με τετρακίνηση για τη βρετανική δασική υπηρεσία, μια παρτίδα αστυνομικών Ford Zephyr FF, σεντάν Opel Senator 4×4 για τη βρετανική στρατιωτική αποστολή στο Βερολίνο.
Η σημαντικότερη δουλειά παραγωγής της FFD ήταν το σύστημα μετάδοσης του AMC Eagle (1979–1988) — μια ανυψωμένη έκδοση με τετρακίνηση του σεντάν AMC Concord, με μεγαλύτερα ελαστικά και ανύψωση αμαξώματος 75 mm. Το Eagle ήταν το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής οπουδήποτε που μπλόκαρε το κεντρικό του διαφορικό με ιξωδικό συμπλέκτη. Σχεδιάστηκε ως ένα ήπιο εκτός δρόμου παρά ως ένα αυτοκίνητο επιδόσεων, ωστόσο η αρχιτεκτονική του συστήματος μετάδοσης είναι ο άμεσος πρόγονος ορισμένων από τα πιο ξακουστά γρήγορα αυτοκίνητα με τετρακίνηση που κατασκευάστηκαν ποτέ, με τα πρώτα Subaru Impreza WRX και το Mitsubishi Lancer Evolution ανάμεσά τους.
Αυτομπλοκαριζόμενα διαφορικά: από το Torsen στον ηλεκτρονικό έλεγχο
Audi’s Packaging Trick
Όταν το Audi Quattro μπήκε σε παραγωγή το 1981 — δύο χρόνια μετά το AMC Eagle — χρησιμοποιούσε ένα συμβατικό ελεύθερο κεντρικό διαφορικό με χειροκίνητο θετικό μπλοκάρισμα. Η κομψότητα της λύσης της Audi βρισκόταν στη διάταξη. Ο διαμήκης κινητήρας «κοιτούσε» ευθεία προς τον πίσω άξονα, και το κεντρικό διαφορικό πήγαινε απευθείας μέσα στο κιβώτιο ταχυτήτων: ο δευτερεύων άξονας κατασκευάστηκε κοίλος και ο μπροστινός άξονας μετάδοσης δρομολογήθηκε μέσα από αυτόν. Η ομάδα του Ferdinand Piëch επέλεξε μια συμμετρική κατανομή 50:50 μεταξύ εμπρός και πίσω.
The Torsen Differential
Το 1984 οι μοχλοί χειροκίνητου μπλοκαρίσματος εξαφανίστηκαν επιτέλους από τις καμπίνες της Audi, αντικαθιστούμενοι από το αυτομπλοκαριζόμενο διαφορικό Torsen — από το TORque SENsing (αίσθηση ροπής). Τα πλεονεκτήματά του αξίζει να αναφερθούν:
- Είναι εντελώς μηχανικό — δεν απαιτεί ηλεκτρονικά, υγρά ή παρέμβαση του οδηγού
- Ανταποκρίνεται σε μεταβολές της ροπής στους άξονες εξόδου και όχι σε διαφορές ταχύτητας, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να αντιδράσει προτού ξεκινήσει πραγματικά το σπινάρισμα
- Σε αντίθεση με έναν ιξωδικό συμπλέκτη, μπλοκάρει μόνο υπό πρόσφυση, όχι υπό πέδηση, καθιστώντας το πλήρως συμβατό με το ABS
- Το μπλοκάρισμα και το ξεμπλοκάρισμα είναι ομαλό και συνεχές, χωρίς δυαδικές μεταβάσεις
Έχοντας αποδειχθεί στα γρήγορα αυτοκίνητα, το Torsen υιοθετήθηκε από μηχανικούς SUV που κυνηγούσαν οδική συμπεριφορά αυτοκινήτου. Χρησιμοποιείται σήμερα στο Range Rover, στο Volkswagen Touareg, στο Porsche Cayenne και στο Toyota Land Cruiser Prado.
Η Group B και η κούρσα εξοπλισμών των ράλι
Πίσω στη δεκαετία του 1980 η κυριαρχία του Quattro στα ράλι πυροδότησε μια κούρσα εξοπλισμών στην τετρακίνηση. Μέσα σε λίγες σεζόν είχαν εμφανιστεί όλα αυτά τα αγωνιστικά ράλι με τετρακίνηση, το καθένα χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ιξωδικού συμπλέκτη της FFD στα αυτομπλοκαριζόμενα διαφορικά του:
- Peugeot 205 T16
- Austin Metro 6R4
- Lancia Delta S4
- Ford RS200
Ο Stuart Rolt, ο γιος του Tony, διαχειριζόταν τις σχέσεις της FFD με τις ομάδες ράλι εκείνα τα χρόνια.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 το εργοστάσιο AZLK στη Ρωσία απευθύνθηκε επίσης στην FFD, θέλοντας μια αγωνιστική έκδοση ράλι με τετρακίνηση του Moskvitch 2141. Χτισμένο γύρω από την ίδια διάταξη τριών διαφορικών με το Ford RS200, το πειραματικό αυτοκίνητο συμπεριφερόταν με αξιοσημείωτη προβλεψιμότητα σε ακραίες συνθήκες. Οι δοκιμές ανέδειξαν μια αρχή που ισχύει ακόμη: ρυθμίστε τη σκληρότητα μπλοκαρίσματος κάθε ιξωδικού συμπλέκτη ξεχωριστά και η ισορροπία του αυτοκινήτου μετακινείται μαζί της.
- Σκληρότερο πίσω διαφορικό τροχών → μεγαλύτερη τάση υπερστροφής
- Σκληρότερο εμπρός ή κεντρικό διαφορικό → περισσότερη υποστροφή και σταθερότητα
Electronic Control Arrives
Αυτή ακριβώς η δυνατότητα ρύθμισης είναι ο λόγος που τα σύγχρονα αυτοκίνητα WRC χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά ελεγχόμενες δέσμες πολύδισκων συμπλεκτών αντί για παθητικούς ιξωδικούς συμπλέκτες και στα τρία διαφορικά. Υδραυλικοί ενεργοποιητές και ένας υπολογιστής επί του οχήματος μεταβάλλουν το μπλοκάρισμα κάθε διαφορικού σε πραγματικό χρόνο — απελευθερώνοντας τους συμπλέκτες στην είσοδο της στροφής ώστε το αυτοκίνητο να περιστρέφεται ελεύθερα, και έπειτα σφίγγοντάς τους προοδευτικά καθώς ο οδηγός επιταχύνει προς την ευθεία, για μέγιστη πρόσφυση χωρίς υποστροφή.
Δύο κατασκευαστές πρωτοπόρησαν στα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα διαφορικά στα αυτοκίνητα δρόμου:
- Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Τρεις ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι συμπλέκτες συνέδεαν διαδοχικά τον εμπρός άξονα, έπειτα μπλόκαραν το κεντρικό διαφορικό και στη συνέχεια το πίσω διαφορικό, όπως απαιτούσαν οι συνθήκες. Το σύστημα ήταν αποτελεσματικό αλλά υπερβολικά πολύπλοκο, και τα ηλεκτρονικά μπορούσαν να προκαλέσουν στους μπροστινούς τροχούς αισθητή σύνδεση και αποσύνδεση σε χαλαρές επιφάνειες.
- Porsche 959 (1986): Δύο ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι συμπλέκτες που λειτουργούσαν σε τέσσερις επιλέξιμες λειτουργίες οδηγού. Το σύστημα του 959 ήταν πιο εξελιγμένο και καλύτερα προσαρμοσμένο σε χρήση υψηλών επιδόσεων.
Αντικαθιστώντας το διαφορικό: το Haldex και τα απλοποιημένα συστήματα τετρακίνησης
The Visco-Coupler on Its Own
Ενώ οι μηχανικοί των ράλι πίεζαν τα αυτομπλοκαριζόμενα διαφορικά όσο πιο μακριά γινόταν, οι σχεδιαστές των συνηθισμένων επιβατικών αυτοκινήτων πήγαν από την άλλη — αφαιρώντας εντελώς το κεντρικό διαφορικό και βάζοντας στη θέση του έναν ιξωδικό συμπλέκτη. Το Volkswagen Golf II Syncro του 1985 ήταν το πρώτο ευρωπαϊκό επιβατικό αυτοκίνητο που το έκανε, με ένα σύστημα μετάδοσης που ανέπτυξαν μηχανικοί της GKN, η οποία είχε εξαγοράσει την FFD το 1969.
Για τη μαζική παραγωγή η απλοποίηση απέδωσε:
- Το μοντέλο με τετρακίνηση μοιραζόταν τα περισσότερα εξαρτήματα με την τυπική προσθιοκίνητη έκδοση, μειώνοντας το κόστος και την πολυπλοκότητα της κατασκευής
- Υπό κανονικές συνθήκες, το αυτοκίνητο οδηγούνταν πανομοιότυπα με ένα προσθιοκίνητο αυτοκίνητο
- Όταν οι μπροστινοί τροχοί ολίσθαιναν, ο ιξωδικός συμπλέκτης μπορούσε να μεταφέρει έως και 70% της ροπής στα πίσω μέσα σε περίπου 0,2 δευτερόλεπτα
Η καθυστέρηση, ωστόσο, δημιουργούσε ένα μειονέκτημα στην οδική συμπεριφορά. Ένα αυτοκίνητο που συμπεριφερόταν σαν προσθιοκίνητο, «σπρώχνοντας» με το εμπρός μέρος προς τα έξω, μπορούσε να μεταβεί απότομα σε μια συμπεριφορά με έμφαση στα πίσω τη στιγμή που ενεργοποιούνταν ο συμπλέκτης — και να αιφνιδιάσει τον οδηγό του. Οι Ιάπωνες κατασκευαστές δοκίμασαν διάφορες λύσεις, μεταξύ των οποίων την τοποθέτηση περισσότερων συμπλεκτών: το Nissan Sunny/Pulsar του 1988 χρησιμοποιούσε τρεις, έναν για να ενεργοποιεί την πίσω κίνηση και έναν για να μπλοκάρει κάθε διαφορικό τροχών. Το Mazda Concerto 4WD πήγε ακόμη παραπέρα, αντικαθιστώντας τόσο το κεντρικό όσο και το πίσω διαφορικό τροχών με ιξωδικούς συμπλέκτες.
The Haldex Clutch
Το επόμενο βήμα αντικατέστησε τον ιξωδικό συμπλέκτη με έναν ηλεκτρονικά ελεγχόμενο υδραυλικό πολύδισκο συμπλέκτη — πολύ πιο γρήγορο και με πολύ πιο ακριβή έλεγχο. Το πιο γνωστό παράδειγμα είναι ο συμπλέκτης Haldex, ο οποίος διαδέχθηκε τον ιξωδικό συμπλέκτη στο Volkswagen Golf IV και στα αδελφά του μοντέλα ίδιας πλατφόρμας. Λειτουργεί ως εξής:
- Μετωπικά έκκεντρα ανιχνεύουν οποιαδήποτε διαφορά ταχύτητας περιστροφής μεταξύ του εμπρός και του πίσω άξονα
- Ράουλα που κυλούν πάνω στις επιφάνειες των εκκέντρων σπρώχνουν έμβολα σε δακτυλιοειδείς κυλίνδρους, αντλώντας υδραυλικό υγρό
- Η πίεση του υγρού συμπιέζει τη δέσμη του πολύδισκου συμπλέκτη, μεταφέροντας ροπή στον πίσω άξονα
- Μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, ελεγχόμενη από τα ηλεκτρονικά του οχήματος, μπορεί να απελευθερώσει την πίεση σε οποιοδήποτε σημείο — επιτρέποντας απείρως μεταβλητή κατανομή ροπής
Τα περισσότερα αυτοκίνητα και crossover με τετρακίνηση που πωλούνται σήμερα χρησιμοποιούν κάποια εκδοχή αυτού του ηλεκτρονικά ελεγχόμενου συμπλέκτη, είτε πρόκειται για το Haldex στα αυτοκίνητα του ομίλου Volkswagen, το VTM-4 της Honda ή το xDrive της BMW. Οι σύγχρονοι συμπλέκτες δρουν αρκετά γρήγορα ώστε η καθυστέρηση εμπλοκής να έχει γίνει ανεπαίσθητη στην καθημερινή οδήγηση, και η ρύθμιση (calibration) έχει πλέον μεγαλύτερη σημασία από το υλικό: το Golf 4Motion και το Audi A3 Quattro χρησιμοποιούν μηχανικά πανομοιότυπα συστήματα μετάδοσης, αλλά διαφορετικό λογισμικό δίνει στο Volkswagen μια συμμετρική κατανομή, ενώ η Audi στέλνει το 60% της ροπής μπροστά για έναν πιο οικείο προσθιοκίνητο χαρακτήρα.
Η τεχνολογία τετρακίνησης σήμερα: ποιο σύστημα είναι το καλύτερο;
Τα part-time συστήματα με χειροκίνητα ενεργοποιούμενο δεύτερο άξονα έχουν, ευτυχώς, εξαφανιστεί από τα επιβατικά αυτοκίνητα. Ό,τι απομένει χωρίζεται σε τρεις οικογένειες, καθεμία με τα πλεονεκτήματά της:
- Μόνιμη (full-time) τετρακίνηση με αυτομπλοκαριζόμενο κεντρικό διαφορικό (ιξωδικός συμπλέκτης όπως στα Subaru, μηχανικό Torsen όπως στα Audi A4/A6/A8 Quattro και στο Volkswagen Phaeton, ή ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι συμπλέκτες όπως στο Mitsubishi Lancer Evo): τα πιο εξελιγμένα και ικανοποιητικά συστήματα, ικανά να βελτιώνουν πραγματικά την οδική συμπεριφορά τόσο στον δρόμο όσο και στην πίστα όταν είναι σωστά ρυθμισμένα.
- Μόνιμη (full-time) τετρακίνηση με ελεύθερο κεντρικό διαφορικό (όπως στο Mercedes-Benz 4Matic): βασίζεται σε αντιολισθητικά ηλεκτρονικά για να αντισταθμίσει την έλλειψη αυτομπλοκαρίσματος. Αποτελεσματικό στον δρόμο, αλλά μηχανικά λιγότερο προδραστικό.
- Κατ’ απαίτηση (part-time) πίσω κίνηση μέσω ελεγχόμενου συμπλέκτη (Haldex, όπως σε Volvo, Saab και διάφορα crossover του ομίλου Volkswagen): η πιο συνηθισμένη διάταξη στα σύγχρονα crossover — οικονομική, ελαφριά και ολοένα πιο ικανή χάρη στα ταχύτερα ηλεκτρονικά.
Το torque vectoring και ό,τι ακολουθεί
Η κυρίαρχη τάση στην προηγμένη τετρακίνηση είναι το torque vectoring: όχι απλώς η κατανομή της ροπής μεταξύ των αξόνων, αλλά η ενεργή μεταβολή της μεταξύ του αριστερού και του δεξιού τροχού ενός άξονα. Το Mitsubishi Lancer Evolution X αποτελεί την αιχμή της τεχνολογίας — το σύστημά του S-AWC συνδυάζει ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο κεντρικό διαφορικό (ACD) με ένα πίσω διαφορικό Active Yaw Control (AYC) που μπορεί να μεταφέρει ροπή από τον έναν πίσω τροχό στον άλλο. Επιπλέον σύνολα γραναζιών μετατοπίζουν την ισορροπία προδραστικά, προτού χαθεί η πρόσφυση, αντί να αντιδρούν αφού ένας τροχός ήδη σπινάρει.
Στην πράξη οι διαφορές του πραγματικού κόσμου μεταξύ των σύγχρονων συστημάτων συνεχώς μικραίνουν καθώς βελτιώνονται τα ηλεκτρονικά ελέγχου. Ένα καλά ρυθμισμένο crossover με Haldex προσφέρει πλέον σταθερότητα για την οποία ένα μηχανικό Torsen θα θαυμαζόταν μια γενιά πριν. Αυτή είναι η κατεύθυνση της εξέλιξης — και το τελικό σημείο μπορεί κάλλιστα να είναι το ηλεκτρικό αυτοκίνητο με τέσσερις ξεχωριστούς κινητήρες στους τροχούς, ο καθένας από τους οποίους δοσομετρεί τη δική του ροπή χωρίς κανένα μηχανικό σύστημα μετάδοσης. Πράγμα που φέρνει την ιστορία ωραία πίσω στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο με τετρακίνηση του Ferdinand Porsche του 1900.
Αυτή είναι μετάφραση. Μπορείτε να διαβάσετε το πρωτότυπο εδώ: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html
Δημοσιεύθηκε Νοέμβριος 04, 2021 • 22m για ανάγνωση
