Κίνηση σε Όλους τους Τροχούς (AWD): Ιστορία, Τεχνολογία και Πώς Λειτουργούν τα Συστήματα AWD

Αυτό το άρθρο ξεκίνησε ως ένας απλός τεχνικός οδηγός — κάτι σαν «Όλα όσα θέλατε να ξέρετε για την κίνηση σε όλους τους τροχούς, αλλά δεν ξέρατε ποιον να ρωτήσετε.» Σχεδιάζαμε να καλύψουμε πώς τα ανοιχτά διαφορικά διαφέρουν από μονάδες τύπου visco-coupler ή Haldex, τι κάνουν τελικά τα αυτοαναχαιτιστικά διαφορικά και γιατί έχει σημασία κάτι από αυτά. Αλλά όσο βαθύτερα σκάβαμε στην ιστορία, τόσο περισσότερο εκπλαγήκαμε. Αποδεικνύεται ότι το πρώτο επιβατικό αυτοκίνητο με μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς κατασκευάστηκε στην Ολλανδία πριν από περισσότερα από εκατό χρόνια. Και το 1935, ένα αμερικανικό αγωνιστικό αυτοκίνητο τετρακίνησης πλησίασε εκπληκτικά κοντά στο να αλλάξει την πορεία της παγκόσμιας ιστορίας.

Γιατί χρειάζεται ένα επιβατικό αυτοκίνητο κίνηση σε όλους τους τροχούς; Στον 21ο αιώνα, η απάντηση φαίνεται προφανής: καλύτερη πρόσφυση, λιγότερο γλίστρημα τροχών σε γλιστερές επιφάνειες και βελτιωμένη συμπεριφορά υπό επιτάχυνση. Τέσσερις κινούμενοι τροχοί είναι απλώς καλύτεροι από δύο. Αλλά η ανθρωπότητα άργησε αξιοσημείωτα να δράσει σύμφωνα με αυτή τη βασική αλήθεια. Ρωτήστε οποιονδήποτε ιστορικό αυτοκινήτων και θα σας πει ότι η εποχή της κίνησης σε όλους τους τροχούς για μαζικά επιβατικά αυτοκίνητα ξεκίνησε το 1980 με το Audi Quattro. Μπορεί επίσης να αναφέρει σπάνιους προδρόμους — τη βρετανική supercar Jensen FF του 1966 και το Subaru Leone 4WD του 1972. Ένας πραγματικός εμπειρογνώμονας, ωστόσο, θα σημειώσει γρήγορα ότι τα πρώιμα τετρακίνητα Subaru δεν ήταν καθόλου μόνιμα συστήματα AWD — ήταν μερικής κίνησης. Και όπως θα εξηγήσουμε, αυτή είναι μια κρίσιμη διάκριση.

Μερική Τετρακίνηση (Part-Time 4WD): Μια Μεταβατική Λύση

Η μερική κίνηση σε έναν άξονα είναι μια λύση συμβιβασμού, και όχι ιδιαίτερα κομψή για οδικά αυτοκίνητα. Ο όρος «Part-Time 4WD» προέρχεται από τον κόσμο των SUV και των off-road φορτηγών. Σε αυτή τη διαμόρφωση, ένας άξονας κινεί μόνιμα ενώ ο άλλος συνδέεται άκαμπτα κατόπιν αιτήματος — αλλά αυτή η άκαμπτη σύνδεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο εκτός δρόμου. Σε ασφαλτοστρωμένες επιφάνειες, το σύστημα μερικής κίνησης πρέπει να αποσυνδεθεί εντελώς. Να ο λόγος:

• Όταν ένα αυτοκίνητο στρίβει, οι εμπρός τροχοί διαγράφουν μεγαλύτερο τόξο από τους πίσω και πρέπει επομένως να περιστρέφονται πιο γρήγορα.
• Με ένα άκαμπτα συνδεδεμένο σύστημα τετρακίνησης, η πρόσφυση στους εμπρός τροχούς μειώνεται ενώ η ροπή στους πίσω αυξάνεται.
• Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι εμπρός τροχοί μπορούν να δημιουργήσουν δύναμη πέδησης αντί κινητήριας δύναμης — αυξάνοντας την αντίσταση και κάνοντας το αυτοκίνητο πιο δύσκολο να οδηγηθεί.
• Σε χαλαρές επιφάνειες όπως λάσπη ή χιόνι, αυτό το φαινόμενο είναι διαχειρίσιμο, αλλά στην άσφαλτο προκαλεί σοβαρή δέσμευση του συστήματος μετάδοσης και προβλήματα συμπεριφοράς.

Όταν ένα αυτοκίνητο πλοηγείται σε στροφή, κάθε τροχός ακολουθεί το δικό του τόξο και πρέπει να περιστρέφεται με διαφορετική ταχύτητα. Αυτός είναι ο λόγος που ένα μόνιμο σύστημα κίνησης σε όλους τους τροχούς απαιτεί τρία διαφορικά: δύο διαφορικά τροχών (ένα ανά άξονα) και ένα κεντρικό διαφορικό που επιτρέπει και στους δύο κινούμενους άξονες να περιστρέφονται ανεξάρτητα μεταξύ τους.

Παρά αυτά τα μειονεκτήματα, η άκαμπτα συνδεδεμένη τετρακίνηση εμφανίστηκε σε ορισμένα οχήματα που κυκλοφορούσαν στο δρόμο — αν και ήταν πιο κοντά σε χαρακτήρα off-road φορτηγών. Στην ΕΣΣΔ, για παράδειγμα, το GAZ-61 «Emka» — μια τετρακίνητη sedan με εξακύλινδρο κινητήρα και εμπρός άξονα μερικής κίνησης — μπήκε σε μικρή παραγωγή ήδη από το 1938. Μετά τον πόλεμο, παρόμοια συστήματα μετάδοσης εμφανίστηκαν στην off-road παραλλαγή GAZ-M72 «Pobeda» και στο Moskvitch-410. Το Subaru Leone 4WD του 1972 ακολούθησε την ίδια λογική: κατασκευάστηκε για χρήση εκτός δρόμου, με μεγαλύτερο ύψος από το έδαφος από τα τυπικά εμπρόσθια κίνησης Subaru, και έναν πίσω άξονα που συνδεόταν χειροκίνητα.

Το Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) ήταν μια τετρακίνητη προσαρμογή μιας πλατφόρμας εμπρόσθιας κίνησης, με χειροκίνητα συνδεδεμένο πίσω άξονα. Βασικές προδιαγραφές περιελάμβαναν:

• Επιλογές κινητήρα: 1,4 λίτρα (72 hp) ή 1,6 λίτρα (80 hp)
• Τύποι αμαξώματος: station wagon, sedan και pickup
• Αρμός πίσω τροχοκίνησης: χειροκίνητος στα αυτοκίνητα με χειροκίνητο κιβώτιο· αυτόματος μέσω πολυδίσκου τριβής στα αυτόματα
• Αυτή η διάταξη μερικής κίνησης συνεχίστηκε σε όλα τα τετρακίνητα Subaru μέχρι το 1989

Το βασικό πρόβλημα με την ημι-μόνιμη τετρακίνηση είναι ότι είναι άχρηστη στους ασφαλτοστρωμένους δρόμους όπου τα περισσότερα αυτοκίνητα περνούν τον περισσότερο χρόνο τους — ωστόσο το αυτοκίνητο πρέπει να μεταφέρει πάντα το επιπλέον βάρος ενός κιβωτίου μεταφοράς, ενός δεύτερου άξονα κίνησης και μιας δευτερεύουσας συναρμολόγησης άξονα. Η μετατροπή ενός συστήματος μερικής κίνησης σε μόνιμο, ωστόσο, απαιτεί μόνο ένα επιπλέον εξάρτημα: ένα κεντρικό διαφορικό στο κιβώτιο μεταφοράς.

Μόνιμη Κίνηση σε Όλους τους Τροχούς (AWD): Πώς Λειτουργεί και Γιατί Έχει Σημασία

Το κεντρικό διαφορικό είναι το κλειδί για τη μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς. Δύο διαφορικά τροχών — ένα σε κάθε άξονα — επιτρέπουν στους αριστερούς και δεξιούς τροχούς κάθε άξονα να περιστρέφονται με διαφορετικές ταχύτητες στις στροφές. Το κεντρικό διαφορικό κάνει την ίδια εργασία μεταξύ εμπρός και πίσω αξόνων. Ένα αυτοκίνητο εξοπλισμένο και με τα τρία διαφορικά μπορεί να λειτουργεί με μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς σε οποιαδήποτε οδική επιφάνεια χωρίς δέσμευση του συστήματος μετάδοσης ή ποινές στη συμπεριφορά.

Απλό στη θεωρία — ωστόσο μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η αυτοκινητοβιομηχανία θεωρούσε τη μόνιμη AWD περιττή για οδικά αυτοκίνητα. Η συμβατική σκέψη ήταν ότι το συνεχές γύρισμα ενός δεύτερου ζεύγους τροχών και όλων των σχετικών εξαρτημάτων του συστήματος μετάδοσης σε ξηρή άσφαλτο πρόσθετε θόρυβο και σπαταλούσε καύσιμο. Το Audi Quattro άλλαξε αυτή τη σκέψη μόνιμα. Κατανέμοντας τη ροπή του κινητήρα σε όλους τους τέσσερις τροχούς ανά πάσα στιγμή, ένα μόνιμο σύστημα AWD:

• Αφήνει μεγαλύτερο περιθώριο πρόσφυσης διαθέσιμο για τη διαχείριση πλευρικών δυνάμεων στις στροφές
• Βελτιώνει σημαντικά τη σταθερότητα κατά την επιτάχυνση ή πέδηση στη μέση μιας στροφής
• Μειώνει τον κίνδυνο ξαφνικής υπερστροφής ή υποστροφής που προκαλείται από χειρισμό του γκαζιού

Το Audi 80 Quattro των τελευταίων της δεκαετίας του 1980 δείχνει πόσο εξελιγμένη έγινε αυτή η διάταξη. Η αρχιτεκτονική Quattro είναι πιο συμπαγής από το ανταγωνιστικό σύστημα μετάδοσης Ferguson Formula. Από το 1984, η Audi υιοθέτησε το αυτοαναχαιτιστικό διαφορικό Torsen — μια καθαρά μηχανική συσκευή που ανταποκρίνεται σε αλλαγές ροπής σε κάθε άξονα εξόδου αντί σε διαφορές ταχύτητας τροχών. Σε αντίθεση με ένα αυτοαναχαιτιστικό διαφορικό τύπου visco-coupler, το Torsen κλειδώνει μόνο κατά την έλξη, όχι κατά την πέδηση, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πλήρως συμβατό με τα συστήματα ABS και βελτιώνει τη σταθερότητα κατά την επιβράδυνση.

Αξίζει να σημειωθεί ότι το Range Rover (1970) και το ρωσικό Lada Niva (1976) θεωρούνται γενικά τα πρώτα μαζικά παραγόμενα οχήματα με κεντρικά διαφορικά — αλλά και τα δύο ανήκουν σταθερά στην κατηγορία off-road. Το Audi Quattro διεκδικεί τον τίτλο του πρωτοπόρου ειδικά μεταξύ των επιβατικών αυτοκινήτων.

Πρώιμα Αγωνιστικά Αυτοκίνητα Τετρακίνησης: Από το Spyker ως τη Bugatti

Εξερεύνησαν οι σχεδιαστές αγωνιστικών αυτοκινήτων τη μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς πριν από την εποχή του Quattro; Η απάντηση είναι σίγουρα ναι — και η ιστορία πηγαίνει πολύ πιο πίσω από ό,τι αναμένουν οι περισσότεροι.

Το πρώτο μεταπολεμικό έργο του Ferdinand Porsche ήταν ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο τετρακίνησης: το Cisitalia 360, με διάταξη mid-engine και κινητήρα δώδεκα κυλίνδρων 1,5 λίτρων. Ωστόσο, η εμπρόσθια κίνησή του ήταν μερική — ο οδηγός την ενεργοποιούσε μόνο στα ευθεία τμήματα της πίστας, επιστρέφοντας στην πίσω κίνηση πριν από τις στροφές.

Αλλά ο Porsche είχε στην πραγματικότητα κατασκευάσει ένα τετρακίνητο όχημα πολύ νωρίτερα: ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με τέσσερις μεμονωμένους ηλεκτρικούς κινητήρες τροχών, που χρονολογείται από το 1900. Η πραγματική έκπληξη για τους ιστορικούς αυτοκινήτων, ωστόσο, είναι το αγωνιστικό αυτοκίνητο του 1902 που κατασκευάστηκε από τον ολλανδικό κατασκευαστή Spyker. Σε μια εποχή που ακόμη και τα φρένα τοποθετούνταν μόνο στους πίσω τροχούς, αυτό το αυτοκίνητο είχε γνήσια μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς — με κεντρικό διαφορικό.

Η εταιρεία Spyker ιδρύθηκε το 1880 από τους αδελφούς Spijker ως κατασκευαστής αμαξών που έσερναν άλογα. Το πρώτο τους αυτοκίνητο εμφανίστηκε το 1900, και δύο χρόνια αργότερα, σε συνεργασία με τον Βέλγο σχεδιαστή Joseph Valentin Laviolette, παρήγαγαν το τετρακίνητο αγωνιστικό Spyker 60 HP (1902–1907). Οι προδιαγραφές του ήταν εξαιρετικά προηγμένες για την εποχή:

• Τρία διαφορικά — κεντρικό και αμφότερα τα διαφορικά τροχών
• Τρεις ξεχωριστοί μηχανισμοί πέδησης — δύο στους πίσω τροχούς, ένας στον εμπρός άξονα κίνησης
• Ένα σύστημα τετρακίνησης που δεν θα συναγωνιζόταν κανείς σε σύλληψη για δεκαετίες

Η ιδέα της μόνιμης τετρακίνησης είναι, επομένως, πολύ περισσότερο από έναν αιώνα παλιά. Δεν κατασκευάστηκαν πολλά τετρακίνητα Spyker — ήταν εξαιρετικά ακριβά και δεν πέτυχαν ποτέ σημαντική αγωνιστική επιτυχία. Δύο πιο φιλόδοξα έργα AWD ακολούθησαν στις αρχές της δεκαετίας του 1930: η Bugatti Tipo 53 και η Miller FWD.

Το έργο 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:

• Υπερσυμπιεσμένο ευθύ οκτακύλινδρο κινητήρα 300 hp
• Μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς με τρία διαφορικά
• Κιβώτιο μεταφοράς και κεντρικό διαφορικό ενσωματωμένα με το ξεχωριστό κιβώτιο ταχυτήτων
• Άξονες κίνησης και για τους δύο άξονες τοποθετημένοι στην αριστερή πλευρά του αυτοκινήτου
• Ανεξάρτητη εμπρός ανάρτηση σε εγκάρσιο ελατήριο — ασυνήθιστο για τη Bugatti

Παρά το γεγονός ότι ξεπερνούσε τα σύγχρονα αυτοκίνητα πίσω κίνησης στις στροφές με χαλίκι, η Tipo 53 υπέφερε από υπερβολική προσπάθεια στο τιμόνι λόγω της χρήσης τυπικών καρδανικών αρθρώσεων αντί αρθρώσεων σταθερής γωνιακής ταχύτητας στους εμπρός άξονες κίνησης. Τα τρία αυτοκίνητα αγωνίστηκαν μέχρι το 1935.

Η Miller FWD προέκυψε εν μέρει επειδή ο Αμερικανός σχεδιαστής Harry Miller είχε μελετήσει μια Bugatti εμπρόσθιας κίνησης που αγοράστηκε ειδικά για αποσυναρμολόγηση. Εμπνευσμένος από την προσέγγιση της Bugatti, ο Miller ανέπτυξε το δικό του τετρακίνητο πλαίσιο με χορηγία από την εταιρεία φορτηγών FWD. Ένα από τα τετρακίνητα Miller οδηγούσε τον αγώνα Indianapolis 500 του 1934 πριν αποσυρθεί με μηχανικά προβλήματα στην ένατη θέση.

Αυτά τα αυτοκίνητα συνδέονται επίσης με μια από τις πιο παράξενες στιγμές «τι θα γινόταν αν» στην ιστορία του αυτοκινήτου. Κατά τη διάρκεια ενός αγώνα στην πίστα AVUS στο Βερολίνο το 1935, ένα τετρακίνητο Miller κατείχε την τρίτη θέση όταν ο ευθύς οκτακύλινδρος κινητήρας του απέτυχε καταστροφικά, εκτοξεύοντας συντρίμμια προς τις κερκίδες. Ο Adolf Hitler βρισκόταν στις κερκίδες εκείνη την ημέρα. Αν ακόμα και ένα μικρό θραύσμα τον είχε φτάσει, η πορεία του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου — και της παγκόσμιας ιστορίας — θα μπορούσε να ήταν εντελώς διαφορετική.

Ο Ferguson Formula: Το Σύστημα AWD που Άλλαξε τα Πάντα

Για να κατανοήσουμε το επόμενο κρίσιμο κεφάλαιο στην ιστορία της κίνησης σε όλους τους τροχούς, βοηθά να επανεξετάσουμε έναν θεμελιώδη περιορισμό των ανοιχτών κεντρικών διαφορικών. Ένα ανοιχτό διαφορικό επιτρέπει σε έναν άξονα να περιστρέφεται ελεύθερα ενώ ο άλλος δεν λαμβάνει καμία ροπή. Αν οι πίσω τροχοί χάσουν εντελώς την πρόσφυση, οι εμπρός τροχοί μπορούν να παραμείνουν ακίνητοι ενώ οι πίσω γυρίζουν — το διαφορικό δεν κάνει τίποτα για να αποτρέψει αυτό.

Η λύση που αναπτύχθηκε για τα SUV ήταν το θετικό κλείδωμα: ο οδηγός ενεργοποιεί χειροκίνητα έναν μηχανισμό που κλειδώνει άκαμπτα τα γρανάζια του διαφορικού, μετατρέποντας τη διαφορική κίνηση σε στερεή σύνδεση. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιήθηκε στα πρώτα Range Rover, στο Lada Niva και σε πολλά άλλα off-road οχήματα — συμπεριλαμβανομένης της πρώτης γενιάς Audi Quattro, η οποία απαιτούσε από τον οδηγό να κλειδώνει χειροκίνητα το κεντρικό διαφορικό μέχρι το 1984. Αλλά το χειροκίνητο κλείδωμα είναι ένας άλλος συμβιβασμός: πρέπει να αποσυνδεθεί σε σκληρές επιφάνειες, και δεν προσφέρει καμία προστασία αν το γλίστρημα των τροχών αρχίσει απροσδόκητα σε γλιστερό δρόμο.

Το πρώτο αυτόματα αυτοαναχαιτιστικό κεντρικό διαφορικό ήταν δημιούργημα του Βρετανού αγωνιστικού οδηγού και μηχανικού Tony Rolt. Μαζί με τον φίλο του και συναγωνιστή Fred Dixon, ο Rolt είχε διευθύνει το εργαστήριο Rolt/Dixon Developments πριν από τον πόλεμο. Στη συνέχεια, οι δύο γοητεύτηκαν από τις δυνατότητες της μόνιμης κίνησης σε όλους τους τροχούς. Αφού κατασκεύασαν ένα πειραματικό τετρακίνητο δοκιμαστικό που ονόμασαν «Crab», ενώθηκαν το 1950 με τον Harry Ferguson — τον επιτυχημένο κατασκευαστή τρακτέρ — για να ιδρύσουν την Harry Ferguson Research.

Το όραμα του Ferguson δεν ήταν ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο αλλά ένα πραγματικά ασφαλές οδικό αυτοκίνητο: ένα του οποίου οι τροχοί δεν θα γλιστρούσαν υπό επιτάχυνση ούτε θα κλείδωναν υπό πέδηση. Ο Rolt και ο Dixon αποφάσισαν να σχεδιάσουν ένα τέτοιο αυτοκίνητο εξ ολοκλήρου από την αρχή — συμπεριλαμβανομένου αμαξώματος, κιβωτίου ταχυτήτων και συνόλου κινητήρα. Με τον έμπειρο σχεδιαστή Claude Hill (πρώην της Aston Martin) ως αρχιμηχανικό, το πειραματικό Ferguson R4 sedan ολοκληρώθηκε μετά από έξι χρόνια ανάπτυξης. Οι προδιαγραφές του ήταν αξιοσημείωτες για το 1956:

• Μόνιμη κίνηση σε όλους τους τροχούς με αυτοαναχαιτιστικό κεντρικό διαφορικό
• Κινητήρας τύπου flat-four
• Δισκόφρενα και στους τέσσερις τροχούς
• Το ηλεκτρομηχανικό αντιμπλοκαριστικό σύστημα πέδησης Dunlop MaxaRet, προσαρμοσμένο από την αεροναυτική

Η καρδιά του συστήματος μετάδοσης Ferguson Formula ήταν ένας ευφυής αυτοαναχαιτιστικός μηχανισμός εντός του κιβωτίου μεταφοράς. Εκτός από το διαφορικό, η μονάδα περιείχε ένα επιπλέον σύνολο γρανάζων, δύο μπιλιοφόρους συμπλέκτες υπερδρόμησης και δύο πακέτα δίσκων τριβής. Υπό κανονικές συνθήκες, αυτά τα στοιχεία λειτουργούσαν αθόρυβα. Αλλά όταν οι τροχοί ενός άξονα άρχιζαν να γλιστρούν — προκαλώντας διαφορά στις ταχύτητες των αξόνων εξόδου — ένας από τους συμπλέκτες ενεργοποιούνταν, πιέζοντας το πακέτο τριβής ενάντια στα γρανάζια του διαφορικού και μετατρέποντας αμέσως τη διαφορική κίνηση σε στερεή σύνδεση.

Ένα δεύτερο πρωτότυπο, το Ferguson R5 estate του 1962, ήταν ακόμα πιο ικανό. Οι δοκιμαστές του περιοδικού Autocar σημείωσαν ότι έφτανε τα όρια πρόσφυσης σε ταχύτητες που φαίνονταν σχεδόν αδύνατες. Παρ’ όλα αυτά, κανένας κατασκευαστής δεν συμφώνησε να βάλει το Ferguson σε παραγωγή — η πολυπλοκότητα και το κόστος ήταν πολύ υψηλά. Ωστόσο, το 1962 ο Tony Rolt έπεισε τη διοίκηση της Jensen Cars να προσαρμόσει το σύστημα μετάδοσης Ferguson Formula για το επερχόμενο coupe CV8, που χρησιμοποιούσε κινητήρα Chrysler V8 300 hp. Τρία χρόνια αργότερα, ολοκληρώθηκε ένα πειραματικό τετρακίνητο Jensen CV8 FF.

Το 1966, το Jensen Interceptor αντικατέστησε το CV8 — και μαζί με το τυπικό coupe πίσω κίνησης, η Jensen πρόσφερε μια τετρακίνητη παραλλαγή με τη διακριτική ταμπέλα «FF». Το Jensen FF έγινε το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής στον κόσμο που συνδύαζε ένα αυτοαναχαιτιστικό κεντρικό διαφορικό με ABS. Η ονομασία «FF» σήμαινε «Formula Ferguson». Βασικές προδιαγραφές περιελάμβαναν:

• Κινητήρας Chrysler V8 big-block 6,3 λίτρων που αποδίδει 325 hp
• Αυτόματο τριών ταχυτήτων TorqueFlite ή χειροκίνητο τεσσάρων ταχυτήτων
• Ασύμμετρη κατανομή ροπής: 63% στον πίσω άξονα, 37% στον εμπρός — για να διατηρηθεί ο χαρακτήρας οδήγησης πίσω κίνησης
• Μονοκάναλο ABS Dunlop MaxaRet
• Υδραυλική οδήγηση ράβδου-πινιόνου και δισκόφρενα παντού
• Μέγιστη ταχύτητα 212 km/h· 0–100 km/h σε 7,7 δευτερόλεπτα· βάρος οχήματος περίπου 1.800 kg
• Τιμή στο Ηνωμένο Βασίλειο το 1968: περίπου £6.000 — παρόμοια με το φθηνότερο Rolls-Royce
• Συνολική παραγωγή: 318 αυτοκίνητα (1966–1971)

Κάθε δημοσιογράφος αυτοκινήτου της εποχής επαίνεσε την εξαιρετική σταθερότητα του Jensen FF και αυτό που περιέγραψαν ως «ένα σχεδόν απεριόριστο περιθώριο έλξης σε υγρή άσφαλτο». Τραγικά, ο ίδιος ο Harry Ferguson δεν είδε ποτέ το Jensen FF — πέθανε το 1960.

Γιατί να αφιερώσουμε τόσο χρόνο στο Ferguson Formula; Επειδή η Harry Ferguson Research ήταν ο πρώτος οργανισμός στον κόσμο που αντιμετώπισε την κίνηση σε όλους τους τροχούς κυρίως ως εργαλείο ενεργητικής ασφάλειας — όχι απλώς ως λύση σε προβλήματα πρόσφυσης εκτός δρόμου. Η ασύμμετρη κατανομή ροπής ήταν μια συνειδητή επιλογή για να αποφευχθεί η απρόβλεπτη συμπεριφορά που ταλαιπωρεί τα συμμετρικά συστήματα AWD. Σε ένα αυτοκίνητο πίσω κίνησης, η εφαρμογή υπερβολικού γκαζιού σε μια γλιστερή στροφή προκαλεί προβλέψιμη υπερστροφή. Σε ένα αυτοκίνητο εμπρόσθιας κίνησης, προκαλεί προβλέψιμη υποστροφή. Σε ένα συμμετρικό αυτοκίνητο AWD, η ανταπόκριση εξαρτάται από τον άξονα που έχει τη χειρότερη πρόσφυση — πράγμα που μπορεί να είναι αμφίσημο και επικίνδυνο. Εξισορροπώντας τη ροπή προς τα πίσω, το Ferguson Formula έδινε στο Jensen FF σχεδόν προβλέψιμη συμπεριφορά πίσω κίνησης υπό τις περισσότερες συνθήκες.

Η Εφεύρεση του Visco-Coupler (Ιξωδοσυζεύκτη)

Ο αυτοαναχαιτιστικός μηχανισμός του Ferguson Formula είχε έναν σημαντικό περιορισμό: οι συμπλέκτες υπερδρόμησης λειτουργούσαν με δυαδικό, ανοιχτό-κλειστό τρόπο. Η μετάβαση από ανοιχτό διαφορικό σε πλήρες κλείδωμα ήταν άμεση, πράγμα που μπορούσε να δημιουργήσει τη δική του αμφισημία συμπεριφοράς τη στιγμή της αρμογής. Αυτό που χρειαζόταν ήταν ένας μηχανισμός που θα μπορούσε να ποικίλλει τον βαθμό κλειδώματος του διαφορικού ομαλά και προοδευτικά.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1960, ο Tony Rolt και ο Derek Gardner — αργότερα ο κύριος σχεδιαστής των αγωνιστικών αυτοκινήτων Formula 1 της Tyrrell — άρχισαν να πειραματίζονται με το υγρό σιλικόνης που χρησιμοποιείται σε ιξωδοσυζεύκτες ψύκτρας ανεμιστήρα. Το αποτέλεσμα ήταν ο ιξωδοσυζεύκτης (visco-coupler): ένα κυλινδρικό περίβλημα γεμάτο υγρό σιλικόνης, που περιέχει εναλλασσόμενα πακέτα δίσκων τριβής συνδεδεμένων σε κάθε άξονα εξόδου.

Να πώς λειτουργεί:

• Υπό κανονικές συνθήκες, με όλους τους τροχούς να περιστρέφονται με παρόμοιες ταχύτητες, τα πακέτα δίσκων μετακινούνται ελάχιστα σχετικά μεταξύ τους και ο συζεύκτης δεν έχει καμία επίδραση στο διαφορικό.
• Όταν ένας άξονας αρχίζει να γλιστρά, ο άξονας εξόδου του περιστρέφεται πιο γρήγορα, προκαλώντας τα πακέτα δίσκων να περιστρέφονται σχετικά μεταξύ τους και να διατέμνουν το υγρό σιλικόνης.
• Η διάτμηση αυξάνει τη θερμοκρασία και την πίεση εντός του συζεύκτη, αυξάνοντας δραστικά το ιξώδες του υγρού.
• Αυτή η αύξηση ιξώδους προκαλεί τους δίσκους να τριβόνται μεταξύ τους, επιβραδύνοντας προοδευτικά τον ταχύτερα περιστρεφόμενο άξονα και μερικώς ή πλήρως κλειδώνοντας το διαφορικό.

Αφού κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ο ιξωδοσυζεύκτης, ο Tony Rolt ίδρυσε την FF Developments (FFD) το 1971 για εμπορική παροχή κιβωτίων τετρακίνησης. Τα πρώτα έργα περιελάμβαναν τετρακίνητα βανάκια Bedford για τις βρετανικές δασικές υπηρεσίες, μια παρτίδα αυτοκινήτων Ford Zephyr FF αστυνομικής χρήσης και sedan Opel Senator 4×4 για τη βρετανική στρατιωτική αποστολή στο Βερολίνο.

Η πιο σημαντική επίτευξη παραγωγής της FFD ήταν η μετάδοση για το AMC Eagle (1979–1988) — μια υπερυψωμένη, τετρακίνητη έκδοση της sedan AMC Concord, εξοπλισμένη με μεγαλύτερα ελαστικά και ανύψωση αμαξώματος 75 mm. Το AMC Eagle ήταν το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής στον κόσμο που χρησιμοποιούσε κεντρικό διαφορικό κλειδωμένο με ιξωδοσυζεύκτη. Αν και συνελήφθη ως ήπιο off-roader παρά ως αυτοκίνητο επιδόσεων, η αρχιτεκτονική του κιβωτίου έγινε ο άμεσος πρόγονος μερικών από τα πιο φημισμένα αυτοκίνητα επιδόσεων AWD που κατασκευάστηκαν ποτέ — συμπεριλαμβανομένων των πρώιμων γενεών Subaru Impreza WRX και Mitsubishi Lancer Evolution.

Αυτοαναχαιτιστικά Διαφορικά: Από το Torsen ως τον Ηλεκτρονικό Έλεγχο

Όταν το Audi Quattro μπήκε στην παραγωγή το 1981 — δύο χρόνια μετά την παρουσίαση του AMC Eagle — χρησιμοποιούσε συμβατικό ανοιχτό κεντρικό διαφορικό με χειροκίνητα λειτουργούμενο θετικό κλείδωμα. Η κομψότητα της λύσης της Audi βρισκόταν στη συσκευασία: ο κινητήρας τοποθετημένος κατά μήκος δείχνει απευθείας προς τον πίσω άξονα, και ένα κεντρικό διαφορικό ενσωματώθηκε απευθείας στο κιβώτιο ταχυτήτων. Ο δευτερεύων άξονας του κιβωτίου ταχυτήτων έγινε κοίλος, και ο εμπρός άξονας κίνησης διοχετεύτηκε μέσα από αυτόν. Η ομάδα του Ferdinand Piëch επέλεξε συμμετρική κατανομή ροπής 50:50 μεταξύ εμπρός και πίσω.

Το 1984, οι μοχλοί χειροκίνητου κλειδώματος του διαφορικού εξαφανίστηκαν τελικά από τα εσωτερικά των Audi, αντικαθιστώμενοι από το αυτοαναχαιτιστικό διαφορικό Torsen (TORque SENsing). Το Torsen προσφέρει αρκετά βασικά πλεονεκτήματα:

• Είναι εξ ολοκλήρου μηχανικό — δεν απαιτούνται ηλεκτρονικά, υγρό ή εισροή οδηγού
• Ανταποκρίνεται σε αλλαγές ροπής στους άξονες εξόδου αντί σε διαφορές ταχύτητας, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να αντιδράσει πριν αρχίσει πραγματικά το γλίστρημα
• Σε αντίθεση με τον ιξωδοσυζεύκτη, κλειδώνει μόνο κατά την έλξη, όχι κατά την πέδηση, καθιστώντας το πλήρως συμβατό με ABS
• Το κλείδωμα και το ξεκλείδωμα είναι ομαλό και συνεχές, χωρίς δυαδικές μεταβάσεις

Η αποδεδειγμένη ικανότητα του Torsen να παρέχει βελτιώσεις συμπεριφοράς και σταθερότητας σε αυτοκίνητα υψηλών επιδόσεων προσέλκυσε αργότερα μηχανικούς SUV που αναζητούσαν δυναμική παρόμοια με αυτοκίνητο. Σήμερα χρησιμοποιείται στα συστήματα μετάδοσης οχημάτων όπως το Range Rover, το Volkswagen Touareg, το Porsche Cayenne και το Toyota Land Cruiser Prado.

Στη δεκαετία του 1980, η κυριαρχία του Audi Quattro στα ράλι προκάλεσε έναν αγώνα εξοπλισμών AWD μεταξύ των ανταγωνιστών της Κατηγορίας Β. Σε μερικές σεζόν, τα παρακάτω τετρακίνητα αγωνιστικά αυτοκίνητα ράλι εμφανίστηκαν διαδοχικά — χρησιμοποιώντας τεχνολογία ιξωδοσυζεύκτη FFD στα αυτοαναχαιτιστικά διαφορικά τους:

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

Ο Stuart Rolt, γιος του Tony, διαχειριζόταν τις σχέσεις της FFD με τις ομάδες ράλι κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, το εργοστάσιο AZLK στη Ρωσία στράφηκε επίσης στην FFD για να αναπτύξει μια τετρακίνητη ράλι έκδοση του Moskvitch 2141. Χρησιμοποιώντας την ίδια διάταξη τριών διαφορικών με το Ford RS200, το πειραματικό τετρακίνητο Moskvitch πέτυχε εξαιρετικά προβλέψιμη συμπεριφορά σε ακραίες συνθήκες. Οι δοκιμές αποκάλυψαν μια σημαντική αρχή: ρυθμίζοντας ατομικά την ακαμψία κλειδώματος κάθε ιξωδοσυζεύκτη, οι μηχανικοί μπορούσαν να ρυθμίσουν την ισορροπία συμπεριφοράς του αυτοκινήτου σε ένα ευρύ φάσμα:

• Σκληρότερο πίσω διαφορικό τροχών → περισσότερη τάση υπερστροφής
• Σκληρότερο εμπρός ή κεντρικό διαφορικό → περισσότερη υποστροφή και σταθερότητα

Αυτή η δυνατότητα ρύθμισης είναι ο λόγος που τα σύγχρονα αγωνιστικά αυτοκίνητα WRC χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά ελεγχόμενα πακέτα πολυδίσκων συμπλεκτών αντί παθητικών ιξωδοσυζευκτών και στα τρία διαφορικά. Υδραυλικοί ενεργοποιητές και ένας υπολογιστής του οχήματος μπορούν να ποικίλλουν το κλείδωμα κάθε διαφορικού σε πραγματικό χρόνο — απελευθερώνοντας τους συμπλέκτες κατά την είσοδο σε στροφή για να επιτρέψουν στο αυτοκίνητο να περιστρέφεται ελεύθερα, κατόπιν σφίγγοντάς τους προοδευτικά καθώς ο οδηγός επιταχύνει στην ευθεία για μεγιστοποίηση της πρόσφυσης με αποφυγή υποστροφής.

Δύο κατασκευαστές πρωτοπόρησαν στα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα διαφορικά σε οδικά αυτοκίνητα:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Τρεις ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι συμπλέκτες που συνέδεαν διαδοχικά τον εμπρός άξονα, έπειτα κλείδωναν το κεντρικό διαφορικό, κατόπιν κλείδωναν το πίσω διαφορικό όπως απαιτούσαν οι συνθήκες. Το σύστημα ήταν αποτελεσματικό αλλά υπερβολικά πολύπλοκο, και τα ηλεκτρονικά μπορούσαν να προκαλέσουν αισθητή σύνδεση και αποσύνδεση των εμπρός τροχών 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 κατάλληλο για χρήση υψηλών επιδόσεων.

Αντικαθιστώντας το Διαφορικό: Haldex και Απλοποιημένα Συστήματα AWD

Ενώ οι μηχανικοί ράλι ωθούσαν τα αυτοαναχαιτιστικά διαφορικά στα όριά τους, οι σχεδιαστές κοινών επιβατικών αυτοκινήτων κινήθηκαν προς την αντίθετη κατεύθυνση — εξαλείφοντας εντελώς το κεντρικό διαφορικό και αντικαθιστώντας το μόνο με έναν ιξωδοσυζεύκτη. Το Volkswagen Golf II Syncro του 1985 ήταν το πρώτο ευρωπαϊκό επιβατικό αυτοκίνητο που χρησιμοποίησε αυτή την προσέγγιση. Η μετάδοση αναπτύχθηκε από μηχανικούς της GKN, η οποία είχε εξαγοράσει την FFD το 1969.

Η απλοποιημένη διάταξη ιξωδοσυζεύκτη πρόσφερε σαφή πλεονεκτήματα για τη μαζική παραγωγή:

• Το τετρακίνητο μοντέλο μοιραζόταν τα περισσότερα εξαρτήματα με την τυπική εμπρόσθια κίνηση, μειώνοντας το κόστος και την πολυπλοκότητα της παραγωγής
• Υπό κανονικές συνθήκες, το αυτοκίνητο οδηγούσε ακριβώς όπως ένα αυτοκίνητο εμπρόσθιας κίνησης
• Όταν γλιστρούσαν οι εμπρός τροχοί, ο ιξωδοσυζεύκτης μπορούσε να μεταφέρει έως και 70% της ροπής στα πίσω σε περίπου 0,2 δευτερόλεπτα

Ωστόσο, αυτή η καθυστερημένη αρμογή δημιούργησε ένα χαρακτηριστικό πρόβλημα συμπεριφοράς: ένα αυτοκίνητο που αρχικά συμπεριφερόταν σαν εμπρόσθιας κίνησης (ωθώντας ευρέως εμπρός) μπορούσε ξαφνικά να μεταστραφεί σε συμπεριφορά με πλεονέκτημα πίσω όταν ενεργοποιόταν ο ιξωδοσυζεύκτης, εκπλήσσοντας τους οδηγούς. Ιαπωνικοί κατασκευαστές εξερεύνησαν διάφορες λύσεις, συμπεριλαμβανομένης της τοποθέτησης πολλαπλών ιξωδοσυζευκτών — ορισμένα μοντέλα, όπως το Nissan Sunny/Pulsar του 1988, χρησιμοποίησαν τρεις: έναν για να αρμόζει η πίσω κίνηση και έναν για να κλειδώνει κάθε διαφορικό τροχών. Το Mazda Concerto 4WD πήγε ακόμα πιο μακριά, χρησιμοποιώντας ιξωδοσυζεύκτες αντί τόσο για το κεντρικό όσο και για το πίσω διαφορικό τροχών.

Το επόμενο εξελικτικό βήμα αντικατέστησε τον ιξωδοσυζεύκτη με έναν ηλεκτρονικά ελεγχόμενο υδραυλικό πολυδίσκο συμπλέκτη — μια πολύ ταχύτερη και πιο ακριβώς ελέγξιμη συσκευή. Η σύζευξη Haldex, που αντικατέστησε τον ιξωδοσυζεύκτη στο Volkswagen Golf IV και τα αδελφά μοντέλα της ίδιας πλατφόρμας, είναι το πιο γνωστό παράδειγμα αυτής της τεχνολογίας. Να πώς λειτουργεί:

• Εμπρόσθια έδρανα ανιχνεύουν οποιαδήποτε διαφορά ταχύτητας περιστροφής μεταξύ εμπρός και πίσω αξόνων
• Κυλίνδροι που κυλούν πάνω στις επιφάνειες των εδράνων ωθούν έμβολα σε κυκλικούς κυλίνδρους, αντλώντας υδραυλικό υγρό
• Η πίεση του υγρού συμπιέζει το πακέτο πολυδίσκων, μεταφέροντας ροπή στον πίσω άξονα
• Μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, ελεγχόμενη από τα ηλεκτρονικά του οχήματος, μπορεί να απελευθερώσει πίεση οποιαδήποτε στιγμή — επιτρέποντας άπειρα μεταβλητή κατανομή ροπής

Σήμερα, τα περισσότερα επιβατικά αυτοκίνητα AWD και crossovers χρησιμοποιούν κάποια παραλλαγή αυτής της αρχιτεκτονικής ηλεκτρονικά ελεγχόμενου συμπλέκτη — είτε Haldex σε οχήματα του Ομίλου Volkswagen, Honda VTM-4 ή BMW xDrive. Η ταχύτητα των σύγχρονων συστημάτων συμπλεκτών έχει μειώσει την καθυστέρηση αρμογής στο σημείο που είναι αδύνατο να γίνει αντιληπτή στην κανονική οδήγηση. Η ρύθμιση του λογισμικού ελέγχου έχει πλέον μεγαλύτερη σημασία από το ίδιο το υλικό: το Golf 4Motion και το Audi A3 Quattro χρησιμοποιούν μηχανικά πανομοιότυπα κιβώτια, αλλά διαφορετικό λογισμικό δίνει στο Volkswagen συμμετρική κατανομή ροπής ενώ η βαθμονόμηση της Audi στέλνει 60% της ροπής εμπρός για πιο οικείο χαρακτήρα εμπρόσθιας κίνησης.

Τεχνολογία AWD Σήμερα: Ποιο Σύστημα Είναι Καλύτερο;

Τα συστήματα μερικής τετρακίνησης με χειροκίνητα αρμόζοντα δεύτερο άξονα έχουν ευτυχώς εξαφανιστεί από τα επιβατικά αυτοκίνητα. Οι εναπομείνασες αρχιτεκτονικές έχουν τα πλεονεκτήματά τους:

• Μόνιμη AWD με αυτοαναχαιτιστικό κεντρικό διαφορικό (ιξωδοσυζεύκτης όπως στη Subaru, μηχανικό Torsen όπως στο Audi A4/A6/A8 Quattro και Volkswagen Phaeton, ή ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι συμπλέκτες όπως στο Mitsubishi Lancer Evo): τα πιο εξελιγμένα και ικανοποιητικά συστήματα, ικανά να βελτιώσουν ουσιαστικά τη συμπεριφορά τόσο στο δρόμο όσο και στην πίστα όταν βαθμονομούνται σωστά.
• Μόνιμη AWD με ανοιχτό κεντρικό διαφορικό (όπως στο Mercedes-Benz 4Matic): βασίζεται σε ηλεκτρονικά αντιολισθητικής προστασίας για να αντισταθμίσει την έλλειψη αυτοαναχαίτησης. Αποτελεσματικό στο δρόμο, αλλά μηχανικά λιγότερο προληπτικό.
• Μερική πίσω κίνηση μέσω ελεγχόμενου συμπλέκτη (Haldex, όπως στη Volvo, Saab και διάφορα crossovers του Ομίλου Volkswagen): η πιο κοινή διάταξη στα σύγχρονα crossovers — οικονομική, ελαφριά και ολοένα πιο ικανή χάρη στα ταχύτερα ηλεκτρονικά.

Η κυρίαρχη τάση στην προηγμένη AWD είναι η διανομή ροπής (torque vectoring) — όχι απλώς κατανομή ροπής μεταξύ εμπρός και πίσω αξόνων, αλλά ενεργή διαφοροποίησή της μεταξύ των αριστερών και δεξιών τροχών ενός άξονα. Το Mitsubishi Lancer Evolution X αντιπροσωπεύει την αιχμή της τεχνολογίας: το σύστημα S-AWC συνδυάζει ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο κεντρικό διαφορικό (ACD) με ένα πίσω διαφορικό Active Yaw Control (AYC) ικανό να μεταφέρει ροπή μεταξύ των πίσω τροχών ανεξάρτητα. Πρόσθετα σύνολα γρανάζων μπορούν να μετατοπίσουν την ισορροπία ροπής προληπτικά, πριν χαθεί η πρόσφυση, αντί αντιδραστικά αφού έχει ξεκινήσει ήδη το γλίστρημα.

Σε πρακτικούς όρους, οι πραγματικές διαφορές συμπεριφοράς μεταξύ σύγχρονων συστημάτων AWD συνεχίζουν να μειώνονται καθώς τα ηλεκτρονικά ελέγχου γίνονται πιο εξελιγμένα. Ένα καλά βαθμονομημένο σύστημα βασισμένο σε Haldex σε ένα crossover μπορεί να προσφέρει σταθερότητα που θα φαινόταν αξιοσημείωτη από ένα μηχανικό διαφορικό Torsen μια γενιά πριν. Αυτή, τελικά, είναι η κατεύθυνση που ακολουθεί η τεχνολογία — και το τελικό σημείο μπορεί να είναι το ηλεκτρικό αυτοκίνητο με τέσσερις μεμονωμένους ηλεκτρικούς κινητήρες τροχών, κάθε ένας να παρέχει ακριβώς ελεγχόμενη ροπή χωρίς κανένα μηχανικό σύστημα μετάδοσης.

Αυτό είναι μια μετάφραση. Μπορείτε να διαβάσετε το πρωτότυπο εδώ: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html