Nelivedu selgitatud: ajalugu, tehnoloogia ja kuidas AWD-süsteemid töötavad

See artikkel sai alguse lihtsast tehnilisest juhendist — midagi sellist nagu „Kõik, mida olete nelivedu kohta teada tahtnud, aga ei teadnud, keda küsida.” Planeerisime käsitleda, kuidas erinevad avatud diferentsiaalid viskoühendus- ehk Haldex-tüüpi seadmetest, mida eneseblokkeeruvad diferentsiaalid tegelikult teevad ja miks see üldse loeb. Kuid mida sügavamale ajalukku kaevusime, seda üllatunumaks muutusime. Selgub, et esimene püsiva nelivedruga sõiduauto ehitati Madalmaades üle saja aasta tagasi. Ning 1935. aastal tuli neliveoline Ameerika võidusõiduauto hämmastusväärsel kombel lähedale maailmaajaloo kulgu muutmisele.

Miks vajab sõiduauto neliveohaaret? 21. sajandil tundub vastus ilmne: parem haakumine, vähem rataste libisemist libedatel pindadel ja parem juhitavus kiirendamisel. Neli vedavat ratast on lihtsalt paremad kui kaks. Kuid inimkond võttis selle lihtsa tõe vastuvõtmiseks üllatavalt kaua aega. Küsi kellelt tahes autoajaloolaselt ja nad ütlevad sulle, et masstoodangu sõiduautode neliveduajastu algas 1980. aastal Audi Quattro’ga. Nad võivad mainida ka haruldasi eelkäijaid — 1966. aasta Briti superautot Jensen FF ja 1972. aasta Subaru Leone 4WD-d. Tõeline asjatundja märgib aga kiiresti, et varased neliveolised Subaru’d ei olnud sugugi püsiva nelivedruga — need olid osalise ajaga. Ja nagu me selgitame, on see oluline erinevus.

Osalise ajaga 4WD: ajutine lahendus

Osalise ajaga vedu ühel teljel on kompromisslahendus, mis pole sõiduautodele eriti elegantne. Mõiste „osalise ajaga 4WD” pärineb maasturite ja maastikusõidukite maailmast. Selles konfiguratsioonis ajab üks telg pidevalt, teine ühendatakse vajaduse korral jäigalt — kuid seda jäika ühendust saab kasutada ainult maastikul. Kõvakattega teedel tuleb osalise ajaga süsteem täielikult lahti ühendada. Põhjus on järgmine:

• Kui auto pöörab, läbivad eesrattad pikema kaare kui tagarattad ja peavad seetõttu kiiremini pöörlema.
• Jäigalt ühendatud neliveosüsteemiga väheneb eesrataste haakumine, samal ajal kui tagarataste pöördemoment kasvab.
• Mõnel juhul võivad eesrattad tekitada hoopis pidurdusjõu, mitte veojõu — suurendades takistust ja muutes auto juhitavuse raskemaks.
• Lahtistel pindadel nagu muda või lumi on seda mõju võimalik taluda, kuid asfaltteel põhjustab see tõsiseid jõuülekande deformatsioone ja juhitavusprobleeme.

Kui auto läbib kurvi, järgib iga ratas oma kaart ja peab pöörlema erineva kiirusega. Seetõttu vajab püsiva nelivedruga süsteem kolme diferentsiaali: kaks rattastevahelist diferentsiaali (üks mõlema telje jaoks) ja üks teljestevaheline diferentsiaal, mis võimaldab mõlemal vedaval teljel üksteisest sõltumatult pöörleda.

Hoolimata nendest puudustest ilmus jäigalt ühendatud nelivedu mõnedele maanteesõidukitele — kuigi need olid oma olemuselt pigem maastikuautod. NSV Liidus näiteks toodeti GAZ-61 „Emka” — neliveoline sedaan kuuesilindrilise mootoriga ja osalise ajaga esiteljega — väikeses seeriatoodangus juba 1938. aastal. Pärast sõda ilmusid sarnased jõuülekanded GAZ-M72 „Pobeda” maastikuversioonis ja Moskvitš-410-s. 1972. aasta Subaru Leone 4WD järgis sama loogikat: see oli ehitatud maastikuks, kõrgema maapuhtusega kui standardsed esiveolised Subaru’d, ja käsitsi ühendatava tagatelgjega.

Subaru Leone 4WD universaal (1972–1979) oli esiveolise platvormi neliveoline kohandus käsitsi ühendatava tagatelgjega. Põhiandmed olid järgmised:

• Mootorivalikud: 1,4-liitrine (72 hj) või 1,6-liitrine (80 hj)
• Keretüübid: universaal, sedaan ja pikap
• Tagavedu sisselülitamine: käsikäigukastiga mudelitel käsitsi; automaatkäigukastiga mudelitel automaatselt mitme kettaga hõõrdeklapiga
• See osalise ajaga süsteem jätkus kõigil neliveolisest Subaru mudelitel kuni 1989. aastani

Osalise ajaga nelivedu põhiprobleem on see, et see on kasutu kõvakattega teedel, kus enamik autosid oma aja veedavad — ometi peab auto pidevalt kaasas kandma jaotuskasti, teise kardaanvõlli ja teise telje koostuse lisaraskust. Osalise ajaga süsteemi muutmine täisajalise vastu nõuab aga vaid ühte lisaosa: teljestevahelist diferentsiaali jaotuskastis.

Täisajaline nelivedu: kuidas see töötab ja miks see loeb

Teljestevaheline diferentsiaal on püsiva nelivedu võtmekomponent. Kaks rattastevahelist diferentsiaali — üks mõlemal teljel — võimaldavad vasak- ja parempoolsetel ratastel igal teljel kurvides erineva kiirusega pöörelda. Teljestevaheline diferentsiaal teeb sama tööd esitelje ja tagatelje vahel. Auto, mis on varustatud kõigi kolme diferentsiaaliga, saab töötada püsiva nelivedruga mis tahes teekattel ilma jõuülekande deformatsioonide või juhitavuse halvenemiseta.

Teooriast lihtne — ometi pidas automaailma peavool kuni 1980. aastate alguseni täisajalist AWD-d sõiduautodele tarbetuks. Valdav arvamus oli, et teise rattapaari ja kõigi seotud jõuülekande komponentide pidev pöörlemine kuival asfaltteel lisab müra ja raiskab kütust. Audi Quattro muutis selle mõtteviisi püsivalt. Jagades mootoripöördemomenti pidevalt kõigile neljale rattale, täisajaline AWD-süsteem:

• Jätab kurvides külgjõudude jaoks suurema haakimisreservi
• Parandab oluliselt stabiilsust kurvi sees kiirendamisel või pidurdamisel
• Vähendab järsu üleohjatavuse või alaohjatavuse ohtu, mida põhjustavad gaasipedaali liigutused

1980. aastate lõpu Audi 80 Quattro näitab, kui viimistletud sellest konfiguratsioonist sai. Quattro arhitektuur on kompaktsem kui konkureeriv Ferguson Formula jõuülekanne. Alates 1984. aastast võttis Audi kasutusele Torseni eneseblokkeeruva diferentsiaali — puhtselt mehaanilise seadme, mis reageerib pöördemomendi muutustele igal väljundvõllil, mitte rataste kiiruse erinevustele. Erinevalt viskoühenduspõhisest diferentsiaali lukust blokeerub Torsen ainult traktsiooni ajal, mitte pidurdamisel, mis tähendab, et see ühildub täielikult ABS-süsteemidega ja parandab stabiilsust aeglustamisel.

Väärib märkimist, et Range Rover (1970) ja Vene Lada Niva (1976) peetakse üldiselt esimesteks seeriatoodangu sõidukiteks teljestevahelise diferentsiaaliga — kuid mõlemad kuuluvad kindlalt maastikusõidukite kategooriasse. Audi Quattro nõuab pioneeritiitlit just sõiduautode seas.

Varased neliveolised võidusõiduautod: Spykerist Bugattini

Kas võidusõiduautode disainerid uurisid täisajalist neliveohaaret enne Quattro ajastut? Vastus on kindlasti jah — ja lugu ulatub kaugemale, kui enamik inimesi ootaks.

Ferdinand Porsche esimene sõjajärgne projekt oli neliveoline võidusõiduauto: Cisitalia 360, keskmootori paigutusega ja 1,5-liitrise kaheteistsilindrilise mootoriga. Kuid selle esivedu oli osalise ajaga — juht lülitas selle sisse ainult raja sirgel osal, lülitudes enne kurve tagasi tagaveole.

Kuid Porsche oli tegelikult ehitanud neliveolise sõiduki palju varem: elektriauto nelja eraldi rattamootorigiga, pärit 1900. aastast. Tõeline šokk autoajaloolastele on aga 1902. aasta võidusõiduauto, mille ehitas Hollandi tootja Spyker. Ajal, mil isegi pidurid paigaldati ainult tagaratastele, oli sellel autol tõeline täisajaline nelivedu — koos teljestevahelise diferentsiaaliga.

Spyker asutati 1880. aastal Spijkeri vendade poolt hobusõidukite tootjana. Nende esimene auto ilmus 1900. aastal ja kaks aastat hiljem, koostöös Belgia disaineri Joseph Valentin Laviolette’iga, tootsid nad neliveolise Spyker 60 HP võidusõiduauto (1902–1907). Selle tehniline kirjeldus oli tolleaegse jaoks erakordselt arenenud:

• Kolm diferentsiaali — teljestevaheline ja mõlemad rattastetevahelised
• Kolm eraldi pidurdusmehanismi — kaks tagarataste juures, üks esikardaanvõllil
• Neliveosüsteem, millele ei leitud kontseptuaalselt võrdset aastakümneid

Täisajalise nelivedu kontseptsioon on seega juba üle saja aasta vana. Neliveolisi Spykereid ei ehitatud palju — need olid äärmiselt kallid ega saavutanud märkimisväärset võidusõiduedukust. Kaks ambitsioonikaamat AWD võidusõiduprojekti järgnesid 1930. aastate alguses: Bugatti Tipo 53 ja Miller FWD.

Bugatti Tipo 53 projekti algatas Fiat insener Antonio Pichetto, kes pakkus idee 1930. aastal Ettore Bugattile. Kolm autot valmistati 1932. aastal, igaüks varustatud:

• 300 hj kompressoriga sirgekaheksane mootor
• Täisajaline nelivedu kolme diferentsiaaliga
• Jaotuskast ja teljestevaheline diferentsiaal integreeritud eraldi paigaldatud käigukastiga
• Mõlema telje kardaanvõllid paiknesid auto vasakul küljel
• Sõltumatu esirippumine põikvedruga — Bugatti jaoks ebatavaline

Hoolimata sellest, et Tipo 53 ületas kaasaegseid tagaveolisi autosid kruusarandides, kannatas see liigse roolimiskoormuse all, kuna esikardaanvõllides kasutati tavalisi kardaanliigendeid, mitte homokineetilisi liigendeid. Kolm autot võistlesid kuni 1935. aastani.

Miller FWD sündis osalt seetõttu, et Ameerika disainer Harry Miller uuris lahtivõtmiseks spetsiaalselt ostetud Bugatti esivedu. Bugatti lähenemisest inspireerituna arendas Miller omaenda neliveolise šasii, saades sponsorluse FWD veoautofirmalt. Üks neliveoline Miller juhtis 1934. aasta Indianapolis 500 võidusõitu, enne kui ta mehaaniliste probleemide tõttu üheksandal kohal katkestas.

Need autod on seotud ka ühe autoajaloo kummalisema „mis oleks, kui” hetkega. 1935. aasta võidusõidu ajal AVUS-rajal Berliinis sõitis neliveoline Miller kolmandal kohal, kui selle sirgekaheksane mootor katastroofiliselt purunesid, saates prahti tribüünide suunas. Adolf Hitler viibis sel päeval tribüünil. Kui isegi väike kild oleks teda tabanud, oleks Teise maailmasõja — ja maailmaajaloo — kulg võinud olla täiesti teistsugune.

Ferguson Formula: AWD-süsteem, mis muutis kõike

Selleks et mõista järgmist kriitilist peatükki nelivedu ajaloos, on kasulik meeles pidada avatud teljestevaheliste diferentsiaalide põhilist piirangut. Avatud diferentsiaal võimaldab ühel teljel vabalt keerelda, samal ajal kui teine ei saa pöördemomenti. Kui tagarattad kaotavad haakumise täielikult, võivad eesrattad seisma jääda, samal ajal kui tagarattad keerlev — diferentsiaal ei tee midagi, et seda takistada.

Maasturite jaoks välja töötatud lahendus oli positiivne lukustus: juht lülitab käsitsi mehhanismi, mis lukustab jäigalt diferentsiaali hammasrattad, muutes diferentsiaali ülekande jäigaks ühenduseks. Seda lähenemist kasutati varaste Range Roverite, Lada Niva ja paljude teiste maastikusõidukite puhul — sealhulgas esimese põlvkonna Audi Quattro puhul, mis nõudis juhilt keskmise diferentsiaali käsitsi lukustamist kuni 1984. aastani. Kuid käsitsi lukustamine on omamoodi kompromiss: see tuleb kõval pinnal lahti lülitada ja see ei paku kaitset, kui rataste libisemine algab ootamatult libedal teel.

Esimese automaatse eneseblokkeeruva teljestevahelise diferentsiaali lõi Briti võidusõidujuht ja insener Tony Rolt. Koos oma sõbra ja kaasabisõitja Fred Dixoniga juhatas Rolt enne sõda töökoda Rolt/Dixon Developments. Pärast sõda hakkasid mõlemad innukalt uurima püsiva nelivedu potentsiaali. Pärast eksperimentaalse neliveolise katsestendi „Crab” ehitamist liitusid nad 1950. aastal koos Harry Fergusoniga — eduka traktorite tootjaga — moodustades Harry Ferguson Research.

Fergusoni visioon ei olnud võidusõiduauto, vaid tõeliselt ohutu maanteesõiduauto: selline, mille rattad ei libiseks kiirendamisel ega lukustuks pidurdamisel. Rolt ja Dixon otsustasid sellise auto täiesti nullist disainida — kere, jõuülekanne ja jõuallikas kaasa arvatud. Kogenud disaineriga Claude Hill (endine Aston Martini töötaja) peainsenerina valmistati eksperimentaalne Ferguson R4 sedaan pärast kuueaastast arendust. Selle tehniline kirjeldus oli 1956. aasta kohta märkimisväärne:

• Püsiv nelivedu eneseblokkeeruva teljestevahelise diferentsiaaliga
• Lamedaneljamootor
• Ketaspidur kõigil neljal rattal
• Dunlop MaxaRet elektromehhaaniline blokeerumisvastane pidurisüsteem, kohandatud lennundusest

Ferguson Formula jõuülekande süda oli leidlik eneseblokkeerumismehhanism jaotuskastis. Lisaks diferentsiaalile sisaldas seade täiendavat hammasrataste koostust, kahte kuulvabajooksiklit ja kahte hõõrdekettakimpu. Tavalistel tingimustel töötasid need elemendid vaikselt tühikäigul. Kuid kui ühe telje rattad hakkasid libisema — põhjustades erinevuse väljundvõllide kiiruses — ühendas üks klappe oma hõõrdekettakimbu diferentsiaali hammasrataste vastu ja muutis diferentsiaali ülekande koheselt jäigaks ühenduseks.

Teine prototüüp, 1962. aasta Ferguson R5 universaal, oli veelgi võimekam. Autocar ajakirja testijad märkisid, et see saavutas haakimise piirid kiirustel, mis tundusid peaaegu võimatuna. Vaatamata sellele ei nõustunud ükski tootja Fergusoni tootmisse võtma — keerukus ja hind olid liiga kõrged. Kuid 1962. aastal veenis Tony Rolt Jensen Cars’i juhtkonda kohandama Ferguson Formula jõuülekannet nende eelseisva CV8 kupee jaoks, mis kasutas 300 hj Chrysler V8 mootorit. Kolm aastat hiljem valmis eksperimentaalne neliveoline Jensen CV8 FF.

1966. aastal asendas Jensen Interceptor CV8 — ja lisaks standardsele tagaveolisele kupee versioonile pakkus Jensen ka neliveolise variandi diskreetse „FF” nimeplaadiga. Jensen FF sai maailma esimeseks seeriatoodangu sõiduautoks, mis ühendas eneseblokkeeruva teljestevahelise diferentsiaali ABS-iga. „FF” tähistab „Formula Ferguson”. Põhiandmed olid järgmised:

• 6,3-liitrine Chrysler V8 suurplokkmootor, mis andis 325 hj
• Kolmeastmeline TorqueFlite automaatkäigukast või neljaastmeline käsikäigukast
• Asümmeetriline pöördemomendi jaotus: 63% tagatelgjele, 37% esitelgjele — tagaveolaadse käitumise säilitamiseks
• Ühekanaliline Dunlop MaxaRet ABS
• Hambareelne servoroolimehanism ja ketaspidur kõigil rattal
• Maksimaalne kiirus 212 km/h; 0–100 km/h 7,7 sekundiga; omamass ligikaudu 1800 kg
• Suurbritannia hind 1968. aastal: ligikaudu 6000 naela — sarnane odavaima Rolls-Royce’i hinnaga
• Kogutoodang: 318 autot (1966–1971)

Kõik tolleaegsed autoajakirjanikud kiitsid Jensen FF erakordset stabiilsust ja seda, mida nad kirjeldasid kui „peaaegu piiramatu traktsioonivarugi märjal asfaltteel.” Traagiliselt ei näinud Harry Ferguson ise Jensen FF-i kunagi — ta suri 1960. aastal.

Miks kulutada nii palju aega Ferguson Formulale? Sest Harry Ferguson Research oli esimene organisatsioon kogu maailmas, mis käsitles neliveohaaret eelkõige aktiivse ohutuse vahendina — mitte lihtsalt maastikul haakumisprobleemide lahendusena. Asümmeetriline pöördemomendi jaotus oli tahtlik valik, et vältida ettearvatamatust, mis vaevab sümmeetrilisi AWD-süsteeme. Tagaveolise auto puhul põhjustab liiga suure gaasi andmine libedas kurvis etteaimatava üleohjatavuse. Esiveolise auto puhul põhjustab see etteaimatava alaohjatavuse. Sümmeetrilise AWD-autoga sõltub reaktsioon sellest, millisel teljel on halvim haakumine — mis võib olla mitmetähenduslik ja ohtlik. Pöördemomenti tagatelje poole kallutades andis Ferguson Formula Jensen FF-ile enamikes oludes peaaegu etteaimatava tagaveolise käitumise.

Viskoühenduse leiutamine

Ferguson Formula eneseblokkeerimismehhanismil oli üks oluline piirang: selle vabajooksiklud töötasid kaheväärtuslikul, sees-väljas põhimõttel. Üleminek avatud diferentsiaalilt täislukule oli kohene, mis võis tekitada omaenda juhitavuse mitmetähenduslikkuse ühendumise hetkel. Vajalik oli mehhanism, mis suudaks diferentsiaali lukustusastet sujuvalt ja järk-järgult muuta.

1960. aastate lõpus hakkasid Tony Rolt ja Derek Gardner — hilisem Tyrrell Vormel 1 autode peadisainer — katsetama silikoonvedelikku, mida kasutati viskoossetes ventilaatoriülekannetest. Tulemuseks oli viskoühendus: silikoonvedelikuga täidetud silindriline korpus, mis sisaldab vahelduvaid hõõrdekettakimpe, mis on ühendatud mõlema väljundvõlliga.

Siin on, kuidas see töötab:

• Tavalistel tingimustel, kui kõik rattad pöörlevad sarnase kiirusega, liiguvad kettakimbud üksteise suhtes vaevalt ja ühenduslüli ei mõjuta diferentsiaali.
• Kui üks telg hakkab libisema, pöörleb selle väljundvõll kiiremini, põhjustades kettakimpude pöörlemise üksteise suhtes ja silikoonvedeliku nihkumise.
• Nihkumine suurendab ühenduslüli sees temperatuuri ja rõhku, tõstes oluliselt vedeliku viskoossust.
• See viskoossuse kasv põhjustab ketaste omavahelist hõõrdumist, pidurdades järk-järgult kiiremini pöörlevat võlli ja osaliselt või täielikult lukustades diferentsiaali.

Pärast viskoühenduse patenteerimist asutas Tony Rolt 1971. aastal FF Developments (FFD), et pakkuda neliveolisi jõuülekandeid äriliselt. Varased projektid hõlmasid neliveolisi Bedford kaubikuid Briti metsateenistusele, partii Ford Zephyr FF politseiautosid ja Opel Senator 4×4 sedaane Briti sõjalisele missioonile Berliinis.

FFD kõige olulisem tootmissaavutus oli AMC Eagle (1979–1988) jõuülekanne — kõrgendatud, neliveoline versioon AMC Concord sedaanist, varustatud suuremate rehvide ja 75 mm keretõstega. AMC Eagle oli maailma esimene seeriatoodangu auto, mis kasutas teljestevahelist diferentsiaali lukustatuna viskoühendusega. Kuigi see oli kavandatud kerge maastikusõidukina, mitte sportautona, sai selle jõuülekandearchitektuur mõningate kõige tunnustatumate AWD-sportautode otseseks eelkäijaks — sealhulgas varaste Subaru Impreza WRX ja Mitsubishi Lancer Evolution põlvkondade jaoks.

Eneseblokkeeruvad diferentsiaalid: Torsenist elektroonilise juhtimiseni

Kui Audi Quattro 1981. aastal tootmisse läks — kaks aastat pärast AMC Eagle debüüti — kasutas see tavalist avatud teljestevahelist diferentsiaali käsitsi käitatava positiivse lukustusega. Audi lahenduse elegants peitus pakendis: pikisuunaliselt paigaldatud mootor oli suunatud otse tagatelje poole ja teljestevaheline diferentsiaal oli integreeritud otse käigukasti. Käigukasti sekundaarne võll tehti õõnsaks ja esikardaanvõll suunati läbi selle. Ferdinand Piëchi meeskond valis sümmeetrilise 50:50 pöördemomendi jaotuse esi- ja tagatelje vahel.

1984. aastal kadusid käsitsi diferentsiaali lukustushoovad lõpuks Audi salonkidest, asendades need Torsen (TORque SENsing ehk pöördemomenti tunnetav) eneseblokkeeruva diferentsiaaliga. Torsen pakub mitmeid põhilisi eeliseid:

• See on täielikult mehaaniline — elektroonika, vedelik ega juhi sekkumine pole vajalikud
• See reageerib pöördemomendi muutustele väljundvõllidel, mitte kiiruse erinevustele, mis tähendab, et see suudab reageerida enne, kui rataste libisemine tegelikult algab
• Erinevalt viskoühendusest lukustub see ainult traktsiooni ajal, mitte pidurdamisel, muutes selle täielikult ABS-ühilduvaks
• Lukustumine ja avanemine on sujuv ja pidev, ilma kaheväärtuslike üleminekuteta

Torseni tõestatud võime parandada sportautode juhitavust ja stabiilsust meelitas hiljem maasturiinsenereid, kes otsisid autotaolist dünaamikat. Tänapäeval kasutatakse seda selliste sõidukite jõuülekannetes nagu Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne ja Toyota Land Cruiser Prado.

1980. aastatel vallandas Audi Quattro ralli domineerimine neliveolise võidurelvastumise Grupp B konkurentide seas. Mõne hooaja jooksul olid kõik järgmised neliveolised ralliautod ilmunud — igaüks kasutas FFD viskoühenduse tehnoloogiat oma eneseblokkeeruvates diferentsiaalides:

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

Stuart Rolt, Tony poeg, haldas FFD suhteid rallimeeskondadega sel perioodil.

1990. aastate alguses pöördus ka AZLK tehas Venemaal FFD poole, et arendada neliveoline ralliversioon Moskvitš 2141-st. Kasutades sama kolme diferentsiaali paigutust nagu Ford RS200, saavutas eksperimentaalne neliveoline Moskvitš äärmiselt etteaimatava käitumise äärmuslikes tingimustes. Testimine paljastas olulise põhimõtte: reguleerides iga viskoühenduse lukustusjäikust individuaalselt, said insenerid häälestada auto käitumuslikku tasakaalu laiades piirides:

• Jäigem tagapoolne rattastevaheline diferentsiaal → suurem üleohjatavuse kalduvus
• Jäigem esi- või teljestevaheline diferentsiaal → suurem alaohjatavus ja stabiilsus

See häälestuvus on põhjus, miks kaasaegsed WRC ralliautod kasutavad kõigis kolmes diferentsiaalis passiivsete viskoühenduste asemel elektrooniliselt juhitavaid mitme kettaga klapikoostuseid. Hüdraulilised käiturid ja pardaarvuti suudavad reaalajas muuta iga diferentsiaali lukustusastet — vabastades klapid kurvi sisenemisel, et lasta autol vabalt pöörata, seejärel neid järk-järgult pingutades, kui juht kiirendab sirgele, et maksimeerida traktsiooni, vältides samal ajal alaohjatavust.

Kaks tootjat olid teerajajateks elektrooniliselt juhitavate diferentsiaalidega sõiduautodes:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-klass): Kolm elektrooniliselt juhitavat klappi ühendasid järjestikku esitelje, seejärel lukustasid teljestevahelise diferentsiaali, seejärel lukustasid tagadifferentsiaali vastavalt vajadusele. Süsteem oli tõhus, kuid liigselt keerukas ja elektroonika võis põhjustada eesrataste märgatava ühendumise ja lahtiühendumise lahtistel pindadel.
• Porsche 959 (1986): Kaks elektrooniliselt juhitavat klappi, mis töötasid nelja valitava juhtimisrežiimi kaudu. 959 süsteem oli keerukam ja paremini sobiv suure jõudlusega kasutamiseks.

Diferentsiaali asendamine: Haldex ja lihtsustatud AWD-süsteemid

Samal ajal, kui ralliinsenerid ajasid eneseblokkeeruvaid diferentsiaale oma piirideni, liikusid masstoodangu sõiduautode disainerid vastupidises suunas — kõrvaldades teljestevahelise diferentsiaali täielikult ja asendades selle ainuüksi viskoühendusega. 1985. aasta Volkswagen Golf II Syncro oli esimene Euroopa sõiduauto, mis kasutas seda lähenemist. Jõuülekannet arendasid GKN insenerid, kes olid FFD omandanud 1969. aastal.

Lihtsustatud viskoühenduse paigutus pakkus selgeid eeliseid masstoodangu jaoks:

• AWD mudel jagas enamiku komponente standardse esiveolise versiooniga, vähendades tootmiskulusid ja keerukust
• Tavalistel tingimustel sõitis auto identse esiveolise autona
• Kui eesrattad libisesid, suutis viskoühendus edastada kuni 70% pöördemomendist tagatelgjele ligikaudu 0,2 sekundi jooksul

Kuid see hilinev ühendus tekitas juhitavuse ohtu: auto, mis käitus alguses esiveolise autona (ees laiale lükandmine), võis viskoühenduse ühendamisel äkki nihkuda tagapoolsele käitumisele, tabades juhte ootamatult. Jaapani tootjad uurisid mitmesuguseid lahendusi, sealhulgas mitme viskoühenduse kasutamine — mõned mudelid, nagu 1988. aasta Nissan Sunny/Pulsar, kasutasid kolme: üks tagaveo ühendamiseks ja üks kumagi rattavahelise diferentsiaali lukustamiseks. Mazda Concerto 4WD läks veelgi kaugemale, kasutades viskoühendusi nii teljestevahelise kui ka tagumise rattavahelise diferentsiaali asendajatena.

Järgmine arengusamm asendas viskoühenduse elektrooniliselt juhitava hüdraulilise mitme kettaga klapiga — palju kiirema ja täpsemini juhitava seadmega. Haldex ühenduslüli, mis asendas viskoühenduse Volkswagen Golf IV-l ja selle platvormivendadel, on selle tehnoloogia tuntuim näide. Siin on, kuidas see töötab:

• Otskaamid tuvastavad pöörlemiskiiruse erinevuse esi- ja tagavõllide vahel
• Rullikud, mis liiguvad üle kaamide pindade, suruvad kolbe rõngasilindrites, pumpades hüdraulilist vedelikku
• Vedeliku rõhk pigistab mitme ketta klapikoostise kokku, edastades pöördemomenti tagatelgjele
• Solenoidklapp, mida juhib sõiduki elektroonika, suudab survet vabastada igal hetkel — võimaldades lõputult muudetavat pöördemomendi jaotust

Tänapäeval kasutavad enamik AWD-sõiduautosid ja maastureid selle elektrooniliselt juhitava klapi arhitektuuri mingit varianti — olgu see Haldex Volkswagen Grupi sõidukitel, Honda VTM-4 või BMW xDrive. Kaasaegsete klapsüsteemide kiirus on vähendanud ühendumise viivitust nii, et see on tavapärasel sõitmisel tajumatu. Juhtimistarkavara häälestamine loeb nüüd rohkem kui riistvara ise: Golf 4Motion ja Audi A3 Quattro kasutavad mehaaniliselt identseid jõuülekandeid, kuid erinev tarkvara annab Volkswagenile sümmeetrilise pöördemomendi jaotuse, samal ajal kui Audi kalibreerimine saadab 60% pöördemomendist esitelgjele, et luua tuttavam esiveoline iseloom.

AWD-tehnoloogia täna: milline süsteem on parim?

Osalise ajaga neliveosüsteemid käsitsi ühendatava teise teljega on õnneks sõiduautodest kadunud. Ülejäänud arhitektuuridel on igaühel oma eelised:

• Täisajaline AWD eneseblokkeeruva teljestevahelise diferentsiaaliga (viskoühendus nagu Subarus, Torsen mehaaniline nagu Audi A4/A6/A8 Quattros ja Volkswagen Phaetonis, või elektrooniliselt juhitavad klapid nagu Mitsubishi Lancer Evos): kõige keerukamad ja rahuldustpakkuvamad süsteemid, mis on võimelised õigesti kalibreerituna tõeliselt parandama juhitavust nii teel kui ka rajal.
• Täisajaline AWD avatud teljestevahelise diferentsiaaliga (nagu Mercedes-Benz 4Matics): tugineb libisemisvastasele elektroonikale, et kompenseerida eneseblokkeerumise puudumist. Teel tõhus, kuid mehaaniliselt vähem ennetav.
• Osalise ajaga tagavedu juhitava klapi kaudu (Haldex, nagu Volvol, Saab ja erinevad Volkswagen Grupi maasturid): kõige levinum paigutus kaasaegsetes maasturites — kulutõhus, kerge ja elektroonika kiirenemise tõttu üha võimekam.

Arenenud AWD-süsteemide domineeriv trend on pöördemomendi vektoreerimine — mitte ainult pöördemomendi jaotamine esi- ja tagatelje vahel, vaid selle aktiivne muutmine teljel vasakpoolse ja parempoolse ratta vahel. Mitsubishi Lancer Evolution X esindab tipptaset: selle S-AWC süsteem ühendab elektrooniliselt juhitava keskmise diferentsiaali (ACD) aktiivse kursistabiilsuse kontrolliga (AYC) tagadifferentsiaaliga, mis suudab edastada pöördemomenti tagarataste vahel sõltumatult. Täiendavad hammasrataste koostised suudavad muuta pöördemomendi tasakaalu ennetavalt, enne haakumise kaotamist, mitte reageerivalt pärast rataste libisemise algust.

Praktilises mõttes jätkub kaasaegsete AWD-süsteemide tegeliku juhitavuserinevuse kitsenemine, kuna juhtimise elektroonika muutub keerukamaks. Hästi kalibreeritud Haldex-põhine süsteem maasturis suudab tagada stabiilsuse, mis oleks eelmise põlvkonna mehaanilise Torsen diferentsiaaliga tundunud märkimisväärsena. See on lõppkokkuvõttes suund, kuhu tehnoloogia liigub — ja lõpp-punkt võib olla elektriline auto nelja eraldi rattamootorigiga, millest igaüks tarnitab täpselt juhitud pöördemomenti ilma ühtegi mehaanilise jõuülekandeta.

See on tõlge. Originaali saate lugeda siit: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html