Neliveto selitettynä: historia, tekniikka ja miten AWD-järjestelmät toimivat

Tämä artikkeli alkoi suoraviivaisena teknisenä oppaana — jonkinlaisena tekstinä tyyliin “kaikki mitä olet aina halunnut tietää nelivedosta, muttet tiennyt keneltä kysyä.” Tarkoitus oli selittää, miten avoin tasauspyörästö eroaa viskokytkimestä tai Haldex-yksiköstä, mitä itselukittuva tasauspyörästö oikeasti tekee ja miksi millään tästä on merkitystä. Mutta mitä syvemmälle kaivoimme historiaan, sitä yllättävämmäksi se muuttui. Ensimmäinen pysyvällä nelivedolla varustettu henkilöauto rakennettiin Alankomaissa yli sata vuotta sitten. Ja vuonna 1935 nelivetoinen amerikkalainen kilpa-auto oli hämmästyttävän lähellä muuttaa maailmanhistorian kulun.

Miksi henkilöauto ylipäätään tarvitsee nelivetoa? 21. vuosisadalla vastaus näyttää ilmeiseltä: parempi pito, vähemmän sutimista liukkailla pinnoilla, vakaampi käytös vedon alla. Neljä vetävää pyörää on yksinkertaisesti parempi kuin kaksi. Silti teollisuudelta kesti yllättävän kauan toimia sen mukaan. Kysy keneltä tahansa autohistorioitsijalta, ja hän sanoo, että massamarkkinoiden autojen nelivetokausi alkoi vuonna 1980 Audi Quattrolla, parin harvinaisen edeltäjän — vuoden 1966 brittiläisen superauton Jensen FF:n ja vuoden 1972 Subaru Leone 4WD:n — jälkeen. Todellinen asiantuntija lisää, etteivät varhaiset nelivetoiset Subarut olleet lainkaan pysyvällä nelivedolla. Ne olivat kytkettäviä. Ja juuri tuo ero osoittautuu koko tarinan ytimeksi.

Kytkettävä 4WD: väliaikainen ratkaisu

Vain toisen akselin vetäminen osan aikaa on kompromissi, eikä kovin elegantti sellainen maantieautossa. Termi “part-time 4WD” tulee SUV:ien ja maastokuorma-autojen maailmasta. Tässä rakenteessa toinen akseli vetää pysyvästi ja toinen kytketään jäykästi mukaan tarvittaessa — mutta tuota jäykkää kytkentää voi käyttää vain tien ulkopuolella. Asfaltilla järjestelmä on kytkettävä kokonaan pois.

Miksi jäykkä kytkentä ei toimi asfaltilla

• Kun auto kääntyy, etupyörät kulkevat pidemmän kaaren kuin takapyörät ja niiden on siksi pyörittävä nopeammin.
• Jäykästi kytketyssä nelivetojärjestelmässä etupyörien pito vähenee samalla kun takapyörien vääntömomentti kasvaa.
• Joissakin tapauksissa etupyörät voivat tuottaa vetovoiman sijasta jarrutusvoimaa — mikä lisää vastusta ja tekee autosta vaikeamman ohjata.
• Irtonaisilla pinnoilla, kuten mudassa tai lumessa, tämä on hallittavissa, mutta asfaltilla se aiheuttaa voimansiirtoon kovaa jännitystä ja käsittelyongelmia.

Kaarteessa jokainen pyörä seuraa omaa kaartaansa ja sen on pyörittävä omalla nopeudellaan. Siksi pysyvä neliveto tarvitsee kolme tasauspyörästöä: kaksi kummankin akselin pyörien väliin ja yhden akselien väliin, jotta etu- ja taka-akseli voivat pyöriä toisistaan riippumatta.

Kytkettävät autot: GAZ-61:stä Subaru Leoneen

Jäykästi kytketty neliveto päätyi kaikesta tästä huolimatta muutamaan tieajoon tarkoitettuun autoon, vaikka ne olivat luonteeltaan lähempänä maastokuorma-autoja. Neuvostoliitossa GAZ-61 “Emka” — kuusisylinterisellä moottorilla ja kytkettävällä etuakselilla varustettu nelivetoinen sedan — tuli pienerätuotantoon jo vuonna 1938. Sodan jälkeen sama ajatus ilmestyi maastokelpoiseen GAZ-M72 “Pobedaan” ja Moskvitch-410:een. Vuoden 1972 Subaru Leone 4WD noudatti täsmälleen samaa logiikkaa: se oli rakennettu huonoille teille, oli etuvetoisia Subaruja korkeampi, ja siinä oli taka-akseli, jonka kuljettaja kytki käsin.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) oli etuvetoisesta alustasta tehty nelivetosovitus, jossa taka-akseli kytkettiin käsin. Keskeiset tiedot olivat:

• Moottorivaihtoehdot: 1.4-litrainen (72 hp) tai 1.6-litrainen (80 hp)
• Korimallit: farmari, sedan ja pickup
• Takavedon kytkentä: manuaalinen käsivaihteisissa autoissa; automaateissa automaattinen monilevyisen kitkakytkimen kautta
• Tämä kytkettävä järjestely jatkui kaikissa nelivetoisissa Subaruissa vuoteen 1989 asti

Kytkettävän vedon ydinongelma on, että se on hyödytön päällystetyillä teillä, joilla useimmat autot viettävät suurimman osan elämästään — ja silti auto kantaa jakolaatikon, toisen vetoakselin ja kokonaisen ylimääräisen akselikokoonpanon painoa kaikkialle. Kytkettävän järjestelmän muuttaminen jatkuvaksi vaatii täsmälleen yhden lisäosan: akselien välisen tasauspyörästön jakolaatikon sisään.

Jatkuva neliveto: miten se toimii ja miksi sillä on merkitystä

Kolme tasauspyörästöä, yksi periaate

Akselien välinen tasauspyörästö on pysyvän nelivedon avain. Kaksi pyörien välistä tasauspyörästöä antavat saman akselin vasemman ja oikean pyörän pyöriä eri nopeuksilla kaarteessa. Akselien välinen tasauspyörästö tekee saman työn etu- ja taka-akselin välillä. Auto, jossa on kaikki kolme, voi käyttää pysyvää nelivetoa millä tahansa pinnalla sitomatta voimansiirtoa tai tylsyttämättä ajettavuutta.

Teoriassa riittävän yksinkertaista — mutta vielä 1980-luvun alkuun asti teollisuus piti jatkuvaa nelivetoa maantieautossa tarpeettomana. Vallitseva käsitys oli, että toisen pyöräparin ja kaiken siihen liittyvän pyörittäminen kuivalla asfaltilla lisäsi vain melua ja polttoaineenkulutusta.

Mitä Quattro todisti

Audi Quattro muutti tämän ajattelun pysyvästi. Jakamalla moottorin vääntömomentin jatkuvasti kaikille neljälle pyörälle jatkuva järjestelmä:

• Säilyttää suuremman pitomarginaalin kaarteiden sivuttaisvoimille
• Parantaa merkittävästi vakautta kiihdytettäessä tai jarrutettaessa kesken kaarteen
• Vähentää riskiä äkillisestä yliohjautuvuudesta tai aliohjautuvuudesta, jonka kaasunkäyttö laukaisee

1980-luvun lopun Audi 80 Quattro näyttää, miten hienostuneeksi rakenne kehittyi. Quattro-arkkitehtuuri on kompaktimpi kuin kilpaileva Ferguson Formula -voimansiirto. Vuodesta 1984 alkaen Audi asensi Torsen-itselukittuvan tasauspyörästön — puhtaasti mekaanisen laitteen, joka reagoi kummankin ulostuloakselin vääntömomenttiin eikä pyörimisnopeuden eroon. Toisin kuin viskokytkin, Torsen lukittuu vain vedolla, ei koskaan jarrutuksessa, mikä tekee siitä täysin ABS-yhteensopivan ja vakaamman hidastettaessa.

On syytä huomata, että Range Rover (1970) ja venäläinen Lada Niva (1976) mainitaan yleensä ensimmäisinä massatuotantoajoneuvoina, joissa oli akselien välinen tasauspyörästö — mutta molemmat ovat selvästi maastoautoja. Audi Quattron väite koskee nimenomaan ensimmäisyyttä henkilöautojen joukossa.

Varhaiset nelivetoiset kilpa-autot: Spykeristä Bugattiin

Tutkivatko kilpa-autosuunnittelijat jatkuvaa nelivetoa ennen Quattron aikakautta? Ehdottomasti kyllä — ja tarina ulottuu paljon kauemmas kuin useimmat odottavat.

Porschen nelivetokokeilut

Ferdinand Porschen ensimmäinen sodanjälkeinen projekti oli nelivetoinen kilpa-auto: Cisitalia 360, keskimoottorinen, 1.5-litraisella kaksitoistasylinterisellä moottorilla. Sen etuveto oli kuitenkin kytkettävä — kuljettaja kytki sen suorilla ja palasi takavetoon ennen kaarteita.

Porsche oli itse asiassa rakentanut nelivetoisen ajoneuvon paljon aiemmin: sähköauton, jossa oli neljä erillistä pyörämoottoria, vuodelta 1900.

Spyker 60 HP, 1902

Todellinen shokki autohistorioitsijoille on hollantilaisen Spyker-valmistajan vuonna 1902 rakentama kilpa-auto. Aikana, jolloin jopa jarrut asennettiin vain takapyöriin, tässä autossa oli aito jatkuva neliveto, akselien välinen tasauspyörästö mukaan lukien.

Spyker oli perustettu vuonna 1880 Spijkerin veljesten hevosvaunujen valmistajaksi. Heidän ensimmäinen autonsa ilmestyi vuonna 1900, ja kaksi vuotta myöhemmin he tuottivat belgialaisen suunnittelijan Joseph Valentin Laviolettin kanssa nelivetoisen Spyker 60 HP -kilpa-auton (1902–1907). Sen tekniset tiedot olivat aikakaudelle poikkeukselliset:

• Kolme tasauspyörästöä — akselien välinen ja molemmat pyörien väliset
• Kolme erillistä jarrumekanismia — kaksi takapyörissä, yksi etuvetoakselilla
• Nelivetojärjestelmä, jolle ei löytynyt konseptiltaan vastinetta vuosikymmeniin

Jatkuvan nelivedon konsepti on siis selvästi yli vuosisadan vanha. Nelivetoisia Spykereitä ei rakennettu monta — ne olivat valtavan kalliita eivätkä koskaan saavuttaneet paljon kilpailuissa. 1930-luvun alussa seurasi kaksi kunnianhimoisempaa projektia.

Bugatti Tipo 53 ja Miller FWD

Bugatti Tipo 53 sai alkunsa Fiatin insinööristä Antonio Pichettosta, joka esitti ajatuksen Ettore Bugattille vuonna 1930. Kolme autoa valmistui vuonna 1932, jokaisessa:

• 300 hp ahdettu rivikahdeksikko
• Jatkuva neliveto kolmella tasauspyörästöllä
• Jakolaatikko ja akselien välinen tasauspyörästö integroituna erikseen asennettuun vaihteistoon
• Molempien akselien vetoakselit sijoitettuna auton vasemmalle puolelle
• Erillisjousitettu etuakselisto poikittaisella jousella — Bugattille epätavallista

Tipo 53 oli nopeampi kuin aikansa takavetoiset autot sorakaarteissa, mutta sen ohjaus oli hirvittävän raskas: etuvetoakselit käyttivät tavallisia kardaaniniveliä eivätkä vakionopeusniveliä. Kolme autoa kilpaili vuoteen 1935 asti.

Miller FWD syntyi osittain siksi, että amerikkalainen suunnittelija Harry Miller oli tutkinut etuvetoisen Bugattin, joka oli ostettu nimenomaan purettavaksi. Löytöjensä innoittamana Miller kehitti oman nelivetoisen alustansa FWD-kuorma-autoyhtiön sponsoroinnilla. Yksi nelivetoisista Millereistä johti vuoden 1934 Indianapolis 500 -ajoa ennen kuin mekaaninen vika pudotti sen yhdeksänneksi.

Läheltä piti AVUSissa, 1935

Näihin autoihin liittyy myös yksi autoiluhistorian oudoimmista “mitä jos” -hetkistä. Berliinin AVUS-radalla vuonna 1935 käydyssä kilpailussa nelivetoinen Miller oli kolmantena, kun sen rivikahdeksikkoinen moottori hajosi katastrofaalisesti ja sinkosi romua kohti katsomoita. Adolf Hitler oli sinä päivänä katsomossa. Jos pienikin sirpale olisi osunut häneen, toisen maailmansodan — ja maailmanhistorian — kulku olisi voinut olla täysin erilainen.

Ferguson Formula: AWD-järjestelmä, joka muutti kaiken

Avoimen keskitasauspyörästön ongelma

Seuraavan luvun ymmärtämiseksi on hyödyllistä palata avoimen akselien välisen tasauspyörästön perustavanlaatuiseen rajoitukseen. Avoin tasauspyörästö antaa yhden akselin sutia vapaasti samalla kun toinen ei saa lainkaan vääntömomenttia. Jos takapyörät menettävät pidon kokonaan, etupyörät voivat seistä paikallaan takapyörien pyöriessä — eikä tasauspyörästö tee mitään sen estämiseksi.

SUV-maailman vastaus oli pakkolukko: kuljettaja kytkee mekanismin, joka lukitsee tasauspyörästön hammaspyörät jäykästi ja muuttaa tasauspyörästövedon kiinteäksi kytkennäksi. Varhaiset Range Roverit käyttivät sitä, samoin Lada Niva ja kymmenet muut maasturit — ja samoin ensimmäisen sukupolven Audi Quattro, jossa kuljettajan piti lukita keskitasauspyörästö käsin vuoteen 1984 asti. Mutta käsilukko on toinen kompromissi. Se on vapautettava kovilla pinnoilla, eikä se tarjoa mitään, jos pyörä alkaa odottamatta sutia liukkaalla tiellä.

Rolt, Dixon ja Harry Ferguson

Ensimmäinen automaattinen itselukittuva akselien välinen tasauspyörästö oli brittiläisen kilpa-ajajan ja insinöörin Tony Roltin työtä. Ystävänsä ja kilpakumppaninsa Fred Dixonin kanssa hän oli pyörittänyt Rolt/Dixon Developments -pajaa ennen sotaa; sodan jälkeen nämä kaksi kiinnostuivat siitä, mitä pysyvä neliveto voisi saada aikaan. He rakensivat kokeellisen nelivetoisen testialustan nimeltä “Crab”, ja vuonna 1950 he yhdistivät voimansa Harry Fergusonin — menestyneen traktorivalmistajan — kanssa perustaakseen Harry Ferguson Researchin.

Ferguson ei tavoitellut kilpa-autoa. Hän halusi aidosti turvallisen maantieauton: sellaisen, jonka pyörät eivät sutisi kiihdytyksessä eivätkä lukkiutuisi jarrutuksessa. Rolt ja Dixon ryhtyivät suunnittelemaan sitä tyhjästä — korin, voimansiirron ja voimalinjan yhtä lailla — kokeneen suunnittelijan Claude Hillin, entisen Aston Martinin miehen, toimiessa pääinsinöörinä. Kokeellinen Ferguson R4 -sedan valmistui kuuden vuoden työn jälkeen, ja sen tekniset tiedot olivat huomattavat vuodelle 1956:

• Pysyvä neliveto itselukittuvalla akselien välisellä tasauspyörästöllä
• Litteä nelisylinterinen moottori
• Levyjarrut kaikissa neljässä pyörässä
• Dunlop MaxaRet -sähkömekaaninen lukkiutumaton jarrujärjestelmä, sovellettuna ilmailusta

Ferguson Formula -jakolaatikon sisällä

Ferguson Formula -voimansiirron sydän oli nerokas itselukitusmekanismi jakolaatikon sisällä. Tasauspyörästön lisäksi yksikössä oli ylimääräinen hammaspyörästö, kaksi kuulavapaakytkintä ja kaksi kitkalevypakkaa. Normaalissa ajossa nämä osat kävivät hiljaa tyhjänä. Mutta heti kun yhden akselin pyörät alkoivat luistaa — aiheuttaen eron ulostuloakselien nopeuksiin — toinen kytkimistä tarttui, puristi kitkapakkaansa tasauspyörästön hammaspyöriä vasten ja muutti tasauspyörästövedon kiinteäksi kytkennäksi saman tien.

Toinen prototyyppi, vuoden 1962 Ferguson R5 -farmari, oli vielä parempi. Autocarin testaajat totesivat sen saavuttavan pidon rajat nopeuksilla, jotka tuntuivat lähes mahdottomilta. Silti mikään valmistaja ei ottanut Fergusonia tuotantoon; monimutkaisuus ja hinta olivat liikaa.

Jensen FF tulee myyntiin

Vuonna 1962 Tony Rolt taivutteli Jensen Carsin johdon sovittamaan Ferguson Formula -voimansiirron tulevaan CV8-kupeeseensa ja sen 300 hp Chrysler V8:aan. Kolme vuotta myöhemmin kokeellinen nelivetoinen Jensen CV8 FF oli ajossa.

Vuonna 1966 Jensen Interceptor korvasi CV8:n, ja vakiomallisen takavetoisen kupen rinnalla Jensen tarjosi nelivetoista versiota, jossa oli hillitty “FF”-merkki — sanoista “Formula Ferguson.” Jensen FF:stä tuli maailman ensimmäinen tuotantoauto, joka yhdisti itselukittuvan akselien välisen tasauspyörästön ja ABS:n. Keskeiset tiedot olivat:

• 6.3-litrainen Chrysler V8 big-block -moottori, teho 325 hp
• Kolmivaihteinen TorqueFlite-automaatti tai nelivaihteinen käsivaihteisto
• Epäsymmetrinen vääntöjako: 63% taka-akselille, 37% etuakselille — takavetoisen ajettavuusluonteen säilyttämiseksi
• Yksikanavainen Dunlop MaxaRet ABS
• Hammastanko-ohjaus tehostimella ja levyjarrut ympäriinsä
• Huippunopeus 212 km/h; 0–100 km/h 7.7 sekunnissa; omamassa noin 1,800 kg
• Hinta Isossa-Britanniassa vuonna 1968: noin £6,000 — halvimman Rolls-Roycen luokkaa
• Kokonaistuotanto: 318 autoa (1966–1971)

Aikakauden jokainen moottoritoimittaja kehui Jensen FF:n vakautta ja sitä, mitä he kuvasivat “lähes rajattomaksi pitomarginaaliksi märällä asfaltilla.” Harry Ferguson ei koskaan nähnyt autoa: hän kuoli vuonna 1960.

Miksi Ferguson Formula oli tärkeä

Miksi käyttää näin paljon aikaa Ferguson Formulaan? Koska Harry Ferguson Research oli ensimmäinen organisaatio missään päin maailmaa, joka käsitteli nelivetoa ensisijaisesti aktiivisen turvallisuuden välineenä eikä vastauksena maastopitoon.

Epäsymmetrinen vääntöjako oli tietoinen siirto symmetrisiä järjestelmiä vaivaavaa arvaamattomuutta vastaan. Anna takavetoiselle autolle liikaa kaasua liukkaassa kaarteessa ja se yliohjautuu, ennustettavasti. Tee sama etuvetoisella autolla ja se aliohjautuu, ennustettavasti. Tee se symmetrisellä nelivetoautolla, ja vastaus riippuu siitä, kummalla akselilla sattuu olemaan huonompi pito — mikä on epäselvää ja vaarallista. Painottamalla vääntöä taakse Ferguson Formula antoi Jensen FF:lle useimmissa oloissa jotain lähellä takavetoista käytöstä.

Viskokytkimen keksiminen

Fergusonin mekanismilla oli yksi todellinen rajoitus: sen vapaakytkimet toimivat binäärisesti, päälle-pois-tyyliin. Hyppy avoimesta tasauspyörästöstä täyteen lukkoon oli välitön, ja se saattoi luoda oman epäselvyytensä kytkeytymishetkellä. Tarvittiin mekanismi, joka voisi muuttaa lukitusastetta pehmeästi.

1960-luvun lopulla Tony Rolt ja Derek Gardner — myöhemmin Tyrrellin Formula 1 -autojen pääsuunnittelija — alkoivat kokeilla viskoosituulettimien vetoihin käytettyä silikoninestettä. Tuloksena oli viskokytkin: sylinterimäinen kotelo, joka oli täytetty silikoninesteellä ja sisälsi vuorottelevia kitkalevypakkoja, jotka oli kytketty kumpaankin ulostuloakseliin.

Miten viskokytkin toimii

• Normaalioloissa, kun kaikki pyörät pyörivät lähes samoilla nopeuksilla, levypakat liikkuvat tuskin lainkaan toisiinsa nähden eikä kytkimellä ole vaikutusta tasauspyörästöön.
• Kun yksi akseli alkaa luistaa, sen ulostuloakseli pyörii nopeammin, mikä saa levypakat pyörimään toisiinsa nähden ja leikkaamaan silikoninestettä.
• Leikkaus nostaa kytkimen sisäistä lämpötilaa ja painetta ja kasvattaa nesteen viskositeettia dramaattisesti.
• Tämä viskositeetin kasvu saa levyt laahaamaan toisiaan vasten, jarruttaa asteittain nopeammin pyörivää akselia ja lukitsee tasauspyörästön osittain tai kokonaan.

FF Developments ja AMC Eagle

Patentoituaan viskokytkimen Tony Rolt perusti FF Developmentsin (FFD) vuonna 1971 myymään nelivetovoimansiirtoja kaupallisesti. Alkuvaiheen työ ei ollut loistokasta: nelivetoisia Bedford-pakettiautoja Britannian metsähallinnolle, erä Ford Zephyr FF -poliisiautoja, Opel Senator 4×4 -sedaneita Britannian sotilaslähetystölle Berliinissä.

FFD:n merkittävin tuotantotyö oli AMC Eaglen (1979–1988) voimansiirto — AMC Concord -sedanista tehty korotettu nelivetoversio suuremmilla renkailla ja 75 mm korinkorotuksella. Eagle oli ensimmäinen tuotantoauto missään, joka lukitsi akselien välisen tasauspyörästönsä viskokytkimellä. Se suunniteltiin kevyeksi maasturiksi eikä suorituskykyautoksi, mutta sen voimansiirtoarkkitehtuuri on joidenkin kaikkien aikojen kuuluisimpien nopeiden nelivetoautojen, varhaisen Subaru Impreza WRX:n ja Mitsubishi Lancer Evolutionin, suora esi-isä.

Itselukittuvat tasauspyörästöt: Torsenista elektroniseen ohjaukseen

Audin tilankäyttötemppu

Kun Audi Quattro tuli tuotantoon vuonna 1981 — kaksi vuotta AMC Eaglen jälkeen — se käytti tavanomaista avointa akselien välistä tasauspyörästöä käsikäyttöisellä pakkolukolla. Audin ratkaisun eleganssi oli tilankäytössä. Pitkittäinen moottori osoitti suoraan kohti taka-akselia, ja akselien välinen tasauspyörästö sijoitettiin suoraan vaihteistoon: toisioakselista tehtiin ontto ja etuvetoakseli vietiin sen läpi. Ferdinand Piëchin tiimi valitsi symmetrisen 50:50-jaon etu- ja taka-akselin välille.

Torsen-tasauspyörästö

Vuonna 1984 käsilukon vivut katosivat viimein Audin ohjaamoista, ja tilalle tuli Torsen — TORque SENsing — itselukittuva tasauspyörästö. Sen edut kannattaa luetella:

• Se on täysin mekaaninen — elektroniikkaa, nestettä tai kuljettajan syötettä ei tarvita
• Se reagoi ulostuloakselien vääntömomentin muutoksiin eikä nopeuseroihin, mikä tarkoittaa, että se voi reagoida ennen kuin pyörän sutiminen alkaa
• Toisin kuin viskokytkin, se lukittuu vain vedolla, ei jarrutuksessa, mikä tekee siitä täysin ABS-yhteensopivan
• Lukittuminen ja avautuminen on pehmeää ja jatkuvaa, ilman binäärisiä siirtymiä

Todistettuaan kykynsä nopeissa autoissa Torsen päätyi SUV-insinöörien käyttöön, kun nämä tavoittelivat henkilöautomaista ajettavuutta. Sitä käytetään nykyään Range Roverissa, Volkswagen Touaregissa, Porsche Cayennessa ja Toyota Land Cruiser Pradossa.

Group B ja rallin asevarustelu

1980-luvulla Quattron ralliherruus käynnisti nelivetovarustelukilpailun. Muutamassa kaudessa nämä nelivetoiset ralliautot olivat kaikki ilmestyneet, ja jokainen käytti FFD:n viskokytkintekniikkaa itselukittuvissa tasauspyörästöissään:

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

Stuart Rolt, Tonyn poika, hoiti FFD:n suhteita rallitiimeihin noina vuosina.

1990-luvun alussa myös Venäjän AZLK-tehdas tuli FFD:n luo ja halusi Moskvitch 2141:stä nelivetoisen ralliversion. Saman kolmen tasauspyörästön rakenteen ympärille rakennettu kokeiluauto, kuten Ford RS200, käyttäytyi äärioloissa huomattavan ennustettavasti. Testeissä löytyi periaate, joka pätee yhä: säädä kunkin viskokytkimen lukitusjäykkyyttä erikseen, ja auton tasapaino muuttuu sen mukana.

• Jäykempi takapyörien välinen tasauspyörästö → enemmän yliohjautumistaipumusta
• Jäykempi etu- tai akselien välinen tasauspyörästö → enemmän aliohjautuvuutta ja vakautta

Elektroninen ohjaus saapuu

Juuri tuo säädettävyys selittää, miksi nykyaikaiset WRC-autot käyttävät elektronisesti ohjattuja monilevykytkinpakkoja eivätkä passiivisia viskokytkimiä kaikissa kolmessa tasauspyörästössä. Hydraulitoimilaitteet ja ajotietokone muuttavat kunkin tasauspyörästön lukitusta reaaliajassa — vapauttavat kytkimiä sisään käännettäessä, jotta auto kiertyy vapaasti, ja puristavat niitä asteittain, kun kuljettaja kiihdyttää suoralle, jotta pito on suurin mahdollinen ilman aliohjautuvuutta.

Kaksi valmistajaa toi elektronisesti ohjatut tasauspyörästöt ensimmäisinä maantieautoihin:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Kolme elektronisesti ohjattua kytkintä kytki peräkkäin etuakselin, lukitsi sitten akselien välisen tasauspyörästön ja lopuksi takatasauspyörästön olosuhteiden mukaan. Järjestelmä oli tehokas mutta liian monimutkainen, ja elektroniikka saattoi saada etupyörät kytkeytymään ja irtoamaan havaittavasti irtonaisilla pinnoilla.
• Porsche 959 (1986): Kaksi elektronisesti ohjattua kytkintä neljässä kuljettajan valittavassa tilassa. 959:n järjestelmä oli hienostuneempi ja sopi paremmin suorituskykyiseen käyttöön.

Tasauspyörästön korvaaminen: Haldex ja yksinkertaistetut AWD-järjestelmät

Viskokytkin sellaisenaan

Kun rallin insinöörit veivät itselukittuvia tasauspyörästöjä niin pitkälle kuin pystyivät, tavallisten henkilöautojen suunnittelijat menivät toiseen suuntaan — poistivat akselien välisen tasauspyörästön kokonaan ja panivat viskokytkimen sen tilalle. Vuoden 1985 Volkswagen Golf II Syncro oli ensimmäinen eurooppalainen henkilöauto, joka teki näin, voimansiirrolla, jonka kehittivät GKN:n insinöörit; GKN oli ostanut FFD:n vuonna 1969.

Massatuotannossa yksinkertaistus kannatti:

• Nelivetomalli jakoi suurimman osan komponenteista vakiomallisen etuvetoisen version kanssa, mikä vähensi valmistuskustannuksia ja monimutkaisuutta
• Normaalioloissa auto ajoi täsmälleen kuin etuvetoinen auto
• Kun etupyörät luistivat, viskokytkin pystyi siirtämään jopa 70% väännöstä taakse noin 0.2 sekunnissa

Viive kuitenkin loi ajettavuusvastuun. Auto, joka käyttäytyi kuin etuvetoinen ja puski keula edellä leveäksi, saattoi kytkimen tarttuessa muuttua äkillisesti takapainotteiseksi — ja yllättää kuljettajansa. Japanilaiset valmistajat kokeilivat erilaisia vastauksia, myös useampien kytkimien asentamista: vuoden 1988 Nissan Sunny/Pulsar käytti kolmea, yhtä takavedon kytkemiseen ja yhtä lukitsemaan kumpikin pyörien välinen tasauspyörästö. Mazda Concerto 4WD meni vielä pidemmälle ja korvasi sekä akselien välisen että takapyörien välisen tasauspyörästön viskokytkimillä.

Haldex-kytkin

Seuraava askel korvasi viskokytkimen elektronisesti ohjatulla hydraulisella monilevykytkimellä — paljon nopeammalla ja paljon tarkemmin ohjattavalla. Tunnetuin esimerkki on Haldex-kytkin, joka korvasi viskokytkimen Volkswagen Golf IV:ssä ja sen alustasisaruksissa. Se toimii näin:

• Nokkalevyt havaitsevat etu- ja taka-akselien välisen pyörimisnopeuseron
• Nokkapintoja pitkin kulkevat rullat painavat rengassylinterien mäntiä ja pumppaavat hydraulinestettä
• Nesteen paine puristaa monilevykytkinpakkaa ja siirtää vääntömomenttia taka-akselille
• Ajoneuvon elektroniikan ohjaama solenoidiventtiili voi vapauttaa paineen milloin tahansa — mikä mahdollistaa portaattomasti muuttuvan vääntöjaon

Useimmat nykyisin myytävät nelivetoautot ja crossoverit käyttävät jotakin versiota tästä elektronisesti ohjatusta kytkimestä, olipa se Volkswagen Groupin autojen Haldex, Hondan VTM-4 tai BMW:n xDrive. Nykyaikaiset kytkimet toimivat niin nopeasti, että kytkeytymisviiveestä on tullut tavallisessa ajossa huomaamaton, ja kalibroinnilla on nyt enemmän merkitystä kuin laitteistolla: Golf 4Motion ja Audi A3 Quattro käyttävät mekaanisesti identtisiä voimansiirtoja, mutta eri ohjelmisto antaa Volkswagenille symmetrisen jaon, kun Audi lähettää 60% väännöstä eteen tutumman etuvetoisen luonteen vuoksi.

AWD-tekniikka tänään: mikä järjestelmä on paras?

Käsin kytkettävällä toisella akselilla varustetut osa-aikaiset järjestelmät ovat onneksi kadonneet henkilöautoista. Jäljelle jää kolme perhettä, joilla kullakin on ansionsa:

• Jatkuva AWD itselukittuvalla akselien välisellä tasauspyörästöllä (viskokytkin kuten Subarussa, mekaaninen Torsen kuten Audi A4/A6/A8 Quattrossa ja Volkswagen Phaetonissa, tai elektronisesti ohjatut kytkimet kuten Mitsubishi Lancer Evossa): hienostuneimmat ja palkitsevimmat järjestelmät, jotka pystyvät oikealla kalibroinnilla aidosti parantamaan ajettavuutta sekä tiellä että radalla.
• Jatkuva AWD avoimella akselien välisellä tasauspyörästöllä (kuten Mercedes-Benz 4Maticissa): luottaa luistonestoon korvatakseen itselukituksen puutteen. Tehokas tiellä, mutta mekaanisesti vähemmän ennakoiva.
• Osa-aikainen takaveto ohjatun kytkimen kautta (Haldex, kuten Volvossa, Saabissa ja useissa Volkswagen Groupin crossovereissa): yleisin rakenne nykyaikaisissa crossovereissa — kustannustehokas, kevyt ja nopeamman elektroniikan ansiosta yhä kyvykkäämpi.

Vääntömomentin vektorointi ja mitä sen jälkeen tulee

Edistyneen nelivedon hallitseva trendi on vääntömomentin vektorointi: vääntöä ei vain jaeta akselien välillä, vaan sitä muutetaan aktiivisesti akselin vasemman ja oikean pyörän välillä. Mitsubishi Lancer Evolution X edustaa huippua — sen S-AWC-järjestelmä yhdistää elektronisesti ohjatun keskitasauspyörästön (ACD) Active Yaw Control (AYC) -takatasauspyörästöön, joka voi siirtää vääntöä takapyörältä toiselle. Lisävaihteistot siirtävät tasapainoa ennakoivasti ennen pidon menetystä sen sijaan, että reagoitaisiin vasta kun pyörä jo pyörii tyhjää.

Käytännössä nykyisten järjestelmien todelliset erot kapenevat jatkuvasti, kun ohjauselektroniikka paranee. Hyvin kalibroitu Haldex-crossover tarjoaa nyt vakautta, josta mekaanista Torsenia olisi ihailtu sukupolvi sitten. Suunta on tämä — ja päätepiste saattaa hyvinkin olla sähköauto, jossa on neljä erillistä pyörämoottoria, joista jokainen annostelee omaa vääntöään ilman minkäänlaista mekaanista voimansiirtoa. Tämä tuo tarinan siististi takaisin Ferdinand Porschen vuoden 1900 sähköiseen nelivetoautoon.

Tämä on käännös. Voit lukea alkuperäisen tästä: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html