Neliveto selitettynä: Historia, teknologia ja miten AWD-järjestelmät toimivat

Tämä artikkeli alkoi suoraviivaisena teknisenä oppaana — jonkinlaisena “Kaikki mitä halusit tietää nelivedosta, mutta et tiennyt keneltä kysyä.” Suunnittelimme käsitellä, miten avoimet tasauspyörästöt eroavat viskokytkentä- tai Haldex-tyyppisistä yksiköistä, mitä itsestään lukittuvat tasauspyörästöt oikeastaan tekevät ja miksi millään näistä on merkitystä. Mutta mitä syvemmälle kaivoimmekaan historiaan, sitä yllättyneempiä tulimme. Osoittautuu, että ensimmäinen pysyvällä nelivedolla varustettu henkilöauto rakennettiin Alankomaissa yli sata vuotta sitten. Ja vuonna 1935 amerikkalainen nelivetoiset kilpa-auto tuli hämmästyttävän lähelle maailmanhistorian kulun muuttamista.

Miksi henkilöauto tarvitsee nelivetoa? 2000-luvulla vastaus tuntuu ilmeiseltä: parempi pito, vähemmän pyörien luistamista liukkailla pinnoilla ja parempi käyttäytyminen vetotilanteessa. Neljä vetävää pyörää on yksinkertaisesti parempi kuin kaksi. Ihmiskunta kuitenkin otti yllättävän kauan toimiakseen tämän perustotuuden pohjalta. Kysy keneltä tahansa autohistorioitsijalta, niin he kertovat sinulle, että neliveto-aikakausi sarjatuotannossa valmistetuissa henkilöautoissa alkoi vuonna 1980 Audi Quattron myötä. He saattavat myös mainita harvinaiset edeltäjät — vuoden 1966 brittiläisen supercarin Jensen FF:n ja vuoden 1972 Subaru Leone 4WD:n. Todellinen asiantuntija kuitenkin huomauttaa nopeasti, että varhaiset nelivetoiset Subarut eivät olleet lainkaan pysyvän nelivetojärjestelmän autoja — ne olivat osa-aikaisia. Ja kuten selitämme, tämä on ratkaiseva ero.

Osa-aikainen neliveto: Väliaikainen ratkaisu

Yhden akselin osa-aikainen veto on kompromissiratkaisu, eikä erityisen tyylikäs sellainen tieautoille. Termi “osa-aikainen neliveto” on peräisin maastureiden ja maastokuorma-autojen maailmasta. Tässä kokoonpanossa yksi akseli vetää jatkuvasti, kun taas toinen kytketään jäykästi tarpeen mukaan — mutta tätä jäykkää kytkentää voidaan käyttää vain maastossa. Päällystetyillä pinnoilla osa-aikainen järjestelmä on kytkettävä kokonaan irti. Tässä syy:

• Kun auto kääntyy, etupyörät kulkevat pidempää kaarta kuin takapyörät ja niiden on siksi pyöristävä nopeammin.
• Jäykästi kytketyssä nelivetojärjestelmässä etupyörien pito heikkenee, kun takaosaan kohdistuva vääntömomentti kasvaa.
• Joissakin tapauksissa etupyörät voivat itse asiassa tuottaa jarrutusvoimaa vetovoimaa sijasta — lisäten vastusta ja vaikeuttaen auton ohjaamista.
• Löysillä pinnoilla, kuten mudassa tai lumessa, tämä vaikutus on hallittavissa, mutta asfaltilla se aiheuttaa vakavan voimansiirron sitoutumisen ja käsittelyongelmia.

Kun auto navigoi käännöksessä, jokainen pyörä seuraa omaa kaartaan ja sen on pyöristävä eri nopeudella. Siksi pysyvä nelivetojärjestelmä vaatii kolme tasauspyörästöä: kaksi pyörien välistä tasauspyörästöä (yksi per akseli) ja yhden akselien välisen tasauspyörästön, joka sallii molempien vetävien akseleiden pyöriä toisistaan riippumatta.

Näistä haitoista huolimatta jäykästi kytketty neliveto esiintyi joissakin tieajoneuvoissa — vaikka ne olivat luonteeltaan lähempänä maastokuorma-autoja. Neuvostoliitossa esimerkiksi GAZ-61 “Emka” — kuusisylinterisellä moottorilla varustettu nelivetosedan ja osa-aikaisella etuakselilla — meni piensarjatuotantoon jo vuonna 1938. Sodan jälkeen vastaavat voimansiirrot ilmestyivät GAZ-M72 “Pobeda” -maastoversioon ja Moskvitch-410:een. Vuoden 1972 Subaru Leone 4WD noudatti samaa logiikkaa: se rakennettiin maastokäyttöön, korkeammalla maavapaudella kuin standardin etuveto-Subaru, ja manuaalisesti kytkettävällä taka-akselilla.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) oli etuvetoisen alustan nelivetoadaptaatio, jossa oli manuaalisesti kytkettävä taka-akseli. Tärkeimmät tekniset tiedot sisälsivät:

• Moottori vaihtoehdot: 1,4-litrainen (72 hv) tai 1,6-litrainen (80 hv)
• Korimalleja: farmari, sedan ja pick-up
• Takaveto-kytkentä: manuaalinen manuaalivaihteistoautoissa; automaattinen monilevy-kitkakytkimen kautta automaattiautoissa
• Tämä osa-aikainen järjestely jatkui kaikissa nelivetoisissa Subaruissa vuoteen 1989 asti

Osa-aikaisen nelivetojärjestelmän ydinongelmana on, että se on hyödytön päällystetyillä teillä, joilla useimmat autot viettävät suurimman osan ajastaan — silti auton on kannettava jakovaihteiston, toisen vetoakselin ja toissijaisen akselikokoonpanon lisäpaino koko ajan. Osa-aikaisen järjestelmän muuntaminen kokopäiväiseksi vaatii kuitenkin vain yhden lisäkomponentin: akselien välisen tasauspyörästön jakovaihteistoon.

Pysyvä neliveto: Miten se toimii ja miksi sillä on merkitystä

Akselien välinen tasauspyörästö on pysyvän nelivetojärjestelmän avain. Kaksi pyörien välistä tasauspyörästöä — yksi kummassakin akselissa — sallii vasemman ja oikean puolen pyörien pyöriä eri nopeuksilla kaarteissa. Akselien välinen tasauspyörästö tekee saman työn etu- ja taka-akselin välillä. Auto, joka on varustettu kaikilla kolmella tasauspyörästöllä, voi ajaa pysyvällä nelivedolla millä tahansa tienpinnalla ilman voimansiirron sitoutumista tai käsittelyhaittoja.

Yksinkertaista teoriassa — silti 1980-luvun alkuun asti automaailman valtavirta piti kokopäiväistä nelivetoa tarpeettomana tieautoille. Vallitseva käsitys oli, että toisen pyöräparin ja kaikkien siihen liittyvien voimansiirtokomponenttien jatkuva pyörittäminen kuivalla asfaltilla lisäsi melua ja kulutti polttoainetta. Audi Quattro muutti tämän ajattelutavan pysyvästi. Jakamalla moottorin vääntömomentin kaikkiin neljään pyörään koko ajan, pysyvä nelivetojärjestelmä:

• Jättää suuremman pitomarginaalin käytettäväksi sivuttaisvoimien hallintaan kaarteissa
• Parantaa merkittävästi vakautta kiihdytettäessä tai jarruttaessa kaarteen puolivälissä
• Vähentää äkillisen yliohjautuvuuden tai aliohjautuvuuden riskiä, jonka kaasupoljinsyötteet voivat laukaista

1980-luvun lopun Audi 80 Quattro havainnollistaa, kuinka hiotuksi tämä rakenne tuli. Quattro-arkkitehtuuri on tiiviimpi kuin kilpaileva Ferguson Formula -voimansiirto. Vuodesta 1984 lähtien Audi otti käyttöön Torsen itsestään lukittuvan tasauspyörästön — puhtaasti mekaanisen laitteen, joka reagoi vääntömomentin muutoksiin kummallakin lähtöakselilla eikä pyöränopeuksien eroihin. Toisin kuin viskokytkentäpohjainen tasauspyörästön lukko, Torsen lukittuu vain vetotilanteessa, ei jarrutuksen aikana, mikä tarkoittaa, että se on täysin yhteensopiva ABS-järjestelmien kanssa ja parantaa vakautta hidastettaessa.

On syytä huomata, että Range Rover (1970) ja venäläinen Lada Niva (1976) ovat yleisesti ottaen ensimmäiset sarjatuotantoajoneuvot, joissa on akselien välinen tasauspyörästö — mutta molemmat kuuluvat selkeästi maasturikategoriaan. Audi Quattro vaatii pioneerin titteliä erityisesti henkilöautojen joukossa.

Varhaiset nelivetoiset kilpa-autot: Spykeristä Bugattihin

Tutkivatko kilpa-autosuunnittelijat kokopäiväistä nelivetoa ennen Quattro-aikakautta? Vastaus on ehdoton kyllä — ja tarina ulottuu paljon kauemmaksi kuin useimmat ihmiset odottavat.

Ferdinand Porsche’n ensimmäinen sodan jälkeinen projekti oli nelivetoiset kilpa-auto: Cisitalia 360, jossa oli keskeismoottorijärjestely ja 1,5-litrainen kaksitoistasylinterinen moottori. Sen etuveto oli kuitenkin osa-aikainen — kuljettaja kytki sen vain suorilla rataosuuksilla, vaihtaen takaisin takavetoon ennen kaarteita.

Porsche oli kuitenkin rakentanut nelivetoiset ajoneuvon paljon aiemmin: sähköauton neljällä erillisellä pyörämoottorilla, joka on peräisin vuodelta 1900. Todellinen sokki autohistorioitsijoille on kuitenkin vuoden 1902 kilpa-auto, jonka rakensi hollantilainen valmistaja Spyker. Aikana, jolloin edes jarrut asennettiin vain takapyöriin, tässä autossa oli aito kokopäiväinen neliveto — täydellinen akselien välisellä tasauspyörästöllä.

Spyker-yhtiö oli perustettu vuonna 1880 Spijker-veljesten toimesta hevosvetoisena vaunuvalmistajana. Heidän ensimmäinen autonsa ilmestyi vuonna 1900, ja kaksi vuotta myöhemmin, työskennellen belgialaisen suunnittelijan Joseph Valentin Lavioletten kanssa, he tuottivat nelivetoiset Spyker 60 HP -kilpa-auton (1902–1907). Sen tekniset tiedot olivat poikkeuksellisen edistyneet aikakaudelleen:

• Kolme tasauspyörästöä — akselien välinen ja molemmat pyörien väliset
• Kolme erillistä jarrutusmekanismia — kaksi takapyörissä, yksi etuveto-akselilla
• Nelivetojärjestelmä, jonka konseptia ei vuosikymmeniin toistettu

Kokopäiväinen neliveto-konsepti on siis selvästi yli sata vuotta vanha. Nelivetoiset Spykereja ei rakennettu montaa — ne olivat suunnattoman kalliita eivätkä koskaan saavuttaneet merkittävää kilpailumenestystä. Kaksi kunnianhimoisempaa neliveto-kilpailuprojektia seurasi 1930-luvun alussa: Bugatti Tipo 53 ja Miller FWD.

Bugatti Tipo 53 -projekti sai alkunsa Fiatin insinööriltä Antonio Pichettolta, joka ehdotti ideaa Ettore Bugattille vuonna 1930. Kolme autoa valmistui vuonna 1932, ja niissä kussakin oli:

• 300 hv:n ahdettu suorakahden sylinterin moottori
• Pysyvä neliveto kolmella tasauspyörästöllä
• Jakovaihteisto ja akselien välinen tasauspyörästö integroituna erikseen asennettuun vaihdelaatikkoon
• Vetoakselit molemmille akseleille sijoitettuna auton vasemmalle puolelle
• Riippumaton etujousitus poikittaisjousella — epätavallinen Bugattille

Vaikka Tipo 53 ohitti aikaisemmat takavetoiset autot soramutkissa, se kärsi liiallisesta ohjausvoimasta johtuen tavallisten Cardan-nivelten käytöstä vakionopeusnivelten sijaan etuveto-akseleissa. Kolme autoa kilpaili vuoteen 1935 asti.

Miller FWD syntyi osittain siksi, että amerikkalainen suunnittelija Harry Miller oli tutkinut erityisesti purettavaksi hankittua etuveto-Bugattia. Bugatin lähestymistavasta innostuneena Miller kehitti oman nelivetoiset alustansa FWD-kuorma-autoyrityksen sponsoroimana. Yksi nelivetoisista Millereistä johti vuoden 1934 Indianapolis 500 -kisaa ennen kuin se joutui keskeyttämään mekaanisista ongelmista johtuen yhdeksäntenä.

Nämä autot liittyvät myös yhteen autohistorian oudoimmista “mitä jos” -hetkistä. Kilpailussa AVUS-radalla Berliinissä vuonna 1935 nelivetoiset Miller ajoi kolmantena, kun sen suorakahden sylinterin moottori hajoili katastrofaalisesti lähettäen kappaleita lentämään kohti katsomoa. Adolf Hitler oli läsnä katsomossa sinä päivänä. Jos edes pieni sirpale olisi saavuttanut hänet, toisen maailmansodan — ja maailmanhistorian — kulku olisi saattanut olla täysin erilainen.

Ferguson Formula: Nelivetojärjestelmä, joka muutti kaiken

Ymmärtääksemme seuraavan kriittisen luvun nelivetojärjestelmien historiassa, on hyödyllistä palata avointen akselien välisten tasauspyörästöjen perustavanlaatuiseen rajoitukseen. Avoin tasauspyörästö sallii yhden akselin pyöriä vapaasti, kun tainen ei saa lainkaan vääntömomenttia. Jos takapyörät menettävät pidon kokonaan, etupyörät voivat pysyä paikallaan takapyörien pyöriessä — tasauspyörästö ei tee mitään estääkseen tätä.

Maastureille kehitetty ratkaisu oli positiivinen lukitus: kuljettaja kytkee manuaalisesti mekanismin, joka lukitsee jäykästi tasauspyörästön hampaat, muuttaen tasauspyörästövedon kiinteäksi kytkennäksi. Tätä lähestymistapaa käytettiin varhaisissa Range Rovereissa, Lada Nivassa ja monissa muissa maastoajoneuvoissa — mukaan lukien ensimmäisen sukupolven Audi Quattro, joka vaati kuljettajaa manuaalisesti lukitsemaan keskitasauspyörästön vuoteen 1984 asti. Mutta manuaalinen lukitus on toinen kompromissi: se on irrotettava kovilla pinnoilla, eikä se tarjoa suojaa, jos pyörät alkavat luistaa odottamattomasti liukkaalla tiellä.

Ensimmäinen automaattinen itsestään lukittuva akselien välinen tasauspyörästö oli brittiläisen kilpa-ajajan ja insinöörin Tony Roltin luomus. Yhdessä ystävänsä ja kilpatoverinsa Fred Dixonin kanssa Rolt oli pyörittänyt Rolt/Dixon Developments -työpajaa ennen sotaa. Sodan jälkeen molemmat kiinnostuivat syvästi pysyvän nelivetojärjestelmän potentiaalista. Rakennettuaan kokeellisen nelivetoiset testiauton nimeltä “Crab”, he yhdistivät voimansa vuonna 1950 Harry Fergusonin kanssa — menestyksekkään traktorivalmistajan — perustaen Harry Ferguson Researchin.

Fergusonin visio ei ollut kilpa-auto vaan aidosti turvallinen tieauto: sellainen, jonka pyörät eivät luistaisivat kiihdytyksen aikana eivätkä lukkiutuisi jarrutettaessa. Rolt ja Dixon päättivät suunnitella sellaisen auton kokonaan alusta alkaen — kori, voimansiirto ja voimanlähde mukaan lukien. Kun kokenut suunnittelija Claude Hill (aiemmin Aston Martinilta) otettiin mukaan pääinsinööriksi, kokeellinen Ferguson R4 -sedan valmistui kuuden vuoden kehitystyön jälkeen. Sen tekniset tiedot olivat merkittäviä vuodelle 1956:

• Pysyvä neliveto itsestään lukittuvalla akselien välisellä tasauspyörästöllä
• Neljäsylinterinen bokserimoottorit
• Levyjarrut kaikissa neljässä pyörässä
• Dunlop MaxaRet -sähkömekaaninen lukkiutumaton jarrujärjestelmä, sovitettu ilmailusta

Ferguson Formula -voimansiirron sydän oli nerokas itsestään lukittuva mekanismi jakovaihteistossa. Tasauspyörästön lisäksi yksikkö sisälsi ylimääräisen hammasratassarjan, kaksi kuuliylikytkintä ja kaksi kitkalevy-pakettia. Normaaliolosuhteissa nämä elementit pyörivät hiljaa. Mutta kun yhden akselin pyörät alkoivat luistaa — aiheuttaen eron lähtöakselin nopeuksissa — yksi kytkimistä kytkeytyi, puristaen kitkalevy-pakettinsa tasauspyörästön hammasrattaita vasten ja muuttaen välittömästi tasauspyörästövedon kiinteäksi kytkennäksi.

Toinen prototyyppi, vuoden 1962 Ferguson R5 -farmari, oli vielä kyvykkäämpi. Autocar-lehden testaajat huomasivat, että se saavutti pidon rajat nopeuksissa, jotka tuntuivat lähes mahdottomilta. Tästä huolimatta yksikään valmistaja ei suostunut tuottamaan Fergusonia sarjatuotantona — monimutkaisuus ja kustannukset olivat liian korkeat. Vuonna 1962 Tony Rolt kuitenkin vakuutti Jensen Carsin johdon sovittamaan Ferguson Formula -voimansiirron heidän tulevaan CV8-kuppeeseensa, jossa käytettiin 300 hv:n Chrysler V8 -moottoria. Kolme vuotta myöhemmin valmistui kokeellinen nelivetoiset Jensen CV8 FF.

Vuonna 1966 Jensen Interceptor korvasi CV8:n — ja standardin takavetokupen rinnalle Jensen tarjosi nelivetoa versión, jossa oli huomaamaton “FF”-tunnuskilpi. Jensen FF:stä tuli maailman ensimmäinen sarjatuotantoauto, jossa yhdistyi itsestään lukittuva akselien välinen tasauspyörästö ja ABS. “FF”-lyhenne tarkoitti “Formula Ferguson.” Tärkeimmät tekniset tiedot sisälsivät:

• 6,3-litrainen Chrysler V8 big-block -moottori, joka tuottaa 325 hv
• Kolmivaihteinen TorqueFlite-automaatti tai nelivaihteinen manuaalivaihteisto
• Epäsymmetrinen vääntömomentin jako: 63 % taka-akselille, 37 % etuakselille — säilyttääkseen takavetoisen käyttäytymisluonteen
• Yksikanavainen Dunlop MaxaRet ABS
• Hammastanko-ohjaustehostin ja levyjarrut kaikkialla
• Huippunopeus 212 km/h; 0–100 km/h 7,7 sekunnissa; omamassa noin 1 800 kg
• Iso-Britannian hinta vuonna 1968: noin 6 000 puntaa — samankaltainen kuin halvimman Rolls-Roycen hinta
• Kokonaistuotanto: 318 autoa (1966–1971)

Jokainen aikakauden autojournalisti kehui Jensen FF:n poikkeuksellista vakautta ja sitä, mitä he kuvasivat “lähes rajattomaksi pitomarginaaliksi märällä asfaltilla.” Traagisesti Harry Ferguson itse ei koskaan nähnyt Jensen FF:ää — hän kuoli vuonna 1960.

Miksi viettää niin paljon aikaa Ferguson Formulaan? Koska Harry Ferguson Research oli ensimmäinen organisaatio missä päin maailmaa tahansa, joka käsitteli nelivetoa ensisijaisesti aktiivisen turvallisuuden välineenä — ei pelkästään ratkaisuna maasto-olosuhteiden vetotilanteeseen. Epäsymmetrinen vääntömomentin jako oli tarkoituksellinen valinta välttääkseen arvaamattomuuden, joka vaivaa symmetrisiä nelivetojärjestelmiä. Takavetoisessa autossa liiallisen kaasun antaminen liukkaassa mutkassa aiheuttaa ennakoitavaa yliohjautuvuutta. Etuvetoisessa autossa se aiheuttaa ennakoitavaa aliohjautuvuutta. Symmetrisessä nelivetoisessa autossa reaktio riippuu siitä, kumman akselin pito on huonoin — mikä voi olla epäselvää ja vaarallista. Painottamalla vääntömomenttia taaksepäin, Ferguson Formula antoi Jensen FF:lle lähes ennustettavan takavetoisen käyttäytymisen useimmissa olosuhteissa.

Viskokytkyimen keksiminen

Ferguson Formulan itsestään lukittuvalla mekanismilla oli yksi merkittävä rajoitus: sen ylikytkimet toimivat binäärisellä, päällä-pois -tavalla. Siirtymä avoimesta tasauspyörästöstä täyteen lukkoon oli välitön, mikä saattoi luoda oman käsittelyepäselvyyden kytkentähetkellä. Tarvittiin mekanismi, joka pystyisi vaihtelemaan tasauspyörästön lukituksen astetta tasaisesti ja asteittain.

1960-luvun lopulla Tony Rolt ja Derek Gardner — myöhemmin Tyrrelin Formula 1 -autojen pääsuunnittelija — alkoivat kokeilla silikoniöljyä, jota käytettiin viskoosissa tuuletinkytkimissä. Tuloksena oli viskokytkin: sylinterimäinen kotelo täynnä silikoniöljyä, joka sisälsi vuorottelevia kitkalevy-paketteja kytkettynä kumpaankin lähtöakseliin.

Näin se toimii:

• Normaaliolosuhteissa, kun kaikki pyörät pyörivät samanlaisilla nopeuksilla, levy-paketit liikkuvat tuskin suhteessa toisiinsa eikä kytkimellä ole vaikutusta tasauspyörästöön.
• Kun yksi akseli alkaa luistaa, sen lähtöakseli pyörii nopeammin, aiheuttaen levy-pakettien pyörimisen suhteessa toisiinsa ja leikkaamaan silikoniöljyä.
• Leikkaaminen lisää lämpötilaa ja painetta kytkimen sisällä, nostaen dramaattisesti öljyn viskositeettiä.
• Tämä viskositeetin nousu saa levyt vetämään toisiaan vasten, asteittain jarruttaen nopeammin pyörivää akselia ja osittain tai täysin lukitsemaan tasauspyörästön.

Patentoituaan viskokytkyimen, Tony Rolt perusti FF Developmentsin (FFD) vuonna 1971 toimittamaan nelivetovoimansiirtoja kaupallisesti. Varhaisia projekteja olivat nelivetoiset Bedford-pakettiautot brittiläisille metsänhoitopalveluille, erä Ford Zephyr FF -poliisiautoja ja Opel Senator 4×4 -sedaneja brittiläiselle sotilasedustustolle Berliinissä.

FFD:n merkittävin sarjatuotantosaavutus oli voimansiirto AMC Eaglelle (1979–1988) — AMC Concord -sedanin korotettu, nelivetoiset versio, varustettuna suuremmilla renkailla ja 75 mm:n korinnostolla. AMC Eagle oli maailman ensimmäinen sarjatuotantoauto, jossa käytettiin viskokytkimellä lukittua akselien välistä tasauspyörästöä. Vaikka se suunniteltiin kevyeksi maasturiksi eikä suorituskykyautoksi, sen voimansiirtoarkkitehtuurista tuli joidenkin kaikkien aikojen kuuluisimpien suorituskykyisten nelivetoisautojen suora esi-isä — mukaan lukien varhaiset sukupolvet Subaru Impreza WRX:ää ja Mitsubishi Lancer Evolutionia.

Itsestään lukittuvat tasauspyörästöt: Torsenista elektroniseen ohjaukseen

Kun Audi Quattro meni tuotantoon vuonna 1981 — kaksi vuotta AMC Eaglen debyytistä — se käytti tavallista avointa akselien välistä tasauspyörästöä manuaalisesti käytettävällä positiivisella lukolla. Audin ratkaisun eleganssi piili pakkauksessa: pituussuuntaan asennettu moottori osoitti suoraan kohti taka-akselia, ja akselien välinen tasauspyörästö integroitiin suoraan vaihdelaatikkoon. Vaihdelaatikon toissijainen akseli tehtiin ontoksi, ja etuvetoakseli johdettiin sen läpi. Ferdinand Piëchin tiimi valitsi symmetrisen 50:50 vääntömomentin jaon etu- ja taka-akselin välille.

Vuonna 1984 manuaaliset tasauspyörästön lukkokahvat katosivat viimein Audin ohjaamoista, korvattuna Torsen (TORque SENsing) itsestään lukittuvalla tasauspyörästöllä. Torsen tarjoaa useita keskeisiä etuja:

• Se on täysin mekaaninen — ei elektroniikkaa, nestettä tai kuljettajan syötettä tarvita
• Se reagoi vääntömomentin muutoksiin lähtöakseleilla eikä nopeuseroihin, mikä tarkoittaa, että se voi reagoida ennen kuin pyörät alkavat luistaa
• Toisin kuin viskokytkin, se lukittuu vain vetotilanteessa, ei jarrutuksessa, mikä tekee siitä täysin ABS-yhteensopivan
• Lukitus ja avautuminen on sujuvaa ja jatkuvaa, ilman binäärisiä siirtymiä

Torsenin todistettu kyky parantaa käsittelyä ja vakautta suorituskykyautoissa houkutteli myöhemmin maasturisuunnittelijoita, jotka etsivät henkilöauton kaltaista dynamiikkaa. Nykyään sitä käytetään ajoneuvojen voimansiirroissa, mukaan lukien Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne ja Toyota Land Cruiser Prado.

1980-luvulla Audi Quattron rallidominointi käynnisti neliveto-asevarustelun Group B -kilpailijoiden joukossa. Muutaman kauden sisällä seuraavat nelivetoiset ralliautot olivat kaikki ilmestyneet — kukin käyttäen FFD:n viskokytkentäteknologiaa itsestään lukittuvissa tasauspyörästöissään:

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

Stuart Rolt, Tonyn poika, hoiti FFD:n suhteet rallitiimeihin tänä aikana.

1990-luvun alussa Venäjän AZLK-tehdas kääntyi myös FFD:n puoleen kehittääkseen nelivetoiset ralliversion Moskvitch 2141:stä. Käyttäen samaa kolmen tasauspyörästön rakennetta kuin Ford RS200:ssa, kokeellinen nelivetoiset Moskvitch saavutti hämmästyttävän ennustettavan käsittelyn ääriolosuhteissa. Testaus paljasti tärkeän periaatteen: säätämällä kunkin viskokytkyimen lukitusjäykkyyttä erikseen, insinöörit pystyivät virittämään auton käsittelybalanssin laajalle alueelle:

• Jäykempi taka-akselin pyörien välinen tasauspyörästö → enemmän yliohjautuvuustaipumusta
• Jäykempi etu- tai akselien välinen tasauspyörästö → enemmän aliohjautuvuutta ja vakautta

Tämä viritettävyys on syy, miksi modernit WRC-ralliautot käyttävät elektronisesti ohjattuja monilevy-kytkenpaketteja passiivisten viskokytkyimien sijaan kaikissa kolmessa tasauspyörästössä. Hydrauliset toimilaitteet ja ajoneuvon tietokone voivat vaihdella kunkin tasauspyörästön lukitusta reaaliajassa — vapauttaen kytkimet kaarteeseen mentäessä jotta auto voi kiertää vapaasti, sitten puristaen niitä asteittain kun kuljettaja kiihdyttää suoralle maksimoidakseen pidon välttäen aliohjautuvuuden.

Kaksi valmistajaa pioneeroivat elektronisesti ohjattuja tasauspyörästöjä tieautoissa:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-sarja): Kolme elektronisesti ohjattua kytkintä kytki etuakselin peräkkäin, sitten lukitsi akselien välisen tasauspyörästön, sitten lukitsi taka-tasauspyörästön olosuhteiden mukaan. Järjestelmä oli tehokas mutta liian monimutkainen, ja elektroniikka saattoi aiheuttaa etupyörien havaittavan kytkemisen ja irrottamisen löysillä pinnoilla.
• Porsche 959 (1986): Kaksi elektronisesti ohjattua kytkintä toimii neljässä valittavassa kuljettajatilassa. 959:n järjestelmä oli kehittyneempi ja paremmin sopeutunut korkean suorituskyvyn käyttöön.

Tasauspyörästön korvaaminen: Haldex ja yksinkertaistetut nelivetojärjestelmät

Samalla kun ralleinsinöörit veivät itsestään lukittuvat tasauspyörästöt äärirajoilleen, tavallisten henkilöautojen suunnittelijat liikkuivat vastakkaiseen suuntaan — poistamalla akselien välisen tasauspyörästön kokonaan ja korvaamalla sen pelkällä viskokytkimellä. Vuoden 1985 Volkswagen Golf II Syncro oli ensimmäinen eurooppalainen henkilöauto, joka käytti tätä lähestymistapaa. Voimansiirron kehittivät GKN:n insinöörit, joka oli hankkinut FFD:n vuonna 1969.

Yksinkertaistettu viskokytkentärakenne tarjosi selkeitä etuja massamarkkinatuotannolle:

• Nelivetoiset malli jakoi useimmat komponentit standardin etuveto-version kanssa, vähentäen valmistuskustannuksia ja monimutkaisuutta
• Normaaliolosuhteissa auto ajautui identtisesti etuveto-auton tavoin
• Kun etupyörät luistivat, viskokytkin pystyi siirtämään jopa 70 % vääntömomentista taaksepäin noin 0,2 sekunnissa

Tämä viivästynyt kytkentä loi kuitenkin käsittelyriskin: auto, joka aluksi käyttäytyi kuin etuveto-auto (ajautuen leveälle edessä), saattoi äkillisesti siirtyä takapainotteiseen käyttäytymiseen viskokytkyimen kytkeydyttyä, yllättäen kuljettajat. Japanilaiset valmistajat tutkivat erilaisia ratkaisuja, mukaan lukien useiden viskokytkyimien asentaminen — jotkin mallit, kuten vuoden 1988 Nissan Sunny/Pulsar, käyttivät kolmea: yhtä takavetokytkeytymistä varten ja yhtä lukitsemaan kumpikin pyörien välinen tasauspyörästö. Mazda Concerto 4WD meni vielä pidemmälle, käyttäen viskokytkimiä sekä akselien välisen että takapyörien välisen tasauspyörästön paikalla.

Seuraava evoluutioaskel korvasi viskokytkyimen elektronisesti ohjatulla hydraulisella monilevy-kytkimellä — paljon nopeammalla ja tarkemmin hallittavalla laitteella. Haldex-kytkentä, joka korvasi viskokytkyimen Volkswagen Golf IV:ssä ja sen alustasukulaisissa, on tunnetuin esimerkki tästä teknologiasta. Näin se toimii:

• Pintakammit havaitsevat pyörimisnopeuseron etu- ja taka-akseleiden välillä
• Kammen pinnalla kulkevat rullat työntävät mäntejä rengassylintereissä, pumpaten hydraulinestettä
• Nesteen paine puristaa monilevy-kytkenpaketin, siirtäen vääntömomenttia taka-akselille
• Solenoidiventtiili, jota ajoneuvon elektroniikka ohjaa, voi vapauttaa paineen missä tahansa kohdassa — mahdollistaen äärettömästi vaihteleva vääntömomentin jaon

Nykyään useimmat nelivetoiset henkilöautot ja crossoverit käyttävät jonkinlaista varianttia tästä elektronisesti ohjatusta kytkinrakenteesta — olipa kyseessä Haldex Volkswagen Group -ajoneuvoissa, Hondan VTM-4 tai BMW:n xDrive. Modernien kytkinrakenteiden nopeus on vähentänyt kytkentäviiveen pisteeseen, jossa se on huomaamaton normaalissa ajamisessa. Ohjausohjelmiston virittäminen on nyt tärkeämpää kuin itse laitteisto: Golf 4Motion ja Audi A3 Quattro käyttävät mekaanisesti identtisiä voimansiirtoja, mutta eri ohjelmisto antaa Volkswagenille symmetrisen vääntömomentin jaon, kun taas Audin kalibrointi lähettää 60 % vääntömomentista eteen tutumman etuveto-luonteen saavuttamiseksi.

Nelivetoteknologia tänään: Mikä järjestelmä on paras?

Osa-aikaiset nelivetojärjestelmät manuaalisesti kytkettävällä toisella akselilla ovat onneksi kadonneet henkilöautoista. Jäljellä olevilla arkkitehtuureilla on kullakin omat ansionsa:

• Pysyvä neliveto itsestään lukittuvalla akselien välisellä tasauspyörästöllä (viskokytkin kuten Subarussa, Torsen mekaaninen kuten Audi A4/A6/A8 Quattrossa ja Volkswagen Phaeton, tai elektronisesti ohjatut kytkimet kuten Mitsubishi Lancer Evossa): kehittyneimmät ja palkitsevimmat järjestelmät, jotka kykenevät aidosti parantamaan käsittelyä sekä tiellä että radalla oikein kalibroituina.
• Pysyvä neliveto avoimella akselien välisellä tasauspyörästöllä (kuten Mercedes-Benz 4Matic): luottaa luistonestoesteelektroniikkaan kompensoimaan itsestään lukituksen puuttumista. Tehokas tiellä, mutta mekaanisesti vähemmän ennakoiva.
• Osa-aikainen takaveto ohjatulla kytkimellä (Haldex, kuten Volvossa, Saabissa ja erilaisissa Volkswagen Group -crossovereissa): yleisin rakenne moderneissa crossovereissa — kustannustehokas, kevyt ja yhä kyvykkäämpi nopeamman elektroniikan ansiosta.

Hallitseva trendi kehittyneessä nelivedossa on momenttinohjaus — ei pelkästään vääntömomentin jakaminen etu- ja taka-akselien välillä, vaan sen aktiivinen vaihtelu akselin vasemman ja oikean pyörän välillä. Mitsubishi Lancer Evolution X edustaa taitotasoa: sen S-AWC-järjestelmä yhdistää elektronisesti ohjatun keskilukittavan tasauspyörästön (ACD) ja aktiivisen kääntymisnohjauksen (AYC) taka-tasauspyörästön, joka pystyy siirtämään vääntömomenttia takapyörien välillä itsenäisesti. Lisähammasratassarjat voivat siirtää vääntömomentin tasapainoa ennakoivasti, ennen kuin pito menetetään, eikä reaktiivisesti vasta sen jälkeen kun pyörät ovat jo alkaneet luistaa.

Käytännössä todelliset käsittelyerot modernien nelivetojärjestelmien välillä jatkavat kaventumistaan, kun hallintaelektroniikka kehittyy. Hyvin kalibroitu Haldex-pohjainen järjestelmä crossoverissa voi tarjota vakautta, joka olisi vaikuttanut merkittävältä mekaanisesta Torsen-tasauspyörästöstä sukupolvi sitten. Se on viime kädessä suunta, johon teknologia on menossa — ja lopputulos saattaa olla sähköauto neljällä yksittäisellä pyörämoottorilla, kukin toimittaen tarkasti ohjattua vääntömomenttia ilman mekaanista voimansiirtoa lainkaan.

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