הנעה לכל הגלגלים: היסטוריה, טכנולוגיה ואיך מערכות AWD עובדות

המאמר הזה התחיל כמדריך טכני ישיר — משהו בסגנון “כל מה שרציתם לדעת על הנעה לכל הגלגלים, אבל לא ידעתם את מי לשאול.” תכננו לסקור כיצד דיפרנציאלים פתוחים שונים מיחידות מסוג visco-coupler או Haldex, מה עושים דיפרנציאלים עם נעילה עצמית, ולמה בכלל זה משנה. אבל ככל שהעמקנו בהיסטוריה, כך גדל הפתיע. מתברר שמכונית הנוסעים הראשונה עם הנעה קבועה לכל הגלגלים נבנתה בהולנד לפני יותר ממאה שנה. ובשנת 1935, מכונית מירוץ אמריקאית בהנעה ארבע-גלגלית כמעט שינתה את מהלך ההיסטוריה העולמית.

למה מכונית נוסעים צריכה הנעה לכל הגלגלים? במאה ה-21 התשובה נראית מובנת מאליה: אחיזה טובה יותר, פחות החלקת גלגלים על משטחים חלקים ושיפור ביציבות בכניסה לסיבוב. ארבעה גלגלים מונעים פשוט עדיפים על שניים. אבל האנושות לקחה זמן רב להפתיע עד שפעלה על פי אמת בסיסית זו. שאלו כל היסטוריון רכב והוא יספר לכם שעידן ההנעה לכל הגלגלים למכוניות נוסעים מהשורה התחיל ב-1980 עם אאודי קוואטרו. הוא עשוי גם להזכיר מקדמות נדירות — הסופרקאר הבריטי Jensen FF משנת 1966 והסובארו ליאון 4WD משנת 1972. מומחה אמיתי, לעומת זאת, ימהר לציין שסובארו ארבע-גלגליות מוקדמות לא היו מערכות AWD קבועות כלל — הן היו חלקיות. וכפי שנסביר, זהו הבדל מהותי.

4WD חלקית: פתרון ביניים

הנעה חלקית על סרן אחד היא פתרון פשרה, ולא פתרון אלגנטי במיוחד למכוניות כביש. המונח “4WD חלקית” מקורו בעולם ה-SUV והמשאיות השטח. בתצורה זו, סרן אחד מניע באופן קבוע בעוד הסרן השני מחובר בחיבור קשיח לפי דרישה — אך חיבור קשיח זה ניתן לשימוש רק בשטח. על משטחי כביש, יש לנתק את המערכת החלקית לחלוטין. הנה הסיבה לכך:

• כאשר מכונית פונה, הגלגלים הקדמיים עוברים קשת ארוכה יותר מהגלגלים האחוריים ולכן חייבים להסתובב מהר יותר.
• במערכת הנעה לכל הגלגלים עם חיבור קשיח, האחיזה בגלגלים הקדמיים פוחתת בעוד המומנט באחוריים עולה.
• במקרים מסוימים, הגלגלים הקדמיים יכולים ממש לייצר כוח בלימה במקום כוח הנעה — מה שמגדיל את ההתנגדות ומקשה על ההיגוי.
• על משטחים רופפים כמו בוץ או שלג, אפקט זה ניתן לניהול, אך על כביש סלול הוא גורם לנעילת גיר חמורה ולבעיות ניהוג.

כאשר מכונית מבצעת פנייה, כל גלגל עוקב אחר קשת משלו וחייב להסתובב במהירות שונה. לכן מערכת הנעה קבועה לכל הגלגלים דורשת שלושה דיפרנציאלים: שני דיפרנציאלים בין-גלגליים (אחד לכל סרן) ודיפרנציאל בין-סרנים המאפשר לשני הסרנים המונעים להסתובב באופן עצמאי זה מזה.

על אף חסרונות אלה, הנעה ארבע-גלגלית עם חיבור קשיח אכן הופיעה בחלק מכלי הרכב לכביש — אם כי אלה היו קרובים יותר במאפייניהם למשאיות שטח. בברית המועצות, למשל, ה-GAZ-61 “אמקה” — סדאן ארבע-גלגלי עם מנוע שישה-צילינדרים וסרן קדמי חלקי — נכנס לייצור מצומצם כבר ב-1938. לאחר המלחמה הופיעו כונני הילוכים דומים ב-GAZ-M72 “פוביידה” בגרסת השטח ובמוסקוויץ’-410. סובארו ליאון 4WD משנת 1972 פעלה לפי אותו היגיון: היא נבנתה לשימוש בשטח, עם גובה פינוי גבוה יותר מסובארו סטנדרטיות ממונעות קדמית, וסרן אחורי המופעל ידנית.

סובארו ליאון 4WD Station Wagon (1972–1979) הייתה עיבוד ארבע-גלגלי של פלטפורמה ממונעת קדמית, עם סרן אחורי המחובר ידנית. המפרטים העיקריים כללו:

• אפשרויות מנוע: 1.4 ליטר (72 כ”ס) או 1.6 ליטר (80 כ”ס)
• סגנונות מרכב: קומבי, סדאן ומשאית איסוף
• הפעלת הנעה אחורית: ידנית במכוניות עם תיבת הילוכים ידנית; אוטומטית באמצעות מצמד חיכוך רב-דיסקי בגרסאות אוטומטיות
• סידור חלקי זה נמשך בכל סובארו הארבע-גלגליות עד 1989

הבעיה המרכזית בהנעה חלקית לכל הגלגלים היא שהיא חסרת שימוש על כבישים סלולים שבהם רוב המכוניות נוסעות רוב הזמן — אך המכונית חייבת לשאת את המשקל הנוסף של תיבת ההעברה, פיר ההינע השני ומכלול הסרן המשני בכל עת. המרת מערכת חלקית לקבועה, לעומת זאת, דורשת רכיב אחד בלבד נוסף: דיפרנציאל בין-סרנים בתיבת ההעברה.

הנעה קבועה לכל הגלגלים: כיצד היא עובדת ולמה זה חשוב

הדיפרנציאל הבין-סרנים הוא המפתח להנעה קבועה לכל הגלגלים. שני דיפרנציאלים בין-גלגליים — אחד בכל סרן — מאפשרים לגלגלים השמאלי והימני בכל סרן להסתובב במהירויות שונות בפניות. הדיפרנציאל הבין-סרנים מבצע את אותה עבודה בין הסרנים הקדמי והאחורי. מכונית המצוידת בשלושת הדיפרנציאלים יכולה לפעול בהנעה קבועה לכל הגלגלים על כל משטח כביש ללא נעילת גיר או אובדן ביצועי נהיגה.

פשוט בתיאוריה — ובכל זאת, עד תחילת שנות ה-80, עולם הרכב המיינסטרימי ראה ב-AWD קבועה דבר מיותר למכוניות כביש. ההשקפה המקובלת הייתה שסיבוב קבוע של זוג גלגלים שני וכל רכיבי מנגנון ההנעה הנלווים על כביש יבש מוסיף רעש ומבזבז דלק. אאודי קוואטרו שינתה תפיסה זו לצמיתות. על ידי חלוקת מומנט המנוע בין כל ארבעת הגלגלים בכל עת, מערכת AWD קבועה:

• משאירה מרווח אחיזה גדול יותר לטיפול בכוחות רוחביים בפניות
• משפרת משמעותית את היציבות בעת האצה או בלימה באמצע פנייה
• מפחיתה את הסיכון לאוברסטיר או אנדרסטיר פתאומי שנגרם מהפעלת הגז

אאודי 80 קוואטרו מסוף שנות ה-80 ממחישה עד כמה מתוחכמת הפכה פריסה זו. ארכיטקטורת הקוואטרו קומפקטית יותר מתיבת הגיר המתחרה Ferguson Formula. מ-1984 אימצה אאודי את הדיפרנציאל בעל הנעילה העצמית Torsen — התקן מכאני גרידא המגיב לשינויים במומנט על כל פיר יציאה, ולא להבדלי מהירות גלגלים. בשונה מדיפרנציאל נעילה מסוג visco-coupler, ה-Torsen ננעל רק בעת הנעה, לא בבלימה — מה שהופך אותו לתואם לחלוטין למערכות ABS ומשפר את היציבות בהאטה.

ראוי לציין כי ה-Range Rover (1970) ולאדה ניבה הרוסית (1976) נחשבות בדרך כלל לכלי הרכב הסדרתיים הראשונים עם דיפרנציאל בין-סרנים — אך שניהם שייכים בבירור לקטגוריית הרכבים השטחיים. אאודי קוואטרו תובעת את תואר החלוץ בקרב מכוניות נוסעים בלבד.

מכוניות מירוץ ארבע-גלגליות מוקדמות: מ-Spyker ועד בוגאטי

האם מעצבי מכוניות מירוץ חקרו הנעה קבועה לכל הגלגלים לפני עידן הקוואטרו? התשובה היא כן ברור — והסיפור חוזר הרבה יותר אחורה ממה שרוב האנשים מצפים.

הפרויקט הראשון של פרדיננד פורשה לאחר המלחמה היה מכונית מירוץ ארבע-גלגלית: ה-Cisitalia 360, עם פריסת מנוע אמצעי ומנוע שתים-עשרה-צילינדרים של 1.5 ליטר. עם זאת, ההנעה הקדמית שלה הייתה חלקית — הנהג הפעיל אותה רק במקטעים ישרים של המסלול, וחזר להנעה אחורית לפני הפניות.

אולם פורשה בנה למעשה כלי רכב ארבע-גלגלי בשלב הרבה יותר מוקדם: מכונית חשמלית עם ארבעה מנועי גלגלים עצמאיים, שמקורה ב-1900. ההפתעה האמיתית להיסטוריונים של הרכב, אם כי, היא מכונית המירוץ משנת 1902 שנבנתה על ידי היצרן ההולנדי Spyker. בתקופה שבה אפילו בלמים הותקנו רק על הגלגלים האחוריים, למכונית זו הייתה הנעה אמיתית וקבועה לכל הגלגלים — כולל דיפרנציאל בין-סרנים.

חברת Spyker הוקמה ב-1880 על ידי אחי Spijker כיצרנית כרכרות לסוסים. מכוניתם הראשונה הופיעה ב-1900, ושנתיים לאחר מכן, בשיתוף עם המעצב הבלגי ז’וזף ולנטין לביולט, הפיקו את מכונית המירוץ Spyker 60 HP ארבע-הגלגלים (1902–1907). המפרט שלה היה מתקדם להפליא עבור אותה תקופה:

• שלושה דיפרנציאלים — בין-סרנים ושני בין-גלגליים
• שלושה מנגנוני בלימה נפרדים — שניים על הגלגלים האחוריים, אחד על פיר ההינע הקדמי
• מערכת הנעה ארבע-גלגלית שלא תמצא שווה לה מבחינה תפיסתית במשך עשורים

תפיסת ההנעה הקבועה לכל הגלגלים היא אפוא בת יותר ממאה שנה. לא רבות מ-Spyker הארבע-גלגליות נבנו — הן היו יקרות להפליא ולא הגיעו להצלחות מירוץ משמעותיות. שני פרויקטי מירוץ AWD שאפתניים נוספים הופיעו בתחילת שנות ה-30: בוגאטי טיפו 53 ומילר FWD.

פרויקט בוגאטי טיפו 53 נולד מרעיון שהגה מהנדס פיאט, אנטוניו פיקטו, שהציע אותו לאטורה בוגאטי ב-1930. שלוש מכוניות הושלמו ב-1932, כל אחת כוללת:

• מנוע שמונה-צילינדרים בקו עם טורבו-מדחס בהספק 300 כ”ס
• הנעה קבועה לכל הגלגלים עם שלושה דיפרנציאלים
• תיבת העברה ודיפרנציאל בין-סרנים משולבים עם תיבת הגיר המותקנת בנפרד
• פירי הינע לשני הסרנים ממוקמים בצד שמאל של המכונית
• מתלה קדמי עצמאי על קפיץ רוחבי — חריג לבוגאטי

למרות שעקפה מכוניות ממונעות אחורית בנות תקופתה בפניות עפר, הטיפו 53 סבלה ממאמץ היגוי מוגזם בשל שימוש בגיבורי קרדן סטנדרטיים במקום חיבורי מהירות קבועה בפירי ההינע הקדמיים. שלוש המכוניות התחרו עד 1935.

מילר FWD נוצרה בחלקה משום שהמעצב האמריקאי הארי מילר למד בוגאטי ממונעת קדמית שנרכשה במיוחד לפירוק. בהשראת גישת בוגאטי, פיתח מילר שלדת ארבע-גלגלים משלו בחסות חברת משאיות FWD. אחת ממכוניות מילר הארבע-גלגליות הובילה ב-Indianapolis 500 של 1934 לפני שפרשה עקב בעיות מכאניות במקום התשיעי.

מכוניות אלה קשורות גם לאחד מרגעי “מה היה קורה אם” המוזרים ביותר בתולדות הרכב. במהלך מירוץ במסלול AVUS בברלין ב-1935, מילר ארבע-גלגלית רצה במקום השלישי כאשר מנוע השמונה-צילינדרים שלה קרס בצורה קטסטרופלית, ושיגר פסולת לעבר הטריבונות. אדולף היטלר ישב באותו יום בקהל. אילו גם שבב קטן היה מגיע אליו, מהלך מלחמת העולם השנייה — וההיסטוריה העולמית — היה עשוי להיות שונה לחלוטין.

נוסחת פרגוסון: מערכת ה-AWD שהשנתה את הכל

כדי להבין את הפרק הקריטי הבא בתולדות ההנעה לכל הגלגלים, כדאי לחזור למגבלה יסודית של דיפרנציאלים פתוחים בין-סרנים. דיפרנציאל פתוח מאפשר לסרן אחד להסתובב חופשית בעוד האחר אינו מקבל כלל מומנט. אם הגלגלים האחוריים מאבדים אחיזה לחלוטין, הגלגלים הקדמיים יכולים להישאר במנוחה בעוד האחוריים מסתובבים — הדיפרנציאל אינו עושה דבר למנוע זאת.

הפתרון שפותח עבור SUV היה נעילה חיובית: הנהג מפעיל ידנית מנגנון הנועל בצורה קשיחה את גלגלי הדיפרנציאל, והופך את ההנעה הדיפרנציאלית לחיבור מוצק. גישה זו שימשה ב-Range Rover דורות ראשונים, בלאדה ניבה וברכבי שטח רבים אחרים — כולל אאודי קוואטרו מהדור הראשון, שבה נדרש הנהג לנעול ידנית את הדיפרנציאל המרכזי עד 1984. אולם נעילה ידנית היא פשרה נוספת: יש לשחרר אותה על משטחים קשים, והיא אינה מספקת הגנה אם תחילת ההחלקה מתרחשת בפתאומיות על כביש חלקלק.

הדיפרנציאל הבין-סרנים הראשון עם נעילה עצמית אוטומטית היה יצירתו של טוני רולט, נהג מירוץ ומהנדס בריטי. יחד עם חברו ועמיתו למירוצים פרד דיקסון, הפעיל רולט את מוסך Rolt/Dixon Developments לפני המלחמה. לאחריה, השניים התמסרו לפוטנציאל של הנעה קבועה לכל הגלגלים. לאחר שבנו אב-טיפוס ניסיוני ארבע-גלגלי שכונה “הסרטן”, הצטרפו ב-1950 להארי פרגוסון — יצרן הטרקטורים המצליח — להקמת Harry Ferguson Research.

חזונו של פרגוסון לא היה מכונית מירוץ אלא מכונית כביש בטוחה באמת: כזו שגלגליה לא יחליקו בהאצה ולא יינעלו בבלימה. רולט ודיקסון החליטו לתכנן מכונית כזו מאפס לחלוטין — מרכב, תיבת הילוכים ומנגנון הנעה כלולים. כשהמעצב המנוסה קלוד היל (לשעבר מאסטון מרטין) הצטרף כמהנדס ראשי, הסדאן הניסיוני Ferguson R4 הושלם לאחר שש שנות פיתוח. המפרט שלו היה יוצא דופן עבור 1956:

• הנעה קבועה לכל הגלגלים עם דיפרנציאל בין-סרנים בעל נעילה עצמית
• מנוע ארבע-צילינדרים שטוח
• בלמי דיסק על כל ארבעת הגלגלים
• מערכת בלימה אנטי-חסימה אלקטרו-מכאנית Dunlop MaxaRet, המותאמת מהתעופה

לב תיבת הגיר של נוסחת פרגוסון היה מנגנון נעילה עצמית גאוני בתוך תיבת ההעברה. בנוסף לדיפרנציאל, היחידה הכילה שורת גלגלי שיניים נוספת, שני מצמדי כדורים חד-כיווניים ושני חבילות דיסקי חיכוך. בתנאים רגילים, רכיבים אלה פעלו בסרק בשקט. אולם כאשר גלגלי סרן אחד החלו להחליק — ויצרו הבדל במהירויות פירי היציאה — אחד המצמדים היה מתחבר, לוחץ את חבילת החיכוך שלו על גלגלי הדיפרנציאל ומיידית הופך את ההנעה הדיפרנציאלית לחיבור מוצק.

אב-טיפוס שני, Ferguson R5 קומבי משנת 1962, היה מסוגל עוד יותר. בוחני מגזין Autocar ציינו שהגיעה לגבולות האחיזה במהירויות שנראו כמעט בלתי אפשריות. על אף זאת, אף יצרן לא הסכים להכניס את הפרגוסון לייצור — המורכבות והעלות היו גבוהות מדי. עם זאת, ב-1962 שכנע טוני רולט את ההנהלה של Jensen Cars להתאים את תיבת הגיר של נוסחת פרגוסון לקופה CV8 הקרובה שלהם, שהשתמשה במנוע Chrysler V8 בהספק 300 כ”ס. שלוש שנים מאוחר יותר הושלם Jensen CV8 FF ניסיוני בהנעה ארבע-גלגלית.

ב-1966 החליף ה-Jensen Interceptor את ה-CV8 — ולצד הקופה הסטנדרטית ממונעת אחורית, הציעה Jensen גרסת הנעה לכל הגלגלים עם לוגו שקט “FF”. ה-Jensen FF הפך למכונית הסדרתית הראשונה בעולם המשלבת דיפרנציאל בין-סרנים עם נעילה עצמית ו-ABS. הכינוי “FF” עמד בעבור “Formula Ferguson”. המפרטים העיקריים כללו:

• מנוע Chrysler V8 big-block בנפח 6.3 ליטר המייצר 325 כ”ס
• תיבת הילוכים אוטומטית TorqueFlite שלוש-הילוכים או ידנית ארבע-הילוכים
• חלוקת מומנט א-סימטרית: 63% לסרן האחורי, 37% לקדמי — כדי לשמור על אופי נהיגה של מכונית ממונעת אחורית
• ABS Dunlop MaxaRet חד-ערוצי
• הגה כוח ציר-ושיניים ובלמי דיסק מסביב
• מהירות עליונה 212 קמ”ש; 0–100 קמ”ש ב-7.7 שניות; משקל רכב כ-1,800 ק”ג
• מחיר בבריטניה ב-1968: כ-6,000 פאונד — בדומה לרולס-רויס הזולה ביותר
• סך הייצור: 318 מכוניות (1966–1971)

כל עיתונאי הרכב של אותה תקופה שיבחו את יציבותו יוצאת הדופן של Jensen FF ומה שתיארו כ”מרווח אחיזה כמעט בלתי מוגבל על אספלט רטוב.” לצערנו, הארי פרגוסון עצמו לא זכה לראות את ה-Jensen FF — הוא נפטר ב-1960.

מדוע להקדיש כל כך הרבה מקום לנוסחת פרגוסון? משום שהארי פרגוסון ריסרץ’ הייתה הארגון הראשון בעולם שהתייחס להנעה לכל הגלגלים בעיקר ככלי לבטיחות פעילה — לא רק כפתרון לבעיות אחיזה בשטח. חלוקת המומנט הא-סימטרית הייתה בחירה מכוונת להימנע מחוסר הצפיות הפוקד מערכות AWD סימטריות. במכונית ממונעת אחורית, הפעלת גז מוגזמת בפנייה חלקלקה גורמת לאוברסטיר צפוי. במכונית ממונעת קדמית, היא גורמת לאנדרסטיר צפוי. במכונית AWD סימטרית, התגובה תלויה באיזה סרן האחיזה גרועה יותר — דבר שיכול להיות מעורפל ומסוכן. על ידי הטיית המומנט לאחור, העניקה נוסחת פרגוסון ל-Jensen FF נהיגה הדומה כמעט לנהיגה ממונעת אחורית ברוב התנאים.

המצאת ה-Visco-Coupler

למנגנון הנעילה העצמית של נוסחת פרגוסון הייתה מגבלה משמעותית אחת: מצמדי הכדורים החד-כיווניים שלו פעלו באופן בינארי, מצב פתוח-סגור. המעבר מדיפרנציאל פתוח לנעילה מלאה היה מיידי, מה שיכול היה ליצור עמימות נהיגה משלו ברגע ההפעלה. הדרוש היה מנגנון שיוכל לשנות את מידת נעילת הדיפרנציאל בצורה חלקה והדרגתית.

בסוף שנות ה-60, טוני רולט ודרק גרדנר — שיהפוך מאוחר יותר למעצב הראשי של מכוניות פורמולה 1 של טירל — החלו להתנסות בנוזל הסיליקון המשמש בצמידי הינע למאוורר צמיג. התוצאה הייתה ה-visco-coupler: מיכל גלילי מלא בנוזל סיליקון, המכיל חבילות חלופיות של דיסקי חיכוך המחוברים לכל פיר יציאה.

כך הוא עובד:

• בתנאים רגילים, כאשר כל הגלגלים מסתובבים במהירויות דומות, חבילות הדיסקים כמעט ואינן נעות זו ביחס לזו והצמיד אינו משפיע על הדיפרנציאל.
• כאשר סרן אחד מתחיל להחליק, פיר היציאה שלו מסתובב מהר יותר, וגורם לחבילות הדיסקים להסתובב זו ביחס לזו ולגזור את נוזל הסיליקון.
• הגזירה מעלה את הטמפרטורה והלחץ בתוך הצמיד, ומגבירה דרמטית את צמיגות הנוזל.
• עלייה זו בצמיגות גורמת לדיסקים לגרור זה בזה, מבלם בהדרגה את פיר הסיבוב המהיר יותר ונועל חלקית או מלאה את הדיפרנציאל.

לאחר שרשם פטנט על ה-visco-coupler, הקים טוני רולט את FF Developments (FFD) ב-1971 לאספקה מסחרית של תיבות הילוכים בהנעה לכל הגלגלים. פרויקטים מוקדמים כללו טנדרי Bedford ארבע-גלגליים לשירותי הייעור הבריטיים, אצוות של מכוניות משטרה Ford Zephyr FF, וסדאני Opel Senator 4×4 למשלחת הצבאית הבריטית בברלין.

ההישג הסדרתי המשמעותי ביותר של FFD היה תיבת הגיר ל-AMC Eagle (1979–1988) — גרסה מוגבהת בהנעה לכל הגלגלים של סדאן AMC Concord, מצוידת בצמיגים גדולים יותר והגבהת מרכב של 75 מ”מ. AMC Eagle היה מכונית הסדרה הראשונה בעולם שהשתמשה בדיפרנציאל בין-סרנים הנעול על ידי visco-coupler. אף שתוכנן כרכב שטח מתון ולא כמכונית ספורט, ארכיטקטורת תיבת הגיר שלו הפכה לאב-קדמון הישיר של כמה ממכוניות AWD הספורטיביות המפורסמות שנבנו אי פעם — כולל דורות ראשונים של סובארו אימפרזה WRX ומיצובישי לנסר אבולושן.

דיפרנציאלים עם נעילה עצמית: מ-Torsen לבקרה אלקטרונית

כאשר אאודי קוואטרו נכנסה לייצור ב-1981 — שנתיים לאחר הופעת AMC Eagle — היא השתמשה בדיפרנציאל פתוח בין-סרנים רגיל עם נעילה חיובית המופעלת ידנית. האלגנטיות של פתרון אאודי טמנה בשילוב: המנוע המותקן אורכית הצביע ישירות לעבר הסרן האחורי, ודיפרנציאל בין-סרנים שולב ישירות בתיבת הגיר. פיר המשני של תיבת הגיר עוצב חלול, ופיר ההינע הקדמי נוהל דרכו. צוותו של פרדיננד פיך בחר בחלוקת מומנט סימטרית 50:50 בין קדמי לאחורי.

ב-1984 נעלמו לבסוף ידיות הנעילה הידנית של הדיפרנציאל מתאי הנוסעים של אאודי, ובמקומן הופיע הדיפרנציאל Torsen (TORque SENsing) בעל הנעילה העצמית. ה-Torsen מציע מספר יתרונות מרכזיים:

• הוא מכאני לחלוטין — ללא אלקטרוניקה, נוזל או התערבות נהג
• הוא מגיב לשינויים במומנט על פירי היציאה ולא להבדלי מהירויות, כלומר יכול להגיב לפני שהחלקת גלגלים מתחילה בפועל
• בשונה מ-visco-coupler, הוא ננעל רק בעת הנעה, לא בלימה, מה שהופך אותו לתואם מלאה ל-ABS
• הנעילה והשחרור חלקים ורציפים, ללא מעברים בינאריים

יכולתו המוכחת של ה-Torsen לספק שיפורים בנהיגה וביציבות במכוניות ספורטיביות משכה מאוחר יותר מהנדסי SUV המחפשים דינמיקה דמוית מכונית. כיום הוא משמש בתיבות ההילוכים של כלי רכב הכוללים את ה-Range Rover, פולקסווגן טוארג, פורשה קאיין וטויוטה לנד קרוזר פראדו.

בשנות ה-80, דומיננטיות הראלי של אאודי קוואטרו הצית מירוץ חימוש של הנעה לכל הגלגלים בין מתחרי קבוצה B. תוך כמה עונות הופיעו מכוניות הראלי הארבע-גלגליות הבאות — כל אחת משתמשת בטכנולוגיית visco-coupler של FFD בדיפרנציאלים עם הנעילה העצמית שלהן:

• פיז’ו 205 T16
• Austin Metro 6R4
• לנצ’יה דלתא S4
• פורד RS200

סטיוארט רולט, בנו של טוני, ניהל את קשרי FFD עם קבוצות הראלי בתקופה זו.

בתחילת שנות ה-90, מפעל AZLK ברוסיה פנה גם הוא ל-FFD כדי לפתח גרסת ראלי ארבע-גלגלית של מוסקוויץ’ 2141. באמצעות אותה פריסה של שלושה דיפרנציאלים כמו פורד RS200, השיג המוסקוויץ’ הניסיוני ארבע-הגלגלים נהיגה צפויה במיוחד בתנאים קיצוניים. הניסויים חשפו עיקרון חשוב: על ידי כוונון נפרד של נוקשות הנעילה של כל visco-coupler, יכלו המהנדסים לכוונן את מאזן הנהיגה של המכונית על פני טווח רחב:

• דיפרנציאל אחורי בין-גלגלי נוקשה יותר ← נטייה גדולה יותר לאוברסטיר
• דיפרנציאל קדמי או בין-סרנים נוקשה יותר ← אנדרסטיר ויציבות רבה יותר

יכולת כיוון זו היא הסיבה שמכוניות ראלי WRC מודרניות משתמשות בחבילות מצמד רב-דיסקי בשליטה אלקטרונית במקום visco-couplers פסיביים בשלושת הדיפרנציאלים. מפעילים הידראוליים ומחשב לוח יכולים לשנות את נעילת כל דיפרנציאל בזמן אמת — משחררים את המצמדים בכניסה לפנייה כדי לאפשר למכונית להסתובב בחופשיות, ולאחר מכן הולכים ולוחצים אותם בעת שהנהג מאיץ לתוך הישר כדי למקסם את האחיזה תוך הימנעות מאנדרסטיר.

שני יצרנים חלצו דיפרנציאלים בשליטה אלקטרונית במכוניות כביש:

• מרצדס-בנץ 4Matic (1986, W124 E-Class): שלושה מצמדים בשליטה אלקטרונית חיברו בסדר את הסרן הקדמי, לאחר מכן נעלו את הדיפרנציאל הבין-סרנים, ולאחר מכן נעלו את הדיפרנציאל האחורי לפי הצורך. המערכת הייתה יעילה אך מורכבת מדי, והאלקטרוניקה יכלה לגרום לחיבור וניתוק ניכרים של הגלגלים הקדמיים על משטחים רופפים.
• פורשה 959 (1986): שני מצמדים בשליטה אלקטרונית הפועלים ברחבי ארבעה מצבי נהג הניתנים לבחירה. מערכת ה-959 הייתה מתוחכמת יותר ומתאימה טוב יותר לשימוש בביצועים גבוהים.

החלפת הדיפרנציאל: Haldex ומערכות AWD פשוטות יותר

בעוד מהנדסי הראלי דחפו דיפרנציאלים עם נעילה עצמית לגבולותיהם, מעצבי מכוניות נוסעים מהשורה פנו לכיוון ההפוך — ביטול הדיפרנציאל הבין-סרנים כליל והחלפתו בלבד ב-visco-coupler. פולקסווגן גולף II Syncro משנת 1985 היה מכונית הנוסעים האירופית הראשונה שנקטה גישה זו. תיבת הגיר פותחה על ידי מהנדסי GKN, שרכש את FFD ב-1969.

פריסת visco-coupler הפשוטה הציעה יתרונות ברורים לייצור ההמוני:

• דגם ההנעה לכל הגלגלים שיתף את רוב הרכיבים עם הגרסה הסטנדרטית ממונעת קדמית, מה שהפחית עלות ומורכבות ייצור
• בתנאים רגילים, המכונית נהגה בדיוק כמו מכונית ממונעת קדמית
• כאשר הגלגלים הקדמיים החליקו, ה-visco-coupler יכול היה להעביר עד 70% מהמומנט לאחור תוך כ-0.2 שניות

עם זאת, עיכוב ההפעלה יצר חבות נהיגה: מכונית שהתנהגה בתחילה כמכונית ממונעת קדמית (דוחפת רחב בחזית) יכלה לעבור פתאום להתנהגות עם הטיה אחורית בעת הפעלת ה-visco-coupler, ולהפתיע נהגים. יצרנים יפניים חקרו פתרונות שונים, כולל התקנת מספר visco-couplers — חלק מהדגמים, כמו ניסאן סאני/פולסאר משנת 1988, השתמשו בשלושה: אחד להפעלת ההינע האחורי ואחד לנעילת כל דיפרנציאל בין-גלגלי. מאזדה קונצ’רטו 4WD הלכה רחוק עוד יותר, ומשתמשת ב-visco-couplers במקום הדיפרנציאל הבין-סרנים וגם האחורי הבין-גלגלי.

הצעד ההתפתחותי הבא החליף את ה-visco-coupler במצמד רב-דיסקי הידראולי בשליטה אלקטרונית — התקן מהיר ומדויק הרבה יותר. צמיד ה-Haldex, שהחליף את ה-visco-coupler בפולקסווגן גולף IV ובאחי הפלטפורמה שלה, הוא הדוגמה המוכרת ביותר לטכנולוגיה זו. כך הוא פועל:

• מצלמות פנים מזהות כל הפרש מהירות סיבוב בין פירי קדמי ואחורי
• גלגלות הרוכבות על פני המצלמות דוחפות בוכנות בגלילי טבעת, שאוחות נוזל הידראולי
• לחץ הנוזל לוחץ את חבילת המצמד הרב-דיסקי, ומעביר מומנט לסרן האחורי
• שסתום סולנואיד, המבוקר על ידי האלקטרוניקה של הרכב, יכול לשחרר את הלחץ בכל נקודה — ומאפשר חלוקת מומנט משתנה לאין קץ

כיום, רוב מכוניות הנוסעים וה-crossover הממונעות לכל הגלגלים משתמשות בגרסה כלשהי של ארכיטקטורת מצמד זו בשליטה אלקטרונית — בין אם Haldex ברכבי קבוצת פולקסווגן, Honda VTM-4 או BMW xDrive. מהירות מערכות המצמד המודרניות הפחיתה את עיכוב ההפעלה לנקודה שבה הוא בלתי מורגש בנהיגה רגילה. כיוון תוכנת הבקרה חשוב כיום יותר מהחומרה עצמה: גולף 4Motion ואאודי A3 קוואטרו משתמשים בתיבות הילוכים זהות מכאנית, אולם תוכנה שונה מעניקה לפולקסווגן חלוקת מומנט סימטרית בעוד כיוון אאודי שולח 60% מהמומנט לפנים לאופי נהיגה מוכר יותר של ממונעת קדמית.

טכנולוגיית AWD היום: איזו מערכת עדיפה?

מערכות הנעה חלקית לכל הגלגלים עם סרן שני המופעל ידנית נעלמו ברוך ממכוניות הנוסעים. לכל ארכיטקטורה שנותרה יש יתרונותיה:

• AWD קבועה עם דיפרנציאל בין-סרנים עם נעילה עצמית (visco-coupler כמו בסובארו, Torsen מכאני כמו באאודי A4/A6/A8 קוואטרו ופולקסווגן פאיטון, או מצמדים בשליטה אלקטרונית כמו במיצובישי לנסר אבו): המערכות המתוחכמות והמספקות ביותר, המסוגלות לשפר באמת את הנהיגה הן בכביש והן במסלול כאשר מכוונות כראוי.
• AWD קבועה עם דיפרנציאל פתוח בין-סרנים (כמו במרצדס-בנץ 4Matic): מסתמכת על אלקטרוניקה נגד החלקה לפצות על היעדר נעילה עצמית. יעילה בכביש, אולם פחות יזומה מכאנית.
• הנעה אחורית חלקית באמצעות מצמד מבוקר (Haldex, כמו בוולוו, סאאב ו-crossover שונים של קבוצת פולקסווגן): הפריסה הנפוצה ביותר ב-crossover מודרניים — חסכונית, קלה, ויעילה יותר ויותר הודות לאלקטרוניקה מהירה.

המגמה הדומיננטית ב-AWD מתקדמת היא ווקטוריזציית מומנט — לא רק חלוקת מומנט בין הסרנים הקדמי והאחורי, אלא שינוי פעיל שלו בין הגלגל השמאלי לימני על סרן. מיצובישי לנסר אבולושן X מייצג את שיא האמנות: מערכת S-AWC שלו משלבת דיפרנציאל מרכזי בשליטה אלקטרונית (ACD) עם דיפרנציאל Active Yaw Control (AYC) אחורי המסוגל להעביר מומנט בין הגלגלים האחוריים באופן עצמאי. שורות גלגלי שיניים נוספות יכולות להסיט את מאזן המומנט באופן יזום, לפני שהאחיזה אובדת, ולא רק בתגובה לאחר שהחלקת גלגלים כבר החלה.

מבחינה מעשית, ההבדלים בנהיגה בעולם האמיתי בין מערכות AWD מודרניות ממשיכים להצטמצם ככל שאלקטרוניקת הבקרה מתוחכמת יותר. מערכת מבוססת Haldex מכוונת היטב ב-crossover יכולה לספק יציבות שהייתה נראית מרשימה מדיפרנציאל Torsen מכאני דור אחד קודם לכן. זה, בסופו של דבר, הכיוון שאליו הטכנולוגיה מתקדמת — ונקודת הסיום עשויה להיות המכונית החשמלית עם ארבעה מנועי גלגלים עצמאיים, כל אחד מספק מומנט מבוקר במדויק ללא מנגנון הינע מכאני כלל.

זהו תרגום. ניתן לקרוא את המקור כאן: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html