Քառանիվ քարշակը՝ բացատրված. պատմություն, տեխնոլոգիա և ինչպես են աշխատում AWD համակարգերը

Այս հոդվածը սկսվեց որպես պարզ տեխնիկական ուղեցույց՝ ինչ-որ բան «Այն ամենը, ինչ դուք երբևէ ուզում էիք իմանալ քառանիվ քարշակի մասին, բայց չգիտեիք՝ ում հարցնել» ոճով։ Մենք պլանավորում էինք լուսաբանել, թե ինչով են բաց դիֆերենցիալները տարբերվում մածուցիկ կցորդիչով (visco-coupler) կամ Haldex տիպի հանգույցներից, ինչ են իրականում անում ինքնակողպվող դիֆերենցիալները, և ինչու է այս ամենն ընդհանրապես կարևոր։ Սակայն որքան խորանում էինք պատմության մեջ, այնքան ավելի էինք զարմանում։ Պարզվում է՝ մշտական քառանիվ քարշակով առաջին ուղևորատար ավտոմեքենան կառուցվել է Նիդեռլանդներում ավելի քան հարյուր տարի առաջ։ Իսկ 1935 թվականին քառանիվ քարշակով ամերիկյան մրցարշավային մեքենան զարմանալիորեն մոտ էր համաշխարհային պատմության ընթացքը փոխելուն։

Ինչո՞ւ է ուղևորատար ավտոմեքենային անհրաժեշտ քառանիվ քարշակ։ 21-րդ դարում պատասխանն ակնհայտ է թվում՝ ավելի լավ կպչողականություն, սայթաքուն մակերևույթներին անիվների պտտվելու պակաս և քարշակի ներքո բարելավված կառավարելիություն։ Չորս բանող անիվները պարզապես ավելի լավ են, քան երկուսը։ Բայց մարդկությունը զարմանալիորեն շատ ժամանակ պահանջեց՝ այս հիմնական ճշմարտության հիման վրա գործելու համար։ Հարցրեք ցանկացած ավտոմոբիլային պատմաբանի, և նա ձեզ կասի, որ զանգվածային ուղևորատար ավտոմեքենաների համար քառանիվ քարշակի դարաշրջանը սկսվեց 1980 թվականին Audi Quattro-ով։ Նրանք կարող են նաև հիշատակել հազվագյուտ նախորդներին՝ 1966 թվականի բրիտանական Jensen FF սուպերմեքենան և 1972 թվականի Subaru Leone 4WD-ն։ Իսկական մասնագետը, սակայն, արագ կնշի, որ վաղ քառանիվ քարշակով Subaru-ները ընդհանրապես մշտական AWD համակարգեր չէին՝ դրանք մասնակի (part-time) էին։ Եվ ինչպես կբացատրենք, դա վճռորոշ տարբերություն է։

Մասնակի (Part-Time) 4WD. ժամանակավոր լուծում

Մի առանցքի վրա մասնակի քարշակը փոխզիջումային լուծում է, և ճանապարհային մեքենաների համար ոչ առանձնապես նրբագեղ լուծում։ «Part-Time 4WD» եզրույթը ծագել է ամենագնացների (SUV) և բացtrack բեռնատարների աշխարհում։ Այս կազմակերպման ժամանակ մի առանցքը մշտապես քարշակ է հաղորդում, մինչդեռ մյուսը պահանջի դեպքում կոշտ կերպով միացվում է, սակայն այս կոշտ միացումը կարող է օգտագործվել միայն բացtrack պայմաններում։ Ասֆալտապատ մակերևույթներին մասնակի համակարգը պետք է ամբողջությամբ անջատվի։ Ահա ինչու.

• Երբ մեքենան շրջադարձ է կատարում, առջևի անիվներն անցնում են ավելի երկար աղեղ, քան հետևի անիվները, և հետևաբար պետք է ավելի արագ պտտվեն։
• Կոշտ միացված քառանիվ քարշակի համակարգի դեպքում առջևի անիվների կպչողականությունը նվազում է, մինչդեռ հետևում ոլորող մոմենտն ավելանում է։
• Որոշ դեպքերում առջևի անիվները կարող են փաստացի արգելակող ուժ առաջացնել՝ քարշակային ուժի փոխարեն՝ ավելացնելով դիմադրությունը և դժվարացնելով մեքենայի կառավարումը։
• Թույլ ամրացված մակերևույթներին, ինչպիսիք են ցեխը կամ ձյունը, այս ազդեցությունը կառավարելի է, սակայն ասֆալտին այն առաջացնում է փոխանցման համակարգի լուրջ կաշկանդում և կառավարելիության խնդիրներ։

Երբ մեքենան անցնում է շրջադարձ, ամեն անիվ հետևում է իր սեփական աղեղին և պետք է պտտվի տարբեր արագությամբ։ Ահա թե ինչու մշտական քառանիվ քարշակի համակարգը պահանջում է երեք դիֆերենցիալ՝ երկու միջանիվ դիֆերենցիալ (առանցքի վրա մեկը) և մեկ միջառանցքային դիֆերենցիալ, որպեսզի երկու բանող առանցքները կարողանան պտտվել միմյանցից անկախ։

Չնայած այս թերություններին, կոշտ միացված քառանիվ քարշակը հայտնվեց որոշ ճանապարհային մեքենաների վրա, թեև դրանք բնավորությամբ ավելի մոտ էին բացtrack բեռնատարներին։ ԽՍՀՄ-ում, օրինակ, ГАЗ-61 «Эмка»-ն՝ վեցմխոցանի շարժիչով և մասնակի առջևի առանցքով քառանիվ քարշակով սեդանը, փոքր սերիաներով արտադրության մեջ մտավ դեռ 1938 թվականին։ Պատերազմից հետո նմանատիպ փոխանցման համակարգեր հայտնվեցին ГАЗ-М72 «Победа» բացtrack տարբերակում և Москвич-410-ում։ 1972 թվականի Subaru Leone 4WD-ն հետևում էր նույն տրամաբանությանը. այն կառուցված էր բացtrack օգտագործման համար՝ ստանդարտ առջևի քարշակով Subaru-ներից ավելի բարձր երթևեկության բարձրությամբ և ձեռքով միացվող հետևի առանցքով։

Subaru Leone 4WD Station Wagon-ը (1972–1979) առջևի քառանիվ քարշակ ունեցող հարթակի քառանիվ քարշակով հարմարեցում էր՝ ձեռքով միացվող հետևի առանցքով։ Հիմնական բնութագրերը ներառում էին.

• Շարժիչի տարբերակներ՝ 1.4 լիտր (72 ձ.ու.) կամ 1.6 լիտր (80 ձ.ու.)
• Թափքի տիպեր՝ ունիվերսալ (station wagon), սեդան և փիքափ բեռնատար
• Հետևի անիվների քարշակի միացում՝ ձեռքով՝ ձեռքով փոխանցատուփ ունեցող մեքենաների վրա, ինքնաշխատ՝ բազմասկավառակ շփման կցորդիչի միջոցով՝ ավտոմատների վրա
• Այս մասնակի կազմակերպումը շարունակվեց բոլոր քառանիվ քարշակով Subaru-ների վրա մինչև 1989 թվականը

Մասնակի քառանիվ քարշակի հիմնական խնդիրն այն է, որ այն անօգուտ է ասֆալտապատ ճանապարհներին, որտեղ մեքենաների մեծ մասն անցկացնում է իր ժամանակի մեծ մասը, սակայն մեքենան պետք է մշտապես կրի փոխանցման տուփի (transfer case), երկրորդ կարդանային լիսեռի և երկրորդական առանցքի հանգույցի լրացուցիչ քաշը։ Մասնակի համակարգը մշտականի վերածելը, սակայն, պահանջում է ընդամենը մեկ լրացուցիչ բաղադրիչ՝ միջառանցքային դիֆերենցիալ փոխանցման տուփում։

Մշտական քառանիվ քարշակ. ինչպես է աշխատում և ինչու է կարևոր

Միջառանցքային դիֆերենցիալը մշտական քառանիվ քարշակի բանալին է։ Երկու միջանիվ դիֆերենցիալները՝ ամեն առանցքի վրա մեկը, թույլ են տալիս յուրաքանչյուր առանցքի ձախ և աջ անիվներին պտտվել տարբեր արագություններով շրջադարձներում։ Միջառանցքային դիֆերենցիալը նույն աշխատանքն է կատարում առջևի և հետևի առանցքների միջև։ Բոլոր երեք դիֆերենցիալներով հագեցած մեքենան կարող է մշտական քառանիվ քարշակ իրականացնել ցանկացած ճանապարհային մակերևույթի վրա՝ առանց փոխանցման համակարգի կաշկանդման կամ կառավարելիության տույժերի։

Տեսականորեն պարզ է, սակայն մինչև 1980-ականների սկիզբը ավտոմոբիլային հիմնական հոսանքը մշտական AWD-ն ճանապարհային մեքենաների համար ավելորդ էր համարում։ Ընդունված տեսակետն այն էր, որ չոր ասֆալտին երկրորդ զույգ անիվների և բոլոր հարակից փոխանցման բաղադրիչների մշտական պտտումը ավելացնում էր աղմուկը և վատնում վառելիք։ Audi Quattro-ն ընդմիշտ փոխեց այդ մտածողությունը։ Շարժիչի ոլորող մոմենտը մշտապես չորս անիվների միջև բաշխելով՝ մշտական AWD համակարգը.

• Ավելի մեծ կպչողականության պաշար է թողնում շրջադարձներում կողմնային ուժերը հաղթահարելու համար
• Զգալիորեն բարելավում է կայունությունը շրջադարձի կեսին արագացնելիս կամ արգելակելիս
• Նվազեցնում է գազի սեղմման հետևանքով առաջացած հանկարծակի գերշրջման (oversteer) կամ թերշրջման (understeer) վտանգը

1980-ականների վերջի Audi 80 Quattro-ն ցույց է տալիս, թե որքան կատարելագործված դարձավ այս դասավորությունը։ Quattro-ի կառուցվածքն ավելի կոմպակտ է, քան մրցակից Ferguson Formula փոխանցումը։ 1984 թվականից Audi-ն ընդունեց Torsen ինքնակողպվող դիֆերենցիալը՝ զուտ մեխանիկական սարք, որն արձագանքում է յուրաքանչյուր ելքային լիսեռի ոլորող մոմենտի փոփոխություններին, այլ ոչ թե անիվների արագության տարբերություններին։ Ի տարբերություն մածուցիկ կցորդիչի վրա հիմնված դիֆերենցիալի կողպման՝ Torsen-ը կողպվում է միայն քարշակի, ոչ թե արգելակման ժամանակ, ինչը նշանակում է, որ այն լիովին համատեղելի է ABS համակարգերի հետ և բարելավում է կայունությունը արագության նվազեցման ընթացքում։

Հարկ է նշել, որ Range Rover-ը (1970) և ռուսական Lada Niva-ն (1976) ընդհանուր առմամբ համարվում են միջառանցքային դիֆերենցիալներով առաջին զանգվածային արտադրության մեքենաները, սակայն երկուսն էլ հաստատապես պատկանում են բացtrack կատեգորիային։ Audi Quattro-ն հավակնում է ռահվիրայի կոչմանը հատկապես ուղևորատար ավտոմեքենաների շարքում։

Վաղ քառանիվ քարշակով մրցարշավային մեքենաներ. Spyker-ից մինչև Bugatti

Արդյո՞ք մրցարշավային մեքենաների կոնստրուկտորներն ուսումնասիրել են մշտական քառանիվ քարշակը Quattro-ի դարաշրջանից առաջ։ Պատասխանը հաստատ այո է, և պատմությունը գնում է շատ ավելի հեռու, քան մարդկանց մեծ մասն ակնկալում է։

Ֆերդինանդ Պորշեի առաջին հետպատերազմյան նախագիծը քառանիվ քարշակով մրցարշավային մեքենա էր՝ Cisitalia 360-ը՝ կենտրոնական շարժիչի դասավորությամբ և 1.5 լիտրանոց տասներկումխոցանի շարժիչով։ Սակայն դրա առջևի քարշակը մասնակի էր. վարորդը միացնում էր այն միայն ուղեգծի ուղիղ հատվածներում՝ շրջադարձներից առաջ վերադառնալով հետևի քարշակին։

Բայց Պորշեն իրականում կառուցել էր քառանիվ քարշակով մեքենա շատ ավելի վաղ՝ չորս առանձին անվային շարժիչներով էլեկտրամեքենա, որը թվագրվում է 1900 թվականով։ Ավտոմոբիլային պատմաբանների համար իսկական ցնցումը, սակայն, 1902 թվականի մրցարշավային մեքենան է, որը կառուցել է հոլանդական Spyker արտադրողը։ Այն ժամանակ, երբ նույնիսկ արգելակները տեղադրվում էին միայն հետևի անիվներին, այս մեքենան ուներ իսկական մշտական քառանիվ քարշակ՝ միջառանցքային դիֆերենցիալով հանդերձ։

Spyker ընկերությունը հիմնադրվել էր 1880 թվականին Spijker եղբայրների կողմից որպես ձիաքարշ կառքերի արտադրող։ Նրանց առաջին մեքենան հայտնվեց 1900 թվականին, իսկ երկու տարի անց՝ բելգիացի կոնստրուկտոր Ժոզեֆ Վալանտեն Լավիոլետի հետ համատեղ աշխատելով, նրանք արտադրեցին քառանիվ քարշակով Spyker 60 HP մրցարշավային մեքենան (1902–1907)։ Դրա բնութագիրը արտակարգ առաջադեմ էր այդ դարաշրջանի համար.

• Երեք դիֆերենցիալ՝ միջառանցքային և երկու միջանիվ
• Երեք առանձին արգելակային մեխանիզմ՝ երկուսը հետևի անիվների վրա, մեկը՝ առջևի կարդանային լիսեռի վրա
• Քառանիվ քարշակի համակարգ, որը գաղափարով անգերազանցելի կմնար տասնամյակներ շարունակ

Հետևաբար, մշտական քառանիվ քարշակի գաղափարը հաստատապես ավելի քան մեկ դար հին է։ Շատ չէին կառուցվել քառանիվ քարշակով Spyker-ները. դրանք չափազանց թանկ էին և երբեք էական մրցարշավային հաջողության չհասան։ Ավելի հավակնոտ ևս երկու AWD մրցարշավային նախագիծ հաջորդեց 1930-ականների սկզբին՝ Bugatti Tipo 53-ը և Miller FWD-ն։

Bugatti Tipo 53 նախագիծը ծագեց Fiat-ի ինժեներ Անտոնիո Պիկետոյից, ով 1930 թվականին այդ գաղափարն առաջարկեց Էտորե Բուգատիին։ 1932 թվականին ավարտվեց երեք մեքենա, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում էր.

• 300 ձ.ու. գերսնուցմամբ ութմխոցանի շարքային շարժիչ
• Մշտական քառանիվ քարշակ՝ երեք դիֆերենցիալով
• Փոխանցման տուփ և միջառանցքային դիֆերենցիալ՝ ինտեգրված առանձին տեղադրված փոխանցատուփի հետ
• Երկու առանցքների քարշակային լիսեռներ՝ տեղադրված մեքենայի ձախ կողմում
• Անկախ առջևի կախոց՝ լայնական զսպանակի վրա, ինչը անսովոր էր Bugatti-ի համար

Չնայած մանրախիճ շրջադարձներում ժամանակակից հետևի քարշակով մեքենաներին գերազանցելուն՝ Tipo 53-ը տառապում էր ղեկի չափազանց մեծ ջանք պահանջելու խնդրից՝ առջևի կարդանային լիսեռներում հաստատուն արագության հոդակապերի (CV joints) փոխարեն ստանդարտ Cardan հոդակապեր օգտագործելու պատճառով։ Երեք մեքենաները մրցում էին մինչև 1935 թվականը։

Miller FWD-ն մասամբ առաջացավ այն պատճառով, որ ամերիկացի կոնստրուկտոր Հարի Միլերն ուսումնասիրել էր առջևի քարշակով Bugatti, որը գնվել էր հատկապես ապամոնտաժման համար։ Ոգեշնչվելով Bugatti-ի մոտեցմամբ՝ Միլերը մշակեց իր սեփական քառանիվ քարշակով շասսին՝ FWD բեռնատար ընկերության հովանավորությամբ։ Քառանիվ քարշակով Miller-ներից մեկն առաջատար էր 1934 թվականի Indianapolis 500-ում, նախքան մեխանիկական խնդիրներով կroupվ դուրս գալը իններորդ տեղում։

Այս մեքենաները կապված են նաև ավտոմոբիլային պատմության ամենատարօրինակ «իսկ եթե» պահերից մեկի հետ։ 1935 թվականին Բեռլինի AVUS ուղեգծում մրցավազքի ժամանակ քառանիվ քարշակով Miller-ը երրորդ տեղում էր, երբ նրա շարքային ութմխոցանի շարժիչը կործանարար կերպով քայքայվեց՝ բեկորներ ուղարկելով դեպի հանդիսատեսի տրիբունաները։ Ադոլֆ Հիտլերն այդ օրը ներկա էր տրիբունաներում։ Եթե նույնիսկ մի փոքր բեկոր հասներ նրան, Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի և համաշխարհային պատմության ընթացքը կարող էր լիովին այլ լինել։

Ferguson Formula. AWD համակարգը, որը փոխեց ամեն ինչ

Քառանիվ քարշակի պատմության հաջորդ կարևոր գլուխը հասկանալու համար օգտակար է վերանայել բաց միջառանցքային դիֆերենցիալների հիմնարար սահմանափակումը։ Բաց դիֆերենցիալը թույլ է տալիս մի առանցքին ազատ պտտվել, մինչդեռ մյուսը ոլորող մոմենտ չի ստանում։ Եթե հետևի անիվներն ամբողջությամբ կորցնեն կպչողականությունը, առջևի անիվները կարող են անշարժ մնալ, մինչդեռ հետևինները պտտվում են. դիֆերենցիալը ոչինչ չի անում սա կանխելու համար։

Ամենագնացների համար մշակված լուծումը հարկադիր կողպումն էր (positive locking). վարորդը ձեռքով միացնում է մեխանիզմ, որը կոշտ կերպով կողպում է դիֆերենցիալի փոխանցումները՝ դիֆերենցիալ քարշակը վերածելով կոշտ միացման։ Այս մոտեցումն օգտագործվում էր վաղ Range Rover-ներում, Lada Niva-ում և շատ այլ բացtrack մեքենաներում, ներառյալ առաջին սերնդի Audi Quattro-ն, որը մինչև 1984 թվականը պահանջում էր, որ վարորդը ձեռքով կողպի կենտրոնական դիֆերենցիալը։ Բայց ձեռքով կողպումը ևս մեկ փոխզիջում է. այն պետք է անջատվի կոշտ մակերևույթներին, և այն ոչ մի պաշտպանություն չի առաջարկում, եթե անիվների պտտվելը հանկարծակի սկսվի սայթաքուն ճանապարհին։

Առաջին ինքնաշխատ ինքնակողպվող միջառանցքային դիֆերենցիալը բրիտանացի մրցարշավորդ և ինժեներ Թոնի Ռոլտի ստեղծագործությունն էր։ Իր ընկերոջ և համ-մրցարշավորդ Ֆրեդ Դիքսոնի հետ Ռոլտը պատերազմից առաջ ղեկավարում էր Rolt/Dixon Developments արհեստանոցը։ Հետագայում երկուսը գերվեցին մշտական քառանիվ քարշակի ներուժով։ «Crab» անունով քառանիվ քարշակով փորձարարական փորձադաշտ կառուցելուց հետո՝ նրանք 1950 թվականին միավորեցին ուժերը Հարի Ֆերգյուսոնի՝ հաջողակ տրակտորների արտադրողի հետ՝ ստեղծելու Harry Ferguson Research-ը։

Ֆերգյուսոնի տեսլականը մրցարշավային մեքենա չէր, այլ իսկապես անվտանգ ճանապարհային մեքենա. այնպիսին, որի անիվները ոչ արագացման ժամանակ կպտտվեին, ոչ էլ արգելակման ժամանակ կկողպվեին։ Ռոլտն ու Դիքսոնը որոշեցին նման մեքենան ամբողջությամբ զրոյից նախագծել՝ ներառյալ թափքը, փոխանցումը և շարժակ համակարգը։ Որպես գլխավոր ինժեներ ներգրավելով փորձառու կոնստրուկտոր Քլոդ Հիլին (նախկինում Aston Martin-ից)՝ փորձարարական Ferguson R4 սեդանն ավարտվեց վեց տարվա մշակումից հետո։ Դրա բնութագիրը 1956 թվականի համար ուշագրավ էր.

• Մշտական քառանիվ քարշակ՝ ինքնակողպվող միջառանցքային դիֆերենցիալով
• Հակադիր հարթ (flat-four) քառամխոցանի շարժիչ
• Սկավառակային արգելակներ բոլոր չորս անիվների վրա
• Dunlop MaxaRet էլեկտրամեխանիկական հակակողպման արգելակային համակարգ՝ ավիացիայից հարմարեցված

Ferguson Formula փոխանցման սիրտը հնարամիտ ինքնակողպվող մեխանիզմն էր փոխանցման տուփի ներսում։ Բացի դիֆերենցիալից, հանգույցը պարունակում էր լրացուցիչ փոխանցումների հավաքածու, երկու գնդիկավոր ազատ ընթացքի կցորդիչ և շփման սկավառակների երկու փաթեթ։ Նորմալ պայմաններում այս տարրերը հանգիստ պարապ էին։ Բայց երբ մի առանցքի անիվները սկսում էին սայթաքել՝ առաջացնելով ելքային լիսեռների արագությունների տարբերություն, կցորդիչներից մեկը միանում էր՝ սեղմելով իր շփման փաթեթը դիֆերենցիալի փոխանցումներին և ակնթարթորեն դիֆերենցիալ քարշակը վերածելով կոշտ միացման։

Երկրորդ նախատիպը՝ 1962 թվականի Ferguson R5 ունիվերսալը, էլ ավելի ընդունակ էր։ Autocar ամսագրի փորձարկողները նշում էին, որ այն հասնում էր կպչողականության սահմաններին գրեթե անհնարին թվացող արագություններով։ Չնայած դրան՝ ոչ մի արտադրող չհամաձայնեց Ferguson-ը արտադրության մեջ դնել. բարդությունն ու արժեքը չափազանց բարձր էին։ Սակայն 1962 թվականին Թոնի Ռոլտը համոզեց Jensen Cars-ի ղեկավարությանը հարմարեցնել Ferguson Formula փոխանցումն իրենց առաջիկա CV8 կուպեի համար, որն օգտագործում էր 300 ձ.ու. Chrysler V8 շարժիչ։ Երեք տարի անց ավարտվեց փորձարարական քառանիվ քարշակով Jensen CV8 FF-ը։

1966 թվականին Jensen Interceptor-ը փոխարինեց CV8-ին, և ստանդարտ հետևի քարշակով կուպեի կողքին Jensen-ը առաջարկեց քառանիվ քարշակով տարբերակ՝ նշված համեստ «FF» անվանումով։ Jensen FF-ը դարձավ աշխարհում առաջին սերիական մեքենան, որը համատեղեց ինքնակողպվող միջառանցքային դիֆերենցիալը ABS-ի հետ։ «FF» անվանումը նշանակում էր «Formula Ferguson»։ Հիմնական բնութագրերը ներառում էին.

• 6.3 լիտրանոց Chrysler V8 big-block շարժիչ՝ 325 ձ.ու. հզորությամբ
• Եռաստիճան TorqueFlite ավտոմատ կամ քառաստիճան ձեռքով փոխանցատուփ
• Անսիմետրիկ ոլորող մոմենտի բաշխում՝ 63% հետևի առանցքին, 37% առջևինին՝ հետևի քարշակի կառավարելիության բնավորությունը պահպանելու համար
• Միաալիք Dunlop MaxaRet ABS
• Ատամնափոկավոր (rack-and-pinion) հզորացված ղեկ և սկավառակային արգելակներ բոլոր անիվներին
• Առավելագույն արագություն՝ 212 կմ/ժ, 0–100 կմ/ժ՝ 7.7 վայրկյանում, սեփական քաշ՝ մոտավորապես 1800 կգ
• Մեծ Բրիտանիայում գինը 1968 թվականին՝ մոտավորապես 6000 ֆունտ ստեռլինգ, համեմատելի ամենաէժան Rolls-Royce-ի հետ
• Ընդհանուր արտադրություն՝ 318 մեքենա (1966–1971)

Այդ դարաշրջանի ամեն ավտոմոբիլային լրագրող գովում էր Jensen FF-ի բացառիկ կայունությունը և այն, ինչ նրանք բնութագրում էին որպես «թաց ասֆալտին գրեթե անսահման կպչողականության պաշար»։ Ողբերգականորեն, Հարի Ֆերգյուսոնն ինքը երբեք չտեսավ Jensen FF-ը. նա մահացավ 1960 թվականին։

Ինչո՞ւ այսքան ժամանակ հատկացնել Ferguson Formula-ին։ Որովհետև Harry Ferguson Research-ը աշխարհում առաջին կազմակերպությունն էր, որը քառանիվ քարշակը դիտարկեց հիմնականում որպես ակտիվ անվտանգության գործիք, այլ ոչ թե պարզապես որպես բացtrack կպչողականության խնդիրների լուծում։ Անսիմետրիկ ոլորող մոմենտի բաշխումը գիտակցված ընտրություն էր՝ խուսափելու համար այն անկանխատեսելիությունից, որը հատուկ է սիմետրիկ AWD համակարգերին։ Հետևի քարշակով մեքենայի վրա սայթաքուն շրջադարձում չափից շատ գազ տալը առաջացնում է կանխատեսելի գերշրջում։ Առջևի քարշակով մեքենայի վրա այն առաջացնում է կանխատեսելի թերշրջում։ Սիմետրիկ AWD մեքենայի վրա արձագանքը կախված է, թե որ առանցքն ունի ամենավատ կպչողականությունը, ինչը կարող է լինել երկիմաստ և վտանգավոր։ Ոլորող մոմենտը դեպի հետևը թեքելով՝ Ferguson Formula-ն Jensen FF-ին տվեց գրեթե կանխատեսելի հետևի քարշակի կառավարելիություն պայմանների մեծ մասում։

Մածուցիկ կցորդիչի (Visco-Coupler) գյուտը

Ferguson Formula-ի ինքնակողպվող մեխանիզմն ուներ մեկ էական սահմանափակում. դրա ազատ ընթացքի կցորդիչներն աշխատում էին երկուական, միացված-անջատված եղանակով։ Բաց դիֆերենցիալից դեպի լրիվ կողպում անցումն ակնթարթային էր, ինչը կարող էր ստեղծել իր սեփական կառավարելիության երկիմաստությունը միացման պահին։ Անհրաժեշտ էր մեխանիզմ, որը կարող էր սահուն և աստիճանաբար փոփոխել դիֆերենցիալի կողպման աստիճանը։

1960-ականների վերջին Թոնի Ռոլտը և Դերեկ Գարդները՝ հետագայում Tyrrell-ի Ֆորմուլա 1 մեքենաների գլխավոր կոնստրուկտորը, սկսեցին փորձարկումներ կատարել մածուցիկ օդափոխիչի քարշակային կցորդիչներում օգտագործվող սիլիկոնե հեղուկի հետ։ Արդյունքը մածուցիկ կցորդիչն էր (visco-coupler)՝ սիլիկոնե հեղուկով լցված գլանաձև պատյան, որը պարունակում էր շփման սկավառակների փոփոխվող փաթեթներ՝ միացված ամեն ելքային լիսեռին։

Ահա թե ինչպես է այն աշխատում.

• Նորմալ պայմաններում, երբ բոլոր անիվները պտտվում են նմանատիպ արագություններով, սկավառակների փաթեթները հազիվ են շարժվում միմյանց նկատմամբ, և կցորդիչը որևէ ազդեցություն չունի դիֆերենցիալի վրա։
• Երբ մի առանցքը սկսում է սայթաքել, դրա ելքային լիսեռը պտտվում է ավելի արագ՝ ստիպելով սկավառակների փաթեթներին պտտվել միմյանց նկատմամբ և կտրել (shear) սիլիկոնե հեղուկը։
• Կտրումն ավելացնում է ջերմաստիճանն ու ճնշումը կցորդիչի ներսում՝ կտրուկ բարձրացնելով հեղուկի մածուցիկությունը։
• Մածուցիկության այս աճը ստիպում է սկավառակներին քսվել միմյանց՝ աստիճանաբար արգելակելով ավելի արագ պտտվող լիսեռը և մասամբ կամ լիովին կողպելով դիֆերենցիալը։

Մածուցիկ կցորդիչը արտոնագրելուց հետո Թոնի Ռոլտը 1971 թվականին հիմնեց FF Developments-ը (FFD)՝ քառանիվ քարշակի փոխանցումներ առևտրային կերպով մատակարարելու համար։ Վաղ նախագծերը ներառում էին քառանիվ քարշակով Bedford ֆուրգոններ բրիտանական անտառային ծառայությունների համար, Ford Zephyr FF ոստիկանական մեքենաների խմբաքանակ և Opel Senator 4×4 սեդաններ Բեռլինում բրիտանական ռազմական առաքելության համար։

FFD-ի ամենանշանակալի սերիական ձեռքբերումը AMC Eagle-ի (1979–1988) փոխանցումն էր՝ AMC Concord սեդանի բարձրացված, քառանիվ քարշակով տարբերակը, որը հագեցած էր ավելի մեծ անվադողերով և 75 մմ թափքի բարձրացմամբ։ AMC Eagle-ը աշխարհում առաջին սերիական մեքենան էր, որն օգտագործում էր մածուցիկ կցորդիչով կողպվող միջառանցքային դիֆերենցիալ։ Թեև մտածված էր որպես մեղմ բացtrack մեքենա, այլ ոչ թե արդյունավետ մեքենա, դրա փոխանցման կառուցվածքը դարձավ երբևէ կառուցված ամենահայտնի արդյունավետ AWD մեքենաներից մի քանիսի ուղղակի նախահայրը, ներառյալ Subaru Impreza WRX-ի և Mitsubishi Lancer Evolution-ի վաղ սերունդները։

Ինքնակողպվող դիֆերենցիալներ. Torsen-ից մինչև էլեկտրոնային կառավարում

Երբ Audi Quattro-ն 1981 թվականին մտավ արտադրության մեջ՝ AMC Eagle-ի դեբյուտից երկու տարի անց, այն օգտագործում էր սովորական բաց միջառանցքային դիֆերենցիալ՝ ձեռքով կառավարվող հարկադիր կողպումով։ Audi-ի լուծման նրբագեղությունը կայանում էր դասավորության մեջ. երկայնակի տեղադրված շարժիչը ուղղված էր ուղիղ դեպի հետևի առանցքը, և միջառանցքային դիֆերենցիալն ինտեգրված էր ուղղակիորեն փոխանցատուփի մեջ։ Փոխանցատուփի երկրորդական լիսեռը պատրաստված էր սնամեջ, և առջևի քարշակային լիսեռն անցկացված էր դրա միջով։ Ֆերդինանդ Պիեխի թիմն ընտրեց սիմետրիկ 50:50 ոլորող մոմենտի բաշխում առջևի և հետևի միջև։

1984 թվականին ձեռքով դիֆերենցիալ կողպման լծակները վերջապես անհետացան Audi-ի սրահներից՝ փոխարինվելով Torsen (TORque SENsing) ինքնակողպվող դիֆերենցիալով։ Torsen-ն առաջարկում է մի քանի հիմնական առավելություն.

• Այն ամբողջությամբ մեխանիկական է. ոչ էլեկտրոնիկա, ոչ հեղուկ, ոչ վարորդի միջամտություն չի պահանջվում
• Այն արձագանքում է ելքային լիսեռների ոլորող մոմենտի փոփոխություններին, այլ ոչ թե արագության տարբերություններին, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է արձագանքել նախքան անիվների պտտվելու սկսելը
• Ի տարբերություն մածուցիկ կցորդիչի՝ այն կողպվում է միայն քարշակի, ոչ թե արգելակման ժամանակ՝ դարձնելով այն լիովին ABS-համատեղելի
• Կողպումն ու բացումը սահուն և շարունակական են՝ առանց երկուական անցումների

Torsen-ի՝ արդյունավետ մեքենաների վրա կառավարելիության և կայունության բարելավումներ ապահովելու ապացուցված ունակությունը հետագայում գրավեց ամենագնացների ինժեներներին, ովքեր փնտրում էին մեքենայանման դինամիկա։ Այսօր այն օգտագործվում է այնպիսի մեքենաների փոխանցումներում, ինչպիսիք են Range Rover-ը, Volkswagen Touareg-ը, Porsche Cayenne-ը և Toyota Land Cruiser Prado-ն։

Դեռևս 1980-ականներին Audi Quattro-ի ռալիական գերակայությունը գործարկեց քառանիվ քարշակի սպառազինությունների մրցավազք Group B մրցակիցների միջև։ Մի քանի մրցաշրջանի ընթացքում հայտնվեցին հետևյալ քառանիվ քարշակով ռալիական մեքենաները, որոնցից յուրաքանչյուրն օգտագործում էր FFD մածուցիկ կցորդիչի տեխնոլոգիան իրենց ինքնակողպվող դիֆերենցիալներում.

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

Ստյուարտ Ռոլտը՝ Թոնիի որդին, այս ժամանակահատվածում ղեկավարում էր FFD-ի հարաբերությունները ռալիական թիմերի հետ։

1990-ականների սկզբին Ռուսաստանի АЗЛК գործարանը նույնպես դիմեց FFD-ին՝ Москвич 2141-ի քառանիվ քարշակով ռալիական տարբերակ մշակելու համար։ Օգտագործելով Ford RS200-ի նույն եռադիֆերենցիալ դասավորությունը՝ փորձարարական քառանիվ քարշակով Москвич-ը ձեռք բերեց ուշագրավ կանխատեսելի կառավարելիություն ծայրահեղ պայմաններում։ Փորձարկումները բացահայտեցին կարևոր սկզբունք. յուրաքանչյուր մածուցիկ կցորդիչի կողպման կոշտությունն առանձին կարգավորելով՝ ինժեներները կարող էին լայն տիրույթում կարգաբերել մեքենայի կառավարելիության հավասարակշռությունը.

• Ավելի կոշտ հետևի միջանիվ դիֆերենցիալ → ավելի շատ գերշրջման հակում
• Ավելի կոշտ առջևի կամ միջառանցքային դիֆերենցիալ → ավելի շատ թերշրջում և կայունություն

Այս կարգաբերելիությունն է պատճառը, որ ժամանակակից WRC ռալիական մեքենաները բոլոր երեք դիֆերենցիալներում օգտագործում են էլեկտրոնային կառավարվող բազմասկավառակ կցորդիչային փաթեթներ՝ պասիվ մածուցիկ կցորդիչների փոխարեն։ Հիդրավլիկ ակտուատորները և բորտային համակարգիչը կարող են իրական ժամանակում փոփոխել յուրաքանչյուր դիֆերենցիալի կողպումը՝ բացելով կցորդիչները շրջադարձ մտնելիս, որպեսզի մեքենան կարողանա ազատ պտտվել, այնուհետև աստիճանաբար սեղմելով դրանք, երբ վարորդն արագացնում է դեպի ուղիղ հատվածը՝ առավելագույնի հասցնելու կպչողականությունը՝ խուսափելով թերշրջումից։

Երկու արտադրող ռահվիրա դարձան ճանապարհային մեքենաներում էլեկտրոնային կառավարվող դիֆերենցիալների ոլորտում.

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class). Երեք էլեկտրոնային կառավարվող կցորդիչ հաջորդաբար միացնում էին առջևի առանցքը, այնուհետև կողպում միջառանցքային դիֆերենցիալը, ապա կողպում հետևի դիֆերենցիալը՝ ըստ պայմանների պահանջի։ Համակարգն արդյունավետ էր, բայց չափազանց բարդ, և էլեկտրոնիկան կարող էր ստիպել առջևի անիվներին նկատելիորեն միանալ և անջատվել թույլ ամրացված մակերևույթներին։
• Porsche 959 (1986). Երկու էլեկտրոնային կառավարվող կցորդիչ՝ աշխատելով չորս ընտրովի վարորդական ռեժիմներով։ 959-ի համակարգն ավելի կատարելագործված էր և ավելի հարմար բարձր արդյունավետության օգտագործման համար։

Դիֆերենցիալի փոխարինումը. Haldex և պարզեցված AWD համակարգեր

Մինչ ռալիական ինժեներները հասցնում էին ինքնակողպվող դիֆերենցիալներն իրենց սահմաններին, հիմնական հոսանքի ուղևորատար ավտոմեքենաների կոնստրուկտորները շարժվեցին հակառակ ուղղությամբ՝ ամբողջությամբ վերացնելով միջառանցքային դիֆերենցիալը և փոխարինելով այն միայն մածուցիկ կցորդիչով։ 1985 թվականի Volkswagen Golf II Syncro-ն առաջին եվրոպական ուղևորատար ավտոմեքենան էր, որն օգտագործեց այս մոտեցումը։ Փոխանցումը մշակվել էր GKN-ի ինժեներների կողմից, որը 1969 թվականին ձեռք էր բերել FFD-ն։

Պարզեցված մածուցիկ կցորդիչի դասավորությունն առաջարկում էր հստակ առավելություններ զանգվածային արտադրության համար.

• Քառանիվ քարշակով մոդելը բաղադրիչների մեծ մասը կիսում էր ստանդարտ առջևի քարշակով տարբերակի հետ՝ նվազեցնելով արտադրության արժեքն ու բարդությունը
• Նորմալ պայմաններում մեքենան վարվում էր նույնությամբ առջևի քարշակով մեքենայի պես
• Երբ առջևի անիվները սայթաքում էին, մածուցիկ կցորդիչը կարող էր ոլորող մոմենտի մինչև 70%-ը փոխանցել հետևին մոտավորապես 0.2 վայրկյանի ընթացքում

Սակայն այս ուշացած միացումը ստեղծեց կառավարելիության պատասխանատվություն. մեքենան, որն սկզբում իրեն պահում էր առջևի քարշակով մեքենայի պես (առջևից լայնանալով), կարող էր հանկարծակի անցնել հետևի թեքումով վարքագծի, երբ մածուցիկ կցորդիչը միանում էր՝ վարորդներին անակնկալի բերելով։ Ճապոնական արտադրողներն ուսումնասիրեցին տարբեր լուծումներ, ներառյալ բազմաթիվ մածուցիկ կցորդիչների տեղադրումը. որոշ մոդելներ, ինչպիսին է 1988 թվականի Nissan Sunny/Pulsar-ը, օգտագործում էին երեքը՝ մեկը հետևի քարշակը միացնելու և մեկը յուրաքանչյուր միջանիվ դիֆերենցիալ կողպելու համար։ Mazda Concerto 4WD-ն էլ ավելի հեռու գնաց՝ մածուցիկ կցորդիչներ օգտագործելով և՛ միջառանցքային, և՛ հետևի միջանիվ դիֆերենցիալների փոխարեն։

Հաջորդ էվոլյուցիոն քայլը մածուցիկ կցորդիչը փոխարինեց էլեկտրոնային կառավարվող հիդրավլիկ բազմասկավառակ կցորդիչով՝ շատ ավելի արագ և ճշգրիտ կառավարելի սարք։ Haldex կցորդիչը, որը մածուցիկ կցորդիչը փոխարինեց Volkswagen Golf IV-ի և դրա հարթակի «եղբայրների» վրա, այս տեխնոլոգիայի ամենահայտնի օրինակն է։ Ահա թե ինչպես է այն աշխատում.

• Ճակատային մածիկները (face cams) հայտնաբերում են առջևի և հետևի լիսեռների միջև պտտման արագության ցանկացած տարբերություն
• Մածիկների մակերևույթների վրա շարժվող գլանիկները հրում են մխոցները օղակաձև գլաններում՝ մղելով հիդրավլիկ հեղուկ
• Հեղուկի ճնշումը սեղմում է բազմասկավառակ կցորդիչային փաթեթը՝ ոլորող մոմենտ փոխանցելով հետևի առանցքին
• Մեքենայի էլեկտրոնիկայի կողմից կառավարվող սոլենոիդ փականը կարող է ճնշումը բաց թողնել ցանկացած պահի՝ թույլ տալով ոլորող մոմենտի անվերջ փոփոխական բաշխում

Այսօր AWD ուղևորատար ավտոմեքենաների և կրոսովերների մեծ մասն օգտագործում է այս էլեկտրոնային կառավարվող կցորդիչային կառուցվածքի որևէ տարբերակ՝ լինի դա Haldex Volkswagen Group-ի մեքենաների վրա, Honda-ի VTM-4-ը, թե BMW-ի xDrive-ը։ Ժամանակակից կցորդիչային համակարգերի արագությունը նվազեցրել է միացման ուշացումն այնքանով, որ այն աննկատելի է նորմալ վարման ժամանակ։ Կառավարման ծրագրաշարի կարգաբերումն այժմ ավելի կարևոր է, քան հենց սարքը. Golf 4Motion-ը և Audi A3 Quattro-ն օգտագործում են մեխանիկորեն նույնական փոխանցումներ, սակայն տարբեր ծրագրաշարը Volkswagen-ին տալիս է սիմետրիկ ոլորող մոմենտի բաշխում, մինչդեռ Audi-ի կալիբրացիան ոլորող մոմենտի 60%-ն ուղարկում է առջև՝ ավելի ծանոթ առջևի քարշակի բնավորության համար։

AWD տեխնոլոգիան այսօր. ո՞ր համակարգն է լավագույնը

Ձեռքով միացվող երկրորդ առանցքով մասնակի քառանիվ քարշակի համակարգերը, բարեբախտաբար, անհետացել են ուղևորատար ավտոմեքենաներից։ Մնացած կառուցվածքներից յուրաքանչյուրն ունի իր արժանիքները.

• Մշտական AWD՝ ինքնակողպվող միջառանցքային դիֆերենցիալով (մածուցիկ կցորդիչ, ինչպես Subaru-ում, Torsen մեխանիկական, ինչպես Audi A4/A6/A8 Quattro-ում և Volkswagen Phaeton-ում, կամ էլեկտրոնային կառավարվող կցորդիչներ, ինչպես Mitsubishi Lancer Evo-ում). ամենակատարելագործված և ամենագոհացնող համակարգերը, որոնք պատշաճ կալիբրացիայի դեպքում ընդունակ են իսկապես բարելավելու կառավարելիությունը և՛ ճանապարհին, և՛ ուղեգծում։
• Մշտական AWD՝ բաց միջառանցքային դիֆերենցիալով (ինչպես Mercedes-Benz 4Matic-ում). հենվում է հակասահքի էլեկտրոնիկայի վրա՝ ինքնակողպման բացակայությունը փոխհատուցելու համար։ Արդյունավետ ճանապարհին, սակայն մեխանիկորեն ավելի քիչ նախաձեռնող։
• Մասնակի հետևի քարշակ՝ կառավարվող կցորդիչի միջոցով (Haldex, ինչպես Volvo-ում, Saab-ում և Volkswagen Group-ի տարբեր կրոսովերներում). ժամանակակից կրոսովերներում ամենատարածված դասավորությունը՝ ծախսարդյունավետ, թեթև և ավելի ընդունակ՝ շնորհիվ ավելի արագ էլեկտրոնիկայի։

Առաջադեմ AWD-ում գերակշռող միտումը ոլորող մոմենտի վեկտորավորումն է (torque vectoring)՝ ոչ միայն ոլորող մոմենտի բաշխումն առջևի և հետևի առանցքների միջև, այլև դրա ակտիվ փոփոխումն առանցքի ձախ և աջ անիվների միջև։ Mitsubishi Lancer Evolution X-ը ներկայացնում է ոլորտի վերջին խոսքը. դրա S-AWC համակարգը համատեղում է էլեկտրոնային կառավարվող կենտրոնական դիֆերենցիալը (ACD) Active Yaw Control (AYC) հետևի դիֆերենցիալի հետ, որն ընդունակ է ոլորող մոմենտ փոխանցել հետևի անիվների միջև անկախ։ Լրացուցիչ փոխանցումների հավաքածուները կարող են ոլորող մոմենտի հավասարակշռությունը նախաձեռնող կերպով տեղափոխել՝ նախքան կպչողականության կորուստը, այլ ոչ թե ռեակտիվ կերպով՝ երբ անիվների պտտվելն արդեն սկսվել է։

Գործնականում ժամանակակից AWD համակարգերի միջև իրական աշխարհի կառավարելիության տարբերությունները շարունակում են նեղանալ, քանի որ կառավարման էլեկտրոնիկան ավելի կատարելագործվում է։ Կրոսովերում լավ կալիբրացված Haldex-ի վրա հիմնված համակարգը կարող է ապահովել կայունություն, որը մեկ սերունդ առաջ ուշագրավ կթվար մեխանիկական Torsen դիֆերենցիալի համար։ Ի վերջո, դա է ուղղությունը, որով շարժվում է տեխնոլոգիան, և վերջնակետը կարող է լինել չորս առանձին անվային շարժիչներով էլեկտրամեքենան, որոնցից յուրաքանչյուրը ապահովում է ճշգրիտ կառավարվող ոլորող մոմենտ՝ ընդհանրապես առանց մեխանիկական շարժակ համակարգի։

Սա թարգմանություն է։ Բնագիրը կարող եք կարդալ այստեղ. https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html