Þessi grein byrjaði sem einföld tæknileg leiðsögn — eitthvað í líkingu við „Allt sem þig langaði alltaf að vita um aldrif en vissir ekki hvern þú ættir að spyrja.“ Við ætluðum að fjalla um hvernig opin mismunadrif eru frábrugðin seigjukúplingum eða Haldex-einingum, hvað sjálflæsandi mismunadrif gera í raun og veru, og hvers vegna nokkuð af þessu skiptir máli. En því dýpra sem við grófum okkur í söguna, því meira komum við okkur á óvart. Það kemur í ljós að fyrsti fólksbíllinn með varanlegt aldrif var smíðaður í Hollandi fyrir meira en hundrað árum. Og árið 1935 komst bandarískur kappakstursbíll með drifi á öllum hjólum ótrúlega nálægt því að breyta gangi heimssögunnar.
Hvers vegna þarf fólksbíll aldrif? Á 21. öldinni virðist svarið augljóst: betra grip, minna hjólaspól á hálu undirlagi og bætt aksturshegðun undir afli. Fjögur drifin hjól eru einfaldlega betri en tvö. En mannkynið var furðu lengi að bregðast við þessum einfalda sannleika. Spyrðu hvaða bílasagnfræðing sem er og hann mun segja þér að aldrifsöld fjöldaframleiddra fólksbíla hafi hafist árið 1980 með Audi Quattro. Hann gæti líka nefnt fáséða forvera — breska ofursportbílinn Jensen FF frá 1966 og Subaru Leone 4WD frá 1972. Raunverulegur sérfræðingur mun hins vegar fljótt benda á að snemmbúnir aldrifs-Subarubílar voru alls ekki með varanlegt aldrif — þeir voru með tímabundið drif. Og eins og við munum útskýra er það afgerandi greinarmunur.
Tímabundið fjórhjóladrif: bráðabirgðalausn
Tímabundið drif á einum öxli er málamiðlunarlausn, og ekki sérlega glæsileg fyrir götubíla. Hugtakið „tímabundið fjórhjóladrif“ er upprunnið úr heimi jeppa og torfærutrukka. Í þessari útfærslu drífur einn öxull varanlega á meðan hinn er tengdur stíft eftir þörfum — en þessa stífu tengingu má aðeins nota utan vegar. Á malbiki verður að aftengja tímabundna kerfið algjörlega. Hér er hvers vegna:
- Þegar bíll beygir fara framhjólin lengri boga en afturhjólin og verða því að snúast hraðar.
- Með stíft tengdu aldrifskerfi minnkar grip framhjólanna á meðan tog afturhjólanna eykst.
- Í sumum tilvikum geta framhjólin í raun myndað hemlunarkraft frekar en drifkraft — sem eykur viðnám og gerir bílinn erfiðari í stýringu.
- Á lausu undirlagi eins og drullu eða snjó er þessi áhrif viðráðanleg, en á malbiki veldur hún alvarlegri spennu í drifrásinni og vandamálum í aksturshegðun.
Þegar bíll fer í gegnum beygju fylgir hvert hjól sínum eigin boga og verður að snúast á mismunandi hraða. Þess vegna krefst varanlegt aldrifskerfi þriggja mismunadrifa: tveggja mismunadrifa milli hjóla (eitt á hvorn öxul) og eins mismunadrifs milli öxla til að báðir drifnu öxlarnir geti snúist óháð hvor öðrum.
Þrátt fyrir þessa ókosti birtist stíft tengt aldrif á sumum götubílum — þótt þeir væru í eðli sínu nær torfærutrukkum. Í Sovétríkjunum fór til dæmis GAZ-61 „Emka“ — fjórhjóladrifinn fólksbíll með sex strokka vél og tímabundnu framdrifi — í smáframleiðslu strax árið 1938. Eftir stríðið birtust svipaðar drifrásir í torfæruútgáfu GAZ-M72 „Pobeda“ og í Moskvitch-410. Subaru Leone 4WD frá 1972 fylgdi sömu rökfræði: hann var smíðaður til torfæruaksturs, með meiri veghæð en venjulegir framhjóladrifnir Subarubílar, og handvirkt tengdum afturöxli.
Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) var fjórhjóladrifin aðlögun á framhjóladrifnum undirvagni, með handvirkt tengdum afturöxli. Helstu tækniupplýsingar voru meðal annars:
- Vélarkostir: 1,4 lítra (72 hö) eða 1,6 lítra (80 hö)
- Yfirbyggingargerðir: station wagon, fólksbíll og pallbíll
- Tenging afturhjóladrifs: handvirk á bílum með beinskiptingu; sjálfvirk um fjölskífu núningskúplingu á sjálfskiptum bílum
- Þetta tímabundna fyrirkomulag hélst á öllum fjórhjóladrifnum Subarubílum allt til ársins 1989
Aðalvandamálið við tímabundið aldrif er að það er gagnslaust á malbikuðu vegunum þar sem flestir bílar eyða mestum sínum tíma — en samt verður bíllinn að bera aukna þyngd millikassa, annars drifskafts og auka öxulsamstæðu allan tímann. Að breyta tímabundnu kerfi í varanlegt krefst hins vegar aðeins eins viðbótaríhlutar: mismunadrifs milli öxla í millikassanum.
Varanlegt aldrif: hvernig það virkar og hvers vegna það skiptir máli
Mismunadrif milli öxla er lykillinn að varanlegu aldrifi. Tvö mismunadrif milli hjóla — eitt á hvorum öxli — gera vinstri og hægri hjólum á hvorum öxli kleift að snúast á mismunandi hraða í beygjum. Mismunadrif milli öxla gegnir sama hlutverki milli fram- og afturöxla. Bíll sem búinn er öllum þremur mismunadrifunum getur ekið með varanlegt aldrif á hvaða vegyfirborði sem er án spennu í drifrásinni eða refsingar í aksturshegðun.
Einfalt í orði — en allt fram á upphaf níunda áratugarins taldi meginstraumur bílaiðnaðarins varanlegt aldrif óþarft fyrir götubíla. Hin viðtekna speki var sú að það að snúa stöðugt öðru hjólaparinu og öllum tilheyrandi drifrásaríhlutum á þurru malbiki bætti við hávaða og sóaði eldsneyti. Audi Quattro breytti þeirri hugsun til frambúðar. Með því að dreifa togi vélarinnar á öll fjögur hjólin á öllum tímum gerir varanlegt aldrifskerfi eftirfarandi:
- Skilur eftir stærra gripsvigrúm fyrir hliðarkrafta í beygjum
- Bætir verulega stöðugleika við hröðun eða hemlun í miðri beygju
- Dregur úr hættu á skyndilegri yfir- eða undirstýringu sem inngjöf veldur
Audi 80 Quattro frá síðari hluta níunda áratugarins sýnir hversu fágað þetta fyrirkomulag varð. Quattro-byggingin er nettari en keppinauturinn, Ferguson Formula-gírkassinn. Frá árinu 1984 tók Audi upp Torsen sjálflæsandi mismunadrifið — eingöngu vélrænan búnað sem bregst við breytingum á togi á hvorum úttaksás frekar en við mismun í hjólahraða. Ólíkt mismunadrifslæsingu sem byggir á seigjukúplingu læsist Torsen aðeins undir gripi, ekki við hemlun, sem þýðir að það er fullkomlega samhæft ABS-kerfum og bætir stöðugleika við hraðaminnkun.
Rétt er að nefna að Range Rover (1970) og rússneski Lada Niva (1976) eru almennt taldir fyrstu fjöldaframleiddu ökutækin með mismunadrif milli öxla — en báðir falla þeir rækilega í torfæruflokkinn. Audi Quattro gerir tilkall til frumkvöðulstitilsins sérstaklega meðal fólksbíla.
Snemmbúnir aldrifs-kappakstursbílar: frá Spyker til Bugatti
Könnuðu hönnuðir kappakstursbíla varanlegt aldrif fyrir Quattro-tímabilið? Svarið er afdráttarlaust já — og sagan nær mun lengra aftur en flestir búast við.
Fyrsta verkefni Ferdinands Porsche eftir stríðið var aldrifs-kappakstursbíll: Cisitalia 360, með miðjuvél og 1,5 lítra tólf strokka vél. Framdrif hans var hins vegar tímabundið — ökumaðurinn tengdi það aðeins á beinum köflum brautarinnar og skipti aftur yfir í afturhjóladrif fyrir beygjur.
En Porsche hafði í raun smíðað fjórhjóladrifið ökutæki miklu fyrr: rafbíl með fjórum stökum hjólamótorum, allt aftur til ársins 1900. Raunverulegt áfall fyrir bílasagnfræðinga er hins vegar kappakstursbíllinn frá 1902 sem hollenski framleiðandinn Spyker smíðaði. Á tíma þegar jafnvel hemlum var aðeins komið fyrir á afturhjólunum var þessi bíll með ósvikið varanlegt aldrif — ásamt mismunadrifi milli öxla.
Spyker-fyrirtækið hafði verið stofnað árið 1880 af Spijker-bræðrunum sem framleiðandi hestvagna. Fyrsti bíll þeirra birtist árið 1900, og tveimur árum síðar, í samstarfi við belgíska hönnuðinn Joseph Valentin Laviolette, framleiddu þeir fjórhjóladrifna kappakstursbílinn Spyker 60 HP (1902–1907). Tækniútfærsla hans var einstaklega framsækin fyrir tímabilið:
- Þrjú mismunadrif — milli öxla og bæði milli hjóla
- Þrír aðskildir hemlunarbúnaðir — tveir á afturhjólunum, einn á fremra drifskaftinu
- Aldrifskerfi sem yrði ekki jafnað í hugmyndafræði í áratugi
Hugmyndin um varanlegt aldrif er því vel rúmlega aldargömul. Ekki voru margir fjórhjóladrifnir Spyker-bílar smíðaðir — þeir voru gríðarlega dýrir og náðu aldrei verulegum árangri í kappakstri. Tvö metnaðarfyllri aldrifs-kappakstursverkefni fylgdu í kjölfarið snemma á fjórða áratugnum: Bugatti Tipo 53 og Miller FWD.
Bugatti Tipo 53-verkefnið átti upptök sín hjá Fiat-verkfræðingnum Antonio Pichetto, sem lagði hugmyndina fyrir Ettore Bugatti árið 1930. Þrír bílar voru fullkláraðir árið 1932, hver með:
- 300 hö forþjappaðri átta strokka línuvél
- Varanlegu aldrifi með þremur mismunadrifum
- Millikassa og mismunadrifi milli öxla sem var samþætt við sérstætt staðsettan gírkassann
- Drifsköftum fyrir báða öxla sem voru staðsett vinstra megin í bílnum
- Sjálfstæðri framfjöðrun á þverlægum gormi — óvenjulegt fyrir Bugatti
Þrátt fyrir að vera fljótari en samtíma afturhjóladrifnir bílar í gegnum malarbeygjur þjáðist Tipo 53 af of mikilli stýringarátaki vegna þess að notaðar voru hefðbundnar Cardan-liðamót í stað jafnhraðaliða (CV-liða) í fremri drifsköftunum. Bílarnir þrír kepptu allt til ársins 1935.
Miller FWD varð til að hluta vegna þess að bandaríski hönnuðurinn Harry Miller hafði rannsakað framhjóladrifinn Bugatti sem keyptur var sérstaklega til að taka í sundur. Innblásinn af nálgun Bugatti þróaði Miller sinn eigin fjórhjóladrifna undirvagn með stuðningi frá vörubílafyrirtækinu FWD. Einn af fjórhjóladrifnu Miller-bílunum leiddi Indianapolis 500-keppnina árið 1934 áður en hann datt úr keppni vegna vélarbilana í níunda sæti.
Þessir bílar tengjast einnig einu undarlegasta „hvað ef“-augnabliki bílasögunnar. Í keppni á AVUS-brautinni í Berlín árið 1935 var fjórhjóladrifinn Miller í þriðja sæti þegar átta strokka línuvél hans bilaði hrikalega og sendi brak fljúgandi í átt að áhorfendapöllunum. Adolf Hitler var viðstaddur á pöllunum þann dag. Ef jafnvel lítið brot hefði náð til hans hefði gangur seinni heimsstyrjaldarinnar — og heimssögunnar — mögulega orðið allt annar.
Ferguson Formula: aldrifskerfið sem breytti öllu
Til að skilja næsta afgerandi kafla í sögu aldrifsins er gagnlegt að rifja upp grundvallartakmörkun opinna mismunadrifa milli öxla. Opið mismunadrif leyfir öðrum öxlinum að snúast frjálst á meðan hinn fær ekkert tog. Ef afturhjólin missa gripið alveg geta framhjólin staðið kyrr á meðan afturhjólin spóla — mismunadrifið gerir ekkert til að koma í veg fyrir það.
Lausnin sem þróuð var fyrir jeppa var jákvæð læsing: ökumaðurinn tengir handvirkt búnað sem læsir tannhjólum mismunadrifsins stíft og breytir mismunadrifinu í fasta tengingu. Þessi aðferð var notuð í snemmbúnum Range Rover, Lada Niva og mörgum öðrum torfæruökutækjum — þar á meðal fyrstu kynslóð Audi Quattro, sem krafðist þess að ökumaðurinn læsti miðjumismunadrifinu handvirkt allt til ársins 1984. En handvirk læsing er önnur málamiðlun: hana verður að aftengja á hörðu undirlagi, og hún veitir enga vörn ef hjólaspól hefst óvænt á hálum vegi.
Fyrsta sjálfvirka sjálflæsandi mismunadrifið milli öxla var sköpun breska kappakstursökumannsins og verkfræðingsins Tony Rolt. Ásamt vini sínum og samkappakstursmanni Fred Dixon hafði Rolt rekið verkstæðið Rolt/Dixon Developments fyrir stríðið. Eftir á heilluðust þeir tveir af möguleikum varanlegs aldrifs. Eftir að hafa smíðað tilraunaprófunarpall með fjórhjóladrifi sem kallaður var „Crab“, tóku þeir höndum saman árið 1950 við Harry Ferguson — hinn farsæla dráttarvélaframleiðanda — til að stofna Harry Ferguson Research.
Sýn Fergusons var ekki kappakstursbíll heldur sannarlega öruggur götubíll: bíll þar sem hjólin myndu hvorki spóla undir hröðun né læsast undir hemlun. Rolt og Dixon ákváðu að hanna slíkan bíl algjörlega frá grunni — yfirbyggingu, gírkassa og aflrás meðtalið. Með reynda hönnuðinn Claude Hill (áður hjá Aston Martin) ráðinn sem yfirverkfræðing var tilraunafólksbíllinn Ferguson R4 fullkláraður eftir sex ára þróun. Tækniútfærsla hans var merkileg miðað við árið 1956:
- Varanlegt aldrif með sjálflæsandi mismunadrifi milli öxla
- Boxaravél (flat-four)
- Diskahemlar á öllum fjórum hjólum
- Dunlop MaxaRet rafvélrænt læsivarnarhemlakerfi, aðlagað úr flugi
Hjarta Ferguson Formula-gírkassans var snjall sjálflæsandi búnaður inni í millikassanum. Auk mismunadrifsins innihélt einingin auka tannhjólasett, tvær kúlufríhjólakúplingar og tvo búnka af núningsskífum. Við venjulegar aðstæður snerust þessir hlutar hljóðlaust lausir. En þegar hjól á öðrum öxlinum byrjuðu að renna — og olli mun á hraða úttaksásanna — tengdist önnur kúplingin, þrýsti núningsbúnka sínum að tannhjólum mismunadrifsins og breytti samstundis mismunadrifinu í fasta tengingu.
Önnur frumgerð, Ferguson R5 station-bíllinn frá 1962, var enn öflugri. Prófunarmenn tímaritsins Autocar tóku eftir því að hann náði gripmörkum á hraða sem virtist næstum ómögulegur. Þrátt fyrir þetta samþykkti enginn framleiðandi að setja Ferguson í framleiðslu — flækjustigið og kostnaðurinn voru of há. Hins vegar sannfærði Tony Rolt árið 1962 stjórnendur Jensen Cars um að aðlaga Ferguson Formula-gírkassann fyrir væntanlegan CV8-bíl þeirra, sem notaði 300 hö Chrysler V8-vél. Þremur árum síðar var tilrauna-fjórhjóladrifni Jensen CV8 FF fullkláraður.
Árið 1966 leysti Jensen Interceptor CV8 af hólmi — og samhliða hefðbundna afturhjóladrifna bílnum bauð Jensen aldrifsútgáfu merkta með lágstemmdu „FF“-nafnplötunni. Jensen FF varð fyrsti fjöldaframleiddi bíll heims sem sameinaði sjálflæsandi mismunadrif milli öxla og ABS. „FF“-heitið stóð fyrir „Formula Ferguson“. Helstu tækniupplýsingar voru meðal annars:
- 6,3 lítra Chrysler V8 big-block vél sem skilaði 325 hö
- Þriggja gíra TorqueFlite sjálfskipting eða fjögurra gíra beinskipting
- Ósamhverf togdreifing: 63% á afturöxulinn, 37% á framöxulinn — til að varðveita aksturshegðun afturhjóladrifs
- Einnar rásar Dunlop MaxaRet ABS
- Tannstangarstýri með aflstýringu og diskahemlar allan hringinn
- Hámarkshraði 212 km/klst; 0–100 km/klst á 7,7 sekúndum; eiginþyngd um það bil 1.800 kg
- Verð í Bretlandi árið 1968: um það bil 6.000 pund — svipað og ódýrasti Rolls-Royce
- Heildarframleiðsla: 318 bílar (1966–1971)
Sérhver bílablaðamaður þess tíma lofaði einstakan stöðugleika Jensen FF og það sem þeir lýstu sem „næstum ótakmörkuðu gripsvigrúmi á blautu malbiki.“ Því miður sá Harry Ferguson sjálfur Jensen FF aldrei — hann lést árið 1960.
Hvers vegna að verja svo miklum tíma í Ferguson Formula? Vegna þess að Harry Ferguson Research var fyrsta fyrirtækið nokkurs staðar í heiminum til að líta á aldrif fyrst og fremst sem tæki fyrir virkt öryggi — ekki einfaldlega sem lausn á gripvandamálum utan vegar. Ósamhverfa togdreifingin var meðvitað val til að forðast óútreiknanleikann sem hrjáir samhverf aldrifskerfi. Á afturhjóladrifnum bíl veldur of mikil inngjöf í hálli beygju fyrirsjáanlegri yfirstýringu. Á framhjóladrifnum bíl veldur hún fyrirsjáanlegri undirstýringu. Á samhverfum aldrifsbíl fer viðbragðið eftir því hvor öxullinn hefur verst gripið — sem getur verið óljóst og hættulegt. Með því að halla toginu að afturhlutanum gaf Ferguson Formula Jensen FF næstum fyrirsjáanlega aksturshegðun afturhjóladrifs við flestar aðstæður.
Uppfinning seigjukúplingarinnar
Sjálflæsandi búnaður Ferguson Formula hafði eina verulega takmörkun: fríhjólakúplingar hans störfuðu á tvíundarhátt, af-eða-á. Umskiptin frá opnu mismunadrifi í fulla læsingu voru samstundis, sem gat skapað sinn eigin óskýrleika í aksturshegðun á því augnabliki sem tengingin átti sér stað. Það sem þurfti var búnaður sem gæti breytt læsingarstigi mismunadrifsins mjúklega og smástígt.
Seint á sjöunda áratugnum hófu Tony Rolt og Derek Gardner — síðar yfirhönnuður Formúlu-1 bíla Tyrrell — að gera tilraunir með sílíkonvökvann sem notaður er í seigju-viftudrifskúplingar. Útkoman var seigjukúplingin: sívalt hylki fyllt sílíkonvökva, sem inniheldur til skiptis búnka af núningsskífum tengda við hvorn úttaksás.
Svona virkar hún:
- Við venjulegar aðstæður, þegar öll hjól snúast á svipuðum hraða, hreyfast skífubúnkarnir varla hver gagnvart öðrum og kúplingin hefur engin áhrif á mismunadrifið.
- Þegar annar öxullinn byrjar að renna snýst úttaksás hans hraðar, sem veldur því að skífubúnkarnir snúast hver gagnvart öðrum og klippa sílíkonvökvann.
- Klippingin eykur hitastig og þrýsting inni í kúplingunni og hækkar seigju vökvans verulega.
- Þessi seigjuaukning veldur því að skífurnar dragast hver á aðra, hemla smástígt hraðar snúnings ásinn og læsa mismunadrifinu að hluta eða að fullu.
Eftir að hafa fengið einkaleyfi á seigjukúplingunni stofnaði Tony Rolt FF Developments (FFD) árið 1971 til að selja aldrifsgírkassa í atvinnuskyni. Snemmbúin verkefni voru meðal annars fjórhjóladrifnir Bedford-sendibílar fyrir bresku skógræktarþjónustuna, lota af Ford Zephyr FF lögreglubílum og Opel Senator 4×4 fólksbílar fyrir bresku herstjórnina í Berlín.
Þýðingarmesta framleiðsluafrek FFD var gírkassinn fyrir AMC Eagle (1979–1988) — upphækkaða, aldrifna útgáfu af AMC Concord fólksbílnum, búna stærri hjólbörðum og 75 mm yfirbyggingarlyftingu. AMC Eagle var fyrsti fjöldaframleiddi bíll heims sem notaði mismunadrif milli öxla læst með seigjukúplingu. Þótt hann væri hugsaður sem hófstilltur torfærubíll frekar en sportbíll varð gírkassabygging hans beinn forfaðir nokkurra af dáðustu aldrifs-sportbílum sem smíðaðir hafa verið — þar á meðal snemmbúnar kynslóðir Subaru Impreza WRX og Mitsubishi Lancer Evolution.
Sjálflæsandi mismunadrif: frá Torsen til rafrænnar stýringar
Þegar Audi Quattro fór í framleiðslu árið 1981 — tveimur árum eftir frumraun AMC Eagle — notaði hann hefðbundið opið mismunadrif milli öxla með handvirkt stýrðri jákvæðri læsingu. Glæsileiki lausnar Audi lá í niðurröðuninni: langsetta vélin vísaði beint í átt að afturöxlinum, og mismunadrif milli öxla var samþætt beint í gírkassann. Annar ás gírkassans var gerður holur, og fremra drifskaftið var leitt í gegnum hann. Teymi Ferdinands Piëch valdi samhverfa 50:50 togdreifingu milli fram- og afturhluta.
Árið 1984 hurfu loksins handvirku mismunadrifs-læsingarstangirnar úr Audi-stýrishúsum, og við tók Torsen (TORque SENsing) sjálflæsandi mismunadrifið. Torsen býður upp á nokkra lykilkosti:
- Það er algjörlega vélrænt — engin rafeindatækni, vökvi eða aðkoma ökumanns nauðsynleg
- Það bregst við breytingum á togi á úttaksásunum frekar en við hraðamun, sem þýðir að það getur brugðist við áður en hjólaspól hefst í raun
- Ólíkt seigjukúplingu læsist það aðeins undir gripi, ekki við hemlun, sem gerir það fullkomlega ABS-samhæft
- Læsing og aflæsing er mjúk og samfelld, án tvíundarumskipta
Sönnuð geta Torsen til að skila bættri aksturshegðun og stöðugleika á sportbílum laðaði síðar að sér jeppaverkfræðinga sem leituðu eftir bílalíkri aksturshegðun. Í dag er það notað í gírkössum ökutækja á borð við Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne og Toyota Land Cruiser Prado.
Aftur á níunda áratugnum kom yfirburðastaða Audi Quattro í rallíi af stað vígbúnaðarkapphlaupi um aldrif meðal Group B-keppenda. Innan fárra keppnistímabila höfðu eftirfarandi fjórhjóladrifnir rallíbílar allir komið fram — hver og einn notaði FFD seigjukúplingatækni í sjálflæsandi mismunadrifum sínum:
- Peugeot 205 T16
- Austin Metro 6R4
- Lancia Delta S4
- Ford RS200
Stuart Rolt, sonur Tonys, stýrði samskiptum FFD við rallíliðin á þessu tímabili.
Snemma á tíunda áratugnum leitaði AZLK-verksmiðjan í Rússlandi einnig til FFD til að þróa aldrifs-rallíútgáfu af Moskvitch 2141. Með sömu þriggja mismunadrifa byggingu og Ford RS200 náði tilrauna-fjórhjóladrifni Moskvitch-bíllinn merkilega fyrirsjáanlegri aksturshegðun við erfiðar aðstæður. Prófanir leiddu í ljós mikilvæga reglu: með því að stilla læsingarstífleika hverrar seigjukúplingar fyrir sig gátu verkfræðingar fínstillt jafnvægi aksturshegðunar bílsins yfir vítt svið:
- Stífara aftara mismunadrif milli hjóla → meiri tilhneiging til yfirstýringar
- Stífara fremra mismunadrif eða mismunadrif milli öxla → meiri undirstýring og stöðugleiki
Þessi stillanleiki er ástæðan fyrir því að nútíma WRC-rallíbílar nota rafrænt stýrða fjölskífu kúplingabúnka frekar en óvirkar seigjukúplingar í öllum þremur mismunadrifunum. Vökvaknúðir stjórnbúnaðir og innbyggð tölva geta breytt læsingu hvers mismunadrifs í rauntíma — sleppt kúplingunum þegar farið er inn í beygju til að leyfa bílnum að snúast frjálst, og hert þær síðan smástígt þegar ökumaðurinn hraðar út á beinan kafla til að hámarka grip en forðast undirstýringu.
Tveir framleiðendur voru frumkvöðlar í rafrænt stýrðum mismunadrifum í götubílum:
- Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Þrjár rafrænt stýrðar kúplingar tengdu fyrst framöxulinn, læstu síðan mismunadrifinu milli öxla og loks aftara mismunadrifinu eftir því sem aðstæður kröfðust. Kerfið var árangursríkt en óhóflega flókið, og rafeindatæknin gat valdið því að framhjólin tengdust og aftengdust greinilega á lausu undirlagi.
- Porsche 959 (1986): Tvær rafrænt stýrðar kúplingar sem störfuðu yfir fjórar valanlegar ökumannsstillingar. Kerfi 959 var fágaðra og betur til þess fallið að nota við háafkastaakstur.
Að skipta út mismunadrifinu: Haldex og einfölduð aldrifskerfi
Á meðan rallíverkfræðingar ýttu sjálflæsandi mismunadrifum að mörkum sínum fóru hönnuðir almennra fólksbíla í gagnstæða átt — fjarlægðu mismunadrifið milli öxla algjörlega og settu eingöngu seigjukúplingu í staðinn. Volkswagen Golf II Syncro frá 1985 var fyrsti evrópski fólksbíllinn til að nota þessa aðferð. Gírkassinn var þróaður af verkfræðingum frá GKN, sem hafði keypt FFD árið 1969.
Einfaldaða seigjukúplingar-fyrirkomulagið bauð upp á skýra kosti fyrir fjöldaframleiðslu:
- Aldrifsgerðin deildi flestum íhlutum með hefðbundnu framhjóladrifnu útgáfunni, sem dró úr framleiðslukostnaði og flækjustigi
- Við venjulegar aðstæður ók bíllinn eins og framhjóladrifinn bíll
- Þegar framhjólin runnu gat seigjukúplingin flutt allt að 70% togsins aftur á við á um það bil 0,2 sekúndum
Hins vegar skapaði þessi seinkaða tenging veikleika í aksturshegðun: bíll sem hegðaði sér í fyrstu eins og framhjóladrifið ökutæki (ýtti út að framan) gat skyndilega skipt yfir í afturhallandi hegðun þegar seigjukúplingin tengdist og kom ökumönnum í opna skjöldu. Japanskir framleiðendur könnuðu ýmsar lausnir, þar á meðal að setja inn margar seigjukúplingar — sum líkön, svo sem Nissan Sunny/Pulsar frá 1988, notuðu þrjár: eina til að tengja afturdrifið og eina til að læsa hvoru mismunadrifi milli hjóla. Mazda Concerto 4WD gekk enn lengra og notaði seigjukúplingar í stað bæði mismunadrifsins milli öxla og aftara mismunadrifsins milli hjóla.
Næsta þróunarskref skipti seigjukúplingunni út fyrir rafrænt stýrða vökvaknúna fjölskífu kúplingu — mun fljótari og nákvæmar stýranlegan búnað. Haldex-kúplingin, sem leysti seigjukúplinguna af hólmi á Volkswagen Golf IV og systurbílum hans á sama undirvagni, er þekktasta dæmið um þessa tækni. Svona starfar hún:
- Framkambar nema sérhvern snúningshraðamun milli fram- og afturása
- Rúllur sem renna yfir kambfletina ýta stimplum í hringstrokkum og dæla vökva
- Vökvaþrýstingur þjappar fjölskífu kúplingarbúnkanum og flytur tog aftur á afturöxulinn
- Segulloki, stýrður af rafeindabúnaði ökutækisins, getur losað þrýsting hvenær sem er — sem leyfir óendanlega breytilega togdreifingu
Í dag nota flestir aldrifs-fólksbílar og crossover-bílar einhverja útfærslu af þessari rafrænt stýrðu kúplingabyggingu — hvort sem það er Haldex á Volkswagen Group-bílum, VTM-4 frá Honda eða xDrive frá BMW. Hraði nútíma kúplingakerfa hefur dregið úr tengingartöf þannig að hún er ógreinanleg við venjulegan akstur. Fínstilling stjórnhugbúnaðarins skiptir nú meira máli en vélbúnaðurinn sjálfur: Golf 4Motion og Audi A3 Quattro nota vélrænt eins gírkassa, en mismunandi hugbúnaður gefur Volkswagen samhverfa togdreifingu á meðan kvörðun Audi sendir 60% togsins fram á við fyrir kunnuglegri framhjóladrifsupplifun.
Aldrifstækni í dag: hvaða kerfi er best?
Tímabundin aldrifskerfi með handvirkt tengdum öðrum öxli hafa sem betur fer horfið úr fólksbílum. Hver af þeim byggingum sem eftir standa hefur sína kosti:
- Varanlegt aldrif með sjálflæsandi mismunadrifi milli öxla (seigjukúpling eins og í Subaru, vélrænt Torsen eins og í Audi A4/A6/A8 Quattro og Volkswagen Phaeton, eða rafrænt stýrðar kúplingar eins og í Mitsubishi Lancer Evo): fáguðustu og gefandi kerfin, sem geta sannarlega bætt aksturshegðun bæði á vegi og braut þegar þau eru rétt kvörðuð.
- Varanlegt aldrif með opnu mismunadrifi milli öxla (eins og í Mercedes-Benz 4Matic): reiðir sig á spólvarnar-rafeindatækni til að bæta upp fyrir skort á sjálflæsingu. Árangursríkt á vegi, en vélrænt minna fyrirbyggjandi.
- Tímabundið afturdrif um stýrða kúplingu (Haldex, eins og á Volvo, Saab og ýmsum crossover-bílum Volkswagen Group): algengasta fyrirkomulagið í nútíma crossover-bílum — hagkvæmt, létt og sífellt öflugra þökk sé hraðari rafeindatækni.
Ríkjandi stefnan í háþróuðu aldrifi er togvigrun (torque vectoring) — ekki aðeins að dreifa togi milli fram- og afturöxla, heldur að breyta því virkt milli vinstri og hægri hjóla á öxli. Mitsubishi Lancer Evolution X er fulltrúi þess fremsta: S-AWC-kerfi hans sameinar rafrænt stýrt miðjumismunadrif (ACD) við Active Yaw Control (AYC) aftara mismunadrif sem getur flutt tog milli afturhjólanna óháð hvort öðru. Auka tannhjólasett geta fært togjafnvægið fyrirbyggjandi, áður en grip tapast, frekar en eftir á þegar hjólaspól er þegar hafið.
Í raun heldur munurinn á aksturshegðun nútíma aldrifskerfa við raunverulegar aðstæður áfram að minnka eftir því sem stýri-rafeindatæknin verður fágaðri. Vel kvarðað Haldex-byggt kerfi í crossover-bíl getur skilað stöðugleika sem hefði virst merkilegur frá vélrænu Torsen-mismunadrifi fyrir kynslóð síðan. Það er, þegar allt kemur til alls, sú átt sem tæknin stefnir í — og endapunkturinn gæti verið rafbíllinn með fjórum stökum hjólamótorum, sem hver skilar nákvæmlega stýrðu togi án nokkurrar vélrænnar drifrásar.
Þetta er þýðing. Þú getur lesið frumtextann hér: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html
Published November 04, 2021 • 19m to read
