Visų varančiųjų ratų pavara paaiškinta: istorija, technologija ir kaip veikia AWD sistemos

Šis straipsnis prasidėjo kaip paprastas techninis gidas — maždaug “viskas, ką kada nors norėjote sužinoti apie visų varančiųjų ratų pavarą, bet nežinojote, ko paklausti.” Planas buvo paaiškinti, kuo atviras diferencialas skiriasi nuo klampiosios movos ar Haldex mazgo, ką iš tikrųjų daro savaime užsiblokuojantis diferencialas ir kodėl visa tai svarbu. Tačiau kuo giliau kapstėmės po istoriją, tuo labiau ji stebino. Pirmasis lengvasis automobilis su nuolatine visų ratų pavara buvo pagamintas Nyderlanduose daugiau kaip prieš šimtą metų. O 1935 m. amerikietiškas lenktyninis automobilis su keturių varančiųjų ratų pavara neįtikėtinai priartėjo prie pasaulio istorijos eigos pakeitimo.

Kam lengvajam automobiliui apskritai reikia visų ratų pavaros? 21-ajame amžiuje atsakymas atrodo akivaizdus: geresnis sukibimas, mažesnis ratų praslydimas ant slidžių paviršių, geresnis stabilumas naudojant galią. Keturi varomi ratai paprasčiausiai geriau negu du. Vis dėlto pramonė stebėtinai ilgai delsė tai pritaikyti. Paklauskite bet kurio automobilių istoriko ir jis pasakys, kad masinės rinkos automobilių visų ratų pavaros era prasidėjo 1980 m. su Audi Quattro, turėjusia kelis retus pirmtakus — 1966 m. britišką superautomobilį Jensen FF ir 1972 m. Subaru Leone 4WD. Tikras specialistas pridurs, kad ankstyvieji keturiais ratais varomi Subaru visai nebuvo su nuolatine visų ratų pavara. Jie buvo part-time tipo. Ir šis skirtumas pasirodo esantis visa istorija.

Part-Time 4WD: laikinas sprendimas

Tik kartais varyti vieną ašį yra kompromisas, ir kelių automobiliui ne itin elegantiškas. Terminas “part-time 4WD” atkeliavo iš SUV ir visureigių pasaulio. Tokioje schemoje viena ašis varoma nuolat, o kita pagal poreikį standžiai prijungiama — tačiau toks standus sujungimas gali būti naudojamas tik bekelėje. Ant asfalto sistemą reikia visiškai atjungti.

Kodėl standus sujungimas neveikia ant asfalto

• Kai automobilis suka, priekiniai ratai įveikia ilgesnį lanką nei galiniai, todėl turi suktis greičiau.
• Standžiai sujungtoje visų ratų pavaros sistemoje priekinių ratų sukibimas sumažėja, o galinėje dalyje sukimo momentas padidėja.
• Kai kuriais atvejais priekiniai ratai gali kurti stabdymo, o ne varomąją jėgą — didindami pasipriešinimą ir apsunkindami automobilio vairavimą.
• Ant birių paviršių, tokių kaip purvas ar sniegas, tai valdoma, bet ant asfalto sukelia didelį transmisijos įtempimą ir valdymo problemas.

Posūkyje kiekvienas ratas seka savo lanką ir turi suktis savo greičiu. Todėl nuolatinei visų ratų pavarai reikia trijų diferencialų: dviejų tarp kiekvienos ašies ratų ir vieno tarp pačių ašių, kad priekis ir galas galėtų suktis nepriklausomai vienas nuo kito.

Part-Time automobiliai: nuo GAZ-61 iki Subaru Leone

Standžiai sujungta visų ratų pavara vis dėlto pasiekė kelis keliams skirtus automobilius, nors charakteriu jie buvo artimesni visureigiams. SSRS GAZ-61 “Emka” — keturiais ratais varomas sedanas su šešių cilindrų varikliu ir laikinai prijungiama priekine ašimi — į mažaserijinę gamybą pateko jau 1938 m. Po karo ta pati idėja atsirado bekelės GAZ-M72 “Pobeda” ir Moskvitch-410. 1972 m. Subaru Leone 4WD laikėsi lygiai tos pačios logikos: sukurtas prastiems keliams, aukštesnis už priekiniais ratais varomus Subaru, su galine ašimi, kurią vairuotojas prijungdavo ranka.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) buvo priekiniais ratais varomos platformos keturių varančiųjų ratų adaptacija, su rankiniu būdu prijungiama galine ašimi. Pagrindinės specifikacijos buvo:

• Variklio variantai: 1.4 litro (72 hp) arba 1.6 litro (80 hp)
• Kėbulo tipai: universalas, sedanas ir pikapas
• Galinės pavaros įjungimas: rankinis automobiliuose su mechanine pavarų dėže; automatinis per daugiadiskę trinties sankabą automatuose
• Ši part-time schema visuose keturiais ratais varomuose Subaru tęsėsi iki 1989 m.

Esminė part-time pavaros problema yra ta, kad ji nenaudinga asfaltuotuose keliuose, kur dauguma automobilių praleidžia didžiąją savo gyvenimo dalį — tačiau automobilis visur vežiojasi paskirstymo dėžės, antrojo kardaninio veleno ir viso papildomo ašies mazgo svorį. Part-time sistemai paversti full-time reikia tiksliai dar vieno komponento: tarpašinio diferencialo paskirstymo dėžėje.

Nuolatinė visų ratų pavara: kaip ji veikia ir kodėl svarbi

Trys diferencialai, vienas principas

Tarpašinis diferencialas yra nuolatinės visų ratų pavaros raktas. Du tarpratiniai diferencialai leidžia kairiajam ir dešiniajam kiekvienos ašies ratui posūkyje suktis skirtingais greičiais. Tarpašinis diferencialas tą patį darbą atlieka tarp priekinės ir galinės ašies. Automobilis su visais trimis gali nuolat varyti visus ratus ant bet kokio paviršiaus, nesurišdamas transmisijos ir nesugadindamas valdymo.

Teoriškai gana paprasta — vis dėlto iki ankstyvų 1980-ųjų pramonė manė, kad nuolatinė visų ratų pavara kelių automobiliui nereikalinga. Įprasta nuomonė buvo tokia: ant sauso asfalto sukti antrą ratų porą ir viską, kas prie jos prijungta, reiškia tik daugiau triukšmo ir degalų sąnaudų.

Ką įrodė Quattro

Audi Quattro visam laikui pakeitė įš mąstymą. Nuolat paskirstydama variklio sukimo momentą visiems keturiems ratams, full-time sistema:

• Palieka didesnį sukibimo rezervą šoninių jėgų valdymui posūkiuose
• Gerokai pagerina stabilumą greitėjant ar stabdant posūkio viduryje
• Sumažina staigaus perteklinio ar nepakankamo pasukamumo, kurį sukelia akceleratoriaus veiksmai, riziką

Vėlyvų 1980-ųjų Audi 80 Quattro rodo, kaip išgryninta tapo ši schema. Quattro architektūra kompaktiškesnė už konkuruojančią Ferguson Formula transmisiją. Nuo 1984 m. Audi montavo Torsen savaime užsiblokuojantį diferencialą — grynai mechaninį įrenginį, reaguojantį į sukimo momentą kiekviename išėjimo velene, o ne į ratų greičių skirtumą. Kitaip nei klampioji mova, Torsen užsiblokuoja tik traukos metu, niekada stabdant, todėl yra visiškai suderinamas su ABS ir stabilesnis lėtėjant.

Verta pažymėti, kad Range Rover (1970) ir rusiška Lada Niva (1976) paprastai laikomi pirmaisiais masiškai gamintais automobiliais su tarpašiniu diferencialu — bet abu yra aiškūs visureigiai. Audi Quattro pretenzija konkrečiai yra būti pirmuoju tarp lengvųjų automobilių.

Ankstyvieji keturiais ratais varomi lenktyniniai automobiliai: nuo Spyker iki Bugatti

Ar lenktyninių automobilių konstruktoriai tyrinėjo nuolatinę visų ratų pavarą iki Quattro eros? Tikrai taip — ir istorija siekia daug toliau, nei dauguma tikisi.

Porsche keturių varančiųjų ratų eksperimentai

Pirmasis pokario Ferdinand Porsche projektas buvo keturiais ratais varomas lenktyninis automobilis: Cisitalia 360, su viduryje sumontuotu 1.5 litro dvylikos cilindrų varikliu. Tačiau priekinė pavara buvo part-time — vairuotojas ją įjungdavo tiesiosiose ir prieš posūkius grįždavo prie galinės pavaros.

Porsche iš tikrųjų buvo sukūręs keturiais ratais varomą transporto priemonę gerokai anksčiau: elektrinį automobilį su keturiais atskirais ratų varikliais, datuojamą 1900 m.

Spyker 60 HP, 1902

Tikras sukrėtimas automobilių istorikams yra 1902 m. lenktyninis automobilis, pastatytas Nyderlandų gamintojo Spyker. Tuo metu, kai net stabdžiai buvo montuojami tik ant galinių ratų, šis automobilis turėjo tikrą nuolatinę visų ratų pavarą, įskaitant tarpašinį diferencialą.

Spyker 1880 m. įkūrė broliai Spijker kaip arklinių karietų gamintoją. Jų pirmasis automobilis pasirodė 1900 m., o po dvejų metų, dirbdami su belgų dizaineriu Joseph Valentin Laviolette, jie pagamino keturiais ratais varomą lenktyninį Spyker 60 HP (1902–1907). Jo specifikacija tam laikui buvo nepaprasta:

• Trys diferencialai — tarpašinis ir abu tarpratiniai
• Trys atskiri stabdymo mechanizmai — du ant galinių ratų, vienas ant priekinio pavaros veleno
• Keturių ratų pavaros sistema, kurios koncepcija nebuvo pakartota dešimtmečius

Taigi full-time keturių ratų pavaros koncepcijai jau gerokai daugiau nei šimtmetis. Keturiais ratais varomų Spyker buvo pagaminta nedaug — jie buvo nepaprastai brangūs ir varžybose daug nepasiekė. Ankstyvais 1930-aisiais sekė du ambicingesni projektai.

Bugatti Tipo 53 ir Miller FWD

Bugatti Tipo 53 prasidėjo nuo Fiat inžinieriaus Antonio Pichetto, kuris 1930 m. pasiūlė idėją Ettore Bugatti. 1932 m. buvo užbaigti trys automobiliai, kiekvienas su:

• 300 hp kompresoriniu eiliniu aštuonių cilindrų varikliu
• Nuolatine visų ratų pavara su trimis diferencialais
• Paskirstymo dėže ir tarpašiniu diferencialu, integruotais su atskirai sumontuota pavarų dėže
• Abiejų ašių pavaros velenais, išdėstytais kairėje automobilio pusėje
• Nepriklausoma priekine pakaba su skersine lingė — neįprasta Bugatti

Tipo 53 žvyro posūkiuose pranoko to meto galiniais ratais varomus automobilius, bet vairavosi siaubingai sunkiai: priekiniai pavaros velenai naudojo paprastus Cardan lankstus, o ne pastovaus greičio lankstus. Trys automobiliai varžėsi iki 1935 m.

Miller FWD atsirado iš dalies todėl, kad amerikiečių konstruktorius Harry Miller buvo išstudijavęs priekiniais ratais varomą Bugatti, specialiai nupirktą išardymui. Įkvėptas to, ką rado, Miller sukūrė savo keturių ratų pavaros važiuoklę su FWD sunkvežimių kompanijos parama. Vienas keturiais ratais varomų Miller pirmavo 1934 m. Indianapolis 500, kol mechaninė bėda nustūmė jį į devintą vietą.

Beveik pataikyta AVUS, 1935

Šie automobiliai taip pat susiję su vienu keisčiausių “kas būtų, jeigu” momentų automobilių istorijoje. 1935 m. lenktynėse AVUS trasoje Berlyne keturiais ratais varomas Miller važiavo trečias, kai jo eilinis aštuonių cilindrų variklis katastrofiškai sugedo ir sviedė nuolaužas į tribūnas. Tą dieną tribūnose buvo Adolf Hitler. Jei bent mažas fragmentas būtų jį pasiekęs, Antrojo pasaulinio karo — ir pasaulio istorijos — eiga galėjo būti visiškai kitokia.

Ferguson Formula: AWD sistema, pakeitusi viską

Atviro centrinio diferencialo problema

Norint sekti kitą skyrių, verta grįžti prie esminio atviro tarpašinio diferencialo apribojimo. Atviras diferencialas leidžia vienai ašiai laisvai suktis, o kita tuo metu negauna jokio sukimo momento. Jei galiniai ratai visiškai praranda sukibimą, priekiniai gali stovėti vietoje, kol galiniai sukasi — ir diferencialas nieko nedaro tam sustabdyti.

SUV pasaulio atsakymas buvo priverstinis blokavimas: vairuotojas įjungia mechanizmą, kuris standžiai užrakina diferencialo krumpliaračius, paversdamas diferencialinę pavarą kietu sujungimu. Ankstyvieji Range Rover tai naudojo, kaip ir Lada Niva bei dešimtys kitų visureigių — taip pat ir pirmos kartos Audi Quattro, kuriame vairuotojas iki 1984 m. turėjo ranka užrakinti centrinį diferencialą. Tačiau rankinis blokavimas yra dar vienas kompromisas. Jį reikia išjungti ant kietų paviršių, ir jis visiškai nepadeda, jei ratas netikėtai ima slysti ant slidžios kelio dangos.

Rolt, Dixon ir Harry Ferguson

Pirmąjį automatinį savaime užsiblokuojantį tarpašinį diferencialą sukūrė britų lenktynininkas ir inžinierius Tony Rolt. Kartu su draugu ir kitu lenktynininku Fred Dixon jis prieš karą buvo valdęs Rolt/Dixon Developments dirbtuves; vėliau abu susidomėjo, ką galėtų duoti nuolatinė visų ratų pavara. Jie pastatė eksperimentinį keturių ratų pavaros bandymų stendą, pavadintą “Crab,” ir 1950 m. suvienijo jėgas su Harry Ferguson — sėkmingu traktorių gamintoju — kad įkurtų Harry Ferguson Research.

Ferguson nesiekė lenktyninio automobilio. Jis norėjo tikrai saugaus kelių automobilio: tokio, kurio ratai nei praslystų greitėjant, nei užsiblokuotų stabdant. Rolt ir Dixon ėmėsi jį projektuoti nuo nulio — kėbulą, transmisiją ir jėgos agregatą kartu — su patyrusiu dizaineriu Claude Hill, anksčiau dirbusiu Aston Martin, kaip vyriausiuoju inžinieriumi. Eksperimentinis Ferguson R4 sedanas buvo baigtas po šešerių metų darbo, o jo specifikacija 1956 m. buvo įspūdinga:

• Nuolatinė visų ratų pavara su savaime užsiblokuojančiu tarpašiniu diferencialu
• Plokščias keturių cilindrų variklis
• Diskiniai stabdžiai ant visų keturių ratų
• Iš aviacijos adaptuota Dunlop MaxaRet elektromechaninė stabdžių antiblokavimo sistema

Ferguson Formula paskirstymo dėžės viduje

Ferguson Formula transmisijos širdis buvo išradingas savaime užsiblokuojantis mechanizmas paskirstymo dėžėje. Be diferencialo, mazge buvo papildomas krumpliaračių rinkinys, dvi rutulinės laisvos eigos sankabos ir du trinties diskų paketai. Normaliai važiuojant šie elementai tyliai sukosi be apkrovos. Tačiau kai tik vienos ašies ratai pradėdavo slysti — sukurdami išėjimo velenų greičių skirtumą — viena sankabų įsijungdavo, suspausdavo savo trinties paketą prie diferencialo krumpliaračių ir vietoje paversdavo diferencialinę pavarą kietu sujungimu.

Antras prototipas, 1962 m. Ferguson R5 universalas, buvo dar geresnis. Autocar bandytojai pažymėjo, kad jis sukibimo ribas pasiekdavo greičiais, kurie atrodė beveik neįmanomi. Vis dėlto joks gamintojas nenorėjo leisti Ferguson į gamybą; sudėtingumas ir kaina buvo per dideli.

Jensen FF pradedamas pardavinėti

1962 m. Tony Rolt įtikino Jensen Cars vadovybę pritaikyti Ferguson Formula transmisiją jų būsimam CV8 kupė ir jo 300 hp Chrysler V8. Po trejų metų eksperimentinis keturiais ratais varomas Jensen CV8 FF jau važiavo.

1966 m. Jensen Interceptor pakeitė CV8, o kartu su standartiniu galiniais ratais varomu kupė Jensen pasiūlė visų ratų pavaros versiją su diskretišku “FF” ženkleliu — nuo “Formula Ferguson.” Jensen FF tapo pirmuoju serijiniu automobiliu pasaulyje, sujungusiu savaime užsiblokuojantį tarpašinį diferencialą su ABS. Pagrindinės specifikacijos buvo:

• 6.3 litro Chrysler V8 big-block variklis, išvystantis 325 hp
• Trijų laipsnių TorqueFlite automatinė arba keturių laipsnių mechaninė pavarų dėžė
• Asimetrinis sukimo momento paskirstymas: 63% galinei ašiai, 37% priekinei — kad būtų išlaikytas galinės pavaros valdymo charakteris
• Vienkanalė Dunlop MaxaRet ABS
• Krumpliastiebinis vairo stiprintuvas ir diskiniai stabdžiai aplink visą automobilį
• Maksimalus greitis 212 km/h; 0–100 km/h per 7.7 sekundės; tuščio automobilio masė apie 1,800 kg
• Kaina JK 1968 m.: maždaug £6,000 — panaši į pigiausią Rolls-Royce
• Bendra gamyba: 318 automobilių (1966–1971)

Kiekvienas to laikotarpio automobilių žurnalistas gyrė Jensen FF stabilumą ir tai, ką apibūdino kaip “beveik neribotą sukibimo rezervą ant šlapio asfalto.” Harry Ferguson automobilio niekada nepamatė: jis mirė 1960 m.

Kodėl Ferguson Formula buvo svarbi

Kodėl tiek ilgai kalbėti apie Ferguson Formula? Todėl, kad Harry Ferguson Research buvo pirmoji organizacija bet kur pasaulyje, kuri visų ratų pavarą pirmiausia vertino kaip aktyvios saugos įrankį, o ne tik kaip atsaką į trauką bekelėje.

Asimetrinis sukimo momento paskirstymas buvo sąmoningas sprendimas prieš neprognozuojamumą, kuris kamuoja simetrines sistemas. Duokite galiniais ratais varomam automobiliui per daug akseleratoriaus slidžiame posūkyje ir jis prognozuojamai pervirš posūkį. Padarykite tą patį priekiniais ratais varomame automobilyje ir jis prognozuojamai nepakankamai suks. Padarykite tai simetriniame visų ratų pavaros automobilyje ir atsakymas priklausys nuo to, kuri ašis tuo metu turi prastesnį sukibimą — tai dviprasmiška ir pavojinga. Nukreipdama daugiau sukimo momento į galą, Ferguson Formula suteikė Jensen FF daugeliu sąlygų artimą galinės pavaros elgseną.

Klampiosios movos išradimas

Ferguson mechanizmas turėjo vieną tikrą apribojimą: jo laisvos eigos sankabos veikė dvejetainiu įjungta-išjungta principu. Perėjimas nuo atviro diferencialo prie visiško užrakinimo buvo akimirksnis, o tai pačiu įjungimo momentu galėjo sukurti savą dviprasmybę. Reikėjo mechanizmo, kuris galėtų sklandžiai keisti blokavimo laipsnį.

Vėlyvais 1960-aisiais Tony Rolt ir Derek Gardner — vėliau Tyrrell Formula 1 automobilių vyriausiasis konstruktorius — pradėjo eksperimentuoti su silikoniniu skysčiu, naudojamu klampiuose ventiliatorių pavaruose. Rezultatas buvo klampioji mova: cilindrinis korpusas, pripildytas silikoninio skysčio, kuriame yra pakaitomis sudėti trinties diskų paketai, prijungti prie kiekvieno išėjimo veleno.

Kaip veikia klampioji mova

• Normaliomis sąlygomis, kai visi ratai sukasi panašiu greičiu, diskų paketai beveik nejuda vienas kito atžvilgiu ir mova nedaro jokio poveikio diferencialui.
• Kai viena ašis pradeda slysti, jos išėjimo velenas sukasi greičiau, todėl diskų paketai ima suktis vienas kito atžvilgiu ir šlyties jėga veikia silikoninį skystį.
• Šlytis didina temperatūrą ir slėgį movos viduje, smarkiai keldama skysčio klampą.
• Šis klampos padidėjimas priverčia diskus tempti vienas kitą, palaipsniui stabdant greičiau besisukantį veleną ir iš dalies arba visiškai užrakinant diferencialą.

FF Developments ir AMC Eagle

Patentavęs klampiąją movą, Tony Rolt 1971 m. įkūrė FF Developments (FFD), kad komerciškai pardavinėtų visų ratų pavaros transmisijas. Ankstyvieji darbai nebuvo blizgūs: keturiais ratais varomi Bedford furgonai Britanijos miškų tarnybai, partija Ford Zephyr FF policijos automobilių, Opel Senator 4×4 sedanai Britanijos karinei misijai Berlyne.

Svarbiausias FFD serijinis darbas buvo AMC Eagle (1979–1988) transmisija — pakelta AMC Concord sedano visų ratų pavaros versija su didesnėmis padangomis ir 75 mm kėbulo pakėlimu. Eagle buvo pirmasis serijinis automobilis pasaulyje, kurio tarpašinis diferencialas buvo užrakinamas klampiąja mova. Jis buvo sumanytas kaip lengvas bekelės automobilis, o ne sportinis, tačiau jo transmisijos architektūra yra tiesioginis kai kurių garsiausių kada nors sukurtų greitų visų ratų pavaros automobilių protėvis, tarp jų ankstyvų Subaru Impreza WRX ir Mitsubishi Lancer Evolution.

Savaime užsiblokuojantys diferencialai: nuo Torsen iki elektroninio valdymo

Audi komponavimo triukas

Kai 1981 m. Audi Quattro pateko į gamybą — praėjus dvejiems metams po AMC Eagle — jis naudojo įprastą atvirą tarpašinį diferencialą su rankiniu priverstiniu blokavimu. Audi sprendimo elegancija buvo komponavime. Išilginis variklis buvo nukreiptas tiesiai į galinę ašį, o tarpašinis diferencialas pateko tiesiai į pavarų dėžę: antrinis velenas buvo padarytas tuščiaviduris, o priekinis pavaros velenas pravestas per jį. Ferdinand Piëch komanda pasirinko simetrišką 50:50 paskirstymą tarp priekio ir galo.

Torsen diferencialas

1984 m. rankinio blokavimo svirtys pagaliau dingo iš Audi salonų, jas pakeitė Torsen — TORque SENsing — savaime užsiblokuojantis diferencialas. Jo privalumus verta išvardyti:

• Jis visiškai mechaninis — nereikia elektronikos, skysčio ar vairuotojo įsikišimo
• Jis reaguoja į sukimo momento pokyčius išėjimo velenuose, o ne į greičių skirtumus, todėl gali sureaguoti dar prieš realiai prasidedant ratų praslydimui
• Kitaip nei klampioji mova, jis užsiblokuoja tik traukos metu, ne stabdant, todėl visiškai suderinamas su ABS
• Blokavimas ir atblokavimas yra sklandūs ir nuolatiniai, be dvejetainių perėjimų

Įrodęs savo vertę greituose automobiliuose, Torsen buvo perimtas SUV inžinierių, siekiančių lengvojo automobilio valdymo. Šiandien jis naudojamas Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne ir Toyota Land Cruiser Prado.

Group B ir ralio ginklavimosi varžybos

1980-aisiais Quattro dominavimas ralyje sukėlė visų ratų pavaros ginklavimosi varžybas. Per kelis sezonus pasirodė visi šie keturiais ratais varomi ralio automobiliai, kiekvienas savaime užsiblokuojančiuose diferencialuose naudodamas FFD klampiosios movos technologiją:

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

Stuart Rolt, Tony sūnus, tais metais valdė FFD santykius su ralio komandomis.

Ankstyvais 1990-aisiais Rusijos AZLK gamykla taip pat kreipėsi į FFD, norėdama visų ratų pavaros ralio Moskvitch 2141 versijos. Sukurtas pagal tą pačią trijų diferencialų schemą kaip Ford RS200, eksperimentinis automobilis ekstremaliomis sąlygomis valdėsi stebėtinai nuspėjamai. Bandymai atskleidė principą, kuris tebegalioja: atskirai sureguliuokite kiekvienos klampiosios movos blokavimo standumą ir kartu pasislinks automobilio balansas.

• Standesnis galinis tarpratinis diferencialas → didesnė perteklinio pasukamumo tendencija
• Standesnis priekinis arba tarpašinis diferencialas → daugiau nepakankamo pasukamumo ir stabilumo

Ateina elektroninis valdymas

Būtent šis reguliuojamumas paaiškina, kodėl šiuolaikiniai WRC automobiliai visuose trijuose diferencialuose naudoja elektroniniu būdu valdomus daugiadiskių sankabų paketus, o ne pasyvias klampiąsias movas. Hidrauliniai vykdikliai ir borto kompiuteris realiu laiku keičia kiekvieno diferencialo blokavimą — atleidžia sankabas įvažiuojant į posūkį, kad automobilis laisvai pasisuktų, tada palaipsniui jas suspaudžia vairuotojui greitėjant į tiesiąją, kad būtų maksimali trauka be nepakankamo pasukamumo.

Du gamintojai buvo elektroniniu būdu valdomų diferencialų kelių automobiliuose pionieriai:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Trys elektroniniu būdu valdomos sankabos nuosekliai prijungdavo priekinę ašį, tada užrakindavo tarpašinį diferencialą, tada pagal sąlygas užrakindavo galinį diferencialą. Sistema buvo veiksminga, bet pernelyg sudėtinga, o elektronika ant birių paviršių galėjo juntamai prijunginėti ir atjunginėti priekinius ratus.
• Porsche 959 (1986): Dvi elektroniniu būdu valdomos sankabos, veikiančios keturiais vairuotojo pasirenkamais režimais. 959 sistema buvo sudėtingesnė ir geriau pritaikyta aukštam našumui.

Diferencialo pakeitimas: Haldex ir supaprastintos AWD sistemos

Vien klampioji mova

Kol ralio inžinieriai stūmė savaime užsiblokuojančius diferencialus kiek tik galima toli, paprastų lengvųjų automobilių konstruktoriai nuėjo priešinga kryptimi — visiškai ištrynė tarpašinį diferencialą ir į jo vietą įdėjo klampiąją movą. 1985 m. Volkswagen Golf II Syncro buvo pirmasis europietiškas lengvasis automobilis, taip padaręs, su transmisija, kurią sukūrė GKN inžinieriai; GKN 1969 m. buvo įsigijusi FFD.

Masiškai gamybai supaprastinimas pasiteisino:

• Visų ratų pavaros modelis dalijosi dauguma komponentų su standartine priekinės pavaros versija, mažindamas gamybos kainą ir sudėtingumą
• Normaliomis sąlygomis automobilis važiavo taip pat kaip priekiniais ratais varomas automobilis
• Kai priekiniai ratai praslysdavo, klampioji mova per maždaug 0.2 sekundės galėdavo perduoti iki 70% sukimo momento galui

Tačiau vėlavimas sukūrė valdymo riziką. Automobilis, elgiantis kaip priekiniais ratais varomas ir stumiantis nosį plačiai į išorę, movos įsijungimo momentu galėjo staigiai pereiti į galui palankų elgesį — ir nustebinti vairuotoją. Japonų gamintojai bandė įvairius atsakymus, įskaitant daugiau movų: 1988 m. Nissan Sunny/Pulsar naudojo tris, vieną galinei pavarai įjungti ir po vieną kiekvienam tarpratiniam diferencialui užrakinti. Mazda Concerto 4WD žengė dar toliau, pakeisdama tiek tarpašinį, tiek galinį tarpratinį diferencialą klampiosiomis movomis.

Haldex sankaba

Kitas žingsnis klampiąją movą pakeitė elektroniniu būdu valdoma hidrauline daugiadiske sankaba — kur kas greitesne ir daug tiksliau valdoma. Geriausiai žinomas pavyzdys yra Haldex mova, kuri Volkswagen Golf IV ir jo platformos giminaičiuose pakeitė klampiąją movą. Ji veikia taip:

• Priekinės kumštelinės poros aptinka bet kokį sukimosi greičio skirtumą tarp priekinio ir galinio velenų
• Ritinėliai, slinkdami per kumštelių paviršius, stumia stūmoklius žiediniuose cilindruose ir pumpuoja hidraulinį skystį
• Skysčio slėgis suspaudžia daugiadiskės sankabos paketą, perduodamas sukimo momentą galinei ašiai
• Solenoidinis vožtuvas, valdomas automobilio elektronikos, bet kada gali atleisti slėgį — leisdamas bepakopiškai kintamą sukimo momento paskirstymą

Dauguma šiandien parduodamų visų ratų pavaros automobilių ir krosoverių naudoja tam tikrą šios elektroniniu būdu valdomos sankabos versiją, ar tai būtų Haldex Volkswagen Group automobiliuose, Honda VTM-4 ar BMW xDrive. Šiuolaikinės sankabos veikia pakankamai greitai, kad įjungimo vėlavimas įprastame važiavime tapo nepastebimas, o kalibravimas dabar svarbesnis už aparatinę dalį: Golf 4Motion ir Audi A3 Quattro naudoja mechaniškai identiškas transmisijas, bet skirtinga programinė įranga Volkswagen suteikia simetrišką paskirstymą, o Audi siunčia 60% sukimo momento į priekį, kad būtų labiau pažįstamas priekinės pavaros charakteris.

AWD technologija šiandien: kuri sistema geriausia?

Part-time sistemos su rankiniu būdu įjungiama antra ašimi, laimei, išnyko iš lengvųjų automobilių. Likusios skirstomos į tris šeimas, kiekviena turi savų privalumų:

• Full-time AWD su savaime užsiblokuojančiu tarpašiniu diferencialu (klampioji mova kaip Subaru, mechaninis Torsen kaip Audi A4/A6/A8 Quattro ir Volkswagen Phaeton, arba elektroniniu būdu valdomos sankabos kaip Mitsubishi Lancer Evo): sudėtingiausios ir labiausiai atlyginančios sistemos, galinčios iš tiesų pagerinti valdymą tiek kelyje, tiek trasoje, kai tinkamai sukalibruotos.
• Full-time AWD su atviru tarpašiniu diferencialu (kaip Mercedes-Benz 4Matic): remiasi slydimo kontrolės elektronika, kad kompensuotų savaiminio blokavimo nebuvimą. Veiksminga kelyje, bet mechaniškai mažiau iniciatyvi.
• Part-time galinė pavara per valdomą sankabą (Haldex, kaip Volvo, Saab ir įvairiuose Volkswagen Group krosoveriuose): dažniausia šiuolaikinių krosoverių schema — ekonomiška, lengva ir vis pajėgesnė dėl greitesnės elektronikos.

Sukimo momento vektorizavimas ir kas bus toliau

Vyraujanti pažangios visų ratų pavaros kryptis yra sukimo momento vektorizavimas: ne tik skirstyti momentą tarp ašių, bet aktyviai keisti jį tarp kairiojo ir dešiniojo vienos ašies ratų. Mitsubishi Lancer Evolution X yra šios srities viršūnė — jo S-AWC sistema sujungia elektroniniu būdu valdomą centrinį diferencialą (ACD) su Active Yaw Control (AYC) galiniu diferencialu, galinčiu perkelti sukimo momentą nuo vieno galinio rato kitam. Papildomi krumpliaračių rinkiniai balansą perkelia proaktyviai, dar nepraradus sukibimo, o ne reaguoja tik tada, kai ratas jau slysta.

Praktiškai realaus pasaulio skirtumai tarp modernių sistemų vis mažėja, gerėjant valdymo elektronikai. Gerai sukalibruotas Haldex krosoveris dabar suteikia stabilumą, už kurį mechaninis Torsen būtų buvęs žavimasis prieš kartą. Tokia yra judėjimo kryptis — ir galutinis taškas gali būti elektrinis automobilis su keturiais atskirais ratų varikliais, kiekvienam dozuojant savo sukimo momentą be jokios mechaninės transmisijos. Tai tvarkingai grąžina istoriją prie Ferdinand Porsche 1900 m. elektrinio keturiais ratais varomo automobilio.

Tai yra vertimas. Originalą galite perskaityti čia: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html