Visų ratų pavara: istorija, technologijos ir kaip veikia VRP sistemos

Šis straipsnis iš pradžių buvo skirtas būti paprastu techniniu vadovu — kažkas panašaus į „Viskas, ką norėjote sužinoti apie visų ratų pavarą, bet nežinojote, ko klausti.” Planavome aptarti, kuo atvirieji diferencialai skiriasi nuo visko-sankabos ar „Haldex” tipo įrenginių, ką iš tikrųjų daro savaiminiai blokuojantieji diferencialai ir kodėl tai apskritai svarbu. Tačiau kuo giliau mes narinėjome istoriją, tuo labiau stebinomės. Pasirodo, pirmasis keleivinis automobilis su nuolatiniu visų ratų pavara buvo pastatytas Nyderlanduose daugiau nei prieš šimtą metų. O 1935 metais keturių ratų pavaros amerikiečių lenktyninis automobilis neįtikėtinai priartėjo prie pasaulio istorijos eigos pakeitimo.

Kodėl keleiviniam automobiliui reikia visų ratų pavaros? XXI amžiuje atsakymas atrodo akivaizdus: geresnis sukibimas, mažiau ratų slydimo ant slidaus paviršiaus ir pagerintas valdymas krovimo metu. Keturi varomieji ratai paprasčiausiai yra geresni nei du. Tačiau žmonija stebėtinai ilgai delsė imtis veiksmų dėl šios pagrindinės tiesos. Paklauskite bet kurio automobilių istoriko ir jie pasakys, kad visų ratų pavaros era masinio rinkos keleivinių automobilių srityje prasidėjo 1980 metais su „Audi Quattro”. Jie taip pat gali paminėti retus pirmtakus — 1966 metų britų superautomobilį „Jensen FF” ir 1972 metų „Subaru Leone 4WD”. Tikras ekspertas tačiau greitai pastebės, kad ankstyvieji keturių ratų „Subaru” automobiliai iš tiesų neturėjo nuolatinės VRP sistemos — jie buvo dalinio laiko. Ir kaip paaiškinsime, tai esminis skirtumas.

Dalinio laiko 4WP: kompromisinis sprendimas

Dalinio laiko pavara ant vienos ašies yra kompromisinis sprendimas, ir ne itin elegantiškas keleivinių automobilių atžvilgiu. Terminas „dalinio laiko 4WP” kilęs iš visureigių ir visureigių sunkvežimių pasaulio. Šioje konfigūracijoje viena ašis visą laiką varo, o kita yra standžiai sujungiama pagal poreikį — tačiau šis standus sujungimas gali būti naudojamas tik ne kelio dangoje. Asfaltuotuose keliuose dalinio laiko sistema turi būti visiškai atjungta. Štai kodėl:

• Kai automobilis suka, priekiniai ratai nuvažiuoja ilgesnį lanką nei galiniai ir todėl turi suktis greičiau.
• Esant standžiai sujungtai visų ratų pavaros sistemai, sukibimas priekiniuose ratuose sumažėja, o sukimo momentas galuose padidėja.
• Tam tikrais atvejais priekiniai ratai gali iš tikrųjų generuoti stabdymo jėgą, o ne varomąją — tai didina pasipriešinimą ir apsunkina automobilio valdymą.
• Ant birių paviršių, tokių kaip purvas ar sniegas, šis poveikis yra valdomas, tačiau ant asfalto jis sukelia didelį pavaro sistemos įtempimą ir valdymo problemas.

Kai automobilis važiuoja posūkiu, kiekvienas ratas seka savo lanką ir turi suktis skirtingu greičiu. Štai kodėl nuolatinė visų ratų pavaros sistema reikalauja trijų diferencialų: dviejų tarpratinių diferencialų (po vieną kiekvienai ašiai) ir vieno tarpašinio diferencalo, leidžiančio abiem varomoms ašims suktis nepriklausomai viena nuo kitos.

Nepaisant šių trūkumų, standžiai sujungta visų ratų pavara vis dėlto atsirado kai kuriuose keliais važiuojančiuose transporto priemonėse — nors pagal pobūdį jos buvo labiau panašios į visureigius sunkvežimius. Pavyzdžiui, TSRS GAZ-61 „Emka” — keturių ratų pavaros sedanas su šešių cilindrų varikliu ir dalinio laiko priekine ašimi — nedidelėmis partijomis buvo gaminamas jau 1938 metais. Po karo panašios pavaros atsirado GAZ-M72 „Pobeda” visureigės versijoje ir „Moskvič-410″. 1972 metų „Subaru Leone 4WD” laikėsi tos pačios logikos: jis buvo sukurtas visureigiams, su aukštesniu kelumu nei standartiniai priekinės pavaros „Subaru”, ir rankiniu būdu jungiama galine ašimi.

„Subaru Leone 4WD” universalas (1972–1979) buvo keturių ratų pavaros adaptacija iš priekinės pavaros platformos su rankiniu būdu jungiama galine ašimi. Pagrindinės specifikacijos:

• Variklių variantai: 1,4 litro (72 AG) arba 1,6 litro (80 AG)
• Kėbulo tipai: universalas, sedanas ir pikapas
• Galinių ratų pavara: rankinis įjungimas automobiliams su mechanine pavarų dėže; automatinis per daugiasluoksnę trinties sankabą — automobiliniams su automatine pavarų dėže
• Šis dalinio laiko išdėstymas tęsėsi visuose keturių ratų pavaros „Subaru” automobiliuose iki 1989 metų

Pagrindinė dalinio laiko visų ratų pavaros problema yra ta, kad ji nenaudinga asfaltuotuose keliuose, kur dauguma automobilių praleidžia didžiąją laiko dalį — tačiau automobilis visada turi nešti papildomą paskirstymo dėžės, antro kardano veleno ir antrinės ašies mazgo svorį. Tačiau dalinio laiko sistemos pavertimas nuolatiniu reikalauja tik vieno papildomo komponento: tarpašinio diferencalo paskirstymo dėžėje.

Nuolatinė visų ratų pavara: kaip ji veikia ir kodėl tai svarbu

Tarpašinis diferencialas yra nuolatinės visų ratų pavaros raktas. Du tarpratiniai diferencialai — po vieną kiekvienai ašiai — leidžia kairiojo ir dešiniojo rato kiekvienoje ašyje suktis skirtingais greičiais posūkiuose. Tarpašinis diferencialas atlieka tą patį vaidmenį tarp priekinės ir galinės ašių. Automobilis, aprūpintas visais trimis diferencialais, gali važiuoti nuolatiniu visų ratų pavara bet kokiame kelio paviršiuje be pavaro sistemos įtempimo ar valdymo nuostolių.

Teoriškai paprasta — tačiau iki 1980-ųjų pradžios automobilių pramonės srovė manė, kad nuolatinė VRP yra nereikalinga keleiviniam automobiliui. Vyraujanti nuomonė buvo ta, kad nuolat sukant antrą ratų porą ir visus susijusius pavaros komponentus ant sauso asfalto prideda triukšmo ir švaisto kurą. „Audi Quattro” visam laikui pakeitė šį mąstymą. Paskirstant variklio sukimo momentą visuose keturiuose ratuose visą laiką, nuolatinė VRP sistema:

• Palieka didesnę sukibimo atsargą šoninėms jėgoms posūkiuose
• Žymiai pagerina stabilumą greitinant arba stabdant posūkio viduryje
• Sumažina staigaus pervairavimo ar nepakankamai aštraus vairavimo riziką dėl dujų pedalų įvesties

Vėlyvojo 1980-ųjų dešimtmečio „Audi 80 Quattro” iliustruoja, kaip rafinuotas tapo šis išdėstymas. „Quattro” architektūra yra kompaktiškesnė nei konkuruojanti „Ferguson Formula” transmisija. Nuo 1984 metų „Audi” priėmė „Torsen” savaiminio blokavimo diferencialą — grynai mechaninį įrenginį, reaguojantį į sukimo momento pokyčius kiekviename išvesties velenielyje, o ne į ratų greičio skirtumus. Skirtingai nei visko-sankabos pagrindu veikiantis diferencalo spynos mechanizmas, „Torsen” užsirakina tik esant traukos jėgai, o ne stabdant, todėl jis yra visiškai suderinamas su ABS sistemomis ir pagerina stabilumą lėtinant greitį.

Verta pažymėti, kad „Range Rover” (1970) ir rusų „Lada Niva” (1976) paprastai laikomi pirmaisiais masinės gamybos transporto priemonėmis su tarpašiniais diferencialais — tačiau abu priskiriami visureigių kategorijai. „Audi Quattro” pretenduoja į pionieriaus titulą konkrečiai tarp keleivinių automobilių.

Ankstyvieji keturių ratų pavaros lenktynių automobiliai: nuo „Spyker” iki „Bugatti”

Ar lenktynių automobilių konstruktoriai tyrinėjo nuolatinę visų ratų pavarą prieš „Quattro” erą? Atsakymas yra aiškus taip — ir istorija siekia toliau, nei dauguma žmonių tikisi.

Ferdinando Porsche pirmasis pokario projektas buvo keturių ratų pavaros lenktyninis automobilis: „Cisitalia 360″, su viduriniu variklio išdėstymu ir 1,5 litro dvylikos cilindrų varikliu. Tačiau jo priekinių ratų pavara buvo dalinio laiko — vairuotojas įjungdavo ją tik tiesiosiose atkarpose, persijungdamas atgal į galinę pavarą prieš posūkius.

Tačiau Porsche iš tikrųjų daug anksčiau buvo sukūręs keturių ratų pavaros transporto priemonę: elektrinį automobilį su keturiais atskirais ratų varikliais, datuojamą 1900 metais. Tikrasis šokas automobilių istorikams yra 1902 metų lenktyninis automobilis, pastatytas olandų gamintojo „Spyker”. Tuo metu, kai net stabdžiai buvo montuojami tik galiniais ratais, šis automobilis turėjo tikrą nuolatinę visų ratų pavarą — su tarpašiniu diferencalu.

„Spyker” įmonė buvo įkurta 1880 metais Spijker brolių kaip arkliais traukiamų kariečių gamintoja. Jų pirmasis automobilis pasirodė 1900 metais, o po dvejų metų, bendradarbiaujant su belgų dizaineriu Josephu Valentinu Laviolette, jie pagamino keturių ratų pavaros lenktynų automobilį „Spyker 60 HP” (1902–1907). Jo specifikacijos buvo nepaprastai pažangios tam laikui:

• Trys diferencialai — tarpašinis ir abu tarpratiniai
• Trys atskiri stabdymo mechanizmai — du galiniams ratams, vienas priekiniam pavaros velenui
• Keturių ratų pavaros sistema, kuri konceptualiai neturėjo sau lygių dešimtmečius

Taigi nuolatinės keturių ratų pavaros koncepcija yra daugiau nei šimto metų senumo. Nebuvo pagaminta daug keturių ratų „Spyker” automobilių — jie buvo nepaprastai brangūs ir niekada nesulaukė reikšmingos lenktynių sėkmės. Du dar ambicingesni VRP lenktynių projektai sekė ankstyvaisiais 1930-aisiais: „Bugatti Tipo 53″ ir „Miller FWD”.

„Bugatti Tipo 53″ projektas kilo iš „Fiat” inžinieriaus Antonio Pichetto, kuris pasiūlė šią idėją Ettore Bugatti 1930 metais. Trys automobiliai buvo užbaigti 1932 metais, kiekvienas pasižymintis:

• 300 AG kompresorinį eilinį aštuonių cilindrų variklį
• Nuolatine visų ratų pavara su trimis diferencialais
• Paskirstymo dėže ir tarpašiniu diferencalu, integruotais su atskirai montuojama pavarų dėže
• Pavaros velenais abiem ašims, esančiais kairėje automobilio pusėje
• Nepriklausoma priekine pakaba ant skersinės spyruoklės — neįprasta „Bugatti”

Nepaisant to, kad aplenkė tuometinius galinės pavaros automobilius žvyrkelių posūkiuose, „Tipo 53″ kentėjo nuo per didelių vairavimo pastangų dėl standartinių Kardano šarnyrų, o ne pastoviojo greičio šarnyrų naudojimo priekinių pavaros velenuose. Trys automobiliai varžėsi iki 1935 metų.

„Miller FWD” atsirado iš dalies todėl, kad amerikiečių dizaineris Harry Milleris buvo ištyręs priekinės pavaros „Bugatti”, specialiai įsigytą išardymui. Įkvėptas „Bugatti” požiūrio, Milleris sukūrė savo keturių ratų pavaros važiuoklę su „FWD” sunkvežimių kompanijos rėmimu. Vienas iš keturių ratų pavaros „Miller” automobilių vedė 1934 metų Indianapolio 500 lenktynėse prieš išsijungiant dėl mechaninių problemų devintoje vietoje.

Šie automobiliai taip pat susiję su vienu keisčiausių „kas būtų, jeigu” momentų automobilių istorijoje. Per lenktynes AVUS trasoje Berlyne 1935 metais keturių ratų pavaros „Miller” važiavo trečioje vietoje, kai jo eilinis aštuonių cilindrų variklis katastrofiškai sugedo, siųsdamas nuolaužas link tribūnų. Adolfas Hitleris tą dieną buvo tribūnose. Jei nors mažas fragmentas būtų jį pasiekęs, Antrojo pasaulinio karo eiga — ir pasaulio istorija — galėjo būti visiškai kitokia.

„Ferguson Formula”: VRP sistema, pakeitusi viską

Norint suprasti kitą kritinį visų ratų pavaros istorijos skyrių, naudinga grįžti prie esminio atvirųjų tarpašinių diferencialų apribojimo. Atviras diferencialas leidžia vienai ašiai laisvai suktis, kai kita negauna sukimo momento. Jei galiniai ratai visiškai praranda sukibimą, priekiniai ratai gali likti nejudinami, o galiniai suka — diferencialas niekaip to netrukdo.

Visureigių sprendimas buvo teigiamas blokavimas: vairuotojas rankiniu būdu įjungia mechanizmą, kuris standžiai užrakina diferencalo pavaras, paverčiant diferencialinę pavarą kieta jungtimi. Šis metodas buvo naudojamas ankstyvuosiuose „Range Rover”, „Lada Niva” ir daugelyje kitų visureigių — įskaitant pirmosios kartos „Audi Quattro”, kuris reikalavo vairuotojo rankiniu būdu užrakinti centrinį diferencalą iki 1984 metų. Tačiau rankinis užrakinimas yra dar vienas kompromisas: jis turi būti atjungtas ant kietų paviršių ir neteikia apsaugos, jei ratų slydimas prasideda netikėtai ant slidaus kelio.

Pirmasis automatinis savaiminio blokavimo tarpašinis diferencialas buvo britų lenktynių vairuotojo ir inžinieriaus Tony Rolto kūrinys. Kartu su draugu ir kolega vairuotoju Fred Dixon, Roltas prieš karą vadovavo „Rolt/Dixon Developments” dirbtuvelei. Vėliau abu susidomėjo nuolatinės visų ratų pavaros potencialu. Po eksperimentinio keturių ratų pavaros stendo, vadinamo „Krabu”, sukūrimo, 1950 metais jie susijungė su Harry Fergusonu — sėkmingu traktorių gamintoju — ir įkūrė „Harry Ferguson Research”.

Fergusono vizija nebuvo lenktyninis automobilis, o tikrai saugus keliais važiuojantis automobilis: toks, kurio ratai nei suktųsi greitinant, nei blokuotųsi stabdant. Roltas ir Dixonas nutarė suprojektuoti tokį automobilį visiškai nuo nulio — kėbulą, transmisiją ir varomąją dalį. Pasitelkus patyrusį dizainerį Claude Hill (buvusį „Aston Martin” darbuotoją) kaip vyriausiąjį inžinierių, eksperimentinis „Ferguson R4″ sedanas buvo užbaigtas po šešerių metų kūrybos. Jo specifikacijos buvo puikios 1956 metais:

• Nuolatinė visų ratų pavara su savaiminio blokavimo tarpašiniu diferencalu
• Horizontaliai priešpriešinis keturių cilindrų variklis (bokseris)
• Diskų stabdžiai visuose keturiuose ratuose
• „Dunlop MaxaRet” elektromechaninė antiblokavimo stabdžių sistema, pritaikyta iš aviacijos

„Ferguson Formula” transmisijos širdis buvo išradingas savaiminio blokavimo mechanizmas paskirstymo dėžės viduje. Be diferencalo, įrenginys turėjo papildomą krumpliaračių rinkinį, dvi vienkryptines sankabas su rutuliais ir du trinties diskų paketus. Įprastomis sąlygomis šie elementai tyliai sukosi. Tačiau kai vienos ašies ratai pradėdavo slysti — sukeldami išvesties velenų greičių skirtumą — viena iš sankabų įsijungdavo, spausdama savo trinties paketą prieš diferencalo pavaras ir akimirksniu paversdama diferencialinę pavarą kieta jungtimi.

Antras prototipas, 1962 metų „Ferguson R5″ universalas, buvo dar galingesnis. „Autocar” žurnalo testuotojai pastebėjo, kad jis pasiekia sukibimo ribas tokiais greičiais, kurie atrodė beveik neįmanomi. Nepaisant to, nė vienas gamintojas nesutiko pradėti „Ferguson” serijinės gamybos — sudėtingumas ir kaina buvo per dideli. Tačiau 1962 metais Tony Roltas įtikino „Jensen Cars” vadovybę pritaikyti „Ferguson Formula” transmisiją jų būsimai CV8 kupė, kuri naudojo 300 AG „Chrysler” V8 variklį. Po trejų metų buvo užbaigtas eksperimentinis keturių ratų pavaros „Jensen CV8 FF”.

1966 metais „Jensen Interceptor” pakeitė CV8 — ir kartu su standartiniu galinės pavaros kupė, „Jensen” siūlė visų ratų pavaros variantą su diskrečiu „FF” emblemos ženkleliu. „Jensen FF” tapo pirmuoju pasaulyje serijiniu automobiliu, derinančiu savaiminio blokavimo tarpašinį diferencalą su ABS. Santrumpa „FF” reiškė „Formula Ferguson”. Pagrindinės specifikacijos:

• 6,3 litro „Chrysler” V8 stambiablokis variklis, gaminantis 325 AG
• Trijų pakopų „TorqueFlite” automatinė arba keturių pakopų mechaninė pavarų dėžė
• Asimetrinis sukimo momento paskirstymas: 63% galinei ašiai, 37% priekinei — siekiant išlaikyti galinės pavaros valdymo pobūdį
• Vieno kanalo „Dunlop MaxaRet” ABS
• Stelažinis galios vairas ir diskų stabdžiai visuose ratuose
• Didžiausias greitis 212 km/h; 0–100 km/h per 7,7 sekundės; tuščia masė apie 1 800 kg
• Kaina JK 1968 metais: apie 6 000 svarų sterlingų — panaši į pigiausio „Rolls-Royce” kainą
• Bendra gamyba: 318 automobilių (1966–1971)

Kiekvienas to laikotarpio automobilių žurnalistas gyrė išskirtinį „Jensen FF” stabilumą ir tai, ką jie apibūdino kaip „beveik neribotą traukos atsargą ant šlapio asfalto”. Tragiškai, pats Harry Fergusonas niekada nepamatė „Jensen FF” — jis mirė 1960 metais.

Kodėl tiek daug laiko skirti „Ferguson Formula”? Todėl, kad „Harry Ferguson Research” buvo pirmoji organizacija pasaulyje, kuri visų ratų pavarą traktavo pirmiausia kaip aktyvaus saugumo priemonę — ne tik kaip sprendimą visureigių traukos problemoms. Asimetrinis sukimo momento paskirstymas buvo apgalvotas pasirinkimas, siekiant išvengti nenuspėjamumo, kuriuo kenčia simetrinės VRP sistemos. Galinės pavaros automobilyje pernelyg didelis dujų pedalas slidžiame posūkyje sukelia nuspėjamą pervairavimą. Priekinės pavaros automobilyje jis sukelia nuspėjamą nepakankamai aštrų vairavimą. Simetrinės VRP automobilyje reakcija priklauso nuo to, kuri ašis turi blogiausią sukibimą — kas gali būti neaišku ir pavojinga. Nukreipdamas sukimo momentą į galą, „Ferguson Formula” suteikė „Jensen FF” beveik nuspėjamą galinės pavaros valdymą daugeliu sąlygų.

Visko-sankabos išradimas

„Ferguson Formula” savaiminio blokavimo mechanizmas turėjo vieną reikšmingą apribojimą: jo vienkryptinės sankabos veikė dvejetainiu, įjungta-išjungta būdu. Perėjimas nuo atviro diferencalo iki visiško blokavimo buvo momentinis, kas galėjo sukelti savo valdymo neapibrėžtumą įsijungimo akimirką. Reikėjo mechanizmo, galėjusio tolygiai ir laipsniškai keisti diferencalo blokavimo laipsnį.

Vėlyvaisiais 1960-aisiais Tony Roltas ir Derek Gardner — vėliau vyriausiasis „Tyrrell” Formulės 1 automobilių konstruktorius — pradėjo eksperimentuoti su silikono skysčiu, naudojamu viskoziniuose ventiliatoriaus pavaros sankabose. Rezultatas buvo visko-sankaba: cilindrinis korpusas, užpildytas silikono skysčiu, kuriame yra kintami trinties diskų paketai, sujungti su kiekvienu išvesties velenu.

Štai kaip ji veikia:

• Įprastomis sąlygomis, kai visi ratai sukasi panašiais greičiais, diskų paketai beveik nejuda vienas kito atžvilgiu ir sankaba neturi jokios įtakos diferencalui.
• Kai viena ašis pradeda slysti, jos išvesties velenas sukasi greičiau, sukeldamas diskų paketų judėjimą vienas kito atžvilgiu ir kerpant silikono skystį.
• Kerpimas didina temperatūrą ir slėgį sankabos viduje, smarkiai padidindamas skysčio klampumą.
• Šis klampumo padidėjimas sukelia diskų trintį vienas į kitą, laipsniškai stabdant greičiau besisukantį velenelį ir iš dalies ar visiškai blokuojant diferencalą.

Užpatentavęs visko-sankabą, Tony Roltas 1971 metais įkūrė „FF Developments” (FFD), siekdamas komerciškai tiekti visų ratų pavaros transmisijas. Ankstyvieji projektai apėmė keturių ratų pavaros „Bedford” furgonetus Britanijos miškų tarnyboms, „Ford Zephyr FF” policijos automobilių partiją ir „Opel Senator 4×4″ sedanus Britanijos karinei misijai Berlyne.

Reikšmingiausias FFD gamybos pasiekimas buvo „AMC Eagle” (1979–1988) transmisija — pakeltas, visų ratų pavaros „AMC Concord” sedano variantas su didesnėmis padangomis ir 75 mm kėbulo pakėlimu. „AMC Eagle” buvo pirmasis pasaulyje serijinis automobilis, naudojantis tarpašinį diferencalą, užrakintą visko-sankaba. Nors sukurtas kaip lengvas visureigio tipo automobilis, o ne sportinis, jo transmisijos architektūra tapo tiesioginiu kai kurių labiausiai garsinamų sportinių VRP automobilių protėviu — įskaitant ankstyvąsias „Subaru Impreza WRX” ir „Mitsubishi Lancer Evolution” kartas.

Savaiminio blokavimo diferencialai: nuo „Torsen” iki elektroninio valdymo

Kai „Audi Quattro” pradėjo gamybą 1981 metais — dvejus metus po „AMC Eagle” debiuto — jis naudojo įprastą atvirą tarpašinį diferencalą su rankiniu teigiamu užraktu. „Audi” sprendimo elegancija slypi pakavimo srityje: išilgai sumontuotas variklis rodė tiesiai į galinę ašį, o tarpašinis diferencialas buvo tiesiogiai integruotas į pavarų dėžę. Pavarų dėžės antrinis velenas buvo pagamintas tuščiaviduris, o priekinis pavaros velenas nutiesas per jį. Ferdinando Piëcho komanda pasirinko simetrinį 50:50 sukimo momento paskirstymą tarp priekio ir galo.

1984 metais rankinio diferencalo užrakto svirtelės pagaliau dingo iš „Audi” salonų, pakeistos „Torsen” (TORque SENsing — sukimo momento jutimo) savaiminio blokavimo diferencalu. „Torsen” siūlo keletą pagrindinių privalumų:

• Jis visiškai mechaninis — nereikia jokios elektronikos, skysčio ar vairuotojo įsikišimo
• Reaguoja į sukimo momento pokyčius išvesties velenuose, o ne į greičio skirtumus, tai reiškia, kad jis gali reaguoti prieš faktiniam ratų slydimui prasidedant
• Skirtingai nei visko-sankaba, jis blokuojasi tik esant traukos jėgai, ne stabdant, todėl visiškai suderinamas su ABS
• Užrakinimas ir atrakinimas yra sklandus ir nuolatinis, be jokių dvejetainių perėjimų

Įrodytas „Torsen” gebėjimas pagerinti valdymą ir stabilumą sportiniuose automobiliuose vėliau pritraukė visureigių inžinierių, siekiančių automobiliui panašios dinamikos. Šiandien jis naudojamas tokių transporto priemonių transmisijose kaip „Range Rover”, „Volkswagen Touareg”, „Porsche Cayenne” ir „Toyota Land Cruiser Prado”.

1980-aisiais „Audi Quattro” dominavimas ralyje sukėlė visų ratų pavaros ginklavimosi varžybas tarp B grupės konkurentų. Per kelias sezonus pasirodė šie keturių ratų pavaros ralio automobiliai — kiekvienas naudojantis FFD visko-sankabos technologiją savo savaiminio blokavimo diferencaluose:

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

Stuart Rolt, Tony’o sūnus, šiuo laikotarpiu valdė FFD santykius su ralio komandomis.

1990-ųjų pradžioje Rusijoje esanti AZLK gamykla taip pat kreipėsi į FFD, siekdama sukurti visų ratų pavaros ralio versiją „Moskvič 2141″. Naudodamas tą patį trijų diferencalų išdėstymą kaip „Ford RS200″, eksperimentinis keturių ratų „Moskvič” pasiekė nepaprastai nuspėjamą valdymą ekstremaliomis sąlygomis. Bandymai atskleidė svarbų principą: reguliuojant kiekvienos visko-sankabos blokavimo standumo lygį atskirai, inžinieriai galėjo derinti automobilio valdymo balansą plačiu diapazonu:

• Standesnė galinė tarpratinė diferencialinė → didesnė pervairavimo tendencija
• Standesnė priekinė ar tarpašinė diferencialinė → didesnis nepakankamai aštrus vairavimas ir stabilumas

Šis reguliuojamumas yra priežastis, kodėl šiuolaikiniai WRC ralio automobiliai visuose trijuose diferencaluose naudoja elektroniškai valdomas daugiasluoksnes sankabų paketus, o ne pasyvias visko-sankabas. Hidrauliniai pavarų vaikliai ir transporto priemonės kompiuteris gali keisti kiekvieno diferencalo blokavimą realiuoju laiku — atleidžiant sankabas posūkio pradžioje, kad automobilis galėtų laisvai suktis, o paskui laipsniškai jas spaudžiant, kai vairuotojas greitina į tiesią, siekiant maksimalaus sukibimo vengiant nepakankamai aštraus vairavimo.

Du gamintojai pionieriškai diegė elektroniškai valdomas diferencialines sistemas serijiniuose automobiliuose:

• „Mercedes-Benz 4Matic” (1986, W124 E klasė): Trys elektroniškai valdomos sankabos nuosekliai jungė priekinę ašį, paskui blokavo tarpašinį diferencalą, paskui blokavo galinį diferencalą pagal poreikį. Sistema buvo efektyvi, tačiau pernelyg sudėtinga, o elektronika galėjo sukelti pastebimą priekinių ratų jungties ir atjungties pulsavimą ant birių paviršių.
• „Porsche 959″ (1986): Dvi elektroniškai valdomos sankabos, veikiančios keturiais vairuotojo pasirenkamais režimais. „959″ sistema buvo labiau rafinuota ir geriau tinkama didelio pajėgumo naudojimui.

Diferencalo pakeitimas: „Haldex” ir supaprastintos VRP sistemos

Kol ralio inžinieriai stūmė savaiminio blokavimo diferencalus iki ribų, masinės rinkos keleivinių automobilių konstruktoriai judėjo priešinga kryptimi — visiškai pašalindami tarpašinį diferencalą ir pakeisdami jį vien tik visko-sankaba. 1985 metų „Volkswagen Golf II Syncro” buvo pirmasis Europos keleivinis automobilis, naudojantis šį metodą. Transmisiją sukūrė GKN inžinieriai, įsigiję FFD 1969 metais.

Supaprastintas visko-sankabos išdėstymas pasiūlė aiškių privalumų masinei gamybai:

• Visų ratų pavaros modelis dalijosi daugeliu komponentų su standartiniu priekinės pavaros variantu, mažindamas gamybos išlaidas ir sudėtingumą
• Įprastomis sąlygomis automobilis važiavo identiškai priekinės pavaros automobiliui
• Kai priekiniai ratai pradėdavo slysti, visko-sankaba galėdavo perkelti iki 70% sukimo momento į galą per maždaug 0,2 sekundės

Tačiau šis vėluojantis įsijungimas sukėlė valdymo trūkumą: automobilis, kuris iš pradžių elgėsi kaip priekinės pavaros transporto priemonė (stumiant plačiai priekyje), galėjo staiga persijungti į galinę elgseną, kai įsijungdavo visko-sankaba, nustebindamas vairuotojus. Japonų gamintojai nagrinėjo įvairius sprendimus, įskaitant kelių visko-sankabų montavimą — kai kurie modeliai, pavyzdžiui, 1988 metų „Nissan Sunny/Pulsar”, naudojo tris: vieną galinei pavarą įjungti ir po vieną kiekvienam tarpratiniam diferencalui užrakinti. „Mazda Concerto 4WD” žengė dar toliau, naudodamas visko-sankabas vietoj tiek tarpašinio, tiek galinės ašies tarpratinio diferencalų.

Kitas evoliucinis žingsnis pakeitė visko-sankabą elektroniškai valdoma hidrauline daugiasluoksnė sankaba — daug greitesniu ir tiksliau valdomo įrenginiu. „Haldex” sankaba, pakeitusi visko-sankabą „Volkswagen Golf IV” ir jo platformos šeimoje, yra žinomiausias šios technologijos pavyzdys. Štai kaip ji veikia:

• Kampiniai kaminiai elementai nustato bet kokį sukimosi greičio skirtumą tarp priekinių ir galinių velenų
• Ant kaminių paviršių sėdintys rutuliai stumia stūmoklius žiediniuose cilindruose, pumpuojant hidraulinį skystį
• Skysčio slėgis suspaudžia daugiasluoksnį sankabų paketą, perkeliant sukimo momentą į galinę ašį
• Solenoidinis vožtuvas, valdomas transporto priemonės elektronikos, gali bet kuriuo metu sumažinti slėgį — leidžiant be galo kintamą sukimo momento paskirstymą

Šiandien dauguma VRP keleivinių automobilių ir krosoverių naudoja kažkokį šios elektroniškai valdomo sankabos architektūros variantą — ar tai būtų „Haldex” ant „Volkswagen Group” transporto priemonių, „Honda VTM-4″ ar BMW „xDrive”. Šiuolaikinių sankabų sistemų greitis sumažino įsijungimo delą iki taško, kur jis yra nejaučiamas įprastiniu vairavimu. Valdymo programinės įrangos derinimas dabar svarbiau nei pati aparatūra: „Golf 4Motion” ir „Audi A3 Quattro” naudoja mechaniškai identiškas transmisijas, tačiau skirtinga programinė įranga suteikia „Volkswagen” simetrinį sukimo momento paskirstymą, o „Audi” kalibravimas siunčia 60% sukimo momento į priekį, suteikiant labiau pažįstamą priekinės pavaros pobūdį.

Šiuolaikinės VRP technologijos: kuri sistema geriausia?

Dalinio laiko visų ratų pavaros sistemos su rankiniu antros ašies įjungimu laimingai dingo iš keleivinių automobilių. Likusios architektūros turi savo privalumų:

• Nuolatinė VRP su savaiminio blokavimo tarpašiniu diferencalu (visko-sankaba kaip „Subaru”, mechaninė „Torsen” kaip „Audi A4/A6/A8 Quattro” ir „Volkswagen Phaeton”, arba elektroniškai valdoma sankaba kaip „Mitsubishi Lancer Evo”): pačios rafinuotiausios ir labiausiai atlyginančios sistemos, galinčios tikrai pagerinti valdymą tiek kelyje, tiek trasoje, kai tinkamai sukonfigūruotos.
• Nuolatinė VRP su atviru tarpašiniu diferencalu (kaip „Mercedes-Benz 4Matic”): remiasi antisukinėjimosi elektronika, siekdama kompensuoti savaiminio blokavimo trūkumą. Efektyvi kelyje, bet mechaniškai mažiau iniciatyvi.
• Dalinio laiko galinė pavara per valdomą sankabą (kaip „Haldex” ant „Volvo”, „Saab” ir įvairių „Volkswagen Group” krosoverių): dažniausias išdėstymas šiuolaikiniuose krosoveriuose — ekonomiškas, lengvas ir vis labiau pajėgus dėl greitesnės elektronikos.

Dominuojanti pažangios VRP tendencija yra sukimo momento vektoriavimas — ne tik sukimo momento paskirstymas tarp priekinės ir galinės ašių, bet ir aktyvus jo keitimas tarp kairiojo ir dešiniojo ratų ašyje. „Mitsubishi Lancer Evolution X” atstovauja aukščiausiam technologijų lygiui: jo S-AWC sistema derina elektroniškai valdomą centrinį diferencalą (ACD) su aktyvaus sukimo valdymo (AYC) galiniu diferencalu, galinčiu nepriklausomai perkelti sukimo momentą tarp galinių ratų. Papildomi krumpliaračių rinkiniai gali keisti sukimo momento balansą proaktyviai, prieš prarandant sukibimą, o ne reaktyviai, kai ratų slydimas jau prasidėjo.

Praktiškai realaus pasaulio valdymo skirtumai tarp šiuolaikinių VRP sistemų toliau siaurėja, nes valdymo elektronika tampa sudėtingesnė. Gerai sukonfigūruota „Haldex” pagrindu veikianti sistema krosoveryje gali suteikti stabilumą, kuris prieš kartą būtų atrodęs nepaprastas iš mechaninio „Torsen” diferencalo. Tai, galiausiai, yra technologijos kryptis — ir galutinis taškas gali būti elektrinis automobilis su keturiais atskirais ratų varikliais, kiekvienas tiekiantis tiksliai valdomą sukimo momentą be jokio mechaninio pavaros mechanizmo.

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