Бүх дугуйн хөтлөгчийн тайлбар: Түүх, технологи ба AWD систем хэрхэн ажилладаг тухай

Энэ нийтлэл анх “Бүх дугуйн хөтлөгчийн талаар та мэдэхийг хүсэж байсан ч хэнээс асуухаа мэдэхгүй байсан бүх зүйл” гэх мэт энгийн техникийн гарын авлага болж эхэлсэн юм. Бид нээлттэй дифференциал нь вискомуфт буюу Haldex төрлийн төхөөрөмжөөс юугаараа ялгаатай, өөрөө түгждэг дифференциал яг юу хийдэг, энэ бүхэн яагаад чухал болохыг тайлбарлахаар төлөвлөж байлаа. Гэтэл түүхийг улам гүн ухах тусам бид улам бүр гайхаж эхлэв. Байнгын бүх дугуйн хөтлөгчтэй анхны суудлын автомашин зуу гаруй жилийн өмнө Нидерланд улсад бүтээгдсэн нь тогтоогдсон. Мөн 1935 онд дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй америк уралдааны машин дэлхийн түүхийн урсгалыг өөрчлөхөд гайхалтай ойртож байсан байна.

Суудлын автомашинд яагаад бүх дугуйн хөтлөгч хэрэгтэй вэ? 21-р зуунд хариулт нь тодорхой мэт санагдана: илүү сайн зүтгэх хүч, гулгамтгай гадаргуу дээр дугуй гулсах нь багасна, мөн хүчдэл өгөх үед удирдлага сайжирна. Хөтлөгддөг дөрвөн дугуй нь хоёроос зүгээр л дээр. Гэвч хүн төрөлхтөн энэхүү энгийн үнэн дээр үндэслэн ажиллахад гайхмаар их хугацаа зарцуулсан. Аль ч автомашины түүхч танд массын зах зээлийн суудлын автомашины хувьд бүх дугуйн хөтлөгчийн эрин үе 1980 онд Audi Quattro-той хамт эхэлсэн гэж хэлнэ. Мөн тэд ховор урьдач загваруудыг дурдаж магадгүй — 1966 оны Британийн супер машин Jensen FF болон 1972 оны Subaru Leone 4WD. Гэхдээ жинхэнэ мэргэжилтэн анхны дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Subaru машинууд огт байнгын AWD систем биш — тэдгээр нь түр зуурын (part-time) байсныг хурдан тэмдэглэх болно. Доор тайлбарлах ёсоор энэ нь маш чухал ялгаа юм.

Түр зуурын 4WD: Завсрын шийдэл

Нэг тэнхлэгт түр зуур хөтлөгч холбогдох нь буулт хийсэн шийдэл бөгөөд замын машинуудын хувьд тийм ч дэгжин шийдэл биш юм. “Part-Time 4WD” гэдэг нэр томьёо нь жийп болон замын бус ачааны машинуудын ертөнцөөс гаралтай. Энэ тохиргоонд нэг тэнхлэг байнга хөтөлж, нөгөө нь шаардлагатай үед хатуу холбогддог — гэхдээ энэ хатуу холболтыг зөвхөн замын бус нөхцөлд ашиглаж болно. Хатуу хучилттай гадаргуу дээр түр зуурын системийг бүрэн салгах ёстой. Шалтгаан нь:

• Машин эргэх үед урд дугуйнууд хойд дугуйнаас илүү урт нумаар явдаг тул илүү хурдан эргэлдэх ёстой.
• Хатуу холбогдсон бүх дугуйн хөтлөгчтэй үед урд дугуйнуудын зүтгэх хүч буурч, хойд талын момент нэмэгддэг.
• Зарим тохиолдолд урд дугуйнууд хөтлөх хүчний оронд тоормослох хүч үүсгэж болох ба энэ нь эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж, машиныг жолоодоход хүндрэлтэй болгодог.
• Шавар, цас зэрэг сул гадаргуу дээр энэ нөлөө нь зохицуулагдах боловч хатуу хучилт дээр хөтлөгчийн системийг хүчтэй чангалж, удирдлагын асуудал үүсгэдэг.

Машин эргэлт хийх үед дугуй бүр өөрийн нумаар явж, өөр өөр хурдтай эргэлдэх ёстой. Тийм учраас байнгын бүх дугуйн хөтлөгчийн системд гурван дифференциал шаардлагатай: хоёр дугуй хоорондын дифференциал (тэнхлэг тус бүрд нэг) болон хоёр хөтлөгддөг тэнхлэгийг бие биеэсээ хамааралгүй эргэлдэх боломжийг олгох нэг тэнхлэг хоорондын дифференциал.

Эдгээр дутагдалтай талуудыг үл харгалзан хатуу холбогдсон бүх дугуйн хөтлөгч зарим замын тээврийн хэрэгсэлд гарч ирсэн — гэхдээ тэдгээр нь шинж чанараараа замын бус ачааны машинд илүү ойр байв. Жишээ нь ЗХУ-д зургаан цилиндртэй хөдөлгүүртэй, түр зуурын урд тэнхлэгтэй дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй ГАЗ-61 “Эмка” седан 1938 онд бага хэмжээний цуврал үйлдвэрлэлд орсон. Дайны дараа үүнтэй төстэй хөтлөгчийн систем ГАЗ-М72 “Победа”-гийн замын бус хувилбар болон Москвич-410-д гарч ирсэн. 1972 оны Subaru Leone 4WD ч мөн адил логикийг баримталсан: энэ нь стандарт урд дугуйн хөтлөгчтэй Subaru-нуудаас илүү өндөр суудалтай, гар аргаар холбогддог хойд тэнхлэгтэй, замын бус хэрэглээнд зориулагдсан байв.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) нь гар аргаар холбогддог хойд тэнхлэгтэй, урд дугуйн хөтлөгчтэй платформоос хувиргасан дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй загвар байв. Гол үзүүлэлтүүд нь:

• Хөдөлгүүрийн сонголт: 1.4 литр (72 морины хүч) эсвэл 1.6 литр (80 морины хүч)
• Их биеийн төрөл: универсал, седан, болон пикап ачааны машин
• Хойд дугуйн хөтлөгч холбогдох: механик хурдны хайрцагтай машинд гар аргаар; автоматтай машинд олон дискт үрэлтийн муфтаар автоматаар
• Энэ түр зуурын тогтолцоо нь бүх дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Subaru-нууд дээр 1989 он хүртэл үргэлжилсэн

Түр зуурын бүх дугуйн хөтлөгчийн гол асуудал нь ихэнх машин ихэнх цагаа өнгөрөөдөг хатуу хучилттай замууд дээр ашиггүй байдагт оршино — гэсэн ч машин нь хуваарилах хайрцаг, хоёр дахь кардан ам, хоёрдогч тэнхлэгийн угсралтын нэмэлт жинг байнга үүрэх ёстой болдог. Гэтэл түр зуурын системийг байнгын болгож хувиргахад ердөө нэг нэмэлт эд анги шаардлагатай: хуваарилах хайрцаг доторх тэнхлэг хоорондын дифференциал.

Байнгын бүх дугуйн хөтлөгч: Хэрхэн ажилладаг ба яагаад чухал вэ

Тэнхлэг хоорондын дифференциал нь байнгын бүх дугуйн хөтлөгчийн түлхүүр юм. Хоёр дугуй хоорондын дифференциал — тэнхлэг тус бүрд нэг — нь эргэлт хийх үед тэнхлэг тус бүрийн зүүн, баруун дугуйг өөр өөр хурдтай эргэлдэх боломжийг олгодог. Тэнхлэг хоорондын дифференциал нь урд, хойд тэнхлэгийн хооронд яг ийм ажлыг гүйцэтгэдэг. Гурван дифференциалаар бүрэн тоноглогдсон машин нь хөтлөгчийн системийг чангалах болон удирдлагын торгуульгүйгээр аливаа замын гадаргуу дээр байнгын бүх дугуйн хөтлөгчөөр явж чадна.

Онолын хувьд энгийн — гэвч 1980-аад оны эхэн үе хүртэл автомашины салбарын гол урсгал нь байнгын AWD-г замын машинуудад шаардлагагүй гэж үздэг байв. Хуурай хатуу хучилт дээр хоёр дахь хос дугуй болон холбогдох бүх хөтлөгчийн эд ангиудыг байнга эргүүлэх нь дуу чимээ нэмж, түлш үрдэг гэж нийтлэг үздэг байлаа. Audi Quattro энэ сэтгэлгээг бүрмөсөн өөрчилсөн. Хөдөлгүүрийн моментыг бүх цагт дөрвөн дугуйд хуваарилснаар байнгын AWD систем нь:

• Эргэлтэд хажуугийн хүчийг даахад зориулсан илүү том атгалтын нөөцийг үлдээдэг
• Эргэлтийн дунд хурдсах буюу тоормослоход тогтвортой байдлыг ихээхэн сайжруулдаг
• Хурдатгал өгснөөс үүдэн гэнэт илүү эргэлт (oversteer) буюу дутуу эргэлт (understeer) үүсэх эрсдэлийг бууруулдаг

1980-аад оны сүүл үеийн Audi 80 Quattro нь энэ бүтэц хэр төгөлдөржсөнийг харуулдаг. Quattro архитектур нь өрсөлдөгч Ferguson Formula дамжуулгаас илүү нягт юм. 1984 оноос Audi нь Torsen өөрөө түгждэг дифференциалыг нэвтрүүлсэн — энэ нь дугуйн хурдны зөрүүд биш, харин гаралтын ам бүр дээрх моментын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлдэг цэвэр механик төхөөрөмж юм. Вискомуфт дээр суурилсан дифференциалын түгжээнээс ялгаатай нь Torsen зөвхөн зүтгэх хүчний үед түгждэг бөгөөд тоормослох үед түгждэггүй тул ABS системтэй бүрэн нийцэж, удаашрах үед тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.

Range Rover (1970) болон оросын Lada Niva (1976) нь тэнхлэг хоорондын дифференциалтай анхны цувралаар үйлдвэрлэгдсэн тээврийн хэрэгсэл гэж нийтээр тооцогддогийг тэмдэглэх нь зүйтэй — гэхдээ хоёулаа замын бус ангилалд тууштай хамаардаг. Audi Quattro нь тусгайлан суудлын автомашины дотроос анхдагч цолыг хүртдэг.

Дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй анхны уралдааны машинууд: Spyker-ээс Bugatti хүртэл

Quattro-гийн эрин үеэс өмнө уралдааны машины зураг төслийн инженерүүд байнгын бүх дугуйн хөтлөгчийг судалж байсан уу? Хариулт нь тодорхой тийм — энэ түүх ихэнх хүний төсөөлдгөөс хамаагүй эртэнд ордог.

Ferdinand Porsche-гийн дайны дараах анхны төсөл нь дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй уралдааны машин байсан: дунд байрлалтай хөдөлгүүр болон 1.5 литрийн арван хоёр цилиндртэй хөдөлгүүртэй Cisitalia 360. Гэвч түүний урд дугуйн хөтлөгч нь түр зуурынх байсан — жолооч үүнийг зөвхөн замын шулуун хэсэгт холбож, эргэлтийн өмнө хойд дугуйн хөтлөгч рүү шилждэг байв.

Гэвч Porsche үнэндээ дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй тээврийн хэрэгслийг хамаагүй эрт бүтээж байжээ: 1900 он хүртэл ухарч очдог, дугуй бүрд тусдаа дөрвөн моторт цахилгаан машин. Гэхдээ автомашины түүхчдийн хувьд жинхэнэ цочирдол бол Голландын үйлдвэрлэгч Spyker-ийн бүтээсэн 1902 оны уралдааны машин юм. Бүр тоормосыг зөвхөн хойд дугуйд суурилуулдаг байсан тэр үед энэ машин нь жинхэнэ байнгын бүх дугуйн хөтлөгчтэй — тэнхлэг хоорондын дифференциалтайгаа бүрэн байсан.

Spyker компанийг 1880 онд Spijker ах дүүс морин тэрэг үйлдвэрлэгчээр байгуулсан. Тэдний анхны машин 1900 онд гарч, хоёр жилийн дараа Бельги дизайнер Joseph Valentin Laviolette-тэй хамтран дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Spyker 60 HP уралдааны машиныг (1902–1907) бүтээжээ. Түүний техникийн үзүүлэлт нь тухайн эрин үеийн хувьд гайхалтай дэвшилтэт байв:

• Гурван дифференциал — тэнхлэг хоорондын болон дугуй хоорондын хоёул
• Тусдаа гурван тоормосны механизм — хойд хоёр дугуйд хоёр, урд кардан ам дээр нэг
• Хэдэн арван жилийн турш үзэл баримтлалын хувьд давтагдашгүй байсан дөрвөн дугуйн хөтлөгчийн систем

Иймээс байнгын дөрвөн дугуйн хөтлөгчийн үзэл баримтлал нь зуу гаруй жилийн настай юм. Дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Spyker олон тоогоор үйлдвэрлэгдээгүй — тэдгээр нь хэт үнэтэй байсан бөгөөд уралдаанд төдийлөн амжилт олж чадаагүй. 1930-аад оны эхээр илүү амбицтай хоёр AWD уралдааны төсөл дагасан: Bugatti Tipo 53 болон Miller FWD.

Bugatti Tipo 53 төсөл нь Fiat-ийн инженер Antonio Pichetto-гоос гаралтай бөгөөд тэрээр 1930 онд Ettore Bugatti-д энэ санааг дэвшүүлсэн юм. 1932 онд гурван машин бэлэн болж, тус бүр нь дараах онцлогтой байв:

• 300 морины хүчтэй цэнэглэгчтэй (supercharged) дараалсан найман цилиндртэй хөдөлгүүр
• Гурван дифференциалтай байнгын бүх дугуйн хөтлөгч
• Тусдаа суурилуулсан хурдны хайрцагтай нэгтгэсэн хуваарилах хайрцаг болон тэнхлэг хоорондын дифференциал
• Машины зүүн талд байрлуулсан хоёр тэнхлэгийн кардан ам
• Bugatti-гийн хувьд ер бусын — хөндлөн пүршин дээрх бие даасан урд дүүжин

Хайрга чулуутай эргэлтэд тухайн үеийн хойд дугуйн хөтлөгчтэй машинуудыг гүйцэж байсан ч Tipo 53 нь урд кардан амандаа тогтмол хурдны (constant-velocity) холбоосын оронд стандарт Карданы холбоос ашигласан тул жолоодлогын хэт их хүч шаардаж байв. Гурван машин 1935 он хүртэл өрсөлдөж байлаа.

Miller FWD нь хэсэгчлэн америк дизайнер Harry Miller-ийн задлан шинжлэхээр тусгайлан худалдаж авсан урд дугуйн хөтлөгчтэй Bugatti-г судалснаас үүдэлтэй. Bugatti-гийн арга барилаас санаа авч, Miller өөрийн дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй явах эд ангийг FWD ачааны машины компанийн ивээн тэтгэлгээр боловсруулжээ. Дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Miller-уудын нэг нь 1934 оны Indianapolis 500 уралдааныг тэргүүлж байгаад механик асуудлаас болж ес дэх байрт зогссон.

Эдгээр машинууд нь автомашины түүхэн дэх хамгийн хачирхалтай “хэрэв ийм байсан бол” мөчүүдийн нэгтэй холбоотой. 1935 онд Берлин дэх AVUS трасс дээр болсон уралдааны үеэр дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Miller гурав дахь байранд явж байтал дараалсан найман цилиндртэй хөдөлгүүр нь сүйрлийн байдлаар эвдэрч, хог хаягдал үзэгчдийн суудал руу нисэв. Тэр өдөр Адольф Гитлер суудалд байсан. Хэрэв жижигхэн хэлтэрхий ч түүнд хүрсэн бол Дэлхийн хоёрдугаар дайн — болон дэлхийн түүхийн урсгал — огт өөр болж байсан байж магадгүй юм.

Ferguson Formula: Бүх зүйлийг өөрчилсөн AWD систем

Бүх дугуйн хөтлөгчийн түүхийн дараагийн чухал бүлгийг ойлгохын тулд нээлттэй тэнхлэг хоорондын дифференциалын үндсэн хязгаарлалтыг дахин эргэн харах нь тустай. Нээлттэй дифференциал нь нэг тэнхлэгийг чөлөөтэй эргэлдэх боломжийг олгож, нөгөөд нь момент дамжуулдаггүй. Хэрэв хойд дугуйнууд атгалтаа бүрэн алдвал хойд дугуйнууд эргэлдэж байхад урд дугуйнууд хөдөлгөөнгүй хэвээр үлдэж болно — дифференциал үүнээс сэргийлэхийн тулд юу ч хийдэггүй.

Жийпэнд боловсруулсан шийдэл нь идэвхтэй түгжээ байв: жолооч дифференциалын араануудыг хатуу түгждэг механизмыг гар аргаар холбож, дифференциалын хөтлөлтийг бат бөх холболт болгон хувиргадаг. Энэ аргыг анхны Range Rover, Lada Niva, болон бусад олон замын бус тээврийн хэрэгсэлд ашигласан — үүнд 1984 он хүртэл жолооч төв дифференциалыг гар аргаар түгжихийг шаарддаг анхны үеийн Audi Quattro ч багтсан. Гэвч гар аргаар түгжих нь бас нэг буулт юм: үүнийг хатуу гадаргуу дээр салгах ёстой бөгөөд гулгамтгай зам дээр гэнэт дугуй гулсаж эхэлбэл ямар ч хамгаалалт өгдөггүй.

Анхны автомат өөрөө түгждэг тэнхлэг хоорондын дифференциал нь Британийн уралдаанчин жолооч, инженер Tony Rolt-ийн бүтээл байв. Найз, мөн уралдаанчин нөхөр Fred Dixon-ийн хамт Rolt дайны өмнө Rolt/Dixon Developments цехийг ажиллуулж байжээ. Дараа нь хоёулаа байнгын бүх дугуйн хөтлөгчийн боломжид сэтгэл татагдсан. “Crab” нэртэй туршилтын дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй туршилтын суурийг бүтээсний дараа тэд 1950 онд амжилттай трактор үйлдвэрлэгч Harry Ferguson-той хүчээ нэгтгэн Harry Ferguson Research-ийг байгуулсан.

Ferguson-ийн алсын хараа нь уралдааны машин биш, харин жинхэнэ аюулгүй замын машин байв: дугуй нь хурдатгал өгөхөд гулсахгүй, тоормослоход түгжрэхгүй машин. Rolt, Dixon хоёр ийм машиныг бүхэлд нь шинээр зохион бүтээхээр шийдсэн — их бие, дамжуулга, хөтлөгчийн систем хүртэл. Туршлагатай дизайнер Claude Hill (өмнө нь Aston Martin-д ажиллаж байсан)-ийг ерөнхий инженерээр томилсноор туршилтын Ferguson R4 седан зургаан жилийн хөгжүүлэлтийн дараа бэлэн болсон. Түүний техникийн үзүүлэлт нь 1956 оны хувьд гайхалтай байв:

• Өөрөө түгждэг тэнхлэг хоорондын дифференциалтай байнгын бүх дугуйн хөтлөгч
• Хавтгай дөрвөн цилиндртэй (flat-four) хөдөлгүүр
• Бүх дөрвөн дугуй дээрх дискэн тоормос
• Нисэхийн салбараас сэдэвлэсэн Dunlop MaxaRet электромеханик тоормосны түгжрэлээс хамгаалах систем

Ferguson Formula дамжуулгын зүрх нь хуваарилах хайрцаг доторх авъяаслаг өөрөө түгждэг механизм байв. Дифференциалаас гадна тус төхөөрөмжид нэмэлт араа, хоёр бөмбөлөгт чөлөөтэй эргэх (overrunning) муфт, болон хоёр багц үрэлтийн диск багтсан байв. Хэвийн нөхцөлд эдгээр элементүүд чимээгүйхэн сул эргэлдэнэ. Гэвч нэг тэнхлэгийн дугуй гулсаж эхлэх үед — гаралтын амны хурдны зөрүү үүсгэх — муфтуудын нэг нь холбогдож, үрэлтийн багцаа дифференциалын араануудад шахаж, дифференциалын хөтлөлтийг шууд бат бөх холболт болгон хувиргадаг.

Хоёр дахь туршилтын загвар болох 1962 оны Ferguson R5 универсал нь бүр ч чадварлаг байв. Autocar сэтгүүлийн туршигчид энэ нь бараг боломжгүй мэт санагдах хурдан дээр атгалтын хязгаарт хүрч байсныг тэмдэглэжээ. Гэсэн ч ямар ч үйлдвэрлэгч Ferguson-ийг үйлдвэрлэлд оруулахыг зөвшөөрөөгүй — нийлмэл байдал болон өртөг хэт өндөр байв. Гэвч 1962 онд Tony Rolt нь Jensen Cars-ийн удирдлагыг 300 морины хүчтэй Chrysler V8 хөдөлгүүртэй удахгүй гарах CV8 купед зориулж Ferguson Formula дамжуулгыг тохируулахыг ятгасан. Гурван жилийн дараа туршилтын дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Jensen CV8 FF бэлэн болсон.

1966 онд Jensen Interceptor нь CV8-ыг орлож — стандарт хойд дугуйн хөтлөгчтэй купетэй зэрэгцэн Jensen нь нэвтэрхий “FF” тэмдэгтэй бүх дугуйн хөтлөгчтэй хувилбарыг санал болгосон. Jensen FF нь өөрөө түгждэг тэнхлэг хоорондын дифференциалыг ABS-тэй хослуулсан дэлхийн анхны цуврал машин болсон. “FF” нэр нь “Formula Ferguson” гэсэн үг юм. Гол үзүүлэлтүүд нь:

• 325 морины хүч гаргадаг 6.3 литрийн Chrysler V8 big-block хөдөлгүүр
• Гурван шатлалт TorqueFlite автомат эсвэл дөрвөн шатлалт механик хурдны хайрцаг
• Тэгш бус момент хуваарилалт: хойд тэнхлэгт 63%, урдад 37% — хойд дугуйн хөтлөгчийн удирдлагын шинж чанарыг хадгалахын тулд
• Нэг сувгийн Dunlop MaxaRet ABS
• Шүд-тавиурт (rack-and-pinion) хүчитгэлтэй жолоодлого болон бүх дугуйд дискэн тоормос
• Дээд хурд 212 км/ц; 0–100 км/ц-д 7.7 секунд; жин ойролцоогоор 1,800 кг
• 1968 оны Их Британи дахь үнэ: ойролцоогоор £6,000 — хамгийн хямд Rolls-Royce-тэй ижил
• Нийт үйлдвэрлэл: 318 машин (1966–1971)

Тухайн үеийн автомашины сэтгүүлч бүр Jensen FF-ийн онцгой тогтвортой байдал болон тэдний “нойтон асфальт дээрх бараг хязгааргүй зүтгэх хүчний нөөц” гэж тодорхойлсон зүйлийг магтаж байв. Харамсалтай нь Harry Ferguson өөрөө Jensen FF-ийг хэзээ ч хараагүй — тэрээр 1960 онд таалал төгссөн.

Яагаад Ferguson Formula-д ийм их цаг зарцуулав? Учир нь Harry Ferguson Research нь дэлхийн хаана ч бүх дугуйн хөтлөгчийг зөвхөн замын бус зүтгэх хүчний асуудлын шийдэл бус, харин гол төлөв идэвхтэй аюулгүй байдлын хэрэгсэл болгон үзсэн анхны байгууллага байсан юм. Тэгш бус момент хуваарилалт нь тэгш хэмтэй AWD системийг зовоодог урьдчилан таамаглах боломжгүй байдлаас зайлсхийх зориудын сонголт байв. Хойд дугуйн хөтлөгчтэй машинд гулгамтгай эргэлтэд хэт их хүчдэл өгөх нь урьдчилан таамаглах боломжтой илүү эргэлт (oversteer) үүсгэдэг. Урд дугуйн хөтлөгчтэй машинд энэ нь урьдчилан таамаглах боломжтой дутуу эргэлт (understeer) үүсгэдэг. Тэгш хэмтэй AWD машинд хариу үйлдэл нь аль тэнхлэг хамгийн муу атгалттай байгаагаас хамаардаг — энэ нь хоёрдмол утгатай, аюултай байж болно. Ferguson Formula нь моментыг хойд тал руу хазайлгаснаар Jensen FF-д ихэнх нөхцөлд бараг урьдчилан таамаглах боломжтой хойд хөтлөгчийн удирдлага өгсөн.

Вискомуфтийн зохион бүтээлт

Ferguson Formula-гийн өөрөө түгждэг механизм нэг чухал хязгаарлалттай байв: түүний чөлөөтэй эргэх муфтууд хоёртын, асаалт-унтраалттай байдлаар ажилладаг байв. Нээлттэй дифференциалаас бүрэн түгжээ рүү шилжих нь шууд явагддаг тул холболтын мөчид өөрийн гэсэн удирдлагын хоёрдмол байдлыг үүсгэж болзошгүй. Дифференциалын түгжээний зэргийг жигд, дэвшилттэйгээр өөрчилж чадах механизм хэрэгтэй байв.

1960-аад оны сүүлээр Tony Rolt болон Derek Gardner — хожим Tyrrell-ийн Formula 1 машинуудын ерөнхий дизайнер — зунгааралтат сэнсний хөтлөгч холбоост ашигладаг силиконон шингэнтэй туршилт хийж эхэлсэн. Үр дүн нь вискомуфт болсон: гаралтын ам тус бүрд холбогдсон үрэлтийн дискийн ээлжлэн солигдсон багцыг агуулсан, силиконон шингэнээр дүүргэсэн цилиндр хэлбэртэй сав.

Энэ нь хэрхэн ажилладгийг доор үзүүлэв:

• Хэвийн нөхцөлд бүх дугуй ойролцоо хурдтай эргэлдэх үед дискийн багцууд бие биеэсээ бараг хөдөлдөггүй бөгөөд муфт дифференциалд нөлөөлдөггүй.
• Нэг тэнхлэг гулсаж эхлэхэд түүний гаралтын ам илүү хурдан эргэлдэж, дискийн багцуудыг бие биеэ харьцангуй эргүүлж, силиконон шингэнийг шахаж шахдаг.
• Энэ шахалт нь муфт доторх температур, даралтыг нэмэгдүүлж, шингэний зунгааралтыг эрс өсгөдөг.
• Зунгааралтын энэ өсөлт нь дискүүдийг бие биедээ үрэлдэхэд хүргэж, илүү хурдан эргэлдэж буй амыг дэвшилттэйгээр тоормослож, дифференциалыг хэсэгчлэн буюу бүрэн түгждэг.

Вискомуфтийг патентжуулсны дараа Tony Rolt бүх дугуйн хөтлөгчийн дамжуулгыг арилжааны зорилгоор нийлүүлэхээр 1971 онд FF Developments (FFD)-ийг байгуулсан. Анхны төслүүдэд Британийн ойн аж ахуйн албанд зориулсан дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Bedford ачааны машинууд, нэг багц Ford Zephyr FF цагдаагийн машин, болон Берлин дэх Британийн цэргийн төлөөлөгчдөд зориулсан Opel Senator 4×4 седанууд багтсан.

FFD-ийн хамгийн чухал үйлдвэрлэлийн амжилт нь AMC Eagle (1979–1988)-д зориулсан дамжуулга байв — энэ нь том дугуй болон 75 мм-ийн их биеийн өргөлттэй, өндөрсгөсөн, бүх дугуйн хөтлөгчтэй AMC Concord седаны хувилбар юм. AMC Eagle нь вискомуфтаар түгждэг тэнхлэг хоорондын дифференциал ашигласан дэлхийн анхны цуврал машин болсон. Хүчирхэг машин гэхээсээ илүү зөөлөн замын бус машинаар бүтээгдсэн ч түүний дамжуулгын архитектур нь хэзээ ч бүтээгдсэн хамгийн алдартай хүчирхэг AWD машинуудын зарим нь — үүнд анхны үеийн Subaru Impreza WRX болон Mitsubishi Lancer Evolution багтсан — шууд өвөг дээдэс нь болсон.

Өөрөө түгждэг дифференциал: Torsen-оос электрон удирдлага хүртэл

Audi Quattro 1981 онд үйлдвэрлэлд орох үед — AMC Eagle гарснаас хойш хоёр жилийн дараа — энэ нь гар аргаар ажилладаг идэвхтэй түгжээтэй ердийн нээлттэй тэнхлэг хоорондын дифференциал ашигласан. Audi-гийн шийдлийн дэгжин байдал нь зохион байгуулалтад нь оршино: уртаашаа суурилуулсан хөдөлгүүр нь хойд тэнхлэг рүү шууд чиглэж, тэнхлэг хоорондын дифференциалыг хурдны хайрцагт шууд нэгтгэсэн. Хурдны хайрцгийн хоёрдогч амыг хөндий хийж, урд кардан амыг түүгээр дамжуулсан. Ferdinand Piëch-ийн баг урд, хойдын хооронд тэгш хэмтэй 50:50 момент хуваарилалтыг сонгосон.

1984 онд Audi-гийн кабинаас гар дифференциалын түгжээний хөшүүргүүд эцэст нь алга болж, Torsen (TORque SENsing) өөрөө түгждэг дифференциалаар солигдсон. Torsen нь хэд хэдэн гол давуу талтай:

• Энэ нь бүхэлдээ механик — электроник, шингэн, эсвэл жолоочийн оролт шаардлагагүй
• Хурдны зөрүү биш, гаралтын ам дээрх моментын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлдэг тул дугуй гулсаж эхлэхээс өмнө хариу үйлдэл үзүүлж чаддаг
• Вискомуфтаас ялгаатай нь зөвхөн зүтгэх хүчний үед түгждэг, тоормослоход түгждэггүй тул ABS-тэй бүрэн нийцдэг
• Түгжих, тайлах нь жигд, тасралтгүй бөгөөд хоёртын шилжилтгүй

Torsen-ий хүчирхэг машинуудад удирдлага, тогтвортой байдлын сайжруулалтыг өгөх батлагдсан чадвар нь хожим машин шиг динамик хайж буй жийпийн инженерүүдийг татсан. Өнөөдөр үүнийг Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne, болон Toyota Land Cruiser Prado зэрэг тээврийн хэрэгслийн дамжуулгад ашиглаж байна.

1980-аад онд Audi Quattro-гийн ралли дахь давамгайлал нь Group B-ийн өрсөлдөгчдийн дунд бүх дугуйн хөтлөгчийн зэвсгийн уралдааныг өдөөсөн. Хэдхэн улирлын дотор дараах дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй ралли машинууд бүгд гарч ирсэн — тус бүр нь өөрөө түгждэг дифференциалд FFD-ийн вискомуфт технологийг ашигласан:

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

Tony-гийн хүү Stuart Rolt энэ хугацаанд FFD-ийн ралли багуудтай харилцах харилцааг удирдаж байв.

1990-ээд оны эхээр Орос дахь АЗЛК үйлдвэр ч мөн Москвич 2141-ийн бүх дугуйн хөтлөгчтэй ралли хувилбарыг боловсруулахаар FFD рүү хандсан. Ford RS200-той ижил гурван дифференциалын бүтцийг ашигласан туршилтын дөрвөн дугуйн хөтлөгчтэй Москвич нь хэт хүнд нөхцөлд гайхалтай урьдчилан таамаглах боломжтой удирдлагад хүрсэн. Туршилтаар нэг чухал зарчмыг илрүүлсэн: вискомуфт тус бүрийн түгжих хатуулгийг тус тусад нь тохируулснаар инженерүүд машины удирдлагын тэнцвэрийг өргөн хүрээнд тааруулж чаддаг:

• Хойд дугуй хоорондын дифференциал илүү хатуу → илүү эргэлт (oversteer) рүү хандлагатай
• Урд буюу тэнхлэг хоорондын дифференциал илүү хатуу → илүү дутуу эргэлт (understeer) болон тогтвортой байдал

Энэхүү тааруулах боломж нь орчин үеийн WRC ралли машинууд яагаад бүх гурван дифференциалд идэвхгүй вискомуфтийн оронд электрон удирдлагатай олон дискт муфтийн багц ашиглах болсны шалтгаан юм. Гидравлик хөтлүүр болон бортын компьютер дифференциал тус бүрийн түгжээг бодит цаг хугацаанд өөрчилж чаддаг — эргэлтэд орохдоо муфтуудыг суллаж машиныг чөлөөтэй эргэх боломжийг олгож, дараа нь жолооч шулуун зам руу хурдатгал өгөхөд тэдгээрийг дэвшилттэйгээр чангалж, дутуу эргэлтээс зайлсхийхийн зэрэгцээ зүтгэх хүчийг хамгийн их болгодог.

Хоёр үйлдвэрлэгч замын машинд электрон удирдлагатай дифференциалыг анхдагчаар нэвтрүүлсэн:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Электрон удирдлагатай гурван муфт нь нөхцөлийн дагуу урд тэнхлэгийг дараалан холбож, дараа нь тэнхлэг хоорондын дифференциалыг түгжиж, дараа нь хойд дифференциалыг түгждэг байв. Систем нь үр дүнтэй боловч хэт нийлмэл байсан бөгөөд сул гадаргуу дээр электроник нь урд дугуйнуудыг мэдэгдэхүйц холбож, салгахад хүргэж болзошгүй байв.
• Porsche 959 (1986): Жолоочийн сонгож болох дөрвөн горимд ажилладаг электрон удирдлагатай хоёр муфт. Porsche 959-ийн систем нь илүү боловсронгуй бөгөөд өндөр хүчин чадлын хэрэглээнд илүү тохиромжтой байв.

Дифференциалыг орлох нь: Haldex ба хялбаршуулсан AWD систем

Ралли инженерүүд өөрөө түгждэг дифференциалыг хязгаар хүртэл нь түлхэж байх хооронд массын зах зээлийн суудлын автомашины дизайнерууд эсрэг чиглэлд явсан — тэнхлэг хоорондын дифференциалыг бүрэн арилгаж, түүний оронд зөвхөн вискомуфт суурилуулсан. 1985 оны Volkswagen Golf II Syncro нь энэ аргыг ашигласан анхны европ суудлын автомашин байв. Дамжуулгыг 1969 онд FFD-ийг худалдан авсан GKN-ийн инженерүүд боловсруулсан.

Хялбаршуулсан вискомуфтийн бүтэц нь массын зах зээлийн үйлдвэрлэлд тодорхой давуу талуудыг санал болгосон:

• Бүх дугуйн хөтлөгчтэй загвар нь стандарт урд дугуйн хөтлөгчтэй хувилбартай ихэнх эд ангиа хуваалцдаг тул үйлдвэрлэлийн өртөг, нийлмэл байдлыг бууруулдаг
• Хэвийн нөхцөлд машин урд дугуйн хөтлөгчтэй машинтай адилхан явдаг
• Урд дугуйнууд гулсах үед вискомуфт ойролцоогоор 0.2 секундын дотор моментын 70 хүртэлх хувийг хойд тал руу дамжуулж чаддаг

Гэвч энэ удаашралтай холболт нь удирдлагын эрсдэлийг үүсгэв: эхэндээ урд дугуйн хөтлөгчтэй тээврийн хэрэгсэл шиг (урд талаараа гадагш тэмүүлэх) аашилж байсан машин вискомуфт холбогдох үед гэнэт хойд талд хазайсан байдал руу шилжиж, жолооч нарыг гайхшируулж болзошгүй байв. Япон үйлдвэрлэгчид олон төрлийн шийдлийг судалсан, үүнд олон вискомуфт суурилуулах нь ч багтсан — зарим загвар, тухайлбал 1988 оны Nissan Sunny/Pulsar нь гурвыг ашигласан: нэг нь хойд хөтлөгчийг холбоход, нэг нь дугуй хоорондын дифференциал бүрийг түгжихэд. Mazda Concerto 4WD бүр ч цааш явж, тэнхлэг хоорондын болон хойд дугуй хоорондын дифференциал хоёрын оронд вискомуфт ашигласан.

Хувьслын дараагийн алхам нь вискомуфтийг электрон удирдлагатай гидравлик олон дискт муфтаар орлуулсан — хамаагүй хурдан, илүү нарийвчлалтай удирдаж болох төхөөрөмж. Volkswagen Golf IV болон түүний платформын төстэй машинууд дээр вискомуфтийг орлуулсан Haldex холбоос нь энэ технологийн хамгийн алдартай жишээ юм. Энэ нь хэрхэн ажилладгийг доор үзүүлэв:

• Нүүрэн кулачок (cam) нь урд, хойд амны хооронд эргэлтийн хурдны аливаа зөрүүг илрүүлдэг
• Кулачокын гадаргуу дээгүүр өнхрөх роликууд цагирган цилиндр доторх бүлүүрийг түлхэж, гидравлик шингэн шахдаг
• Шингэний даралт олон дискт муфтийн багцыг шахаж, моментыг хойд тэнхлэгт дамжуулдаг
• Тээврийн хэрэгслийн электроникоор удирддаг соленоид хавхлага нь дурын цэгт даралтыг суллаж чаддаг — момент хуваарилалтыг хязгааргүй өөрчлөх боломжийг олгодог

Өнөөдөр ихэнх AWD суудлын автомашин болон кроссовер нь энэ электрон удирдлагатай муфтийн архитектурын тодорхой хувилбарыг ашигладаг — Volkswagen Group-ийн тээврийн хэрэгсэлд Haldex, Honda-гийн VTM-4, эсвэл BMW-ийн xDrive байх эсэхээс үл хамааран. Орчин үеийн муфтийн системийн хурд нь холболтын удаашралыг хэвийн жолоодлогод мэдэгдэхгүй болтол нь бууруулсан. Одоо удирдлагын программ хангамжийн тааруулга нь техник хангамжаас илүү чухал болсон: Golf 4Motion болон Audi A3 Quattro нь механикийн хувьд ижил дамжуулга ашигладаг боловч өөр өөр программ хангамж нь Volkswagen-д тэгш хэмтэй момент хуваарилалт өгдөг бол Audi-гийн тохируулга нь илүү танил урд дугуйн хөтлөгчийн шинж чанарыг өгөхийн тулд моментын 60%-ийг урд тал руу илгээдэг.

Өнөөдрийн AWD технологи: Аль систем нь хамгийн сайн вэ?

Гар аргаар холбогддог хоёр дахь тэнхлэгтэй түр зуурын бүх дугуйн хөтлөгчийн систем суудлын автомашинаас аз болоход алга болсон. Үлдсэн архитектур бүр өөрийн гэсэн давуу талтай:

• Өөрөө түгждэг тэнхлэг хоорондын дифференциалтай байнгын AWD (Subaru дахь вискомуфт, Audi A4/A6/A8 Quattro болон Volkswagen Phaeton дахь Torsen механик, эсвэл Mitsubishi Lancer Evo дахь электрон удирдлагатай муфт): хамгийн боловсронгуй, хамгийн сэтгэл ханамжтай системүүд бөгөөд зөв тохируулсан үед зам болон трасс хоёр дээр удирдлагыг үнэхээр сайжруулж чаддаг.
• Нээлттэй тэнхлэг хоорондын дифференциалтай байнгын AWD (Mercedes-Benz 4Matic дахь шиг): өөрөө түгжих чадваргүйг нөхөхийн тулд гулсалтаас сэргийлэх электроникт түшиглэдэг. Зам дээр үр дүнтэй боловч механикийн хувьд бага идэвхтэй.
• Удирдлагатай муфтаар дамжих түр зуурын хойд хөтлөгч (Volvo, Saab, болон Volkswagen Group-ийн янз бүрийн кроссовер дахь Haldex): орчин үеийн кроссоверуудын хамгийн түгээмэл бүтэц — өртөг хэмнэлттэй, хөнгөн, мөн илүү хурдан электроникийн ачаар улам бүр чадварлаг.

Дэвшилтэт AWD-ийн давамгайлсан чиг хандлага нь моментын вектор хуваарилалт (torque vectoring) юм — зөвхөн урд, хойд тэнхлэгийн хооронд момент хуваарилахаас гадна, нэг тэнхлэгийн зүүн, баруун дугуйн хооронд идэвхтэй өөрчлөх. Mitsubishi Lancer Evolution X нь хамгийн дэвшилтэт түвшнийг төлөөлдөг: түүний S-AWC систем нь электрон удирдлагатай төв дифференциал (ACD)-ыг хойд дугуйнуудын хооронд бие даан момент дамжуулах чадвартай Active Yaw Control (AYC) хойд дифференциалтай хослуулдаг. Нэмэлт араа нь дугуй гулсаж эхэлсний дараа эсэргүүцэх байдлаар бус, харин атгалт алдагдахаас өмнө моментын тэнцвэрийг идэвхтэйгээр шилжүүлж чаддаг.

Бодит практик утгаар орчин үеийн AWD системүүдийн бодит ертөнцийн удирдлагын ялгаа нь удирдлагын электроник улам боловсронгуй болохын хэрээр үргэлжлэн нарийсаж байна. Кроссовер дахь сайн тохируулсан Haldex суурьтай систем нь нэг үеийн өмнө механик Torsen дифференциалаас гайхалтай мэт санагдах байсан тогтвортой байдлыг өгч чадна. Эцсийн эцэст энэ нь технологийн чиглэж буй зүг — мөн төгсгөлийн цэг нь механик хөтлөгчийн системгүйгээр тус бүр нь нарийн удирдлагатай момент өгдөг дөрвөн тусдаа дугуйн моторт цахилгаан машин байж магадгүй юм.

Энэ бол орчуулга юм. Та эх хувийг эндээс уншиж болно: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html