Napęd na wszystkie koła wyjaśniony: historia, technologia i działanie systemów AWD

Ten artykuł zaczął się jako prosty przewodnik techniczny — coś w rodzaju “wszystko, co zawsze chciałeś wiedzieć o napędzie na wszystkie koła, ale nie wiedziałeś, kogo zapytać.” Plan był taki, by wyjaśnić, czym otwarty mechanizm różnicowy różni się od sprzęgła wiskotycznego albo zespołu Haldex, co naprawdę robi samoblokujący mechanizm różnicowy i dlaczego ma to znaczenie. Ale im głębiej kopaliśmy w historii, tym bardziej zaskakująca się stawała. Pierwszy samochód osobowy ze stałym napędem na wszystkie koła zbudowano w Holandii ponad sto lat temu. A w 1935 roku amerykański samochód wyścigowy z napędem na cztery koła był zdumiewająco blisko zmiany biegu historii świata.

Po co samochodowi osobowemu w ogóle napęd na wszystkie koła? W 21. wieku odpowiedź wydaje się oczywista: lepsza trakcja, mniej buksowania na śliskich nawierzchniach, większy spokój pod obciążeniem. Cztery napędzane koła są po prostu lepsze niż dwa. A jednak branża potrzebowała zaskakująco dużo czasu, by to przyjąć. Zapytaj dowolnego historyka motoryzacji, a powie, że era napędu na wszystkie koła w samochodach masowych zaczęła się w 1980 roku od Audi Quattro, z kilkoma rzadkimi poprzednikami — brytyjskim supersamochodem Jensen FF z 1966 roku i Subaru Leone 4WD z 1972 roku. Prawdziwy specjalista doda, że wczesne Subaru z napędem na cztery koła wcale nie miały stałego napędu na wszystkie koła. Były part-time. I właśnie to rozróżnienie okazuje się całą historią.

Part-Time 4WD: rozwiązanie przejściowe

Napędzanie jednej osi tylko przez część czasu to kompromis, i to niezbyt elegancki w samochodzie drogowym. Termin “part-time 4WD” pochodzi ze świata SUV-ów i terenowych ciężarówek. W takim układzie jedna oś jest napędzana stale, a druga sztywno dołączana na żądanie — ale tego sztywnego połączenia można używać tylko poza drogą. Na asfalcie system trzeba całkowicie rozłączyć.

Dlaczego sztywne połączenie zawodzi na asfalcie

• Gdy samochód skręca, przednie koła pokonują dłuższy łuk niż tylne, dlatego muszą obracać się szybciej.
• W sztywno połączonym układzie napędu na wszystkie koła przyczepność przednich kół spada, a moment obrotowy z tyłu rośnie.
• W niektórych przypadkach przednie koła mogą wytwarzać siłę hamującą zamiast napędowej — dodając opór i utrudniając kierowanie.
• Na luźnych nawierzchniach, takich jak błoto czy śnieg, da się to opanować, ale na asfalcie powoduje poważne naprężenia w układzie napędowym i problemy z prowadzeniem.

W zakręcie każde koło podąża własnym łukiem i musi obracać się z własną prędkością. Dlatego stały napęd na wszystkie koła potrzebuje trzech mechanizmów różnicowych: dwóch między kołami każdej osi i jednego między samymi osiami, aby przód i tył mogły obracać się niezależnie od siebie.

Samochody part-time: od GAZ-61 do Subaru Leone

Sztywno połączony napęd na wszystkie koła mimo wszystko trafił do kilku samochodów drogowych, choć charakterem były bliższe pojazdom terenowym. W ZSRR GAZ-61 “Emka” — sedan z napędem na cztery koła, sześciocylindrowym silnikiem i dołączaną przednią osią — wszedł do małoseryjnej produkcji już w 1938 roku. Po wojnie ta sama idea pojawiła się w terenowym GAZ-M72 “Pobeda” i Moskvitch-410. Subaru Leone 4WD z 1972 roku poszło dokładnie tą samą drogą: zbudowane do jazdy po trudnym terenie, wyższe od przednionapędowych Subaru, z tylną osią dołączaną przez kierowcę ręcznie.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) było czteronapędową adaptacją platformy z napędem na przednie koła, z ręcznie dołączaną tylną osią. Najważniejsze dane obejmowały:

• Opcje silnika: 1.4-litrowy (72 hp) albo 1.6-litrowy (80 hp)
• Nadwozia: station wagon, sedan i pickup truck
• Załączanie napędu tylnej osi: ręczne w samochodach z manualną skrzynią; automatyczne przez wielotarczowe sprzęgło cierne w automatach
• Ten układ part-time utrzymał się we wszystkich czteronapędowych Subaru do 1989 roku

Podstawowy problem napędu part-time polega na tym, że jest bezużyteczny na utwardzonych drogach, gdzie większość samochodów spędza większość życia — a mimo to auto wszędzie wozi masę skrzynki rozdzielczej, drugiego wału napędowego i całego dodatkowego zespołu osi. Przekształcenie systemu part-time w full-time wymaga dokładnie jednego dodatkowego elementu: międzyosiowego mechanizmu różnicowego wewnątrz skrzynki rozdzielczej.

Stały napęd na wszystkie koła: jak działa i dlaczego ma znaczenie

Trzy mechanizmy różnicowe, jedna zasada

Międzyosiowy mechanizm różnicowy jest kluczem do stałego napędu na wszystkie koła. Dwa mechanizmy międzykołowe pozwalają lewemu i prawemu kołu każdej osi obracać się z różną prędkością w zakręcie. Mechanizm międzyosiowy robi to samo między osią przednią i tylną. Samochód z całą trójką może stale korzystać z napędu na wszystkie koła na dowolnej nawierzchni, bez naprężania układu napędowego i pogarszania prowadzenia.

W teorii dość proste — a jednak do wczesnych lat 1980 branża uważała stały napęd na wszystkie koła za zbędny w samochodzie drogowym. Powszechna mądrość mówiła, że obracanie drugiej pary kół i wszystkiego, co jest do nich podłączone, na suchym asfalcie tylko zwiększa hałas i zużycie paliwa.

Co udowodniło Quattro

Audi Quattro zmieniło ten sposób myślenia na dobre. Rozkładając moment silnika na wszystkie cztery koła przez cały czas, system full-time:

• Pozostawia większą rezerwę przyczepności do przenoszenia sił bocznych w zakrętach
• Znacząco poprawia stabilność przy przyspieszaniu lub hamowaniu w środku zakrętu
• Zmniejsza ryzyko nagłej nadsterowności albo podsterowności wywołanej operowaniem gazem

Audi 80 Quattro z końca lat 1980 pokazuje, jak dopracowany stał się ten układ. Architektura Quattro jest bardziej kompaktowa niż konkurencyjna przekładnia Ferguson Formula. Od 1984 roku Audi montowało samoblokujący mechanizm różnicowy Torsen — czysto mechaniczne urządzenie reagujące na moment na każdym wale wyjściowym, a nie na różnicę prędkości kół. W przeciwieństwie do sprzęgła wiskotycznego Torsen blokuje się tylko pod trakcją, nigdy podczas hamowania, dzięki czemu jest w pełni zgodny z ABS i stabilniejszy podczas zwalniania.

Warto zauważyć, że Range Rover (1970) i rosyjska Lada Niva (1976) są zwykle uznawane za pierwsze masowo produkowane pojazdy z międzyosiowym mechanizmem różnicowym — ale oba są zdecydowanie terenówkami. Roszczenie Audi Quattro dotyczy konkretnie pierwszeństwa wśród samochodów osobowych.

Wczesne samochody wyścigowe z napędem na cztery koła: od Spykera do Bugatti

Czy konstruktorzy samochodów wyścigowych badali stały napęd na wszystkie koła przed erą Quattro? Zdecydowanie tak — i historia sięga znacznie dalej w przeszłość, niż większość ludzi oczekuje.

Eksperymenty Porsche z napędem na cztery koła

Pierwszym powojennym projektem Ferdinand Porsche był samochód wyścigowy z napędem na cztery koła: Cisitalia 360, z silnikiem umieszczonym centralnie i 1.5-litrowym dwunastocylindrowcem. Napęd przednich kół był jednak part-time — kierowca załączał go na prostych i wracał do napędu tylnego przed zakrętami.

Porsche w rzeczywistości zbudował pojazd z napędem na cztery koła znacznie wcześniej: samochód elektryczny z czterema indywidualnymi silnikami w kołach, pochodzący z 1900 roku.

Spyker 60 HP, 1902

Prawdziwym szokiem dla historyków motoryzacji jest samochód wyścigowy z 1902 roku zbudowany przez holenderskiego producenta Spyker. W czasach, gdy nawet hamulce montowano tylko przy tylnych kołach, ten samochód miał prawdziwy stały napęd na wszystkie koła, łącznie z międzyosiowym mechanizmem różnicowym.

Spyker został założony w 1880 roku przez braci Spijker jako wytwórnia powozów konnych. Ich pierwszy samochód pojawił się w 1900 roku, a dwa lata później, we współpracy z belgijskim konstruktorem Joseph Valentin Laviolette, wyprodukowali wyścigowego Spykera 60 HP z napędem na cztery koła (1902–1907). Jego specyfikacja była jak na epokę niezwykła:

• Trzy mechanizmy różnicowe — międzyosiowy i oba międzykołowe
• Trzy oddzielne mechanizmy hamulcowe — dwa przy tylnych kołach, jeden na przednim wale napędowym
• System napędu na cztery koła, którego koncepcja nie została dorównana przez dziesięciolecia

Koncepcja stałego napędu na cztery koła ma więc znacznie ponad sto lat. Nie zbudowano wielu czteronapędowych Spykerów — były ogromnie drogie i nigdy nie osiągnęły wiele w rywalizacji. Na początku lat 1930 pojawiły się dwa bardziej ambitne projekty.

Bugatti Tipo 53 i Miller FWD

Bugatti Tipo 53 zaczęło się od inżyniera Fiata Antonio Pichetto, który w 1930 roku przedstawił pomysł Ettore Bugattiemu. W 1932 roku ukończono trzy samochody, każdy z:

• 300 hp doładowanym rzędowym silnikiem ośmiocylindrowym
• Stałym napędem na wszystkie koła z trzema mechanizmami różnicowymi
• Skrzynką rozdzielczą i międzyosiowym mechanizmem różnicowym zintegrowanymi z oddzielnie zamontowaną skrzynią biegów
• Wałami napędowymi obu osi umieszczonymi po lewej stronie samochodu
• Niezależnym przednim zawieszeniem na poprzecznym resorze — nietypowym dla Bugatti

Tipo 53 był szybszy od współczesnych samochodów z tylnym napędem w szutrowych zakrętach, ale prowadził się okropnie ciężko: przednie wały napędowe używały zwykłych przegubów Cardana zamiast przegubów homokinetycznych. Trzy samochody startowały do 1935 roku.

Miller FWD powstał częściowo dlatego, że amerykański konstruktor Harry Miller zbadał przednionapędowe Bugatti kupione specjalnie po to, by je rozebrać. Zainspirowany tym, co znalazł, Miller opracował własne podwozie z napędem na cztery koła przy wsparciu firmy ciężarowej FWD. Jeden z czteronapędowych Millerów prowadził w Indianapolis 500 w 1934 roku, zanim awaria mechaniczna zepchnęła go na dziewiąte miejsce.

O krok od zdarzenia na AVUS, 1935

Te samochody są też związane z jednym z najdziwniejszych momentów “co by było, gdyby” w historii motoryzacji. Podczas wyścigu na torze AVUS w Berlinie w 1935 roku czteronapędowy Miller jechał trzeci, gdy jego rzędowy ośmiocylindrowy silnik katastrofalnie zawódł i wyrzucił odłamki w stronę trybun. Tego dnia na trybunach był Adolf Hitler. Gdyby dosięgnął go nawet mały fragment, przebieg II wojny światowej — i historii świata — mógłby być całkowicie inny.

Ferguson Formula: system AWD, który zmienił wszystko

Problem z otwartym centralnym mechanizmem różnicowym

Aby śledzić następny rozdział, warto wrócić do fundamentalnego ograniczenia otwartego międzyosiowego mechanizmu różnicowego. Otwarty mechanizm pozwala jednej osi swobodnie się obracać, podczas gdy druga nie otrzymuje żadnego momentu. Jeśli tylne koła całkowicie stracą przyczepność, przednie mogą stać nieruchomo, gdy tylne buksują — a mechanizm różnicowy nic z tym nie robi.

Odpowiedzią świata SUV-ów była blokada pozytywna: kierowca załącza mechanizm, który sztywno blokuje koła zębate mechanizmu różnicowego, zmieniając napęd różnicowy w stałe połączenie. Używały jej wczesne Range Rovery, tak samo Lada Niva i dziesiątki innych terenówek — a także pierwsza generacja Audi Quattro, w której kierowca musiał ręcznie blokować centralny mechanizm różnicowy do 1984 roku. Ale ręczna blokada to kolejny kompromis. Trzeba ją zwalniać na twardych nawierzchniach i nie daje nic, jeśli koło niespodziewanie zacznie się kręcić na śliskiej drodze.

Rolt, Dixon i Harry Ferguson

Pierwszy automatyczny samoblokujący międzyosiowy mechanizm różnicowy był dziełem brytyjskiego kierowcy wyścigowego i inżyniera Tony Rolt. Wraz z przyjacielem i kolegą wyścigowym Fred Dixon prowadził przed wojną warsztat Rolt/Dixon Developments; po wojnie obaj zafascynowali się tym, co mógłby zrobić stały napęd na wszystkie koła. Zbudowali eksperymentalne czteronapędowe stanowisko testowe nazwane “Crab,” i w 1950 roku połączyli siły z Harry Fergusonem — odnoszącym sukcesy producentem traktorów — aby utworzyć Harry Ferguson Research.

Ferguson nie szukał samochodu wyścigowego. Chciał naprawdę bezpieczny samochód drogowy: taki, którego koła nie będą ani buksować przy przyspieszaniu, ani blokować się przy hamowaniu. Rolt i Dixon postanowili zaprojektować go od zera — nadwozie, transmisję i układ napędowy — z doświadczonym konstruktorem Claude Hill, wcześniej z Aston Martin, jako głównym inżynierem. Eksperymentalny sedan Ferguson R4 ukończono po sześciu latach pracy, a jego specyfikacja była w 1956 roku niezwykła:

• Stały napęd na wszystkie koła z samoblokującym międzyosiowym mechanizmem różnicowym
• Silnik flat-four
• Hamulce tarczowe przy wszystkich czterech kołach
• Elektromechaniczny układ przeciwblokujący Dunlop MaxaRet, zaadaptowany z lotnictwa

Wewnątrz skrzynki rozdzielczej Ferguson Formula

Sercem transmisji Ferguson Formula był pomysłowy mechanizm samoblokujący wewnątrz skrzynki rozdzielczej. Oprócz mechanizmu różnicowego zespół zawierał dodatkowy zestaw kół zębatych, dwa kulkowe sprzęgła wyprzedzające i dwa pakiety tarcz ciernych. W normalnej jeździe elementy te pracowały cicho na luzie. Ale gdy tylko koła jednej osi zaczynały się ślizgać — powodując różnicę prędkości wałów wyjściowych — jedno ze sprzęgieł załączało się, ściskając swój pakiet cierny przy kołach zębatych mechanizmu różnicowego i natychmiast zamieniając napęd różnicowy w stałe połączenie.

Drugi prototyp, kombi Ferguson R5 z 1962 roku, był jeszcze lepszy. Testerzy Autocar zauważyli, że osiągał granice przyczepności przy prędkościach, które wydawały się niemal niemożliwe. Mimo to żaden producent nie wprowadził Fergusona do produkcji; złożoność i koszt były zbyt duże.

Jensen FF trafia do sprzedaży

W 1962 roku Tony Rolt przekonał kierownictwo Jensen Cars, by zaadaptowało transmisję Ferguson Formula do nadchodzącego coupe CV8 i jego Chrysler V8 o mocy 300 hp. Trzy lata później jeździł już eksperymentalny czteronapędowy Jensen CV8 FF.

W 1966 roku Jensen Interceptor zastąpił CV8, a obok standardowego coupe z napędem na tył Jensen zaoferował wersję z napędem na wszystkie koła noszącą dyskretny emblemat “FF” — od “Formula Ferguson.” Jensen FF stał się pierwszym na świecie samochodem produkcyjnym łączącym samoblokujący międzyosiowy mechanizm różnicowy z ABS. Najważniejsze dane obejmowały:

• 6.3-litrowy silnik Chrysler V8 big-block generujący 325 hp
• Trzybiegowa automatyczna skrzynia TorqueFlite albo czterobiegowa manualna skrzynia biegów
• Asymetryczny rozdział momentu: 63% na tylną oś, 37% na przód — aby zachować charakter prowadzenia z napędem na tył
• Jednokanałowy ABS Dunlop MaxaRet
• Wspomaganie kierownicy z przekładnią zębatkową i hamulce tarczowe dookoła
• Prędkość maksymalna 212 km/h; 0–100 km/h w 7.7 sekundy; masa własna około 1,800 kg
• Cena w Wielkiej Brytanii w 1968 roku: około £6,000 — podobnie jak najtańszy Rolls-Royce
• Całkowita produkcja: 318 samochodów (1966–1971)

Każdy dziennikarz motoryzacyjny epoki chwalił stabilność Jensena FF i to, co opisywano jako “niemal nieograniczony margines trakcji na mokrym asfalcie.” Harry Ferguson nigdy nie zobaczył tego samochodu: zmarł w 1960 roku.

Dlaczego Ferguson Formula miała znaczenie

Dlaczego poświęcać tyle czasu Ferguson Formula? Ponieważ Harry Ferguson Research było pierwszą organizacją na świecie, która traktowała napęd na wszystkie koła przede wszystkim jako narzędzie aktywnego bezpieczeństwa, a nie odpowiedź na trakcję w terenie.

Asymetryczny rozdział momentu był celowym ruchem przeciw nieprzewidywalności, która prześladuje układy symetryczne. Daj samochodowi z tylnym napędem za dużo gazu w śliskim zakręcie, a nadsteruje, przewidywalnie. Zrób to samo w samochodzie z napędem na przód, a podsteruje, przewidywalnie. Zrób to w symetrycznym samochodzie z napędem na wszystkie koła, a odpowiedź zależy od tego, która oś akurat ma gorszy chwyt — co jest niejednoznaczne i niebezpieczne. Przesuwając moment do tyłu, Ferguson Formula dała Jensenowi FF zachowanie zbliżone do napędu tylnego w większości warunków.

Wynalezienie sprzęgła wiskotycznego

Mechanizm Fergusona miał jedno prawdziwe ograniczenie: jego sprzęgła wyprzedzające pracowały binarnie, w trybie włącz-wyłącz. Skok od otwartego mechanizmu różnicowego do pełnej blokady był natychmiastowy, a to mogło tworzyć własną niejednoznaczność w chwili załączenia. Potrzebny był mechanizm, który mógłby płynnie zmieniać stopień blokady.

Pod koniec lat 1960 Tony Rolt i Derek Gardner — późniejszy główny konstruktor samochodów Formula 1 Tyrrell — zaczęli eksperymentować z płynem silikonowym używanym w wiskotycznych napędach wentylatorów. Rezultatem było sprzęgło wiskotyczne: cylindryczna obudowa wypełniona płynem silikonowym, zawierająca naprzemienne pakiety tarcz ciernych połączone z każdym wałem wyjściowym.

Jak działa sprzęgło wiskotyczne

• W normalnych warunkach, gdy wszystkie koła obracają się z podobną prędkością, pakiety tarcz prawie nie poruszają się względem siebie, a sprzęgło nie wpływa na mechanizm różnicowy.
• Gdy jedna oś zaczyna się ślizgać, jej wał wyjściowy kręci się szybciej, powodując względny obrót pakietów tarcz i ścinanie płynu silikonowego.
• To ścinanie zwiększa temperaturę i ciśnienie wewnątrz sprzęgła, gwałtownie podnosząc lepkość płynu.
• Ten wzrost lepkości sprawia, że tarcze zaczynają ciągnąć się nawzajem, stopniowo hamując szybciej obracający się wał i częściowo albo całkowicie blokując mechanizm różnicowy.

FF Developments i AMC Eagle

Po opatentowaniu sprzęgła wiskotycznego Tony Rolt założył w 1971 roku FF Developments (FFD), aby komercyjnie sprzedawać transmisje z napędem na wszystkie koła. Wczesna praca nie była efektowna: czteronapędowe furgony Bedford dla brytyjskiej służby leśnej, partia policyjnych Fordów Zephyr FF, sedany Opel Senator 4×4 dla brytyjskiej misji wojskowej w Berlinie.

Najważniejszym seryjnym zadaniem FFD była transmisja AMC Eagle (1979–1988) — podniesionej wersji sedana AMC Concord z napędem na wszystkie koła, na większych oponach, z 75 mm podniesieniem nadwozia. Eagle był pierwszym seryjnym samochodem gdziekolwiek, który blokował międzyosiowy mechanizm różnicowy sprzęgłem wiskotycznym. Został pomyślany jako łagodna terenówka, a nie samochód sportowy, ale jego architektura transmisji jest bezpośrednim przodkiem niektórych z najsłynniejszych szybkich aut z napędem na wszystkie koła, jakie kiedykolwiek zbudowano, wśród nich wczesnego Subaru Impreza WRX i Mitsubishi Lancer Evolution.

Samoblokujące mechanizmy różnicowe: od Torsen do sterowania elektronicznego

Sztuczka pakietowa Audi

Gdy Audi Quattro weszło do produkcji w 1981 roku — dwa lata po AMC Eagle — używało konwencjonalnego otwartego międzyosiowego mechanizmu różnicowego z ręczną blokadą pozytywną. Elegancja rozwiązania Audi leżała w upakowaniu. Wzdłużny silnik był skierowany prosto w tylną oś, a międzyosiowy mechanizm różnicowy trafił bezpośrednio do skrzyni biegów: wał wtórny wykonano jako pusty, a przedni wał napędowy poprowadzono przez niego. Zespół Ferdinand Piëch wybrał symetryczny podział 50:50 między przodem i tyłem.

Mechanizm różnicowy Torsen

W 1984 roku dźwignie ręcznej blokady wreszcie zniknęły z kabin Audi, zastąpione przez Torsen — TORque SENsing — samoblokujący mechanizm różnicowy. Jego zalety warto wymienić:

• Jest całkowicie mechaniczny — nie wymaga elektroniki, płynu ani działania kierowcy
• Reaguje na zmiany momentu na wałach wyjściowych, a nie na różnice prędkości, co oznacza, że może zadziałać, zanim koło naprawdę zacznie buksować
• W przeciwieństwie do sprzęgła wiskotycznego blokuje się tylko pod trakcją, nie przy hamowaniu, dzięki czemu jest w pełni zgodny z ABS
• Blokowanie i odblokowywanie są płynne i ciągłe, bez binarnych przejść

Po sprawdzeniu się w szybkich samochodach Torsen został przejęty przez inżynierów SUV-ów poszukujących prowadzenia jak w aucie osobowym. Dziś stosuje się go w Range Roverze, Volkswagenie Touaregu, Porsche Cayenne i Toyocie Land Cruiser Prado.

Group B i rajdowy wyścig zbrojeń

W latach 1980 dominacja Quattro w rajdach rozpoczęła wyścig zbrojeń w napędzie na wszystkie koła. W ciągu kilku sezonów pojawiły się wszystkie te rajdówki z napędem na cztery koła, każda wykorzystująca technologię sprzęgła wiskotycznego FFD w swoich samoblokujących mechanizmach różnicowych:

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

Stuart Rolt, syn Tony’ego, zarządzał w tych latach relacjami FFD z zespołami rajdowymi.

Na początku lat 1990 do FFD zgłosiła się także fabryka AZLK w Rosji, chcąc rajdowej wersji Moskvitch 2141 z napędem na wszystkie koła. Eksperymentalny samochód, zbudowany wokół takiego samego układu z trzema mechanizmami różnicowymi jak Ford RS200, prowadził się z niezwykłą przewidywalnością w skrajnych warunkach. Testy ujawniły zasadę, która wciąż obowiązuje: dostosuj sztywność blokowania każdego sprzęgła wiskotycznego osobno, a wraz z nią przesunie się balans samochodu.

• Sztywniejszy tylny mechanizm międzykołowy → większa skłonność do nadsterowności
• Sztywniejszy przedni albo międzyosiowy mechanizm różnicowy → więcej podsterowności i stabilności

Nadchodzi sterowanie elektroniczne

Ta podatność na strojenie jest dokładnie powodem, dla którego nowoczesne samochody WRC używają elektronicznie sterowanych wielotarczowych pakietów sprzęgieł zamiast pasywnych sprzęgieł wiskotycznych we wszystkich trzech mechanizmach różnicowych. Siłowniki hydrauliczne i komputer pokładowy zmieniają blokadę każdego mechanizmu w czasie rzeczywistym — zwalniając sprzęgła przy wejściu w zakręt, aby samochód swobodnie rotował, a następnie stopniowo je zaciskając, gdy kierowca przyspiesza na prostą, dla maksymalnej trakcji bez podsterowności.

Dwóch producentów zapoczątkowało elektronicznie sterowane mechanizmy różnicowe w samochodach drogowych:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Trzy elektronicznie sterowane sprzęgła sekwencyjnie dołączały przednią oś, potem blokowały międzyosiowy mechanizm różnicowy, a następnie tylny mechanizm zgodnie z warunkami. System był skuteczny, ale nadmiernie złożony, a elektronika mogła powodować zauważalne dołączanie i odłączanie przednich kół na luźnych nawierzchniach.
• Porsche 959 (1986): Dwa elektronicznie sterowane sprzęgła pracujące w czterech wybieralnych trybach kierowcy. System 959 był bardziej zaawansowany i lepiej dostosowany do zastosowań wysokich osiągów.

Zastępowanie mechanizmu różnicowego: Haldex i uproszczone systemy AWD

Samo sprzęgło wiskotyczne

Podczas gdy inżynierowie rajdowi doprowadzali samoblokujące mechanizmy różnicowe tak daleko, jak się dało, projektanci zwykłych samochodów osobowych poszli w przeciwną stronę — całkowicie usuwając międzyosiowy mechanizm różnicowy i wstawiając w jego miejsce sprzęgło wiskotyczne. Volkswagen Golf II Syncro z 1985 roku był pierwszym europejskim samochodem osobowym, który to zrobił, z transmisją opracowaną przez inżynierów GKN, firmy, która przejęła FFD w 1969 roku.

W produkcji masowej uproszczenie się opłaciło:

• Model z napędem na wszystkie koła dzielił większość elementów ze standardową wersją przednionapędową, zmniejszając koszt i złożoność produkcji
• W normalnych warunkach samochód jeździł identycznie jak auto z napędem na przód
• Gdy przednie koła się ślizgały, sprzęgło wiskotyczne mogło przenieść do 70% momentu na tył w około 0.2 sekundy

Opóźnienie tworzyło jednak wadę w prowadzeniu. Samochód zachowujący się jak przednionapędowy, wypychany przodem na zewnątrz, mógł nagle przejść w zachowanie z przewagą tyłu w chwili załączenia sprzęgła — i zaskoczyć kierowcę. Japońscy producenci próbowali różnych odpowiedzi, w tym montowania większej liczby sprzęgieł: Nissan Sunny/Pulsar z 1988 roku używał trzech, jednego do załączania tylnego napędu i po jednym do blokowania każdego mechanizmu międzykołowego. Mazda Concerto 4WD poszła jeszcze dalej, zastępując sprzęgłami wiskotycznymi zarówno mechanizm międzyosiowy, jak i tylny międzykołowy.

Sprzęgło Haldex

Kolejny krok zastąpił sprzęgło wiskotyczne elektronicznie sterowanym hydraulicznym sprzęgłem wielotarczowym — znacznie szybszym i znacznie precyzyjniej sterowalnym. Najbardziej znanym przykładem jest sprzęgło Haldex, które przejęło rolę sprzęgła wiskotycznego w Volkswagenie Golf IV i jego modelach platformowych. Działa tak:

• Krzywki czołowe wykrywają każdą różnicę prędkości obrotowej między wałami przednim i tylnym
• Rolki przesuwające się po powierzchniach krzywek naciskają tłoki w cylindrach pierścieniowych, pompując płyn hydrauliczny
• Ciśnienie płynu ściska pakiet sprzęgła wielotarczowego, przenosząc moment na tylną oś
• Zawór elektromagnetyczny, sterowany elektroniką pojazdu, może w dowolnym momencie zwolnić ciśnienie — pozwalając na bezstopniowo zmienny rozdział momentu

Większość samochodów i crossoverów z napędem na wszystkie koła sprzedawanych dziś używa jakiejś wersji takiego elektronicznie sterowanego sprzęgła, czy to Haldex w samochodach Volkswagen Group, Honda VTM-4, czy BMW xDrive. Nowoczesne sprzęgła działają wystarczająco szybko, że opóźnienie załączenia stało się niezauważalne w zwykłej jeździe, a kalibracja ma teraz większe znaczenie niż hardware: Golf 4Motion i Audi A3 Quattro używają mechanicznie identycznych transmisji, ale inne oprogramowanie daje Volkswagenowi symetryczny podział, podczas gdy Audi wysyła 60% momentu do przodu, dla bardziej znajomego charakteru przedniego napędu.

Technologia AWD dziś: który system jest najlepszy?

Systemy part-time z ręcznie dołączaną drugą osią na szczęście zniknęły z samochodów osobowych. To, co zostało, dzieli się na trzy rodziny, każda ze swoimi zaletami:

• Full-time AWD z samoblokującym międzyosiowym mechanizmem różnicowym (sprzęgło wiskotyczne jak w Subaru, mechaniczny Torsen jak w Audi A4/A6/A8 Quattro i Volkswagenie Phaeton, albo elektronicznie sterowane sprzęgła jak w Mitsubishi Lancer Evo): najbardziej zaawansowane i satysfakcjonujące systemy, zdolne realnie poprawiać prowadzenie zarówno na drodze, jak i na torze, gdy są prawidłowo skalibrowane.
• Full-time AWD z otwartym międzyosiowym mechanizmem różnicowym (jak w Mercedes-Benz 4Matic): polega na elektronice przeciwpoślizgowej, aby kompensować brak samoblokowania. Skuteczny na drodze, ale mechanicznie mniej proaktywny.
• Part-time tylny napęd przez sterowane sprzęgło (Haldex, jak w Volvo, Saabie i różnych crossoverach Volkswagen Group): najczęstszy układ w nowoczesnych crossoverach — opłacalny, lekki i coraz bardziej zdolny dzięki szybszej elektronice.

Torque vectoring i co przychodzi potem

Dominującym trendem w zaawansowanym napędzie na wszystkie koła jest torque vectoring: nie tylko dzielenie momentu między osie, lecz aktywne zmienianie go między lewym i prawym kołem jednej osi. Mitsubishi Lancer Evolution X to szczyt techniki — jego system S-AWC łączy elektronicznie sterowany centralny mechanizm różnicowy (ACD) z tylnym mechanizmem Active Yaw Control (AYC), który może przenosić moment z jednego tylnego koła na drugie. Dodatkowe zestawy kół zębatych przesuwają balans proaktywnie, zanim przyczepność zostanie utracona, zamiast reagować dopiero wtedy, gdy koło już się obraca.

W praktyce rzeczywiste różnice między nowoczesnymi systemami wciąż się zmniejszają, w miarę jak poprawia się elektronika sterująca. Dobrze skalibrowany crossover Haldex zapewnia dziś stabilność, za którą mechaniczny Torsen byłby podziwiany pokolenie temu. To kierunek rozwoju — a punktem końcowym może okazać się samochód elektryczny z czterema indywidualnymi silnikami w kołach, z których każdy dawkuje swój własny moment bez żadnego mechanicznego układu napędowego. Co zgrabnie sprowadza historię z powrotem do elektrycznego samochodu Ferdinand Porsche z napędem na cztery koła z 1900 roku.

To jest tłumaczenie. Oryginał możesz przeczytać tutaj: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html