Tento článok začínal ako priamy technický sprievodca – niečo ako „Všetko, čo ste kedy chceli vedieť o pohone všetkých kolies, ale nevedeli ste sa koho opýtať.” Plánovali sme sa venovať tomu, ako sa otvorené diferenciály líšia od jednotiek s visko-spojkou alebo typu Haldex, čo vlastne robia samosvorné diferenciály a prečo to vôbec záleží. Čím hlbšie sme sa však ponárali do histórie, tým väčšiemu prekvapeniu sme čelili. Ukázalo sa, že prvé osobné auto s trvalým pohonom všetkých kolies bolo postavené v Holandsku pred viac ako sto rokmi. A v roku 1935 americký závodný automobil so štyrmi hnanými kolesami neuveriteľne tesne zmenil chod svetových dejín.
Prečo osobné auto potrebuje pohon všetkých kolies? V 21. storočí sa odpoveď zdá zrejmá: lepšia trakcia, menšie preklzovanie kolies na kĺzavých povrchoch a zlepšené ovládanie pri zrýchľovaní. Štyri hnacie kolesá sú jednoducho lepšie ako dve. Ľudstvo však trvalo prekvapivo dlho, kým na túto základnú pravdu zareagovalo. Opýtajte sa ktoréhokoľvek historika automobilov a povie vám, že éra pohonu všetkých kolies pre sériovo vyrábané osobné automobily sa začala v roku 1980 s Audi Quattro. Možno spomenie aj zriedkavých predchodcov – britský supersport Jensen FF z roku 1966 a Subaru Leone 4WD z roku 1972. Skutočný expert však rýchlo poznamenáva, že prvé Subarú so štyrmi hnanými kolesami vôbec neboli systémami s trvalým pohonom AWD – išlo o čiastkové systémy. A ako si vysvetlíme, to je zásadný rozdiel.
Čiastkový pohon 4WD: provizórne riešenie
Čiastkový pohon jednej nápravy je kompromisné riešenie, a to nie príliš elegantné pre cestné automobily. Pojem „čiastkový pohon 4WD” pochádza zo sveta SUV a terénnych vozidiel. V tejto konfigurácii jedna náprava poháňa trvalo, zatiaľ čo druhá je na požiadanie tuhom spojená – toto tuhé spojenie sa však smie používať len v teréne. Na spevnených cestách musí byť čiastkový systém úplne odpojený. Dôvod je nasledovný:
- Keď sa auto otáča, predné kolesá opisujú dlhší oblúk ako zadné a musia sa preto otáčať rýchlejšie.
- Pri tuhom spojení pohonu všetkých kolies sa trakcia predných kolies znižuje, zatiaľ čo krútiaci moment na zadných kolesách narastá.
- V niektorých prípadoch môžu predné kolesá namiesto hnacej sily vytvárať brzdnú silu – zvyšovať odpor a sťažovať riadenie.
- Na sypkých povrchoch, ako je blato alebo sneh, je tento jav zvládnuteľný, na asfalte však spôsobuje vážne blokovanie pohonného ústrojenstva a problémy s jazdnými vlastnosťami.
Keď auto prechádza zákrutou, každé koleso opisuje vlastný oblúk a musí sa otáčať inou rýchlosťou. Preto trvalý pohon všetkých kolies vyžaduje tri diferenciály: dva nápravové diferenciály (po jednom na každej náprave) a jeden medzinápravový diferenciál, ktorý umožňuje obom hnaným nápravám otáčať sa nezávisle od seba.
Napriek týmto nevýhodám sa tuhý pohon všetkých kolies objavil na niektorých cestných vozidlách – hoci svojím charakterom boli bližšie terénnym vozidlám. V ZSSR napríklad GAZ-61 „Emka” – štvorkolesový sedan so šesťvalcovým motorom a čiastkovou prednou nápravou – vstúpil do malosérijnej výroby už v roku 1938. Po vojne sa podobné pohonné sústavy objavili vo variante GAZ-M72 „Pobeda” pre jazdu v teréne a v Moskvičovi-410. Subaru Leone 4WD z roku 1972 sa riadilo rovnakou logikou: bolo skonštruované na jazdu v teréne, s väčšou svetlosťou než štandardné Subarú s predným pohonom a so zadnou nápravou zapojenou manuálne.
Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) bolo terénnou adaptáciou plošiny s predným pohonom s manuálne pripojenou zadnou nápravou. Kľúčové technické parametre zahŕňali:
- Motory: 1,4 litra (72 k) alebo 1,6 litra (80 k)
- Karosérske verzie: kombi, sedan a pick-up
- Zapojenie zadného pohonu: manuálne na vozidlách s manuálnou prevodovkou; automatické prostredníctvom viackotúčovej trecej spojky na automatoch
- Toto čiastkové usporiadanie pokračovalo na všetkých štvorkolesových vozidlách Subaru až do roku 1989
Hlavným problémom čiastkového pohonu všetkých kolies je, že na spevnených cestách, kde väčšina áut trávi väčšinu času, je zbytočný – napriek tomu musí auto neustále niesť navyše hmotnosť rozdeľovacej prevodovky, druhého kardanového hriadeľa a zostavy sekundárnej nápravy. Premena čiastkového systému na trvalý však vyžaduje len jednu dodatočnú súčasť: medzinápravový diferenciál v rozdeľovacej prevodovke.
Trvalý pohon všetkých kolies: ako funguje a prečo záleží
Medzinápravový diferenciál je kľúčom k trvalému pohonu všetkých kolies. Dva nápravové diferenciály – po jednom na každej náprave – umožňujú ľavým a pravým kolesám na každej náprave otáčať sa rôznymi rýchlosťami v zákrutách. Medzinápravový diferenciál robí to isté medzi prednou a zadnou nápravou. Auto vybavené všetkými tromi diferenciálmi môže jazdiť s trvalým pohonom všetkých kolies na akomkoľvek povrchu bez blokovania pohonného ústrojenstva alebo zhoršenia jazdných vlastností.
Jednoduché v teórii – napriek tomu až do začiatku 80. rokov automobilový mainstream považoval trvalý pohon AWD za zbytočný pre cestné automobily. Prevládalo presvedčenie, že trvalé otáčanie druhého páru kolies a všetkých súvisiacich komponentov pohonu na suchom asfalte zvyšuje hluk a plytuje palivom. Audi Quattro toto myslenie natrvalo zmenilo. Rozdelením hnacieho momentu motora na všetky štyri kolesá nepretržite trvalý systém AWD:
- Zanecháva väčšiu rezervu priľnavosti dostupnú pre zvládanie bočných síl v zákrutách
- Výrazne zlepšuje stabilitu pri zrýchľovaní alebo brzdení uprostred zákruty
- Znižuje riziko náhleho pretáčania alebo nedotáčania vyvolaného zásahmi na plynový pedál
Audi 80 Quattro z konca 80. rokov ilustruje, ako prepracovaným sa toto usporiadanie stalo. Architektúra Quattro je kompaktnejšia ako rival – prevodovka Ferguson Formula. Od roku 1984 Audi prijalo samosvorný diferenciál Torsen – čisto mechanické zariadenie, ktoré reaguje na zmeny krútiaceho momentu na každom výstupnom hriadeli, nie na rozdiely rýchlostí kolies. Na rozdiel od diferenciálneho uzáveru s visko-spojkou sa Torsen uzatvára iba pri trakcii, nie pri brzdení, čo znamená, že je plne kompatibilný so systémami ABS a zlepšuje stabilitu pri spomaľovaní.
Treba poznamenať, že Range Rover (1970) a ruská Lada Niva (1976) sú všeobecne považované za prvé sériovo vyrábané vozidlá s medzinápravovými diferenciálmi – obe sú však pevne zaradené do kategórie terénnych vozidiel. Audi Quattro si nárokuje titul priekopníka konkrétne medzi osobnými automobilmi.
Prvé závodné automobily so štyrmi hnanými kolesami: od Spykera po Bugatti
Skúmali konštruktéri závodných áut trvalý pohon všetkých kolies ešte pred érou Quattro? Odpoveď je jednoznačné áno – a príbeh siaha oveľa ďalej do minulosti, ako väčšina ľudí predpokladá.
Prvý povojnový projekt Ferdinanda Porscheho bol závodný automobil so štyrmi hnanými kolesami: Cisitalia 360 so stredovým uložením motora a dvanásťvalcovým motorom s objemom 1,5 litra. Jeho predný pohon bol však čiastkový – jazdec ho zapínal len na rovných úsekoch trate a pred zákrutami prepínal späť na zadný pohon.
Porsche však postavilo vozidlo so štyrmi hnanými kolesami oveľa skôr: elektrické auto so štyrmi samostatnými motormi v kolesách, siahajúce do roku 1900. Skutočným šokom pre historikov automobilov je však závodné auto z roku 1902 postavené holandským výrobcom Spyker. V dobe, keď sa brzdy montovali výhradne na zadné kolesá, malo toto auto skutočný trvalý pohon všetkých kolies – vrátane medzinápravového diferenciálu.
Spoločnosť Spyker bola založená v roku 1880 bratmi Spijkerovými ako výrobca konských povozov. Ich prvé auto sa objavilo v roku 1900 a o dva roky neskôr, v spolupráci s belgickým konštruktérom Josephom Valentinom Laviolettom, vyrobili závodné auto Spyker 60 HP so štyrmi hnanými kolesami (1902–1907). Jeho parametre boli pre tú dobu mimoriadne pokrokové:
- Tri diferenciály – medzinápravový a oba nápravové
- Tri samostatné brzdové mechanizmy – dva na zadných kolesách, jeden na prednom hnacom hriadeli
- Systém pohonu všetkých štyroch kolies, ktorý nemal v koncepcii konkurenciu ešte celé desaťročia
Koncept trvalého pohonu všetkých štyroch kolies je teda starý viac ako storočie. Spykerov so štyrmi hnanými kolesami nevzniklo veľa – boli mimoriadne drahé a nikdy nedosiahli výraznejší závodný úspech. V začiatkoch 30. rokov nasledovali dva ambicióznejšie projekty závodných áut s AWD: Bugatti Tipo 53 a Miller FWD.
Projekt Bugatti Tipo 53 sa zrodil z iniciatívy fiatskeho inžiniera Antonia Pichetta, ktorý myšlienku navrhol Ettoremu Bugattimu v roku 1930. V roku 1932 boli dokončené tri vozidlá, každé s nasledujúcimi vlastnosťami:
- Preplňovaný riadový osemvalec s výkonom 300 k
- Trvalý pohon všetkých kolies s tromi diferenciálmi
- Rozdeľovacia prevodovka a medzinápravový diferenciál integrované do samostatne umiestnenej prevodovky
- Hnacie hriadele pre obe nápravy umiestnené na ľavej strane vozidla
- Nezávislé predné zavesenie na priečnej pružine – pre Bugatti neobvyklé
Napriek tomu, že Tipo 53 prekonávalo súdobé vozidlá so zadným pohonom v štrkovitých zákrutách, trpelo nadmerným úsilím potrebným na riadenie z dôvodu použitia štandardných kardanových kĺbov namiesto homokinetických kĺbov v predných hnacích hriadeľoch. Tri vozidlá závodili až do roku 1935.
Miller FWD čiastočne vznikol preto, že americký konštruktér Harry Miller študoval Bugatti s predným pohonom zakúpené špeciálne na rozobratie. Inšpirovaný Bugattiho prístupom vyvinul Miller vlastné šasi so štyrmi hnanými kolesami za sponzorstva spoločnosti FWD, výrobcu nákladných vozidiel. Jedno zo štvorkolesových Millerov viedlo závod Indianapolis 500 v roku 1934, kým sa s mechanickými problémami nevyradilo na deviatom mieste.
Tieto autá sú tiež spojené s jedným z najzvláštnejších „čo keby” momentov v histórii automobilizmu. Počas závodu na autodróme AVUS v Berlíne v roku 1935 išiel Miller so štyrmi hnanými kolesami na treťom mieste, keď jeho riadový osemvalec katastrofálne zlyhal a odlomené časti vymrštilo smerom k tribúnam. Adolf Hitler bol v ten deň na tribúnach prítomný. Keby ho zasiahol čo i len malý odlomok, chod druhej svetovej vojny – a svetových dejín – mohol byť celkom iný.
Ferguson Formula: systém AWD, ktorý zmenil všetko
Aby sme pochopili ďalšiu kľúčovú kapitolu histórie pohonu všetkých kolies, je potrebné vrátiť sa k základnému obmedzeniu otvorených medzinápravových diferenciálov. Otvorený diferenciál umožňuje jednej náprave voľne sa otáčať, zatiaľ čo druhá nedostáva žiadny krútiaci moment. Ak zadné kolesá úplne stratia trakciu, predné kolesá môžu stáť na mieste, zatiaľ čo zadné sa pretáčajú – diferenciál tomu nedokáže zabrániť.
Riešenie vyvinuté pre SUV bolo pozitívne blokovanie: vodič manuálne zapína mechanizmus, ktorý tuhom zablokuje ozubenie diferenciálu a premení diferenciálny pohon na pevné spojenie. Tento prístup sa používal v prvých generáciách Range Roveru, Lada Niva a mnohých iných terénnych vozidlách – vrátane prvej generácie Audi Quattro, ktorej vodič musel manuálne blokovať stredový diferenciál až do roku 1984. Manuálne blokovanie je však ďalším kompromisom: na tvrdých povrchoch musí byť odpojené a neposkytuje žiadnu ochranu v prípade, že k preklzovaniu kolies dôjde nečakane na kĺzavej ceste.
Prvý automatický samosvorný medzinápravový diferenciál bol výtvorom britského závodného jazdca a inžiniera Tonyho Rolta. Spolu so svojím priateľom a kolegom závodníkom Fredom Dixonom viedol Rolt dielňu Rolt/Dixon Developments ešte pred vojnou. Potom oboch zaujal potenciál trvalého pohonu všetkých kolies. Po zostrojení experimentálneho testovacieho vozidla so štyrmi hnanými kolesami nazvaného „Crab” sa v roku 1950 spojili s Harrym Fergusonom – úspešným výrobcom traktorov – a založili spoločnosť Harry Ferguson Research.
Fergusonova vízia nebola závodné auto, ale skutočne bezpečný cestný automobil: taký, ktorého kolesá by sa ani nepreklzovali pri zrýchľovaní, ani nezablokovali pri brzdení. Rolt a Dixon sa rozhodli navrhnúť také auto úplne od základov – vrátane karosérie, prevodovky a pohonnej sústavy. S Claudom Hillom (bývalým zamestnancom Aston Martinu) ako hlavným konštruktérom bol po šiestich rokoch vývoja dokončený experimentálny sedan Ferguson R4. Jeho parametre boli na rok 1956 pozoruhodné:
- Trvalý pohon všetkých kolies so samosvorným medzinápravovým diferenciálom
- Plochý štvorvalec (boxer)
- Kotúčové brzdy na všetkých štyroch kolesách
- Elektromechanický protiblokovací systém bŕzd Dunlop MaxaRet, adaptovaný z letectva
Jadrom prevodovky Ferguson Formula bol dômyselný samosvorný mechanizmus vo vnútri rozdeľovacej prevodovky. Okrem diferenciálu obsahovala jednotka ďalšiu sadu ozubenia, dve guľôčkové predstihové spojky a dve balíky trecích kotúčov. Za normálnych podmienok tieto prvky ticho bežali naprázdno. Keď však kolesá jednej nápravy začali preklzovať – čo spôsobilo rozdiel rýchlostí výstupných hriadeľov – jedna zo spojok sa zaradila, stlačila svoj balík trecích kotúčov do ozubenia diferenciálu a okamžite premenila diferenciálny pohon na pevné spojenie.
Druhý prototyp, kombi Ferguson R5 z roku 1962, bol ešte schopnejší. Testéri časopisu Autocar poznamenali, že dosahuje hranice priľnavosti pri rýchlostiach, ktoré sa zdali takmer nemožné. Napriek tomu žiadny výrobca nesúhlasil s uvedením Fergusona do sériovej výroby – zložitosť a náklady boli príliš vysoké. V roku 1962 však Tony Rolt presvedčil vedenie spoločnosti Jensen Cars, aby adaptovalo prevodovku Ferguson Formula pre ich nadchádzajúce kupé CV8, ktoré používalo motor Chrysler V8 s výkonom 300 k. O tri roky neskôr bol dokončený experimentálny Jensen CV8 FF so štyrmi hnanými kolesami.
V roku 1966 Jensen Interceptor nahradil CV8 – a popri štandardnom kupé so zadným pohonom ponúkol Jensen variant s pohonom všetkých kolies označený diskrétnym emblémom „FF”. Jensen FF sa stal prvým sériovým automobilom na svete, ktorý kombinoval samosvorný medzinápravový diferenciál s ABS. Označenie „FF” znamenalo „Formula Ferguson.” Kľúčové technické parametre zahŕňali:
- Motor Chrysler V8 s veľkým vŕtaním o objeme 6,3 litra s výkonom 325 k
- Trojstupňová automatická prevodovka TorqueFlite alebo štvrstupňová manuálna prevodovka
- Asymetrické rozdelenie krútiaceho momentu: 63 % na zadnú nápravu, 37 % na prednú – za účelom zachovania jazdných vlastností typických pre vozidlá so zadným pohonom
- Jednokanálové ABS Dunlop MaxaRet
- Hrebeňové posilnené riadenie a kotúčové brzdy na všetkých kolesách
- Maximálna rýchlosť 212 km/h; zrýchlenie 0–100 km/h za 7,7 sekundy; pohotovostná hmotnosť približne 1 800 kg
- Cena v Spojenom kráľovstve v roku 1968: približne 6 000 libier – podobne ako najlacnejší Rolls-Royce
- Celková produkcia: 318 vozidiel (1966–1971)
Každý automobilový novinár tej doby chválil výnimočnú stabilitu Jensenu FF a to, čo opisovali ako „takmer neobmedzený trakčný priestor na mokrom asfalte.” Tragicky, Harry Ferguson samotný Jensen FF nikdy nevidel – zomrel v roku 1960.
Prečo venovať toľko priestoru Ferguson Formula? Pretože Harry Ferguson Research bola prvou organizáciou na svete, ktorá pristupovala k pohonu všetkých kolies predovšetkým ako k nástroju aktívnej bezpečnosti – nie jednoducho ako k riešeniu trakčných problémov v teréne. Asymetrické rozdelenie krútiaceho momentu bolo zámernou voľbou, aby sa predišlo nepredvídateľnosti, ktorou trpia symetrické systémy AWD. Na automobile so zadným pohonom spôsobuje nadmerné pridanie plynu v kĺzavej zákrute predvídateľné pretáčanie. Na automobile s predným pohonom spôsobuje predvídateľné nedotáčanie. Na symetrickom automobile s AWD závisí reakcia od toho, ktorá náprava má horšiu trakciu – čo môže byť nejednoznačné a nebezpečné. Uprednostnením krútiaceho momentu smerom dozadu dala Ferguson Formula Jensenu FF jazdné vlastnosti blízke predvídateľnému zadnému pohonu vo väčšine podmienok.
Vynález visko-spojky
Samosvorný mechanizmus Ferguson Formula mal jedno výrazné obmedzenie: jeho predstihové spojky fungovali binárnym spôsobom – zapnuté alebo vypnuté. Prechod z otvoreného diferenciálu na úplné blokovanie bol okamžitý, čo mohlo pri samotnom zopnutí vytvárať vlastnú nejednoznačnosť v jazdných vlastnostiach. Bol potrebný mechanizmus, ktorý by dokázal plynulo a postupne meniť stupeň blokovania diferenciálu.
Koncom 60. rokov začali Tony Rolt a Derek Gardner – neskôr hlavný konštruktér závodných áut Tyrrell vo Formule 1 – experimentovať so silikónovou kvapalinou používanou vo viskóznych spojkách ventilátorového pohonu. Výsledkom bola visko-spojka: valcové puzdro naplnené silikónovou kvapalinou s vnútornými balíkmi trecích kotúčov striedavo spojených s každým výstupným hriadeľom.
Princíp fungovania:
- Za normálnych podmienok, keď sa všetky kolesá otáčajú podobnou rýchlosťou, sa balíky kotúčov takmer nepohybujú voči sebe a spojka nemá žiadny vplyv na diferenciál.
- Keď jedna náprava začne preklzovať, jej výstupný hriadeľ sa otáča rýchlejšie, čo spôsobuje vzájomné otáčanie balíkov kotúčov a šmykové namáhanie silikónovej kvapaliny.
- Šmykové namáhanie zvyšuje teplotu a tlak vo vnútri spojky, čo dramaticky zvyšuje viskozitu kvapaliny.
- Toto zvýšenie viskozity spôsobuje, že kotúče sa o seba trú, postupne brzdí rýchlejšie sa otáčajúci hriadeľ a čiastočne alebo úplne blokuje diferenciál.
Po patentovaní visko-spojky Tony Rolt v roku 1971 založil FF Developments (FFD), aby komerčne dodával prevodovky s pohonom všetkých kolies. Medzi prvé projekty patrili štvorkolesové dodávky Bedford pre britské lesnícke služby, séria policajných vozidiel Ford Zephyr FF a sedany Opel Senator 4×4 pre britskú vojenskú misiu v Berlíne.
Najvýznamnejším sériovým výrobným úspechom FFD bola prevodovka pre AMC Eagle (1979–1988) – zvýšená verzia sedanu AMC Concord s pohonom všetkých kolies, väčšími pneumatikami a zdvihnutou karosériou o 75 mm. AMC Eagle bol prvým sériovým automobilom na svete, ktorý používal medzinápravový diferenciál blokovaný visko-spojkou. Hoci bol koncipovaný skôr ako mierny terénny automobil ako výkonnostné vozidlo, jeho architektúra prevodovky sa stala priamym predchodcom niektorých z najslávnejších výkonnostných áut s AWD aké boli kedy postavené – vrátane prvých generácií Subaru Impreza WRX a Mitsubishi Lancer Evolution.
Samosvorné diferenciály: od Torsenu po elektronické riadenie
Keď Audi Quattro vstúpilo do sériovej výroby v roku 1981 – dva roky po debute AMC Eagle – používalo konvenčný otvorený medzinápravový diferenciál s manuálne ovládaným pozitívnym uzáverom. Elegancia Audiho riešenia spočívala v kompaktnosti: pozdĺžne uložený motor smeroval priamo k zadnej náprave a medzinápravový diferenciál bol integrovaný priamo do prevodovky. Sekundárny hriadeľ prevodovky bol dutý a predný hnací hriadeľ bol vedený cez neho. Tím Ferdinanda Piëcha zvolil symetrické rozdelenie krútiaceho momentu 50:50 medzi prednú a zadnú nápravu.
V roku 1984 páky manuálneho uzáveru diferenciálu z kabín Audi konečne zmizli, nahradené samosvorným diferenciálom Torsen (TORque SENsing – snímanie krútiaceho momentu). Torsen ponúka niekoľko kľúčových výhod:
- Je čisto mechanický – nevyžaduje elektroniku, kvapalinu ani zásah vodiča
- Reaguje na zmeny krútiaceho momentu na výstupných hriadeľoch, nie na rozdiely rýchlostí, čo znamená, že dokáže reagovať skôr, než sa preklzovanie kolies skutočne začne
- Na rozdiel od visko-spojky sa uzatvára iba pri trakcii, nie pri brzdení, vďaka čomu je plne kompatibilný s ABS
- Blokovanie a odblokovanie je plynulé a priebežné, bez binárnych prechodov
Overená schopnosť Torsenu prinášať zlepšenia jazdných vlastností a stability na výkonnostných vozidlách neskôr zaujala inžinierov SUV hľadajúcich dynamiku blízku osobným autám. Dnes sa používa v prevodovkách vozidiel vrátane Range Roveru, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne a Toyota Land Cruiser Prado.
V 80. rokoch dominancia Audi Quattro v rallye spustila pretekársky závod vo vývoji AWD medzi súpermi skupiny B. Behom niekoľkých sezón sa objavili nasledujúce závodné automobily rallye so štyrmi hnanými kolesami – každý využívajúci technológiu visko-spojky FFD vo svojich samosvorných diferenciáloch:
- Peugeot 205 T16
- Austin Metro 6R4
- Lancia Delta S4
- Ford RS200
Stuart Rolt, Tonyho syn, riadil vzťahy FFD s rallye tímami v tomto období.
Na začiatku 90. rokov sa závod AZLK v Rusku tiež obrátil na FFD, aby vyvinul rallye verziu Moskvića 2141 s pohonom všetkých kolies. S použitím rovnakého usporiadania troch diferenciálov ako Ford RS200 dosiahol experimentálny Moskvič so štyrmi hnanými kolesami pozoruhodne predvídateľné jazdné vlastnosti v extrémnych podmienkach. Testovanie odhalilo dôležitý princíp: úpravou tuhosti blokovania každej visko-spojky individuálne mohli inžinieri ladiť rovnováhu jazdných vlastností vozidla v širokom rozsahu:
- Tuhší zadný nápravový diferenciál → väčší sklon k pretáčaniu
- Tuhší predný alebo medzinápravový diferenciál → väčšie nedotáčanie a stabilita
Práve táto možnosť ladenia je dôvodom, prečo moderné závodné autá WRC používajú elektronicky riadené viackotúčové spojky namiesto pasívnych visko-spojiek vo všetkých troch diferenciáloch. Hydraulické pohony a palubný počítač môžu meniť stupeň blokovania každého diferenciálu v reálnom čase – uvoľňujú spojky pri vstupe do zákruty, aby sa auto mohlo voľne natáčať, potom ich postupne zvierajú, keď vodič zrýchľuje na rovnici, aby maximalizoval trakciu a vyhol sa nedotáčaniu.
Dvaja výrobcovia priekopnícky zavádzali elektronicky riadené diferenciály do sériových automobilov:
- Mercedes-Benz 4Matic (1986, trieda E W124): Tri elektronicky riadené spojky postupne pripájali prednú nápravu, potom blokovali medzinápravový diferenciál a nakoniec blokovali zadný diferenciál podľa potreby. Systém bol účinný, ale príliš zložitý, pričom elektronika mohla spôsobiť viditeľné pripájanie a odpájanie predných kolies na sypkých povrchoch.
- Porsche 959 (1986): Dve elektronicky riadené spojky pracujúce v štyroch voliteľných režimoch vodiča. Systém Porsche 959 bol sofistikovanejší a lepšie prispôsobený vysokovýkonnostnému použitiu.
Náhrada diferenciálu: Haldex a zjednodušené systémy AWD
Zatiaľ čo rallye inžinieri tlačili samosvorné diferenciály na ich limity, konštruktéri bežných osobných automobilov sa vydali opačným smerom – úplne eliminovali medzinápravový diferenciál a nahradili ho samotnou visko-spojkou. Volkswagen Golf II Syncro z roku 1985 bol prvým európskym osobným automobilom, ktorý použil tento prístup. Prevodovku vyvinuli inžinieri spoločnosti GKN, ktorá získala FFD v roku 1969.
Zjednodušené usporiadanie s visko-spojkou ponúkalo jasné výhody pre masovú výrobu:
- Model s pohonom všetkých kolies zdieľal väčšinu komponentov so štandardnou verziou s predným pohonom, čo znižovalo výrobné náklady a zložitosť
- Za normálnych podmienok sa auto správalo identicky ako vozidlo s predným pohonom
- Keď predné kolesá preklzovali, visko-spojka mohla preniesť až 70 % krútiaceho momentu na zadnú nápravu v priebehu približne 0,2 sekundy
Toto oneskorené zapojenie však vytváralo jazdné riziko: auto, ktoré sa spočiatku správalo ako vozidlo s predným pohonom (tlačilo von predkom), mohlo náhle zmeniť správanie smerom k zadnému pohonu po zapojení visko-spojky, čím prekvapilo vodičov. Japonskí výrobcovia skúmali rôzne riešenia, vrátane montáže viacerých visko-spojok – niektoré modely, ako napríklad Nissan Sunny/Pulsar z roku 1988, používali tri: jednu na zapojenie zadného pohonu a jednu na blokovanie každého nápravového diferenciálu. Mazda Concerto 4WD zašla ešte ďalej a použila visko-spojky namiesto medzinápravového aj zadného nápravového diferenciálu.
Ďalší vývojový krok nahradil visko-spojku elektronicky riadenou hydraulickou viackotúčovou spojkou – oveľa rýchlejším a presnejšie ovládateľným zariadením. Najznámejším príkladom tejto technológie je spojka Haldex, ktorá nahradila visko-spojku na Volkswagen Golf IV a jeho platformových súrodencoch. Princíp fungovania:
- Čelné vačky detekujú akýkoľvek rozdiel rýchlostí otáčania medzi predným a zadným hriadeľom
- Valčeky pohybujúce sa po povrchu vačiek tlačia piesty v prstencových valcoch a čerpajú hydraulickú kvapalinu
- Tlak kvapaliny stláča balík viackotúčovej spojky a prenáša krútiaci moment na zadnú nápravu
- Solenoidový ventil, ovládaný elektronikou vozidla, môže tlak kedykoľvek uvoľniť – čo umožňuje plynule nastaviteľné rozdelenie krútiaceho momentu
Dnes väčšina osobných áut a crossoverov s AWD používa nejakú variantu tejto architektúry s elektronicky riadenou spojkou – či už je to Haldex na vozidlách skupiny Volkswagen, Honda VTM-4 alebo BMW xDrive. Rýchlosť moderných spojkových systémov znížila oneskorenie zapojenia na bod, kde je pri bežnej jazde nepostrehnuteľné. Ladenie riadiaceho softvéru je teraz dôležitejšie ako samotný hardvér: Golf 4Motion a Audi A3 Quattro používajú mechanicky identické prevodovky, ale odlišný softvér dáva Volkswagenu symetrické rozdelenie krútiaceho momentu, zatiaľ čo kalibrácia Audi posiela 60 % krútiaceho momentu na prednú nápravu pre dobre známy charakter predného pohonu.
Technológia AWD dnes: ktorý systém je najlepší?
Čiastkové systémy pohonu všetkých kolies s manuálne zapojenou druhou nápravou nadobro zmizli z osobných automobilov. Zostávajúce architektúry majú každá svoje prednosti:
- Trvalý AWD so samosvorným medzinápravovým diferenciálom (visko-spojka ako v Subaru, mechanický Torsen ako v Audi A4/A6/A8 Quattro a Volkswagen Phaeton, alebo elektronicky riadené spojky ako v Mitsubishi Lancer Evo): najsofistikovanejšie a najvýraznejšie systémy, schopné skutočne zlepšiť jazdné vlastnosti na ceste aj na pretekárskej dráhe pri správnej kalibrácii.
- Trvalý AWD s otvoreným medzinápravovým diferenciálom (ako v Mercedes-Benz 4Matic): spolieha sa na protisklzovú elektroniku na kompenzáciu chýbajúceho samosvorného uzáveru. Na ceste účinný, mechanicky však menej proaktívny.
- Čiastkový zadný pohon prostredníctvom riadenej spojky (Haldex, ako na Volvo, Saab a rôznych crossoveroch skupiny Volkswagen): najbežnejšie usporiadanie v moderných crossoveroch – nákladovo efektívne, ľahké a čoraz schopnejšie vďaka rýchlejšej elektronike.
Dominantným trendom v pokročilom AWD je vektorizácia krútiaceho momentu – nielen rozdeľovanie krútiaceho momentu medzi prednú a zadnú nápravu, ale aktívna variácia jeho hodnoty medzi ľavým a pravým kolesom na náprave. Mitsubishi Lancer Evolution X predstavuje súčasný stav techniky: jeho systém S-AWC kombinuje elektronicky riadený stredový diferenciál (ACD) s diferenciálom Active Yaw Control (AYC) na zadnej náprave, schopným prenášať krútiaci moment medzi zadnými kolesami nezávisle. Ďalšie sady ozubenia môžu aktívne posúvať rovnováhu krútiaceho momentu skôr, než dôjde k strate trakcie, nie reaktívne až po začatí preklzovanie kolies.
V praxi sa skutočné rozdiely v jazdných vlastnostiach medzi modernými systémami AWD naďalej zmenšujú, keďže riadiaca elektronika sa stáva sofistikovanejšou. Dobre kalibrovaný systém na báze Haldexu v crossoveri dokáže dosiahnuť stabilitu, ktorá by sa zdala pozoruhodná v porovnaní s mechanickým diferenciálom Torsen z predchádzajúcej generácie. Toto je nakoniec smer, ktorým sa technológia uberá – a koncovým bodom môže byť elektrické auto so štyrmi samostatnými motormi v kolesách, každý dodávajúci presne riadený krútiaci moment bez akéhokoľvek mechanického pohonného ústrojenstva.
Toto je preklad. Originál si môžete prečítať tu: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html
Publikované november 04, 2021 • 21m na čítanie
