Pogon na vsa kolesa: zgodovina, tehnologija in delovanje sistemov AWD

Ta članek se je začel kot preprost tehnični vodnik — nekaj v smislu »Vse, kar ste kdaj želeli vedeti o pogonu na vsa kolesa, a niste vedeli, koga vprašati.« Nameravali smo razložiti, kako se odprti diferental razlikuje od enot tipa visco-coupler ali Haldex, kaj dejansko počnejo samoblokirni diferentali in zakaj je to sploh pomembno. Toda čim globlje smo kopali po zgodovini, tem bolj smo bili presenečeni. Izkazalo se je, da je bil prvi osebni avtomobil s stalnim pogonom na vsa kolesa zgrajen na Nizozemskem pred več kot sto leti. Leta 1935 pa je ameriški dirkalnik s pogonom na štiri kolesa presenetljivo blizu prišel temu, da bi spremenil tok svetovne zgodovine.

Zakaj osebni avtomobil sploh potrebuje pogon na vsa kolesa? V 21. stoletju se zdi odgovor očiten: boljši oprijem, manj prodrsavanja koles na spolzkih površinah in izboljšana stabilnost pri pospeševanju. Štiri gnana kolesa so preprosto boljša od dveh. Toda človeštvo je presenetljivo dolgo čakalo, preden je ukrepalo po tej preprosti resnici. Vsak zgodovinar avtomobilizma vam bo povedal, da se je era pogona na vsa kolesa za množično tržne osebne avtomobile začela leta 1980 z Audijem Quattro. Morda bo omenil tudi redke predhodnike — britanski superavtomobil Jensen FF iz leta 1966 in Subaru Leone 4WD iz leta 1972. Pravi strokovnjak pa bo hitro opozoril, da zgodnji Subaruji s pogonom na štiri kolesa sploh niso bili sistemi z načinom vožnje na vsa kolesa — bili so občasni. In kot bomo razložili, je to ključna razlika.

Občasni pogon na štiri kolesa: začasna rešitev

Občasni pogon na eno os je kompromisna rešitev in za cestne avtomobile ni posebej elegantna. Izraz »Part-Time 4WD« izhaja iz sveta terencev in zunajcestnih tovornjakov. V tej konfiguraciji ena os poganja stalno, medtem ko je druga na zahtevo togo priključena — vendar je to togo priključitev mogoče uporabiti le zunaj ceste. Na asfaltiranih površinah mora biti sistem občasnega pogona popolnoma izklopljen. Razlogi so naslednji:

• Ko avtomobil zavija, prednja kolesa potujejo po daljšem loku kot zadnja in se morajo zato vrteti hitreje.
• Pri togo priključenem sistemu pogona na vsa kolesa se oprijem sprednjih koles zmanjša, medtem ko se navor na zadnjih poveča.
• V nekaterih primerih lahko sprednja kolesa dejansko ustvarjajo zavorno silo namesto pogonske — kar povečuje upor in otežuje upravljanje avtomobila.
• Na rahlih podlagah, kot sta blato ali sneg, je ta učinek obvladljiv, na asfaltu pa povzroča hudo zaklepanje pogonskega sklopa in težave pri vodljivosti.

Ko avtomobil zavije, vsako kolo sledi svojemu loku in se mora vrteti z različno hitrostjo. Zato sistem s trajnim pogonom na vsa kolesa zahteva tri diferentale: dva medkotačna diferentala (enega na vsaki osi) in en medosni diferental, ki omogoča, da se obe gnani osi vrtita neodvisno ena od druge.

Kljub tem pomanjkljivostim se je togo priključeni pogon na vsa kolesa pojavil na nekaterih cestnih vozilih — čeprav so bila po značaju bližje zunajcestnim tovornjakov. V ZSSR je, na primer, GAZ-61 »Emka« — sedan s pogonom na štiri kolesa, šestvaljnim motorjem in občasno prednjo osjo — vstopil v maloserijsko proizvodnjo že leta 1938. Po vojni so se podobni pogonski sklopi pojavili pri zunajcestni različici GAZ-M72 »Pobeda« in pri Moskvič-410. Subaru Leone 4WD iz leta 1972 je sledil isti logiki: bil je zgrajen za zunajcestno uporabo, z večjim svetlim odmikom od standardnih Subarujev s prednjim pogonom in ročno vklopljeno zadnjo osjo.

Subaru Leone 4WD karavan (1972–1979) je bila prilagoditev platforme s prednjim pogonom za pogon na štiri kolesa z ročno priključeno zadnjo osjo. Ključne specifikacije so vključevale:

• Možnosti motorja: 1,4-litrski (72 KM) ali 1,6-litrski (80 KM)
• Karoserijske izvedbe: karavan, sedan in pikap
• Vklop zadnjega pogona: ročni pri avtomobilih z ročnim menjalnikom; samodejni prek večdisčne frikcijske sklopke pri avtomatskih
• Ta občasna ureditev se je nadaljevala pri vseh Subarujih s pogonom na štiri kolesa do leta 1989

Temeljni problem občasnega pogona na vsa kolesa je, da je na asfaltnih cestah, kjer večina avtomobilov preživi večino svojega časa, neuporaben — a avtomobil mora ves čas nositi dodatno težo razdelilnika, drugega pogonskega grebena in sekundarne osne sestave. Pretvorba občasnega sistema v trajni pa zahteva le eno dodatno komponento: medosni diferental v razdelilniku.

Trajni pogon na vsa kolesa: kako deluje in zakaj je pomemben

Medosni diferental je ključ do trajnega pogona na vsa kolesa. Dva medkotačna diferentala — eden na vsaki osi — omogočata, da se levo in desno kolo na vsaki osi vrtita z različnima hitrostima pri zavijanju. Medosni diferental opravlja enako nalogo med sprednjo in zadnjo osjo. Avtomobil, opremljen z vsemi tremi diferentali, lahko deluje s trajnim pogonom na vsa kolesa na kateri koli površini brez zaklepanja pogonskega sklopa ali negativnih vplivov na vodljivost.

Preprosto v teoriji — toda do zgodnjih osemdesetih let je avtomobilski mainstream štel trajni AWD za nepotrebnega za cestne avtomobile. Prevladujoče mnenje je bilo, da stalno vrtenje drugega para koles in vseh z njim povezanih komponent pogonskega sklopa na suhem asfaltu dodaja hrup in zapravi gorivo. Audi Quattro je to razmišljanje trajno spremenil. Z razporejanjem navorja motorja na vsa štiri kolesa ves čas trajni sistem AWD:

• Pusti večji rob oprijema za obvladovanje stranskih sil v zavojih
• Bistveno izboljša stabilnost pri pospeševanju ali zaviranju sredi zavoja
• Zmanjša tveganje nenadnega prevelikega ali premajhnega zasuka, sproženih z vnosom pospeška

Audi 80 Quattro s konca osemdesetih let ponazarja, kako izpopolnjena je postala ta zasnova. Arhitektura Quattro je kompaktnejša od konkurenčnega menjalnika Ferguson Formula. Od leta 1984 je Audi sprejel samoblokirni diferental Torsen — povsem mehansko napravo, ki se odziva na spremembe navora na vsaki izhodni gredi in ne na razlike v hitrosti koles. Za razliko od diferenčne blokade na osnovi visco-couplerja se Torsen zaklene le pri vleki, ne med zaviranjem, kar pomeni, da je v celoti združljiv s sistemi ABS in izboljšuje stabilnost med pojemanjem.

Velja omeniti, da se Range Rover (1970) in ruski Lada Niva (1976) splošno štejeta za prva množično proizvedena vozila z medosnimi diferentali — a oba sta trdno v kategoriji zunajcestnih vozil. Audi Quattro si zahteva naziv pionirja posebej med osebnimi avtomobili.

Zgodnji dirkalniki s pogonom na štiri kolesa: od Spykerja do Bugattija

Ali so oblikovalci dirkalnikov raziskovali trajni pogon na vsa kolesa pred dobo Quattro? Odgovor je zagotovo da — in zgodba sega daleč nazaj, dlje kot večina ljudi pričakuje.

Ferdinandov prvi povojni projekt je bil dirkalnik s pogonom na štiri kolesa: Cisitalia 360 s sredinsko namestitvijo motorja in 1,5-litrskim dvanajstvaljnim motorjem. Vendar je bil njegov prednji pogon občasen — voznik ga je vklapljal le na ravnih odsekih proge in se pred zavoji vrnil na zadnji pogon.

Toda Porsche je dejansko zgradil vozilo s pogonom na štiri kolesa veliko prej: električni avtomobil s štirimi posameznimi motorji na kolesih iz leta 1900. Pravo presenečenje za zgodovinarje avtomobilizma pa je dirkalnik iz leta 1902, ki ga je zgradil nizozemski proizvajalec Spyker. V času, ko so bile celo zavore nameščene le na zadnja kolesa, je ta avtomobil imel pravi trajni pogon na vsa kolesa — skupaj z medosnim diferentalom.

Podjetje Spyker so leta 1880 ustanovili bratje Spijker kot izdelovalci kočij. Njihov prvi avtomobil se je pojavil leta 1900, dve leti pozneje pa so v sodelovanju z belgijskim oblikovalcem Josephom Valentinom Laviolettejem izdelali dirkalnik Spyker 60 KM s pogonom na štiri kolesa (1902–1907). Njegove specifikacije so bile za tisto dobo izjemno napredne:

• Trije diferentali — medosni in oba medkotačna
• Trije ločeni zavorni mehanizmi — dva na zadnjih kolesih, eden na sprednji pogonski gredi
• Sistem pogona na štiri kolesa, ki mu konceptualno desetletja ni bilo enakovrednega

Koncept trajnega pogona na štiri kolesa je torej star več kot sto let. Zgrajenih ni bilo veliko Spykerjev s pogonom na štiri kolesa — bili so izjemno dragi in niso nikoli dosegli pomembnejšega dirkalnega uspeha. V zgodnjih tridesetih letih sta sledila dva ambicioznejša dirkalna projekta AWD: Bugatti Tipo 53 in Miller FWD.

Projekt Bugatti Tipo 53 je nastal pri inženirju Fiata Antoniu Pichettu, ki je idejo predlagal Ettoreju Bugattiju leta 1930. Trije avtomobili so bili dokončani leta 1932, vsak z naslednjimi značilnostmi:

• 300 KM močan nadpihan ravni osemvaljnik
• Trajni pogon na vsa kolesa s tremi diferentali
• Razdelilnik in medosni diferental, integrirani z ločeno nameščenim menjalnikom
• Pogonske gredi za obe osi nameščene na levi strani avtomobila
• Neodvisna prednja vzmetitev na prečni vzmeti — nenavadno za Bugatti

Kljub temu da je bil Tipo 53 hitrejši od sodobnih avtomobilov z zadnjim pogonom v gramoznih zavojih, je trpel zaradi pretiranega napora pri krmiljenju, ker so bile v sprednjih pogonskih gredeh uporabljene standardne kardanske spojke namesto homokinetičnih. Trije avtomobili so tekmovali do leta 1935.

Miller FWD je nastal deloma zato, ker je ameriški oblikovalec Harry Miller preučil Bugatti s prednjim pogonom, ki je bil kupljen posebej za razstavljanje. Navdihnjen z Bugattijevim pristopom je Miller razvil lastno šasijo s pogonom na štiri kolesa s sponzorstvom podjetja za tovornjake FWD. Eden od Millerjev s pogonom na štiri kolesa je vodil dirko Indianapolis 500 leta 1934, preden se je umaknil z mehanskimi težavami na devetem mestu.

Ti avtomobili so povezani tudi z enim najčudnejših trenutkov »kaj bi, če« v zgodovini avtomobilizma. Med dirko na progi AVUS v Berlinu leta 1935 je Miller s pogonom na štiri kolesa tekel na tretjem mestu, ko je njegovemu ravnemu osemvaljniku katastrofalno odpovedal motor in odpeljal odlomke proti tribunam. Adolf Hitler je bil tisti dan prisoten na tribunah. Če bi ga dosegel celo majhen odlomek, bi bil potek Druge svetovne vojne — in svetovne zgodovine — morda popolnoma drugačen.

Formula Ferguson: sistem AWD, ki je spremenil vse

Da bi razumeli naslednje ključno poglavje v zgodovini pogona na vsa kolesa, je koristno, da se spomnimo temeljne omejitve odprtih medosnih diferentialov. Odprti diferental eni osi dovoli, da se prosto vrti, medtem ko druga ne prejema navorja. Če zadnja kolesa popolnoma izgubijo oprijem, lahko sprednja kolesa ostanejo nepremična, medtem ko se zadnja vrtijo — diferental ne stori ničesar, da bi to preprečil.

Rešitev, razvita za terenca, je bila pozitivno zaklepanje: voznik ročno vklopi mehanizem, ki togo zaklene diferentalne zobnike in pretvori diferentalni pogon v trdno zvezo. Ta pristop je bil uporabljen pri zgodnjih modelih Range Rover, Ladi Nivi in številnih drugih zunajcestnih vozilih — vključno z Audijem Quattro prve generacije, ki je od voznika zahteval ročno zaklepanje sredinskega diferentala do leta 1984. Toda ročno zaklepanje je še en kompromis: na trdih površinah ga je treba izklopiti, poleg tega pa ne nudi zaščite, če se prodrsavanje koles nepričakovano začne na spolzki cesti.

Prvi samodejni samoblokirni medosni diferental je bil ustvarjen po zaslugi britanskega dirkača in inženirja Tonyja Rolta. Skupaj s prijateljem in sotekmovalcem Fredom Dixonom je Rolt pred vojno vodil delavnico Rolt/Dixon Developments. Nato sta oba postala navdušena nad potencialom trajnega pogona na vsa kolesa. Po gradnji eksperimentalne preizkusne naprave s pogonom na štiri kolesa z imenom »Rak« sta se leta 1950 združila z Harryjem Fergusonom — uspešnim proizvajalcem traktorjev — in ustanovila Harry Ferguson Research.

Fergusonova vizija ni bil dirkalnik, temveč resnično varen cestni avtomobil: takšen, katerega kolesa se ne bi vrtela pri pospeševanju niti zaklenila pri zaviranju. Rolt in Dixon sta se odločila zasnovati tak avtomobil povsem od nule — skupaj s karoserijo, menjalnikom in pogonskim sklopom. Ko so kot glavnega inženirja pridobili izkušenega oblikovalca Claudea Hilla (nekdaj pri Aston Martinu), je bil eksperimentalni sedan Ferguson R4 dokončan po šestih letih razvoja. Njegove specifikacije so bile za leto 1956 izjemne:

• Trajni pogon na vsa kolesa s samoblokirnim medosnim diferentalom
• Boksarski štirivaljni motor
• Disk zavore na vseh štirih kolesih
• Elektromehanski sistem za preprečevanje zaklenkanja zavor Dunlop MaxaRet, prilagojen iz letalstva

Srce menjalnika Ferguson Formula je bil domiselni samoblokirni mehanizem v razdelilniku. Poleg diferentala je enota vsebovala dodaten zobnički sklop, dve kroglični prekoračitveni sklopki in dva paketa trenjskih diskov. V normalnih razmerah so ti elementi tiho mirovali. Ko pa so kolesa ene osi začela drseti — kar je povzročilo razliko v hitrostih izhodnih gredi — se je ena od sklopk vklopila, stisnila paket trenjskih diskov ob diferentalne zobnike in hipoma pretvorila diferentalni pogon v trdno zvezo.

Drugi prototip, karavan Ferguson R5 iz leta 1962, je bil še zmogljivejši. Preizkuševalci revije Autocar so opazili, da je dosegel meje oprijema pri hitrostih, ki so se zdele skoraj nemogoče. Kljub temu noben proizvajalec ni privolil v serijsko proizvodnjo Fergusona — kompleksnost in stroški so bili previsoki. Leta 1962 pa je Tony Rolt prepričal vodstvo podjetja Jensen Cars, da za njihov prihajajoči kupe CV8, ki je uporabljal 300 KM močan Chryslerjev motor V8, prilagodijo menjalnik Ferguson Formula. Tri leta pozneje je bil dokončan eksperimentalni Jensen CV8 FF s pogonom na štiri kolesa.

Leta 1966 je Jensen Interceptor nadomestil CV8 — in poleg standardnega kupeja z zadnjim pogonom je Jensen ponudil različico s pogonom na vsa kolesa z diskretno oznako »FF«. Jensen FF je postal prvi serijsko proizvedeni avtomobil na svetu, ki je združeval samoblokirni medosni diferental z ABS. Oznaka »FF« je pomenila »Formula Ferguson«. Ključne specifikacije so vključevale:

• 6,3-litrski Chryslerjev motor V8 big-block z močjo 325 KM
• Tristopenjski samodejni menjalnik TorqueFlite ali štiristopenjski ročni menjalnik
• Asimetrična porazdelitev navora: 63 % na zadnjo os, 37 % na sprednjo — za ohranitev voznih lastnosti z zadnjim pogonom
• Enokanalni sistem ABS Dunlop MaxaRet
• Servo volan z zobnično letvijo in disk zavore na vseh kolesih
• Najvišja hitrost 212 km/h; 0–100 km/h v 7,7 sekunde; masa v voznem redu približno 1.800 kg
• Cena v Veliki Britaniji leta 1968: približno 6.000 £ — podobno kot najcenejši Rolls-Royce
• Skupna proizvodnja: 318 avtomobilov (1966–1971)

Vsak avtomobilistični novinar tistega časa je hvalil izjemno stabilnost Jensena FF in to, kar so opisali kot »skoraj neomejeno rezervo oprijema na mokrem asfaltu«. Tragično, Harry Ferguson sam ni nikoli videl Jensena FF — umrl je leta 1960.

Zakaj toliko časa posvečati Formuli Ferguson? Ker je bila Harry Ferguson Research prva organizacija na svetu, ki je pogon na vsa kolesa obravnavala predvsem kot orodje za aktivno varnost — ne zgolj kot rešitev za zunajcestne težave z oprijemom. Asimetrična porazdelitev navora je bila premišljena odločitev, da bi se izognili nepredvidljivosti, ki muči simetrične sisteme AWD. Pri avtomobilu z zadnjim pogonom pretirano pritiskanje na plin v spolzkem zavoju povzroči predvidljiv preveliki zasuk. Pri avtomobilu s prednjim pogonom povzroči predvidljiv premajhni zasuk. Pri simetričnem AWD avtomobilu pa je odziv odvisen od tega, katera os ima najslabši oprijem — kar je lahko dvoumno in nevarno. Z usmeritvijo navora na zadnjo os je Formula Ferguson dala Jensenu FF skoraj predvidljive vozne lastnosti z zadnjim pogonom v večini razmer.

Izum visco-couplerja

Samoblokirni mehanizem Formule Ferguson je imel eno pomembno omejitev: njegove prekoračitvene sklopke so delovale v binarnem načinu vklop-izklop. Prehod od odprtega diferentala do popolnega zaklopa je bil takojšen, kar je ob vklopu ustvarjalo lastno dvoumnost pri vodljivosti. Potreben je bil mehanizem, ki bi stopnjo diferentalne blokade variiral gladko in postopno.

V poznih šestdesetih letih sta Tony Rolt in Derek Gardner — pozneje glavni oblikovalec Tyrrellovih dirkalnikov Formule 1 — začela eksperimentirati s silikonsko tekočino, ki se uporablja v viskoznih sklopkah ventilatorja. Rezultat je bil visco-coupler: cilindrično ohišje, napolnjeno s silikonsko tekočino, ki vsebuje izmenične pakete trenjskih diskov, priključenih na vsako izhodno gred.

Takole deluje:

• V normalnih razmerah, ko se vsa kolesa vrtijo s podobnimi hitrostmi, se paketi diskov komaj premikajo relativno drug do drugega in sklopka nima učinka na diferental.
• Ko ena os začne drseti, se njena izhodna gred zavrti hitreje, kar povzroči, da se paketi diskov vrtijo relativno drug do drugega in strigajo silikonsko tekočino.
• Striženje poveča temperaturo in tlak v sklopki ter dramatično poveča viskoznost tekočine.
• To povečanje viskoznosti povzroči, da diski vlečejo drug ob drugega, postopno zavirajo hitreje vrtečo gred in delno ali popolno zaklenejo diferental.

Po patentiranju visco-couplerja je Tony Rolt leta 1971 ustanovil FF Developments (FFD) za komercialno dobavo menjalnike za pogon na vsa kolesa. Zgodnji projekti so vključevali kombije Bedford s pogonom na štiri kolesa za britanske gozdne službe, serijo policijskih avtomobilov Ford Zephyr FF in sedane Opel Senator 4×4 za britansko vojaško misijo v Berlinu.

Najpomembnejši produkcijski dosežek FFD je bil menjalnik za AMC Eagle (1979–1988) — dvignjena AWD različica sedana AMC Concord, opremljena z večjimi pnevmatikami in 75 mm dvigom karoserije. AMC Eagle je bil prvi serijsko proizvedeni avtomobil na svetu, ki je uporabljal medosni diferental, zaklenjen z visco-couplerjem. Čeprav je bil zasnovan kot blagi terenec in ne kot zmogljivi avtomobil, je njegova arhitektura menjalnika postala neposredni prednik nekaterih najbolj cenjenih zmogljivih AWD avtomobilov, ki so bili kdaj zgrajeni — vključno z zgodnjimi generacijami Subaru Imprez WRX in Mitsubishi Lancer Evolution.

Samoblokirni diferentali: od Torsena do elektronskega upravljanja

Ko je Audi Quattro vstopil v serijsko proizvodnjo leta 1981 — dve leti po debiju AMC Eagla — je uporabljal konvencionalni odprti medosni diferental z ročno upravljanim pozitivnim zaklepanjem. Eleganca Audijeve rešitve je bila v zapakiranju: vzdolžno nameščeni motor je bil usmerjen neposredno proti zadnji osi, medosni diferental pa je bil neposredno integriran v menjalnik. Sekundarna gred menjalnika je bila narejena votla, sprednja pogonska gred pa speljan skozenj. Ekipa Ferdinanda Piëcha je izbrala simetrično porazdelitev navora 50:50 med sprednjo in zadnjo osjo.

Leta 1984 so ročice za ročno zaklepanje diferentala končno izginile iz Audijevih kabine in jih je zamenjal samoblokirni diferental Torsen (TORque SENsing). Torsen ponuja več ključnih prednosti:

• Je v celoti mehanski — ne zahteva elektronike, tekočine ali posega voznika
• Odziva se na spremembe navora na izhodnih gredeh in ne na razlike hitrosti, kar pomeni, da se lahko odzove preden se prodrsavanje koles dejansko začne
• Za razliko od visco-couplerja se zaklene le pri vleki, ne pri zaviranju, kar ga naredi v celoti združljivega z ABS
• Zaklepanje in odklepanje je gladko in zvezno, brez binarnih prehodov

Dokazana sposobnost Torsena, da zagotovi izboljšave vodljivosti in stabilnosti pri zmogljivih avtomobilih, je pozneje pritegnila inženirje terencev, ki iščejo dinamiko, podobno osebnim avtomobilom. Danes se uporablja v menjalnike vozil, vključno z Range Roverjem, Volkswagen Touaregom, Porsche Cayennom in Toyota Land Cruiserjem Prado.

V osemdesetih letih je relijeva dominacija Audija Quattro sprožila tekmo AWD med tekmovalci Skupine B. V nekaj sezonah so se pojavili naslednji relijski avtomobili s pogonom na štiri kolesa — vsak z visco-coupler tehnologijo FFD v svojih samoblokirnih diferentalih:

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

Stuart Rolt, Tonyjev sin, je v tem obdobju upravljal odnose FFD z relijskimi moštvi.

V zgodnjih devetdesetih se je tovarna AZLK v Rusiji prav tako obrnila na FFD za razvoj relijske različice s pogonom na vsa kolesa Moskvič 2141. Z enakim tridiferentialnim razporedom kot Ford RS200 je eksperimentalni Moskvič s pogonom na štiri kolesa dosegel izjemno predvidljivo vodljivost v ekstremnih razmerah. Testiranje je razkrilo pomembno načelo: z nastavitvijo togosti zaklepanja vsakega visco-couplerja posebej so inženirji lahko uglasili ravnotežje vodljivosti avtomobila v širokem razponu:

• Trši zadnji medkotačni diferental → večja nagnjenost k pretiranemu zasuku
• Trši sprednji ali medosni diferental → večji premajhni zasuk in stabilnost

Prav ta možnost nastavljanja je razlog, zakaj sodobni relijski avtomobili WRC namesto pasivnih visco-couplerjev v vseh treh diferentalih uporabljajo elektronsko upravljane pakete večdisčnih sklopk. Hidravlični aktuatorji in vgrajeni računalnik lahko v realnem času variirajo zaklepanje vsakega diferentala — sproščajo sklopke pri vstopanju v zavoj, da se avtomobil prosto zavrti, nato pa jih postopoma pritiskajo, ko voznik pospeši na ravnini, da poveča oprijem in se izogne premajhnemu zasuku.

Dva proizvajalca sta bila pionirja elektronsko upravljanih diferentialov v cestnih avtomobilih:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Razred): Tri elektronsko upravljane sklopke so zaporedno priključile sprednjo os, nato zaklenile medosni diferental in nato zaklenile zadnji diferental, kakor so zahtevale razmere. Sistem je bil učinkovit, a prekomerno zapleten, elektronika pa je na rahli podlagi povzročala opazno priključevanje in odklop sprednjih koles.
• Porsche 959 (1986): Dve elektronsko upravljani sklopki, ki delujeta v štirih voznikovih izbirnih načinih. Sistem 959 je bil bolj prefinjen in bolj primeren za visoko zmogljivostno uporabo.

Zamenjava diferentala: Haldex in poenostavljeni sistemi AWD

Medtem ko so relijski inženirji samoblokirne diferentale potiskali do njihovih meja, so oblikovalci množičnih osebnih avtomobilov šli v nasprotno smer — medosni diferental so povsem izpustili in ga nadomestili zgolj z visco-couplerjem. Volkswagen Golf II Syncro iz leta 1985 je bil prvi evropski osebni avtomobil, ki je uporabil ta pristop. Menjalnik so razvili inženirji GKN, ki je leta 1969 prevzel FFD.

Poenostavljena zasnova z visco-couplerjem je ponujala jasne prednosti za množično proizvodnjo:

• Model s pogonom na vsa kolesa je delil večino komponent s standardno različico s prednjim pogonom, kar je zmanjšalo stroške in kompleksnost proizvodnje
• V normalnih razmerah se je avtomobil obnašal enako kot avtomobil s prednjim pogonom
• Ko so sprednja kolesa zdrsnila, je visco-coupler v približno 0,2 sekunde prenesel do 70 % navora na zadnjo os

Vendar pa je ta zakasneli vklop ustvarjal tveganje pri vodljivosti: avtomobil, ki se je sprva obnašal kot vozilo s prednjim pogonom (potiskal navzven spredaj), se je ob vklopu visco-couplerja lahko nenadoma spremenil v vedenje z zadnjim navorom, kar je presenetilo voznike. Japonski proizvajalci so preizkušali različne rešitve, vključno z namestitvijo več visco-couplerjev — nekateri modeli, kot je Nissan Sunny/Pulsar iz leta 1988, so jih uporabljali tri: enega za vklop zadnjega pogona in enega za zaklepanje vsakega medkotačnega diferentala. Mazda Concerto 4WD je šla še dlje in je namesto medosnega in zadnjega medkotačnega diferentala uporabila visco-couplerje.

Naslednji evolucijski korak je visco-coupler nadomestil z elektronsko upravljano hidravlično večdisčno sklopko — bistveno hitrejšo in natančneje krmilno napravo. Sklopka Haldex, ki je nadomestila visco-coupler na Volkswagnu Golf IV in njegovih platformnih sorodnikih, je najbolj znani primer te tehnologije. Takole deluje:

• Čelni odmičniki zaznavajo vsako razliko v kotni hitrosti med sprednjo in zadnjo gredjo
• Valji, ki se gibljejo po površinah odmičnikov, potiskajo bate v obročnih valjih in črpajo hidravlično tekočino
• Tlak tekočine stisne paket večdisčnih sklopk in prenese navor na zadnjo os
• Elektromagnetni ventil, ki ga krmili elektronika vozila, lahko v kateri koli točki sprosti tlak — kar omogoča neskončno variabilno porazdelitev navora

Danes večina AWD osebnih avtomobilov in crossoverjev uporablja neko varianto te arhitekture elektronsko upravljane sklopke — bodisi Haldex pri vozilih Volkswagen Group, Hondin VTM-4 ali BMW-jev xDrive. Hitrost sodobnih sistemov sklopk je zmanjšala zamudo pri vklopu do te mere, da je pri normalnem vožnji neopazna. Nastavljanje krmilne programske opreme je zdaj važnejše od same strojne opreme: Golf 4Motion in Audi A3 Quattro uporabljata mehansko enaka menjalnika, a različna programska oprema daje Volkswagnu simetrično porazdelitev navora, medtem ko Audijeva kalibracija 60 % navora pošlje na sprednjo os za bolj poznani značaj s prednjim pogonom.

Tehnologija AWD danes: kateri sistem je najboljši?

Sistemi občasnega pogona na vsa kolesa z ročno vklopljeno drugo osjo so na srečo izginili iz osebnih avtomobilov. Preostale arhitekture imajo vsaka svoje prednosti:

• Trajni AWD s samoblokirnim medosnim diferentalom (visco-coupler kot pri Subaruju, mehanski Torsen kot pri Audiju A4/A6/A8 Quattro in Volkswagnu Phaeton, ali elektronsko upravljane sklopke kot pri Mitsubishiju Lancer Evo): najzahtevnejši in najnagrajevalnejši sistemi, ki so pri pravilni kalibraciji sposobni resnično izboljšati vodljivost tako na cesti kot na progi.
• Trajni AWD z odprtim medosnim diferentalom (kot pri Mercedes-Benzu 4Matic): temelji na elektroniki za preprečevanje zdrsavanja za kompenzacijo pomanjkanja samoblokiranja. Učinkovit na cesti, a mehansko manj proaktiven.
• Občasni zadnji pogon prek upravljane sklopke (Haldex, kot pri Volvoju, Saabu in različnih crossoverjih Volkswagen Group): najpogostejši razpored v sodobnih crossoverjih — stroškovno učinkovit, lahek in vse bolj zmogljiv zahvaljujoč hitrejši elektroniki.

Prevladujoči trend v naprednem AWD je vektoriranje navora — ne samo porazdelitev navora med sprednjo in zadnjo osjo, temveč njegovo aktivno variiranje med levim in desnim kolesom na osi. Mitsubishi Lancer Evolution X predstavlja vrhunec: njegov sistem S-AWC združuje elektronsko upravljani sredinski diferental (ACD) z zadnjim diferentalom Active Yaw Control (AYC), ki je sposoben neodvisno prenašati navor med zadnjimi kolesi. Dodatni zobnički sklopi lahko proaktivno, preden se izgubi oprijem, prenesejo ravnotežje navora namesto reaktivno, ko se je prodrsavanje koles že začelo.

Praktično gledano se dejanske razlike v vodljivosti med sodobnimi sistemi AWD še naprej zmanjšujejo, ko elektronika za krmiljenje postaja bolj prefinjena. Dobro kalibriran sistem na osnovi Haldexa v crossoverju lahko zagotovi stabilnost, ki bi bila pred generacijo videti izjemna za mehanski diferental Torsen. To je smer, v katero gre tehnologija — in končna točka je morda električni avtomobil s štirimi posameznimi motorji na kolesih, od katerih vsak zagotavlja natančno krmiljeni navor brez kakršnega koli mehanskega pogonskega sklopa.

To je prevod. Izvirnik si lahko preberete tukaj: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html