Tërheqja në të katër rrotat e shpjeguar: Historia, teknologjia dhe si funksionojnë sistemet AWD

Ky artikull filloi si një udhëzues teknik i thjeshtë — diçka si “Gjithçka që keni dashur ndonjëherë të dini për tërheqjen në të katër rrotat, por nuk dinit kë të pyesnit.” Planifikuam të mbulonim se si ndryshojnë diferencialët e hapur nga njësitë me bashkim viskoz ose ato të tipit Haldex, çfarë bëjnë në të vërtetë diferencialët vetëbllokues dhe pse e gjithë kjo ka rëndësi. Por sa më thellë gërmonim në histori, aq më shumë habiteshim. Doli se makina e parë e udhëtarëve me tërheqje të përhershme në të katër rrotat u ndërtua në Holandë mbi njëqind vjet më parë. Dhe në vitin 1935, një makinë garash amerikane me tërheqje në të katër rrotat erdhi çuditërisht afër ndryshimit të rrjedhës së historisë botërore.

Pse i nevojitet një makine udhëtarësh tërheqja në të katër rrotat? Në shekullin e 21-të, përgjigjja duket e qartë: tërheqje më e mirë, më pak rrëshqitje rrotash në sipërfaqe të rrëshqitshme dhe drejtim i përmirësuar nën fuqi. Katër rrota lëvizëse janë thjesht më mirë se dy. Por njerëzimit i deshi një kohë çuditërisht e gjatë për të vepruar mbi këtë të vërtetë themelore. Pyesni cilindo historian të automobilizmit dhe ai do t’ju thotë se epoka e tërheqjes në të katër rrotat për makinat e udhëtarëve të prodhimit masiv filloi në vitin 1980 me Audi Quattro. Mund të përmendin gjithashtu paraardhës të rrallë — superveturën britanike Jensen FF të vitit 1966 dhe Subaru Leone 4WD të vitit 1972. Megjithatë, një ekspert i vërtetë do të vërejë shpejt se Subaru-të e hershme me tërheqje në të katër rrotat nuk ishin aspak sisteme AWD të përhershme — ato ishin me kohë të pjesshme. Dhe siç do ta shpjegojmë, ai është një dallim thelbësor.

4WD me kohë të pjesshme: Një zgjidhje e përkohshme

Tërheqja me kohë të pjesshme në një bosht është një zgjidhje kompromisi dhe jo veçanërisht elegante për makinat rrugore. Termi “4WD me kohë të pjesshme” e ka origjinën në botën e SUV-ve dhe kamionëve për terren të vështirë. Në këtë konfigurim, një bosht tërheq vazhdimisht ndërsa tjetri lidhet ngurtësisht sipas kërkesës — por kjo lidhje e ngurtë mund të përdoret vetëm jashtë rruge. Në sipërfaqe të asfaltuara, sistemi me kohë të pjesshme duhet të çaktivizohet plotësisht. Ja pse:

• Kur një makinë kthehet, rrotat e përparme përshkojnë një hark më të gjatë se rrotat e pasme dhe për rrjedhojë duhet të rrotullohen më shpejt.
• Me një sistem tërheqjeje në të katër rrotat të lidhur ngurtësisht, tërheqja te rrotat e përparme zvogëlohet ndërsa çift rrotullimi te rrotat e pasme rritet.
• Në disa raste, rrotat e përparme mund të gjenerojnë në fakt forcë frenuese në vend të forcës lëvizëse — duke rritur rezistencën dhe duke e bërë makinën më të vështirë për t’u drejtuar.
• Në sipërfaqe të lirshme si balta ose bora, ky efekt është i menaxhueshëm, por në asfalt ai shkakton bllokim të rëndë të transmisionit dhe probleme drejtimi.

Kur një makinë kalon një kthesë, çdo rrotë ndjek harkun e vet dhe duhet të rrotullohet me shpejtësi të ndryshme. Kjo është arsyeja pse një sistem i përhershëm tërheqjeje në të katër rrotat kërkon tre diferencialë: dy diferencialë ndërrrotorë (një për çdo bosht) dhe një diferencial ndërboshtor për t’u lejuar të dy boshteve lëvizës të rrotullohen të pavarur nga njëri-tjetri.

Pavarësisht këtyre të metave, tërheqja në të katër rrotat e lidhur ngurtësisht u shfaq në disa automjete rrugore — megjithëse ato ishin më afër kamionëve për terren të vështirë në karakter. Në BRSS, për shembull, GAZ-61 “Emka” — një limuzinë me tërheqje në të katër rrotat me motor gjashtëcilindrësh dhe një bosht të përparmë me kohë të pjesshme — hyri në prodhim me seri të vogla që në vitin 1938. Pas luftës, transmisione të ngjashëm u shfaqën në variantin off-road GAZ-M72 “Pobeda” dhe në Moskvich-410. Subaru Leone 4WD i vitit 1972 ndoqi të njëjtën logjikë: u ndërtua për përdorim jashtë rruge, me lartësi më të madhe nga toka se Subaru-të standarde me tërheqje në rrotat e përparme, dhe me një bosht të pasmë që angazhohej manualisht.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) ishte një përshtatje me tërheqje në të katër rrotat e një platforme me tërheqje në rrotat e përparme, me një bosht të pasmë të lidhur manualisht. Specifikimet kryesore përfshinin:

• Opsionet e motorit: 1,4 litra (72 kuaj fuqi) ose 1,6 litra (80 kuaj fuqi)
• Llojet e karrocerisë: station wagon, limuzinë dhe kamionçinë (pickup)
• Angazhimi i tërheqjes në rrotat e pasme: manual te makinat me kuti shpejtësish manuale; automatik nëpërmjet një friksioni shumëdisk te makinat me kuti automatike
• Ky rregullim me kohë të pjesshme vazhdoi në të gjitha Subaru-të me tërheqje në të katër rrotat deri në vitin 1989

Problemi thelbësor me tërheqjen në të katër rrotat me kohë të pjesshme është se ajo është e padobishme në rrugët e asfaltuara ku kalojnë shumicën e kohës shumica e makinave — e megjithatë makina duhet të mbartë vazhdimisht peshën shtesë të një kutie ndarëse, një boshti lëvizës të dytë dhe një bashkësie boshti dytësor. Megjithatë, konvertimi i një sistemi me kohë të pjesshme në kohë të plotë kërkon vetëm një komponent shtesë: një diferencial ndërboshtor në kutinë ndarëse.

Tërheqja në të katër rrotat me kohë të plotë: Si funksionon dhe pse ka rëndësi

Diferenciali ndërboshtor është çelësi i tërheqjes së përhershme në të katër rrotat. Dy diferencialë ndërrrotorë — një në çdo bosht — lejojnë rrotat e majta dhe të djathta në çdo bosht të rrotullohen me shpejtësi të ndryshme nëpër kthesa. Diferenciali ndërboshtor kryen të njëjtën punë midis boshtit të përparmë dhe atij të pasmë. Një makinë e pajisur me të tre diferencialët mund të ketë tërheqje të përhershme në të katër rrotat në çdo sipërfaqe rrugore pa bllokim të transmisionit apo penalitete drejtimi.

E thjeshtë në teori — e megjithatë deri në fillimin e viteve 1980, rryma kryesore e automobilizmit e konsideronte AWD-në me kohë të plotë të panevojshme për makinat rrugore. Mendimi i përgjithshëm ishte se rrotullimi i vazhdueshëm i një çifti të dytë rrotash dhe i të gjithë komponentëve të transmisionit të lidhur me to mbi asfaltin e thatë shtonte zhurmën dhe shpërdoronte karburant. Audi Quattro e ndryshoi këtë mënyrë të menduari përgjithmonë. Duke shpërndarë çift rrotullimin e motorit në të katër rrotat në çdo moment, një sistem AWD me kohë të plotë:

• Lë në dispozicion një marzh më të madh kapjeje për të përballuar forcat anësore në kthesa
• Përmirëson ndjeshëm stabilitetin gjatë përshpejtimit ose frenimit në mes të kthesës
• Zvogëlon rrezikun e mbidrejtimit (oversteer) ose nëndrejtimit (understeer) të papritur të shkaktuar nga veprimet mbi gaz

Audi 80 Quattro i fundit të viteve 1980 ilustron se sa i rafinuar u bë ky rregullim. Arkitektura Quattro është më kompakte se transmisioni rival Ferguson Formula. Që nga viti 1984, Audi adoptoi diferencialin vetëbllokues Torsen — një pajisje krejtësisht mekanike që reagon ndaj ndryshimeve të çift rrotullimit në çdo bosht dalës dhe jo ndaj diferencave të shpejtësisë së rrotave. Ndryshe nga një bllokim diferenciali i bazuar te bashkimi viskoz, Torsen-i bllokohet vetëm nën tërheqje, jo gjatë frenimit, që do të thotë se është plotësisht i pajtueshëm me sistemet ABS dhe përmirëson stabilitetin gjatë ngadalësimit.

Vlen të theksohet se Range Rover (1970) dhe Lada Niva ruse (1976) konsiderohen përgjithësisht automjetet e para të prodhimit masiv me diferencialë ndërboshtorë — por të dyja bëjnë pjesë qartë në kategorinë off-road. Audi Quattro pretendon titullin e pionierit posaçërisht midis makinave të udhëtarëve.

Makinat e hershme të garave me tërheqje në të katër rrotat: Nga Spyker te Bugatti

A e eksploruan projektuesit e makinave të garave tërheqjen në të katër rrotat me kohë të plotë para epokës Quattro? Përgjigjja është një po e prerë — dhe historia kthehet shumë më prapa se sa presin shumica e njerëzve.

Projekti i parë i pasluftës i Ferdinand Porsche-s ishte një makinë garash me tërheqje në të katër rrotat: Cisitalia 360, me motor të vendosur në mes dhe një motor dymbëdhjetëcilindrësh 1,5-litrësh. Megjithatë, tërheqja e saj në rrotat e përparme ishte me kohë të pjesshme — shoferi e angazhonte vetëm në pjesët e drejta të pistës, duke u rikthyer te tërheqja në rrotat e pasme para kthesave.

Por Porsche kishte ndërtuar në fakt një automjet me tërheqje në të katër rrotat shumë më herët: një makinë elektrike me katër motorë rrotash individualë, që daton që nga viti 1900. Megjithatë, tronditja e vërtetë për historianët e automobilizmit është makina e garave e vitit 1902, e ndërtuar nga prodhuesi holandez Spyker. Në një kohë kur edhe frenat montoheshin vetëm te rrotat e pasme, kjo makinë kishte tërheqje të vërtetë në të katër rrotat me kohë të plotë — të kompletuar me një diferencial ndërboshtor.

Kompania Spyker ishte themeluar në vitin 1880 nga vëllezërit Spijker si prodhuese karrocash të tërhequra nga kuajt. Makina e tyre e parë u shfaq në vitin 1900, dhe dy vjet më vonë, duke punuar me projektuesin belg Joseph Valentin Laviolette, ata prodhuan makinën e garave me tërheqje në të katër rrotat Spyker 60 HP (1902–1907). Specifikimi i saj ishte jashtëzakonisht i avancuar për epokën:

• Tre diferencialë — ndërboshtori dhe të dy ndërrrotorët
• Tre mekanizma frenimi të veçantë — dy te rrotat e pasme, një te boshti lëvizës i përparmë
• Një sistem tërheqjeje në të katër rrotat që nuk do të barazohej në koncept për dekada me radhë

Koncepti i tërheqjes në të katër rrotat me kohë të plotë është, pra, më shumë se një shekull i vjetër. Nuk u ndërtuan shumë Spyker me tërheqje në të katër rrotat — ato ishin tejet të shtrenjta dhe nuk arritën kurrë sukses të rëndësishëm në gara. Dy projekte më ambicioze garash AWD pasuan në fillim të viteve 1930: Bugatti Tipo 53 dhe Miller FWD.

Projekti Bugatti Tipo 53 e kishte origjinën te inxhinieri i Fiat-it Antonio Pichetto, i cili ia propozoi idenë Ettore Bugatti-t në vitin 1930. Tre makina u kompletuan në vitin 1932, secila me:

• Një motor tetëcilindrësh në vijë me kompresor prej 300 kuaj fuqi
• Tërheqje në të katër rrotat me kohë të plotë me tre diferencialë
• Një kuti ndarëse dhe një diferencial ndërboshtor të integruar me kutinë e shpejtësisë të montuar veçmas
• Boshte lëvizëse për të dy boshtet të pozicionuara në anën e majtë të makinës
• Një pezullim të pavarur të përparmë mbi një sustë tërthore — i pazakontë për Bugatti-n

Megjithëse kalonte makinat bashkëkohore me tërheqje në rrotat e pasme nëpër kthesat me zhavorr, Tipo 53 vuante nga përpjekja e tepruar e drejtimit për shkak të përdorimit të kardanëve standardë në vend të nyjave me shpejtësi konstante në boshtet lëvizëse të përparme. Të tri makinat garuan deri në vitin 1935.

Miller FWD lindi pjesërisht ngaqë projektuesi amerikan Harry Miller kishte studiuar një Bugatti me tërheqje në rrotat e përparme të blerë posaçërisht për ta çmontuar. I frymëzuar nga qasja e Bugatti-t, Miller zhvilloi shasinë e tij me tërheqje në të katër rrotat me sponsorizim nga kompania e kamionëve FWD. Një nga Miller-at me tërheqje në të katër rrotat udhëhoqi garën Indianapolis 500 të vitit 1934 përpara se të dorëzohej me probleme mekanike në vendin e nëntë.

Këto makina lidhen gjithashtu me një nga momentet më të çuditshme “po sikur” në historinë e automobilizmit. Gjatë një gare në pistën AVUS në Berlin në vitin 1935, një Miller me tërheqje në të katër rrotat ishte i treti kur motori i tij tetëcilindrësh në vijë dështoi në mënyrë katastrofike, duke dërguar copëza fluturim drejt tribunave. Adolf Hitleri ishte i pranishëm në tribuna atë ditë. Po të kishte arritur deri te ai qoftë edhe një copë e vogël, rrjedha e Luftës së Dytë Botërore — dhe e historisë botërore — mund të kishte qenë krejtësisht e ndryshme.

Ferguson Formula: Sistemi AWD që ndryshoi gjithçka

Për të kuptuar kapitullin tjetër kritik në historinë e tërheqjes në të katër rrotat, ndihmon t’i rikthehemi një kufizimi themelor të diferencialëve të hapur ndërboshtorë. Një diferencial i hapur lejon një bosht të rrotullohet lirshëm ndërsa tjetri nuk merr çift rrotullimi. Nëse rrotat e pasme humbasin plotësisht kapjen, rrotat e përparme mund të mbeten të palëvizshme ndërsa ato të pasme rrotullohen — diferenciali nuk bën asgjë për ta parandaluar këtë.

Zgjidhja e zhvilluar për SUV-të ishte bllokimi pozitiv: shoferi angazhon manualisht një mekanizëm që bllokon ngurtësisht ingranazhet e diferencialit, duke e shndërruar tërheqjen me diferencial në një lidhje të ngurtë. Kjo qasje u përdor te Range Rover-at e hershëm, Lada Niva dhe shumë automjete të tjera off-road — duke përfshirë Audi Quattro-n e gjeneratës së parë, e cila kërkonte që shoferi të bllokonte manualisht diferencialin qendror deri në vitin 1984. Por bllokimi manual është një kompromis tjetër: ai duhet të çaktivizohet në sipërfaqe të forta dhe nuk ofron asnjë mbrojtje nëse rrëshqitja e rrotave fillon papritmas në një rrugë të rrëshqitshme.

Diferenciali i parë automatik vetëbllokues ndërboshtor ishte krijim i shoferit dhe inxhinierit britanik të garave Tony Rolt. Së bashku me mikun dhe garuesin e tij Fred Dixon, Rolt kishte drejtuar punëtorinë Rolt/Dixon Developments para luftës. Më pas, të dy u magjepsën nga potenciali i tërheqjes së përhershme në të katër rrotat. Pasi ndërtuan një model eksperimental me tërheqje në të katër rrotat të quajtur “Crab”, ata bashkuan forcat në vitin 1950 me Harry Ferguson — prodhuesin e suksesshëm të traktorëve — për të formuar Harry Ferguson Research.

Vizioni i Ferguson-it nuk ishte një makinë garash, por një makinë rrugore vërtet e sigurt: një makinë rrotat e së cilës nuk do të rrëshqisnin nën përshpejtim e as nuk do të bllokoheshin nën frenim. Rolt-i dhe Dixon-i vendosën të projektonin një makinë të tillë krejtësisht nga e para — duke përfshirë karrocerinë, transmisionin dhe sistemin lëvizës. Me projektuesin me përvojë Claude Hill (më parë në Aston Martin) të sjellë si kryeinxhinier, limuzina eksperimentale Ferguson R4 u kompletua pas gjashtë vitesh zhvillimi. Specifikimi i saj ishte i jashtëzakonshëm për vitin 1956:

• Tërheqje e përhershme në të katër rrotat me një diferencial vetëbllokues ndërboshtor
• Një motor katërcilindrësh bokser (flat-four)
• Fre me disqe në të katër rrotat
• Sistemi elektromekanik kundërbllokues i frenimit Dunlop MaxaRet, i përshtatur nga aviacioni

Zemra e transmisionit Ferguson Formula ishte një mekanizëm gjenial vetëbllokues brenda kutisë ndarëse. Përveç diferencialit, njësia përmbante një grup ingranazhesh shtesë, dy friksione me sfera me lëvizje të lirë (overrunning) dhe dy paketa disqesh friksioni. Në kushte normale, këto elemente rrinin në punë boshe pa zhurmë. Por kur rrotat e një boshti fillonin të rrëshqisnin — duke shkaktuar një diferencë në shpejtësitë e boshteve dalëse — njëri nga friksionet angazhohej, duke shtypur paketën e tij të friksionit kundër ingranazheve të diferencialit dhe duke e shndërruar menjëherë tërheqjen me diferencial në një lidhje të ngurtë.

Një prototip i dytë, Ferguson R5 estate i vitit 1962, ishte edhe më i aftë. Testuesit e revistës Autocar vunë re se ai arrinte kufijtë e kapjes me rrugë në shpejtësi që dukeshin pothuajse të pamundura. Pavarësisht kësaj, asnjë prodhues nuk pranoi ta vinte Ferguson-in në prodhim — ndërlikueshmëria dhe kostoja ishin shumë të larta. Megjithatë, në vitin 1962 Tony Rolt bindi drejtuesit e Jensen Cars që ta përshtatnin transmisionin Ferguson Formula për kupenë e tyre të ardhshme CV8, e cila përdorte një motor Chrysler V8 prej 300 kuaj fuqi. Tre vjet më vonë, u kompletua një Jensen CV8 FF eksperimental me tërheqje në të katër rrotat.

Në vitin 1966, Jensen Interceptor zëvendësoi CV8-shin — dhe krahas kupesë standarde me tërheqje në rrotat e pasme, Jensen ofronte një variant me tërheqje në të katër rrotat me një emërtim diskret “FF”. Jensen FF u bë makina e parë e prodhimit në seri në botë që kombinonte një diferencial vetëbllokues ndërboshtor me ABS. Emërtimi “FF” qëndronte për “Formula Ferguson”. Specifikimet kryesore përfshinin:

• Motor Chrysler V8 big-block 6,3-litrësh që prodhonte 325 kuaj fuqi
• Kuti shpejtësish automatike TorqueFlite tremarshëshe ose manuale katërmarshëshe
• Ndarje asimetrike e çift rrotullimit: 63% te boshti i pasmë, 37% te ai i përparmë — për të ruajtur karakterin drejtues të tërheqjes në rrotat e pasme
• ABS Dunlop MaxaRet me një kanal
• Drejtim i fuqizuar me kremaljerë (rack-and-pinion) dhe fre me disqe rreth e qark
• Shpejtësia maksimale 212 km/h; 0–100 km/h për 7,7 sekonda; pesha pa ngarkesë afërsisht 1.800 kg
• Çmimi në Mbretërinë e Bashkuar në vitin 1968: afërsisht 6.000 £ — i ngjashëm me Rolls-Royce-in më të lirë
• Prodhimi total: 318 makina (1966–1971)

Çdo gazetar i automobilizmit i asaj epoke lavdëroi stabilitetin e jashtëzakonshëm të Jensen FF-së dhe atë që e përshkruan si “një marzh tërheqjeje pothuajse të pakufizuar mbi asfaltin e lagësht.” Tragjikisht, vetë Harry Ferguson nuk e pa kurrë Jensen FF-në — ai vdiq në vitin 1960.

Pse t’i kushtojmë kaq shumë kohë Ferguson Formula-s? Sepse Harry Ferguson Research ishte organizata e parë kudo në botë që e trajtoi tërheqjen në të katër rrotat kryesisht si një mjet për sigurinë aktive — jo thjesht si një zgjidhje për problemet e tërheqjes jashtë rruge. Ndarja asimetrike e çift rrotullimit ishte një zgjedhje e qëllimshme për të shmangur paparashikueshmërinë që mundon sistemet simetrike AWD. Te një makinë me tërheqje në rrotat e pasme, dhënia e tepërt e gazit në një kthesë të rrëshqitshme shkakton mbidrejtim të parashikueshëm. Te një makinë me tërheqje në rrotat e përparme, ajo shkakton nëndrejtim të parashikueshëm. Te një makinë simetrike AWD, reagimi varet nga ai bosht që ka kapjen më të keqe — gjë që mund të jetë e paqartë dhe e rrezikshme. Duke e anuar çift rrotullimin nga prapa, Ferguson Formula i dha Jensen FF-së një sjellje pothuajse të parashikueshme të tërheqjes në rrotat e pasme në shumicën e kushteve.

Shpikja e bashkimit viskoz

Mekanizmi vetëbllokues i Ferguson Formula-s kishte një kufizim të rëndësishëm: friksionet e tij me lëvizje të lirë vepronin në mënyrë binare, ndez-fik. Kalimi nga diferenciali i hapur te bllokimi i plotë ishte i menjëhershëm, gjë që mund të krijonte një paqartësi të vetën në drejtim në momentin e angazhimit. Ajo që nevojitej ishte një mekanizëm që mund të ndryshonte shkallën e bllokimit të diferencialit në mënyrë të butë dhe progresive.

Në fund të viteve 1960, Tony Rolt dhe Derek Gardner — më vonë kryeprojektuesi i makinave të Formula 1 të Tyrrell-it — filluan të eksperimentonin me lëngun e silikonit të përdorur në bashkimet viskoze të ventilatorëve të ftohjes. Rezultati ishte bashkimi viskoz: një strehë cilindrike e mbushur me lëng silikoni, që përmban paketa alternative disqesh friksioni të lidhura me secilin bosht dalës.

Ja si funksionon:

• Në kushte normale, me të gjitha rrotat që rrotullohen me shpejtësi të ngjashme, paketat e disqeve mezi lëvizin njëra ndaj tjetrës dhe bashkimi nuk ka asnjë efekt mbi diferencialin.
• Kur një bosht fillon të rrëshqasë, boshti i tij dalës rrotullohet më shpejt, duke bërë që paketat e disqeve të rrotullohen njëra ndaj tjetrës dhe të prejnë lëngun e silikonit.
• Prerja rrit temperaturën dhe presionin brenda bashkimit, duke e ngritur në mënyrë dramatike viskozitetin e lëngut.
• Kjo rritje e viskozitetit bën që disqet të fërkohen kundër njëri-tjetrit, duke frenuar progresivisht boshtin që rrotullohet më shpejt dhe duke e bllokuar pjesërisht ose plotësisht diferencialin.

Pasi patentoi bashkimin viskoz, Tony Rolt themeloi FF Developments (FFD) në vitin 1971 për të furnizuar tregtarisht transmisione me tërheqje në të katër rrotat. Projektet e hershme përfshinin furgona Bedford me tërheqje në të katër rrotat për shërbimet pyjore britanike, një seri makinash policie Ford Zephyr FF dhe limuzina Opel Senator 4×4 për misionin ushtarak britanik në Berlin.

Arritja më e rëndësishme prodhuese e FFD-së ishte transmisioni për AMC Eagle (1979–1988) — një version i ngritur, me tërheqje në të katër rrotat, i limuzinës AMC Concord, i pajisur me goma më të mëdha dhe një ngritje karrocerie prej 75 mm. AMC Eagle ishte makina e parë e prodhimit në seri në botë që përdorte një diferencial ndërboshtor të bllokuar nga një bashkim viskoz. Megjithëse u konceptua si një makinë e lehtë off-road dhe jo si një makinë performance, arkitektura e transmisionit të saj u bë paraardhësi i drejtpërdrejtë i disa prej makinave AWD të performancës më të famshme që janë ndërtuar ndonjëherë — duke përfshirë gjeneratat e hershme të Subaru Impreza WRX dhe Mitsubishi Lancer Evolution.

Diferencialët vetëbllokues: Nga Torsen-i te kontrolli elektronik

Kur Audi Quattro hyri në prodhim në vitin 1981 — dy vjet pas debutimit të AMC Eagle — ai përdorte një diferencial konvencional të hapur ndërboshtor me një bllokim pozitiv të vepruar manualisht. Eleganca e zgjidhjes së Audi-t qëndronte në paketimin: motori i vendosur gjatësisht drejtohej direkt nga boshti i pasmë, dhe një diferencial ndërboshtor ishte integruar drejtpërdrejt në kutinë e shpejtësisë. Boshti dytësor i kutisë së shpejtësisë u bë i zbrazët, dhe boshti lëvizës i përparmë kalonte përmes tij. Ekipi i Ferdinand Piëch-it zgjodhi një ndarje simetrike 50:50 të çift rrotullimit midis pjesës së përparme dhe asaj të pasme.

Në vitin 1984, levat e bllokimit manual të diferencialit më në fund u zhdukën nga kabinat e Audi-t, të zëvendësuara nga diferenciali vetëbllokues Torsen (TORque SENsing — ndjeshmëri ndaj çift rrotullimit). Torsen-i ofron disa avantazhe kyçe:

• Është krejtësisht mekanik — nuk kërkon elektronikë, lëng apo ndërhyrje të shoferit
• Reagon ndaj ndryshimeve të çift rrotullimit në boshtet dalëse dhe jo ndaj diferencave të shpejtësisë, që do të thotë se mund të reagojë para se të fillojë në të vërtetë rrëshqitja e rrotave
• Ndryshe nga një bashkim viskoz, ai bllokohet vetëm nën tërheqje, jo nën frenim, duke e bërë plotësisht të pajtueshëm me ABS
• Bllokimi dhe çbllokimi është i butë dhe i vazhdueshëm, pa kalime binare

Aftësia e provuar e Torsen-it për të ofruar përmirësime në drejtim dhe stabilitet te makinat e performancës tërhoqi më vonë inxhinierët e SUV-ve që kërkonin dinamikë të ngjashme me makinat. Sot ai përdoret në transmisionet e automjeteve duke përfshirë Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne dhe Toyota Land Cruiser Prado.

Në vitet 1980, dominimi i Audi Quattro-s në raliume nxiti një garë armatimi me tërheqje në të katër rrotat midis konkurrentëve të Grupit B. Brenda pak sezonesh, ishin shfaqur të gjitha makinat e mëposhtme të raliumeve me tërheqje në të katër rrotat — secila duke përdorur teknologjinë e bashkimit viskoz të FFD-së në diferencialët e tyre vetëbllokues:

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

Stuart Rolt, djali i Tony-t, menaxhoi marrëdhëniet e FFD-së me ekipet e raliumeve gjatë kësaj periudhe.

Në fillim të viteve 1990, fabrika AZLK në Rusi iu drejtua gjithashtu FFD-së për të zhvilluar një version raliumi me tërheqje në të katër rrotat të Moskvich 2141. Duke përdorur të njëjtin rregullim me tre diferencialë si Ford RS200, Moskvich-i eksperimental me tërheqje në të katër rrotat arriti një drejtim çuditërisht të parashikueshëm në kushte ekstreme. Testimi zbuloi një parim të rëndësishëm: duke rregulluar individualisht ngurtësinë e bllokimit të çdo bashkimi viskoz, inxhinierët mund të kalibronin ekuilibrin e drejtimit të makinës në një gamë të gjerë:

• Diferencial ndërrrotor i pasmë më i ngurtë → më shumë prirje për mbidrejtim
• Diferencial i përparmë ose ndërboshtor më i ngurtë → më shumë nëndrejtim dhe stabilitet

Kjo aftësi për t’u kalibruar është arsyeja pse makinat moderne të raliumeve WRC përdorin paketa friksioni shumëdisk të kontrolluara elektronikisht në vend të bashkimeve viskoze pasive në të tre diferencialët. Aktuatorë hidraulikë dhe një kompjuter në bord mund të ndryshojnë bllokimin e çdo diferenciali në kohë reale — duke i liruar friksionet kur hyhet në një kthesë për t’i lejuar makinës të rrotullohet lirshëm, e më pas duke i shtrënguar progresivisht ndërsa shoferi përshpejton drejt pjesës së drejtë për të maksimizuar tërheqjen ndërsa shmanget nëndrejtimi.

Dy prodhues ishin pionierë të diferencialëve të kontrolluar elektronikisht në makinat rrugore:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, E-Class W124): Tre friksione të kontrolluar elektronikisht lidhnin në mënyrë sekuenciale boshtin e përparmë, pastaj bllokonin diferencialin ndërboshtor, e më pas bllokonin diferencialin e pasmë sipas kushteve. Sistemi ishte efektiv, por tepër i ndërlikuar, dhe elektronika mund të bënte që rrotat e përparme të lidheshin dhe shkëputeshin dukshëm në sipërfaqe të lirshme.
• Porsche 959 (1986): Dy friksione të kontrolluar elektronikisht që vepronin nëpërmjet katër modaliteteve të zgjedhshme nga shoferi. Sistemi i 959-shit ishte më i sofistikuar dhe më i përshtatshëm për përdorim me performancë të lartë.

Zëvendësimi i diferencialit: Haldex dhe sistemet e thjeshtuara AWD

Ndërsa inxhinierët e raliumeve po i shtynin diferencialët vetëbllokues deri në kufijtë e tyre, projektuesit e makinave të zakonshme të udhëtarëve lëvizën në drejtimin e kundërt — duke e eliminuar plotësisht diferencialin ndërboshtor dhe duke e zëvendësuar atë vetëm me një bashkim viskoz. Volkswagen Golf II Syncro i vitit 1985 ishte makina e parë evropiane e udhëtarëve që përdori këtë qasje. Transmisioni u zhvillua nga inxhinierët e GKN-së, e cila kishte blerë FFD-në në vitin 1969.

Rregullimi i thjeshtuar me bashkim viskoz ofronte avantazhe të qarta për prodhimin masiv:

• Modeli me tërheqje në të katër rrotat ndante shumicën e komponentëve me versionin standard me tërheqje në rrotat e përparme, duke reduktuar koston dhe ndërlikueshmërinë e prodhimit
• Në kushte normale, makina drejtohej në mënyrë identike me një makinë me tërheqje në rrotat e përparme
• Kur rrotat e përparme rrëshqisnin, bashkimi viskoz mund të transferonte deri në 70% të çift rrotullimit te pjesa e pasme brenda afërsisht 0,2 sekondave

Megjithatë, ky angazhim i vonuar krijonte një rrezik drejtimi: një makinë që fillimisht sillej si një automjet me tërheqje në rrotat e përparme (duke u zgjeruar nga përpara) mund të kalonte papritmas në një sjellje të anuar nga prapa kur angazhohej bashkimi viskoz, duke i zënë në befasi shoferët. Prodhuesit japonezë eksploruan zgjidhje të ndryshme, duke përfshirë montimin e disa bashkimeve viskoze — disa modele, si Nissan Sunny/Pulsar i vitit 1988, përdornin tre: një për të angazhuar tërheqjen e pasme dhe një për të bllokuar secilin diferencial ndërrrotor. Mazda Concerto 4WD shkoi edhe më tej, duke përdorur bashkime viskoze në vend si të diferencialit ndërboshtor, ashtu edhe të atij ndërrrotor të pasmë.

Hapi tjetër evolutiv e zëvendësoi bashkimin viskoz me një friksion hidraulik shumëdisk të kontrolluar elektronikisht — një pajisje shumë më e shpejtë dhe e kontrollueshme me saktësi më të lartë. Bashkimi Haldex, i cili e zëvendësoi bashkimin viskoz te Volkswagen Golf IV dhe te modelet vëllezër të platformës së tij, është shembulli më i njohur i kësaj teknologjie. Ja si vepron:

• Kamet ballore zbulojnë çdo diferencë në shpejtësinë e rrotullimit midis boshtit të përparmë dhe atij të pasmë
• Rrotullat që rrëshqasin mbi sipërfaqet e kameve shtyjnë pistonët në cilindra unazorë, duke pompuar lëng hidraulik
• Presioni i lëngut ngjesh paketën e friksionit shumëdisk, duke transferuar çift rrotullimin te boshti i pasmë
• Një valvul solenoide, e kontrolluar nga elektronika e automjetit, mund të lirojë presionin në çdo pikë — duke lejuar shpërndarje çift rrotullimi pafundësisht të ndryshueshme

Sot, shumica e makinave të udhëtarëve dhe e kryqëzuesve (crossover) me AWD përdorin ndonjë variant të kësaj arkitekture me friksion të kontrolluar elektronikisht — qoftë Haldex te automjetet e Grupit Volkswagen, VTM-4 e Honda-s, apo xDrive e BMW-së. Shpejtësia e sistemeve moderne të friksionit e ka reduktuar vonesën e angazhimit deri në pikën ku ajo është e padukshme në ngarjen normale. Kalibrimi i softuerit të kontrollit tani ka më shumë rëndësi se vetë pajisjet harduerike: Golf 4Motion dhe Audi A3 Quattro përdorin transmisione mekanikisht identike, por softueri i ndryshëm i jep Volkswagen-it një ndarje simetrike të çift rrotullimit, ndërsa kalibrimi i Audi-t dërgon 60% të çift rrotullimit nga përpara për një karakter më të njohur të tërheqjes në rrotat e përparme.

Teknologjia AWD sot: Cili sistem është më i miri?

Sistemet e tërheqjes në të katër rrotat me kohë të pjesshme me një bosht të dytë të angazhuar manualisht, fatmirësisht, janë zhdukur nga makinat e udhëtarëve. Arkitekturat e mbetura kanë secila meritat e veta:

• AWD me kohë të plotë me një diferencial vetëbllokues ndërboshtor (bashkim viskoz si te Subaru, Torsen mekanik si te Audi A4/A6/A8 Quattro dhe Volkswagen Phaeton, ose friksione të kontrolluar elektronikisht si te Mitsubishi Lancer Evo): sistemet më të sofistikuara dhe më shpërblyese, të afta të përmirësojnë vërtet drejtimin si në rrugë, ashtu edhe në pistë kur janë kalibruar siç duhet.
• AWD me kohë të plotë me një diferencial të hapur ndërboshtor (si te Mercedes-Benz 4Matic): mbështetet te elektronika kundër-rrëshqitjes për të kompensuar mungesën e vetëbllokimit. Efektiv në rrugë, por mekanikisht më pak proaktiv.
• Tërheqja e pasme me kohë të pjesshme nëpërmjet një friksioni të kontrolluar (Haldex, si te Volvo, Saab dhe kryqëzues të ndryshëm të Grupit Volkswagen): rregullimi më i zakonshëm te kryqëzuesit modernë — me kosto efektive, i lehtë dhe gjithnjë e më i aftë falë elektronikës më të shpejtë.

Trendi dominues në AWD-në e avancuar është vektorizimi i çift rrotullimit (torque vectoring) — jo thjesht shpërndarja e çift rrotullimit midis boshtit të përparmë dhe atij të pasmë, por ndryshimi aktiv i tij midis rrotave të majta dhe të djathta në një bosht. Mitsubishi Lancer Evolution X përfaqëson teknologjinë më të fundit: sistemi i tij S-AWC kombinon një diferencial qendror të kontrolluar elektronikisht (ACD) me një diferencial të pasmë Active Yaw Control (AYC) të aftë të transferojë çift rrotullimin midis rrotave të pasme në mënyrë të pavarur. Grupe shtesë ingranazhesh mund ta zhvendosin ekuilibrin e çift rrotullimit në mënyrë proaktive, para se të humbet kapja, e jo në mënyrë reaktive pasi rrëshqitja e rrotave ka filluar tashmë.

Në terma praktikë, dallimet reale të drejtimit midis sistemeve moderne AWD vazhdojnë të ngushtohen ndërsa elektronika e kontrollit bëhet më e sofistikuar. Një sistem i mirëkalibruar i bazuar te Haldex në një kryqëzues mund të ofrojë një stabilitet që do të kishte dukur i jashtëzakonshëm nga një diferencial mekanik Torsen një brez më parë. Ky është, në fund të fundit, drejtimi nga po shkon teknologjia — dhe pika përfundimtare mund të jetë makina elektrike me katër motorë rrotash individualë, secili duke ofruar çift rrotullimi të kontrolluar me saktësi pa asnjë transmision mekanik fare.

Ky është një përkthim. Origjinalin mund ta lexoni këtu: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html