Uendeshaji wa Magurudumu Yote Umeelezwa: Historia, Teknolojia, na Jinsi Mifumo ya AWD Inavyofanya Kazi

Makala hii ilianza kama mwongozo rahisi wa kiufundi – kitu kama kila kitu ulichotaka kujua kuhusu uendeshaji wa magurudumu yote lakini hukujua umuulize nani. Mpango ulikuwa kueleza jinsi differential iliyo wazi inavyotofautiana na visco-coupler au kitengo cha Haldex, nini hasa differential inayojifunga yenyewe hufanya, na kwa nini jambo lolote kati ya hayo ni muhimu. Lakini kadiri tulivyochimba ndani zaidi katika historia, ndivyo ilivyozidi kushangaza. Gari la kwanza la abiria lenye uendeshaji wa kudumu wa magurudumu yote lilijengwa nchini Uholanzi zaidi ya miaka mia moja iliyopita. Na mwaka 1935, gari la mbio la Marekani lenye uendeshaji wa magurudumu manne lilikaribia kwa namna ya ajabu kubadili mkondo wa historia ya dunia.

Kwa nini gari la abiria linahitaji uendeshaji wa magurudumu yote kabisa? Katika karne ya 21 jibu linaonekana wazi: mshiko bora, mzunguko mdogo wa magurudumu kwenye nyuso telezi, utulivu bora chini ya nguvu. Magurudumu manne yanayoendeshwa ni bora tu kuliko mawili. Hata hivyo sekta ilichukua muda mrefu wa kushangaza kuchukua hatua. Muulize mwanahistoria yeyote wa magari naye atakuambia kuwa enzi ya uendeshaji wa magurudumu yote kwa magari ya soko kubwa ilianza mwaka 1980 na Audi Quattro, pamoja na watangulizi wachache adimu – supercar ya Uingereza ya 1966 Jensen FF na Subaru Leone 4WD ya 1972. Mtaalamu wa kweli ataongeza kuwa Subaru za awali zenye uendeshaji wa magurudumu manne hazikuwa na uendeshaji wa kudumu wa magurudumu yote hata kidogo. Zilikuwa za muda. Na tofauti hiyo ndiyo inageuka kuwa hadithi nzima.

Part-Time 4WD: Suluhisho la Muda

Kuendesha axle moja tu wakati fulani ni makubaliano, na si makubaliano maridadi kwa gari la barabarani. Neno part-time 4WD linatoka katika ulimwengu wa SUV na malori ya nje ya barabara. Katika mpangilio huu axle moja huendesha daima na nyingine huunganishwa kwa ugumu inapohitajika – lakini muunganisho huo mgumu unaweza kutumiwa tu nje ya barabara. Kwenye lami mfumo lazima uzimwe kabisa.

Kwa Nini Muunganisho Mgumu Hushindwa Kwenye Lami

• Gari linapogeuka, magurudumu ya mbele husafiri kwenye upinde mrefu zaidi kuliko magurudumu ya nyuma na kwa hiyo lazima yazunguke kwa kasi zaidi.
• Kwa mfumo wa uendeshaji wa magurudumu yote uliounganishwa kwa ugumu, mshiko kwenye magurudumu ya mbele hupungua huku torque ya nyuma ikiongezeka.
• Katika baadhi ya hali magurudumu ya mbele yanaweza kuzalisha nguvu ya breki badala ya nguvu ya kuendesha – yakiongeza upinzani na kufanya gari kuwa gumu zaidi kuelekeza.
• Kwenye nyuso legevu kama matope au theluji jambo hili linaweza kudhibitiwa, lakini kwenye lami husababisha kubana sana kwa drivetrain na matatizo ya handling.

Kupitia kona, kila gurudumu hufuata upinde wake na lazima ligeuke kwa kasi yake. Ndiyo maana uendeshaji wa kudumu wa magurudumu yote unahitaji differential tatu: mbili kati ya magurudumu ya kila axle, na moja kati ya axle zenyewe, ili mbele na nyuma ziweze kuzunguka kwa kujitegemea.

Magari ya Part-Time: Kutoka GAZ-61 hadi Subaru Leone

Uendeshaji wa magurudumu yote uliounganishwa kwa ugumu uliwafikia magari machache ya barabarani licha ya haya yote, ingawa kwa tabia yalikuwa karibu zaidi na malori ya nje ya barabara. Katika USSR, GAZ-61 Emka – saloon yenye uendeshaji wa magurudumu manne, injini ya silinda sita na axle ya mbele ya muda – iliingia katika uzalishaji wa makundi madogo mapema kama 1938. Baada ya vita wazo hilo hilo lilionekana kwenye GAZ-M72 Pobeda ya nje ya barabara na Moskvitch-410. Subaru Leone 4WD ya 1972 ilifuata mantiki ileile: ilijengwa kwa njia mbovu, ilikuwa ndefu kuliko Subaru za uendeshaji wa magurudumu ya mbele, ikiwa na axle ya nyuma ambayo dereva aliunganisha kwa mkono.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972-1979) ilikuwa marekebisho ya uendeshaji wa magurudumu manne kwenye jukwaa la uendeshaji wa magurudumu ya mbele, ikiwa na axle ya nyuma iliyounganishwa kwa mkono. Vipimo muhimu vilijumuisha:

• Chaguo za injini: 1.4-litre (72 hp) au 1.6-litre (80 hp)
• Mitindo ya mwili: station wagon, saloon, na pickup truck
• Uunganishaji wa uendeshaji wa magurudumu ya nyuma: kwa mkono kwenye magari ya manual-transmission; kiotomatiki kupitia multi-disc friction clutch kwenye automatics
• Mpangilio huu wa part-time uliendelea kwenye Subaru zote za four-wheel-drive hadi 1989

Tatizo kuu la uendeshaji wa part-time ni kwamba hauna faida kwenye barabara zilizopigwa lami ambako magari mengi hutumia sehemu kubwa ya maisha yao – na bado gari hubeba uzito wa transfer case, driveshaft ya pili na mkusanyiko mzima wa axle ya ziada kila linapokwenda. Kubadili mfumo wa part-time kuwa full-time kunahitaji sehemu moja tu zaidi: inter-axle differential ndani ya transfer case.

Full-Time All-Wheel Drive: Jinsi Inavyofanya Kazi na Kwa Nini Ni Muhimu

Differential Tatu, Kanuni Moja

Inter-axle differential ndiyo ufunguo wa uendeshaji wa kudumu wa magurudumu yote. Differential mbili za inter-wheel huruhusu magurudumu ya kushoto na kulia ya kila axle kuzunguka kwa kasi tofauti kupitia kona. Inter-axle differential hufanya kazi hiyo hiyo kati ya axle ya mbele na ya nyuma. Gari lenye zote tatu linaweza kutumia uendeshaji wa kudumu wa magurudumu yote kwenye uso wowote bila kubana drivetrain au kupunguza makali ya handling.

Kidhana ni rahisi vya kutosha – lakini hadi mapema miaka ya 1980s sekta iliona full-time all-wheel drive kuwa isiyo ya lazima kwenye gari la barabarani. Hekima iliyokubalika ilikuwa kwamba kuzungusha jozi ya pili ya magurudumu na kila kitu kilichounganishwa nayo kwenye lami kavu kuliongeza tu kelele na matumizi ya mafuta.

Quattro Ilithibitisha Nini

Audi Quattro ilibadili fikra hiyo kabisa. Kwa kusambaza torque ya injini kwenye magurudumu yote manne wakati wote, mfumo wa full-time:

• Huacha akiba kubwa zaidi ya mshiko kwa kushughulikia nguvu za pembeni kwenye kona
• Huboresha sana utulivu wakati wa kuongeza kasi au kupunguza kasi katikati ya kona
• Hupunguza hatari ya oversteer au understeer ya ghafla inayosababishwa na matumizi ya throttle

Audi 80 Quattro ya mwishoni mwa 1980s inaonyesha jinsi layout ilivyoboreshwa. Usanifu wa Quattro ni kompakt zaidi kuliko transmission pinzani ya Ferguson Formula. Kuanzia 1984 Audi iliweka Torsen self-locking differential – kifaa cha kimekanika tu kinachojibu torque kwenye kila output shaft badala ya tofauti ya kasi ya gurudumu. Tofauti na visco-coupler, Torsen hufunga tu chini ya traction, kamwe si chini ya braking, jambo linaloifanya iendane kikamilifu na ABS na iwe thabiti zaidi wakati wa kupunguza kasi.

Inafaa kutaja kuwa Range Rover (1970) na Lada Niva ya Urusi (1976) kwa kawaida hupewa sifa kama magari ya kwanza yaliyozalishwa kwa wingi yenye inter-axle differential – lakini yote mawili ni off-roaders waziwazi. Dai la Audi Quattro ni mahsusi kuwa ya kwanza miongoni mwa magari ya abiria.

Magari ya Mapema ya Mbio ya Four-Wheel Drive: Kutoka Spyker hadi Bugatti

Je, wabunifu wa magari ya mbio walichunguza full-time all-wheel drive kabla ya enzi ya Quattro? Ndiyo kabisa – na hadithi inarudi nyuma zaidi kuliko watu wengi wanavyotarajia.

Majaribio ya Porsche ya Four-Wheel-Drive

Mradi wa kwanza wa Ferdinand Porsche baada ya vita ulikuwa gari la mbio lenye four-wheel-drive: Cisitalia 360, mid-engined, lenye injini ya 1.5-litre yenye silinda kumi na mbili. Hata hivyo uendeshaji wake wa magurudumu ya mbele ulikuwa part-time – dereva aliuwasha kwenye sehemu zilizo nyooka na kurudi kwenye uendeshaji wa magurudumu ya nyuma kabla ya kona.

Kwa kweli Porsche alikuwa amejenga gari lenye four-wheel-drive mapema zaidi kuliko hilo: gari la umeme lenye motor nne binafsi za magurudumu, la mwaka 1900.

Spyker 60 HP, 1902

Mshtuko wa kweli kwa wanahistoria wa magari ni gari la mbio la 1902 lililojengwa na mtengenezaji wa Kiholanzi Spyker. Wakati ambapo hata breki ziliwekwa tu kwenye magurudumu ya nyuma, gari hili lilikuwa na full-time all-wheel drive halisi, likiwa na inter-axle differential.

Spyker ilianzishwa mwaka 1880 na ndugu wa Spijker kama mtengenezaji wa magari ya kukokotwa na farasi. Gari lao la kwanza lilionekana mwaka 1900, na miaka miwili baadaye, wakifanya kazi na mbunifu wa Ubelgiji Joseph Valentin Laviolette, walizalisha gari la mbio la four-wheel-drive Spyker 60 HP (1902-1907). Vipimo vyake vilikuwa vya ajabu kwa kipindi hicho:

• Differential tatu – inter-axle na zote mbili za inter-wheel
• Mitambo mitatu tofauti ya breki – miwili kwenye magurudumu ya nyuma, mmoja kwenye driveshaft ya mbele
• Mfumo wa four-wheel drive ambao usingelinganishwa kidhana kwa miongo kadhaa

Basi, dhana ya full-time four-wheel drive ina umri wa zaidi ya karne moja. Spyker nyingi za four-wheel-drive hazikujengwa – zilikuwa ghali sana na hazikufanikiwa sana kwenye mashindano. Miradi miwili mingine yenye tamaa zaidi ilifuata mapema miaka ya 1930s.

Bugatti Tipo 53 na Miller FWD

Bugatti Tipo 53 ilianza na mhandisi wa Fiat Antonio Pichetto, ambaye alimpelekea Ettore Bugatti wazo hilo mwaka 1930. Magari matatu yalikamilika mwaka 1932, kila moja likiwa na:

• Injini ya 300 hp supercharged straight-eight
• Full-time all-wheel drive yenye differential tatu
• Transfer case na inter-axle differential zilizounganishwa na gearbox iliyowekwa tofauti
• Drive shafts za axle zote mbili zikiwa upande wa kushoto wa gari
• Independent front suspension kwenye transverse spring – jambo lisilo la kawaida kwa Bugatti

Tipo 53 iliwapita magari ya wakati huo ya rear-wheel-drive kupitia kona za changarawe, lakini usukani wake ulikuwa mzito vibaya sana: driveshaft za mbele zilitumia Cardan joints za kawaida badala ya constant-velocity joints. Magari hayo matatu yalishindana hadi 1935.

Miller FWD ilitokea kwa sehemu kwa sababu mbunifu wa Marekani Harry Miller alikuwa amechunguza Bugatti ya front-wheel-drive iliyonunuliwa mahsusi ili ivunjwe vipande. Akitiwa moyo na alichokiona, Miller aliunda chassis yake mwenyewe ya four-wheel-drive kwa udhamini kutoka kampuni ya malori ya FWD. Mojawapo ya Miller za four-wheel-drive iliongoza Indianapolis 500 ya 1934 kabla ya tatizo la kimekanika kuishusha hadi nafasi ya tisa.

Kukaribia Sana AVUS, 1935

Magari haya pia yameunganishwa na mojawapo ya nyakati za ajabu zaidi za what if katika historia ya magari. Wakati wa mbio kwenye uwanja wa AVUS mjini Berlin mwaka 1935, Miller yenye four-wheel-drive ilikuwa nafasi ya tatu wakati injini yake ya straight-eight ilipoharibika vibaya na kurusha vipande kuelekea majukwaa ya watazamaji. Adolf Hitler alikuwa kwenye majukwaa siku hiyo. Kama hata kipande kidogo kingemfikia, mkondo wa Vita vya Pili vya Dunia – na wa historia ya dunia – ungeweza kuwa tofauti kabisa.

Ferguson Formula: Mfumo wa AWD Uliobadili Kila Kitu

Tatizo la Open Centre Differential

Ili kufuata sura inayofuata, inasaidia kurudi kwenye kikomo cha msingi cha open inter-axle differential. Open differential huruhusu axle moja kuzunguka huru huku nyingine isipokee torque kabisa. Ikiwa magurudumu ya nyuma yatapoteza mshiko kabisa, ya mbele yanaweza kusimama huku ya nyuma yakizunguka bure – na differential haifanyi chochote kuizuia.

Jibu la ulimwengu wa SUV lilikuwa positive locking: dereva huwasha kifaa kinachofunga kwa ugumu gia za differential, kikibadili differential drive kuwa muunganisho mgumu. Range Rover za awali zilitumia hilo, vivyo hivyo Lada Niva na makumi ya off-roaders nyingine – na pia Audi Quattro ya kizazi cha kwanza, ambayo ilihitaji dereva afunge centre differential kwa mkono hadi 1984. Lakini manual lock ni makubaliano mengine. Lazima iachiliwe kwenye nyuso ngumu, na haitoi msaada wowote ikiwa gurudumu litaanza kuzunguka bila kutarajiwa kwenye barabara telezi.

Rolt, Dixon na Harry Ferguson

Automatic self-locking inter-axle differential ya kwanza ilikuwa kazi ya dereva wa mbio na mhandisi wa Uingereza Tony Rolt. Akiwa na rafiki na mwanambio mwenzake Fred Dixon alikuwa ameendesha warsha ya Rolt/Dixon Developments kabla ya vita; baadaye wawili hao walivutiwa na kile ambacho permanent all-wheel drive ingeweza kufanya. Walijenga testbed ya majaribio ya four-wheel-drive iliyoitwa Crab, na mwaka 1950 wakaungana na Harry Ferguson – mtengenezaji wa matrekta aliyefanikiwa – kuunda Harry Ferguson Research.

Ferguson hakuwa akitafuta gari la mbio. Alitaka gari la barabarani lililo salama kweli: moja ambalo magurudumu yake yasingezunguka bure wakati wa acceleration wala kufunga wakati wa braking. Rolt na Dixon walianza kulibuni kutoka sifuri – body, transmission na powertrain pia – pamoja na mbunifu mwenye uzoefu Claude Hill, zamani wa Aston Martin, kama chief engineer. Ferguson R4 saloon ya majaribio ilikamilika baada ya miaka sita ya kazi, na vipimo vyake vilikuwa vya kushangaza kwa 1956:

• Permanent all-wheel drive yenye self-locking inter-axle differential
• Injini ya flat-four
• Disc brakes kwenye magurudumu yote manne
• Mfumo wa Dunlop MaxaRet electromechanical anti-lock braking system, uliorekebishwa kutoka anga

Ndani ya Ferguson Formula Transfer Case

Moyo wa transmission ya Ferguson Formula ulikuwa mfumo werevu wa self-locking ndani ya transfer case. Mbali na differential, kitengo hicho kilikuwa na gear set ya ziada, ball overrunning clutches mbili na packs mbili za friction discs. Katika uendeshaji wa kawaida vipengele hivi vilizunguka kimya bila mzigo. Lakini mara tu magurudumu ya axle moja yalipoanza kuteleza – yakitoa tofauti katika kasi za output shaft – mojawapo ya clutches ilishika, ikibana friction pack yake dhidi ya gia za differential na kubadili differential drive kuwa muunganisho mgumu papo hapo.

Prototype ya pili, Ferguson R5 estate ya 1962, ilikuwa bora zaidi. Wapimaji wa Autocar walibaini kuwa ilifikia mipaka ya adhesion kwenye kasi zilizoonekana karibu haziwezekani. Hata hivyo, hakuna mtengenezaji aliyekubali kuingiza Ferguson katika uzalishaji; ugumu na gharama vilikuwa vingi mno.

Jensen FF Yaanza Kuuzwa

Mwaka 1962 Tony Rolt aliishawishi menejimenti ya Jensen Cars kurekebisha transmission ya Ferguson Formula kwa ajili ya coupe yao ijayo ya CV8 na Chrysler V8 yake ya 300 hp. Miaka mitatu baadaye Jensen CV8 FF ya majaribio yenye four-wheel-drive ilikuwa inaendeshwa.

Mwaka 1966 Jensen Interceptor ilichukua nafasi ya CV8, na pamoja na coupe ya kawaida ya rear-wheel-drive, Jensen ilitoa toleo la all-wheel-drive lenye beji ndogo ya FF – kwa Formula Ferguson. Jensen FF ikawa gari la kwanza la uzalishaji duniani kuchanganya self-locking inter-axle differential na ABS. Vipimo muhimu vilijumuisha:

• Injini ya 6.3-litre Chrysler V8 big-block inayozalisha 325 hp
• Gearbox ya three-speed TorqueFlite automatic au four-speed manual
• Mgawanyo usiolingana wa torque: 63% kwenda axle ya nyuma, 37% kwenda mbele – ili kuhifadhi tabia ya handling ya rear-wheel-drive
• ABS ya Dunlop MaxaRet yenye njia moja
• Rack-and-pinion power steering na disc brakes pande zote
• Kasi ya juu 212 km/h; 0-100 km/h ndani ya sekunde 7.7; kerb weight takriban 1,800 kg
• Bei ya UK mwaka 1968: takriban £6,000 – karibu sawa na Rolls-Royce ya bei ya chini kabisa
• Uzalishaji wa jumla: magari 318 (1966-1971)

Kila mwandishi wa magari wa enzi hiyo alisifu utulivu wa Jensen FF na kile walichokieleza kama akiba karibu isiyo na kikomo ya traction kwenye asphalt yenye mvua. Harry Ferguson hakuwahi kuliona gari hilo: alikufa mwaka 1960.

Kwa Nini Ferguson Formula Ilikuwa Muhimu

Kwa nini kutumia muda mrefu hivi kwa Ferguson Formula? Kwa sababu Harry Ferguson Research ilikuwa shirika la kwanza popote duniani kuuchukulia uendeshaji wa magurudumu yote hasa kama chombo cha usalama hai badala ya jibu la traction ya nje ya barabara.

Mgawanyo usiolingana wa torque ulikuwa hatua ya makusudi dhidi ya kutotabirika kunakosumbua mifumo ya symmetrical. Mpe gari la rear-wheel-drive throttle nyingi sana kwenye kona telezi na litafanya oversteer, kwa namna inayotabirika. Fanya hivyo kwenye gari la front-wheel-drive na litafanya understeer, kwa namna inayotabirika. Fanya hivyo kwenye gari la symmetrical all-wheel-drive na jibu hutegemea axle ipi kwa bahati ina grip mbaya zaidi – jambo lisilo wazi na hatari. Kwa kuipa torque upendeleo wa nyuma, Ferguson Formula iliipa Jensen FF tabia iliyo karibu na rear-drive katika hali nyingi.

Uvumbuzi wa Visco-Coupler

Mfumo wa Ferguson ulikuwa na kikomo kimoja halisi: overrunning clutches zake zilifanya kazi kwa mtindo wa binary, on-off. Kuruka kutoka open differential hadi full lock kulikuwa kwa papo hapo, na hilo lingeweza kuleta utata wake wakati wa engagement. Kilichohitajika ni mechanism inayoweza kubadili kiwango cha lock kwa ulaini.

Mwishoni mwa 1960s Tony Rolt na Derek Gardner – baadaye chief designer wa magari ya Formula 1 ya Tyrrell – walianza kujaribu silicone fluid iliyotumiwa kwenye viscous fan drives. Matokeo yalikuwa visco-coupler: housing ya silinda iliyojaa silicone fluid, ikiwa na packs za friction discs zinazopishana zilizounganishwa na kila output shaft.

Jinsi Visco-Coupler Inavyofanya Kazi

• Katika hali za kawaida, magurudumu yote yanapozunguka kwa kasi zinazofanana, disc packs karibu hazisogei kwa kulinganisha na kila nyingine na coupler haina athari kwa differential.
• Axle moja inapoanza kuteleza, output shaft yake huzunguka haraka zaidi, na kusababisha disc packs kuzunguka kwa kulinganisha na kila nyingine na kukata silicone fluid.
• Kukata huko huongeza joto na shinikizo ndani ya coupler, na kuongeza sana viscosity ya fluid.
• Ongezeko hili la viscosity husababisha discs kuvutana, likipunguza polepole kasi ya shaft inayozunguka haraka zaidi na kufunga differential kwa sehemu au kikamilifu.

FF Developments na AMC Eagle

Baada ya kupata patent ya visco-coupler, Tony Rolt alianzisha FF Developments (FFD) mwaka 1971 ili kuuza transmissions za all-wheel drive kibiashara. Kazi za awali hazikuwa za kuvutia: vans za Bedford za four-wheel-drive kwa huduma ya misitu ya Uingereza, kundi la magari ya polisi ya Ford Zephyr FF, Opel Senator 4×4 saloons kwa ujumbe wa kijeshi wa Uingereza mjini Berlin.

Kazi muhimu zaidi ya uzalishaji ya FFD ilikuwa transmission ya AMC Eagle (1979-1988) – toleo lililoinuliwa la all-wheel-drive la AMC Concord saloon, kwenye tyres kubwa, lenye body lift ya 75 mm. Eagle ilikuwa gari la kwanza la uzalishaji popote kufunga inter-axle differential yake kwa visco-coupler. Ilibuniwa kama off-roader laini badala ya performance car, lakini usanifu wa transmission yake ni babu wa moja kwa moja wa baadhi ya magari ya haraka ya all-wheel-drive yaliyosifiwa zaidi kuwahi kujengwa, yakiwamo Subaru Impreza WRX za mapema na Mitsubishi Lancer Evolution.

Self-Locking Differentials: Kutoka Torsen hadi Electronic Control

Ujanja wa Packaging wa Audi

Audi Quattro ilipoingia uzalishaji mwaka 1981 – miaka miwili baada ya AMC Eagle – ilitumia open inter-axle differential ya kawaida yenye manual positive lock. Uzuri wa suluhisho la Audi ulikuwa kwenye packaging. Injini ya longitudinal ilielekea moja kwa moja kwenye axle ya nyuma, na inter-axle differential iliwekwa moja kwa moja kwenye gearbox: secondary shaft ilitengenezwa kuwa hollow na front driveshaft ikapitishwa ndani yake. Timu ya Ferdinand Piëch ilichagua mgawanyo wa symmetrical 50:50 kati ya mbele na nyuma.

Torsen Differential

Mwaka 1984 levers za manual lock hatimaye zilitoweka kwenye cabins za Audi, zikibadilishwa na Torsen – TORque SENsing – self-locking differential. Faida zake zinafaa kuorodheshwa:

• Ni ya kimekanika kabisa – hakuna electronics, fluid, au driver input inayohitajika
• Hujibu mabadiliko ya torque kwenye output shafts badala ya tofauti za kasi, maana yake inaweza kuitikia kabla wheelspin haijaanza kweli
• Tofauti na visco-coupler, hufunga tu chini ya traction, si braking, jambo linaloifanya iendane kikamilifu na ABS
• Kufunga na kufunguka ni laini na endelevu, bila mabadiliko ya binary

Baada ya kujithibitisha kwenye magari ya haraka, Torsen ilichukuliwa na wahandisi wa SUV waliotafuta handling kama ya gari la kawaida. Inatumika leo kwenye Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne na Toyota Land Cruiser Prado.

Group B na Mashindano ya Silaha za Rally

Huko 1980s, utawala wa Quattro kwenye rally ulianzisha mashindano ya all-wheel drive. Ndani ya misimu michache magari haya ya rally ya four-wheel-drive yote yalikuwa yameonekana, kila moja likitumia teknolojia ya FFD visco-coupler kwenye self-locking differentials zake:

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

Stuart Rolt, mwana wa Tony, alisimamia mahusiano ya FFD na timu za rally katika miaka hiyo.

Mapema 1990s kiwanda cha AZLK nchini Urusi pia kilikuja kwa FFD, kikitaka toleo la rally la all-wheel-drive la Moskvitch 2141. Likiwa limejengwa kuzunguka layout ileile ya three-differential kama Ford RS200, gari la majaribio lilikuwa na handling yenye kutabirika kwa ajabu katika hali kali. Majaribio yalibaini kanuni inayodumu hadi leo: rekebisha stiffness ya locking ya kila visco-coupler kivyake na balance ya gari husogea pamoja nayo.

• Rear inter-wheel differential ngumu zaidi → mwelekeo zaidi wa oversteer
• Front au inter-axle differential ngumu zaidi → understeer na stability zaidi

Electronic Control Yafika

Uwezo huo wa kurekebishwa ndio sababu hasa magari ya kisasa ya WRC hutumia electronically controlled multi-disc clutch packs badala ya passive visco-couplers kwenye differential zote tatu. Hydraulic actuators na onboard computer hubadili lock ya kila differential kwa wakati halisi – zikiachilia clutches wakati wa turn-in ili gari lizunguke huru, kisha kuzibana taratibu dereva anapoongeza kasi kuelekea sehemu nyooka, kwa traction ya juu bila understeer.

Watengenezaji wawili walikuwa waanzilishi wa electronically controlled differentials kwenye magari ya barabarani:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Electronically controlled clutches tatu ziliunganisha axle ya mbele kwa mfululizo, kisha zikafunga inter-axle differential, kisha zikafunga rear differential kadiri hali zilivyohitaji. Mfumo ulikuwa na ufanisi lakini mgumu kupita kiasi, na electronics zingeweza kufanya magurudumu ya mbele yaunganishwe na kutenganishwa kwa namna inayoonekana kwenye nyuso legevu.
• Porsche 959 (1986): Electronically controlled clutches mbili zinazofanya kazi kwenye driver modes nne zinazochaguliwa. Mfumo wa 959 ulikuwa wa hali ya juu zaidi na ulifaa zaidi matumizi ya high-performance.

Kubadilisha Differential: Haldex na Mifumo ya AWD Iliyorahisishwa

Visco-Coupler Peke Yake

Wakati wahandisi wa rally walisukuma self-locking differentials hadi mwisho wake, wabunifu wa magari ya kawaida ya abiria walienda upande mwingine – wakaondoa inter-axle differential kabisa na kuweka visco-coupler mahali pake. Volkswagen Golf II Syncro ya 1985 ilikuwa gari la kwanza la abiria la Ulaya kufanya hivyo, ikiwa na transmission iliyotengenezwa na wahandisi wa GKN, ambayo ilikuwa imenunua FFD mwaka 1969.

Kwa uzalishaji wa wingi, urahisishaji huo ulilipa:

• Modeli ya all-wheel-drive ilishiriki sehemu nyingi na toleo la kawaida la front-wheel-drive, ikipunguza gharama na ugumu wa utengenezaji
• Katika hali za kawaida, gari liliendeshwa sawa kabisa na gari la front-wheel-drive
• Magurudumu ya mbele yalipoteleza, visco-coupler ingeweza kuhamisha hadi 70% ya torque kwenda nyuma ndani ya takriban sekunde 0.2

Hata hivyo, kuchelewa huko kulileta dosari ya handling. Gari lililokuwa likijiendesha kama front-wheel-drive, likisukuma pua kwenda nje, lingeweza kubadilika ghafla kuwa na tabia ya rear-biased pindi coupler iliposhika – na kumshangaza dereva. Watengenezaji wa Kijapani walijaribu majibu mbalimbali, ikiwa ni pamoja na kuweka couplers zaidi: Nissan Sunny/Pulsar ya 1988 ilitumia tatu, moja kuunganisha rear drive na moja kufunga kila inter-wheel differential. Mazda Concerto 4WD ilienda mbali zaidi, ikibadilisha inter-axle na rear inter-wheel differential zote mbili kwa visco-couplers.

Haldex Clutch

Hatua iliyofuata ilibadilisha visco-coupler kwa electronically controlled hydraulic multi-disc clutch – yenye kasi zaidi sana, na inayodhibitika kwa usahihi zaidi. Mfano unaojulikana zaidi ni Haldex coupling, ambayo ilichukua nafasi ya visco-coupler kwenye Volkswagen Golf IV na ndugu zake wa jukwaa. Inafanya kazi hivi:

• Face cams hugundua tofauti yoyote ya kasi ya mzunguko kati ya shafts za mbele na nyuma
• Rollers zinazopita juu ya cam surfaces husukuma pistons kwenye ring cylinders, zikipump hydraulic fluid
• Fluid pressure hukandamiza multi-disc clutch pack, ikihamisha torque kwenda axle ya nyuma
• Solenoid valve, inayodhibitiwa na electronics za gari, inaweza kuachilia pressure wakati wowote – ikiruhusu usambazaji wa torque unaobadilika bila kikomo

Magari mengi ya all-wheel-drive na crossovers yanayouzwa leo hutumia toleo fulani la electronically controlled clutch hii, iwe ni Haldex kwenye magari ya Volkswagen Group, Honda VTM-4 au BMW xDrive. Clutches za kisasa hutenda haraka vya kutosha kiasi kwamba engagement delay imekuwa haionekani katika uendeshaji wa kawaida, na calibration sasa ni muhimu kuliko hardware: Golf 4Motion na Audi A3 Quattro hutumia transmissions zinazofanana kimekanika, lakini software tofauti huipa Volkswagen mgawanyo wa symmetrical huku Audi ikituma 60% ya torque mbele kwa tabia inayojulikana zaidi ya front-drive.

Teknolojia ya AWD Leo: Mfumo Gani Ni Bora Zaidi?

Mifumo ya part-time yenye axle ya pili inayounganishwa kwa mkono kwa bahati nzuri imetoweka kwenye magari ya abiria. Kilichobaki kinagawanyika katika familia tatu, kila moja ikiwa na sifa zake:

• Full-time AWD yenye self-locking inter-axle differential (visco-coupler kama kwenye Subaru, Torsen ya kimekanika kama kwenye Audi A4/A6/A8 Quattro na Volkswagen Phaeton, au electronically controlled clutches kama kwenye Mitsubishi Lancer Evo): mifumo ya hali ya juu zaidi na yenye kuridhisha zaidi, inayoweza kuboresha handling kweli barabarani na kwenye track ikiwa imecalibrate vizuri.
• Full-time AWD yenye open inter-axle differential (kama kwenye Mercedes-Benz 4Matic): hutegemea anti-slip electronics kufidia ukosefu wa self-locking. Ina ufanisi barabarani, lakini kimekanika si proactive sana.
• Part-time rear drive kupitia controlled clutch (Haldex, kama kwenye Volvo, Saab, na crossovers mbalimbali za Volkswagen Group): layout ya kawaida zaidi katika crossovers za kisasa – yenye gharama nafuu, nyepesi, na inayozidi kuwa na uwezo kutokana na electronics za haraka zaidi.

Torque Vectoring, na Kinachofuata Baada ya Hapo

Mwelekeo mkuu katika all-wheel drive ya hali ya juu ni torque vectoring: si kugawa tu torque kati ya axle, bali kuibadilisha kwa bidii kati ya magurudumu ya kushoto na kulia ya axle moja. Mitsubishi Lancer Evolution X ndiyo kilele cha teknolojia hii – mfumo wake wa S-AWC huunganisha electronically controlled centre differential (ACD) na rear differential ya Active Yaw Control (AYC) inayoweza kuhamisha torque kutoka gurudumu moja la nyuma hadi jingine. Gear sets za ziada husogeza balance kwa kutangulia, kabla grip haijapotea, badala ya kujibu baada ya gurudumu tayari kuzunguka bure.

Kwa vitendo tofauti za ulimwengu halisi kati ya mifumo ya kisasa zinaendelea kupungua kadiri control electronics zinavyoboreka. Haldex crossover iliyocalibrate vizuri sasa hutoa stability ambayo Torsen ya kimekanika ingesifiwa kwa kizazi kilichopita. Huo ndio mwelekeo wa safari – na mwisho wake unaweza kuwa gari la umeme lenye motor nne binafsi za magurudumu, kila moja ikipima torque yake bila drivetrain ya kimekanika kabisa. Jambo linaloirudisha hadithi kwa usafi kwenye gari la umeme la four-wheel-drive la Ferdinand Porsche la 1900.

Hii ni tafsiri. Unaweza kusoma asili hapa: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html