Mfumo wa Kuendesha Magurudumu Yote (AWD) Umefafanuliwa: Historia, Teknolojia, na Jinsi Mifumo ya AWD Inavyofanya Kazi

Makala hii ilianza kama mwongozo wa kiufundi ulionyooka — kitu kama “Kila kitu ambacho umewahi kutaka kujua kuhusu mfumo wa kuendesha magurudumu yote, lakini hukujua wa kumuuliza.” Tulipanga kueleza jinsi diferensia za wazi (open differentials) zinavyotofautiana na vipashio vya aina ya visco-coupler au Haldex, kazi halisi ya diferensia zinazojifunga zenyewe, na kwa nini mambo haya yote yana umuhimu. Lakini kadiri tulivyochimba zaidi kwenye historia, ndivyo tulivyozidi kushangaa. Inabainika kuwa gari la kwanza la abiria lenye mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote lilitengenezwa nchini Uholanzi zaidi ya miaka mia moja iliyopita. Na mwaka 1935, gari la mashindano la Kimarekani lenye mfumo wa kuendesha magurudumu manne lilikaribia kwa kushangaza kubadilisha mkondo wa historia ya dunia.

Kwa nini gari la abiria linahitaji mfumo wa kuendesha magurudumu yote? Katika karne ya 21, jibu linaonekana wazi: mshikamano bora na ardhi, kupunguza kuteleza kwa magurudumu kwenye nyuso laini, na uendeshaji ulioboreshwa wakati wa kutumia nguvu. Magurudumu manne yanayoendeshwa ni bora tu kuliko mawili. Lakini ilichukua muda mrefu wa kushangaza kwa binadamu kufanyia kazi ukweli huu wa msingi. Muulize mwanahistoria yeyote wa magari, atakuambia kuwa enzi ya mfumo wa kuendesha magurudumu yote kwa magari ya abiria ya soko la wingi ilianza mwaka 1980 na gari la Audi Quattro. Wanaweza pia kutaja vitangulizi adimu — gari kuu (supercar) la Uingereza la mwaka 1966 liitwalo Jensen FF na Subaru Leone 4WD ya mwaka 1972. Hata hivyo, mtaalamu halisi atatambua haraka kuwa Subaru za awali za kuendesha magurudumu manne hazikuwa mifumo ya kudumu ya AWD hata kidogo — zilikuwa za muda (part-time). Na kama tutakavyoeleza, hilo ni tofauti la msingi sana.

Mfumo wa Muda wa 4WD: Suluhisho la Kuziba Pengo

Mfumo wa muda wa kuendesha ekseli moja ni suluhisho la maelewano, na si la kifahari hasa kwa magari ya barabarani. Neno “Part-Time 4WD” lilianzia katika ulimwengu wa magari ya aina ya SUV na malori ya kupita maeneo magumu (off-road). Katika mpangilio huu, ekseli moja huendesha kwa kudumu wakati nyingine huunganishwa kwa nguvu inapohitajika — lakini muunganisho huu mgumu unaweza kutumika tu nje ya barabara. Kwenye nyuso zilizosakafiwa, mfumo wa muda lazima utenganishwe kabisa. Hii ndiyo sababu:

• Gari linapopinda, magurudumu ya mbele husafiri umbali mrefu wa upinde kuliko magurudumu ya nyuma na hivyo lazima yazunguke kwa kasi zaidi.
• Kwa mfumo wa kuendesha magurudumu yote uliounganishwa kwa nguvu, mshikamano kwenye magurudumu ya mbele hupungua wakati nguvu ya msukumo (torque) kwenye magurudumu ya nyuma huongezeka.
• Katika baadhi ya hali, magurudumu ya mbele yanaweza kweli kuzalisha nguvu ya kuzuia badala ya nguvu ya kuendesha — kuongeza ukinzani na kufanya gari kuwa gumu kuongoza.
• Kwenye nyuso zisizoshikamana kama tope au theluji, athari hii inadhibitika, lakini kwenye lami husababisha mfungamano mkali wa mfumo wa kuendesha na matatizo ya uendeshaji.

Gari linapopita kwenye kona, kila gurudumu hufuata upinde wake na lazima lizunguke kwa kasi tofauti. Hii ndiyo sababu mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote unahitaji diferensia tatu: diferensia mbili za kati ya magurudumu (moja kwa kila ekseli) na diferensia moja ya kati ya ekseli ili kuruhusu ekseli zote mbili zinazoendeshwa kuzunguka kwa kujitegemea.

Licha ya hasara hizi, mfumo wa kuendesha magurudumu yote uliounganishwa kwa nguvu ulijitokeza kwenye baadhi ya magari ya barabarani — ingawa yalikuwa karibu zaidi na malori ya off-road kwa tabia. Katika Muungano wa Sovieti, kwa mfano, GAZ-61 “Emka” — gari la salooni lenye mfumo wa kuendesha magurudumu manne, injini ya silinda sita, na ekseli ya mbele ya muda — liliingia katika uzalishaji wa kundi dogo mapema mwaka 1938. Baada ya vita, mifumo kama hiyo ya kuendesha ilijitokeza kwenye toleo la off-road la GAZ-M72 “Pobeda” na Moskvitch-410. Subaru Leone 4WD ya mwaka 1972 ilifuata mantiki ile ile: lilitengenezwa kwa matumizi ya off-road, lenye urefu wa juu zaidi kutoka ardhini kuliko Subaru za kawaida za kuendesha magurudumu ya mbele, na ekseli ya nyuma inayounganishwa kwa mkono.

Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) ilikuwa marekebisho ya kuendesha magurudumu manne ya jukwaa la kuendesha magurudumu ya mbele, lenye ekseli ya nyuma inayounganishwa kwa mkono. Vipimo muhimu vilijumuisha:

• Chaguo za injini: lita 1.4 (nguvu farasi 72) au lita 1.6 (nguvu farasi 80)
• Aina za mwili: station wagon, salooni, na lori dogo (pickup)
• Uunganishaji wa kuendesha magurudumu ya nyuma: kwa mkono kwenye magari ya gia za mkono; kiotomatiki kupitia kibandiko cha msuguano wa diski nyingi kwenye magari ya gia za kiotomatiki
• Mpangilio huu wa muda uliendelea kwenye Subaru zote za kuendesha magurudumu manne hadi mwaka 1989

Tatizo kuu la mfumo wa muda wa kuendesha magurudumu yote ni kwamba hauna manufaa kwenye barabara zilizosakafiwa ambapo magari mengi hutumia muda wao mwingi — hata hivyo gari lazima libebe uzito wa ziada wa kisanduku cha uhamishaji (transfer case), shafti ya pili ya kuendesha, na sehemu ya pili ya ekseli wakati wote. Hata hivyo, kubadilisha mfumo wa muda kuwa wa kudumu kunahitaji sehemu moja tu ya ziada: diferensia ya kati ya ekseli ndani ya kisanduku cha uhamishaji.

Mfumo wa Kudumu wa Kuendesha Magurudumu Yote: Jinsi Unavyofanya Kazi na Kwa Nini Una Umuhimu

Diferensia ya kati ya ekseli ndiyo ufunguo wa mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote. Diferensia mbili za kati ya magurudumu — moja kwa kila ekseli — huruhusu magurudumu ya kushoto na ya kulia kwenye kila ekseli kuzunguka kwa kasi tofauti wakati wa kupinda kona. Diferensia ya kati ya ekseli hufanya kazi ile ile kati ya ekseli ya mbele na ya nyuma. Gari lililowekewa diferensia zote tatu linaweza kutumia mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote kwenye uso wowote wa barabara bila mfungamano wa mfumo wa kuendesha au adhabu za uendeshaji.

Rahisi kinadharia — hata hivyo hadi mwanzoni mwa miaka ya 1980, sekta kuu ya magari iliuona mfumo wa kudumu wa AWD kuwa usio wa lazima kwa magari ya barabarani. Hekima ya kawaida ilikuwa kwamba kuzungusha kila wakati jozi ya pili ya magurudumu na sehemu zote zinazohusiana za mfumo wa kuendesha kwenye lami kavu kuliongeza kelele na kupoteza mafuta. Audi Quattro ilibadilisha fikra hizo kwa kudumu. Kwa kusambaza nguvu ya injini kwenye magurudumu yote manne wakati wote, mfumo wa kudumu wa AWD:

• Huacha kiasi kikubwa zaidi cha mshikamano kinachopatikana kwa ajili ya kushughulikia nguvu za pembeni wakati wa kupinda kona
• Huboresha kwa kiasi kikubwa uthabiti wakati wa kuongeza kasi au kukanyaga breki katikati ya kona
• Hupunguza hatari ya kuteleza kwa ghafla kwa nyuma (oversteer) au kwa mbele (understeer) kunakosababishwa na matumizi ya kasi

Audi 80 Quattro ya mwishoni mwa miaka ya 1980 inaonyesha jinsi mpangilio huu ulivyokuwa wa kisasa. Muundo wa Quattro ni mdogo zaidi kuliko upitishaji shindani wa Ferguson Formula. Tangu mwaka 1984, Audi ilianza kutumia diferensia ya kujifunga yenyewe ya Torsen — kifaa cha kimakanika kabisa kinachoitikia mabadiliko ya nguvu ya msukumo kwenye kila shafti ya kutoa badala ya tofauti za kasi za magurudumu. Tofauti na kufunga diferensia kunakotegemea visco-coupler, Torsen hujifunga tu wakati wa mshikamano (traction), si wakati wa kukanyaga breki, jambo linalomaanisha kuwa inaendana kikamilifu na mifumo ya ABS na huboresha uthabiti wakati wa kupunguza kasi.

Inafaa kutambua kuwa Range Rover (1970) na Lada Niva ya Urusi (1976) kwa ujumla huchukuliwa kuwa magari ya kwanza yaliyozalishwa kwa wingi yenye diferensia za kati ya ekseli — lakini yote mawili yako kwa uthabiti katika kundi la off-road. Audi Quattro inadai cheo cha kuwa kiongozi mahususi miongoni mwa magari ya abiria.

Magari ya Awali ya Mashindano ya Kuendesha Magurudumu Manne: Kutoka Spyker Hadi Bugatti

Je, wabunifu wa magari ya mashindano walichunguza mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote kabla ya enzi ya Quattro? Jibu ni ndiyo bila shaka — na hadithi inarudi nyuma zaidi kuliko watu wengi wanavyotegemea.

Mradi wa kwanza wa Ferdinand Porsche baada ya vita ulikuwa gari la mashindano la kuendesha magurudumu manne: Cisitalia 360, lenye mpangilio wa injini katikati na injini ya silinda kumi na mbili ya lita 1.5. Hata hivyo, mfumo wake wa kuendesha magurudumu ya mbele ulikuwa wa muda — dereva aliuunganisha tu kwenye sehemu zilizonyooka za njia ya mashindano, akirudi kwenye kuendesha magurudumu ya nyuma kabla ya kona.

Lakini Porsche kwa kweli alikuwa ametengeneza gari la kuendesha magurudumu manne mapema zaidi: gari la umeme lenye motori nne za magurudumu mahususi, lililoanza mwaka 1900. Hata hivyo, mshtuko halisi kwa wanahistoria wa magari ni gari la mashindano la mwaka 1902 lililotengenezwa na mtengenezaji wa Kiholanzi Spyker. Wakati ambapo hata breki ziliwekwa tu kwenye magurudumu ya nyuma, gari hili lilikuwa na mfumo halisi wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote — likiwa na diferensia ya kati ya ekseli.

Kampuni ya Spyker ilianzishwa mwaka 1880 na ndugu Spijker kama watengenezaji wa magari yanayovutwa na farasi. Gari lao la kwanza lilijitokeza mwaka 1900, na miaka miwili baadaye, wakishirikiana na mbunifu wa Kibelgiji Joseph Valentin Laviolette, walitengeneza gari la mashindano la kuendesha magurudumu manne la Spyker 60 HP (1902–1907). Vipimo vyake vilikuwa vya kisasa sana kwa enzi hiyo:

• Diferensia tatu — moja ya kati ya ekseli na mbili za kati ya magurudumu
• Mifumo mitatu tofauti ya kukanyaga breki — miwili kwenye magurudumu ya nyuma, mmoja kwenye shafti ya kuendesha ya mbele
• Mfumo wa kuendesha magurudumu manne ambao usingelinganishwa kidhana kwa miongo kadhaa

Kwa hivyo, dhana ya kudumu ya kuendesha magurudumu manne ina umri wa zaidi ya karne moja. Si Spyker nyingi za kuendesha magurudumu manne zilizotengenezwa — zilikuwa ghali sana na hazikupata mafanikio makubwa ya mashindano. Miradi miwili mingine yenye matarajio makubwa zaidi ya AWD ya mashindano ilifuata mwanzoni mwa miaka ya 1930: Bugatti Tipo 53 na Miller FWD.

Mradi wa Bugatti Tipo 53 ulianzia na mhandisi wa Fiat Antonio Pichetto, aliyependekeza wazo hilo kwa Ettore Bugatti mwaka 1930. Magari matatu yalikamilishwa mwaka 1932, kila moja likiwa na:

• Injini ya silinda nane mfululizo (straight-eight) yenye supercharger na nguvu farasi 300
• Mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote wenye diferensia tatu
• Kisanduku cha uhamishaji na diferensia ya kati ya ekseli vilivyounganishwa na kisanduku cha gia kilichowekwa kando
• Shafti za kuendesha kwa ekseli zote mbili zilizowekwa upande wa kushoto wa gari
• Mfumo huru wa kusimamisha gari mbele (independent front suspension) kwenye springi ya kupita kando — jambo lisilo la kawaida kwa Bugatti

Licha ya kuyapita magari ya wakati huo ya kuendesha magurudumu ya nyuma kwenye kona za changarawe, Tipo 53 ilikabiliwa na nguvu kubwa mno ya kuhitajika kuongoza usukani kutokana na matumizi ya viungo vya kawaida vya Cardan badala ya viungo vya kasi-thabiti (constant-velocity joints) kwenye shafti za kuendesha za mbele. Magari hayo matatu yalishindana hadi mwaka 1935.

Miller FWD ilikuja kwa sehemu kwa sababu mbunifu wa Kimarekani Harry Miller alikuwa amesoma gari la Bugatti la kuendesha magurudumu ya mbele lililonunuliwa mahususi kwa ajili ya kufunguliwa vipande. Akihamasishwa na mbinu ya Bugatti, Miller alibuni chesi yake mwenyewe ya kuendesha magurudumu manne kwa ufadhili wa kampuni ya malori ya FWD. Mojawapo ya Miller za kuendesha magurudumu manne iliongoza mbele kwenye mashindano ya Indianapolis 500 ya mwaka 1934 kabla ya kustaafu kwa matatizo ya kimakanika ikiwa nafasi ya tisa.

Magari haya pia yanahusiana na mojawapo ya nyakati za ajabu zaidi za “ingekuwaje” katika historia ya magari. Wakati wa mashindano kwenye njia ya AVUS jijini Berlin mwaka 1935, Miller ya kuendesha magurudumu manne ilikuwa katika nafasi ya tatu wakati injini yake ya silinda nane mfululizo iliharibika vibaya sana, ikirusha vipande kuelekea viwanja vya watazamaji. Adolf Hitler alikuwepo viwanjani siku hiyo. Kama hata kipande kidogo kingemfikia, mkondo wa Vita vya Pili vya Dunia — na historia ya dunia — ungeweza kuwa tofauti kabisa.

Ferguson Formula: Mfumo wa AWD Uliobadilisha Kila Kitu

Ili kuelewa sura inayofuata muhimu katika historia ya kuendesha magurudumu yote, husaidia kupitia upya kizuizi cha msingi cha diferensia za wazi za kati ya ekseli. Diferensia ya wazi huruhusu ekseli moja kuzunguka huru wakati nyingine haipokei nguvu ya msukumo yoyote. Kama magurudumu ya nyuma yatapoteza mshikamano kabisa, magurudumu ya mbele yanaweza kubaki tuli wakati ya nyuma yanazunguka — diferensia haifanyi lolote kuzuia hili.

Suluhisho lililotengenezwa kwa magari ya SUV lilikuwa kufunga kwa nguvu (positive locking): dereva huunganisha kwa mkono utaratibu unaofunga gia za diferensia kwa nguvu, na kugeuza mfumo wa diferensia kuwa muunganisho mgumu. Mbinu hii ilitumika katika Range Rover za awali, Lada Niva, na magari mengine mengi ya off-road — ikiwa ni pamoja na Audi Quattro ya kizazi cha kwanza, ambayo ilimhitaji dereva kufunga kwa mkono diferensia ya katikati hadi mwaka 1984. Lakini kufunga kwa mkono ni maelewano mengine: lazima kifunguliwe kwenye nyuso ngumu, na hakitoi ulinzi wowote iwapo kuteleza kwa magurudumu kutaanza bila kutarajiwa kwenye barabara laini.

Diferensia ya kwanza ya kiotomatiki inayojifunga yenyewe ya kati ya ekseli ilikuwa ubunifu wa dereva wa mashindano na mhandisi wa Kiingereza Tony Rolt. Pamoja na rafiki yake na mshindani mwenzake Fred Dixon, Rolt alikuwa ameendesha karakana ya Rolt/Dixon Developments kabla ya vita. Baadaye, hao wawili walivutiwa na uwezekano wa mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote. Baada ya kutengeneza kifaa cha majaribio cha kuendesha magurudumu manne kilichoitwa “Crab,” walijiunga mwaka 1950 na Harry Ferguson — mtengenezaji aliyefanikiwa wa matrekta — kuanzisha Harry Ferguson Research.

Maono ya Ferguson hayakuwa gari la mashindano bali gari la barabarani lililo salama kweli: ambalo magurudumu yake yasingeteleza wakati wa kuongeza kasi wala kufungwa wakati wa kukanyaga breki. Rolt na Dixon waliazimia kubuni gari kama hilo kuanzia mwanzo kabisa — likiwemo mwili, upitishaji, na mfumo wa nguvu. Wakiwa wamemwajiri mbunifu mwenye uzoefu Claude Hill (aliyekuwa wa Aston Martin awali) kama mhandisi mkuu, gari la majaribio la salooni la Ferguson R4 lilikamilishwa baada ya miaka sita ya maendeleo. Vipimo vyake vilikuwa vya kushangaza kwa mwaka 1956:

• Mfumo wa kudumu wa kuendesha magurudumu yote wenye diferensia inayojifunga yenyewe ya kati ya ekseli
• Injini ya flat-four
• Breki za diski kwenye magurudumu yote manne
• Mfumo wa breki za umeme-makanika za kuzuia kufungwa (anti-lock) wa Dunlop MaxaRet, uliorekebishwa kutoka teknolojia ya anga (usafiri wa ndege)

Moyo wa upitishaji wa Ferguson Formula ulikuwa utaratibu wa ubunifu wa kujifunga wenyewe ndani ya kisanduku cha uhamishaji. Mbali na diferensia, kipashio kilikuwa na seti ya gia ya ziada, vibandiko viwili vya mpira vinavyozidi mwendo (ball overrunning clutches), na pakiti mbili za diski za msuguano. Katika hali ya kawaida, vipengele hivi vilikuwa vinapumzika kimya. Lakini magurudumu ya ekseli moja yalipoanza kuteleza — kusababisha tofauti katika kasi za shafti za kutoa — mojawapo ya vibandiko vingejiunganisha, vikibana pakiti yake ya msuguano dhidi ya gia za diferensia na papo hapo kugeuza mfumo wa diferensia kuwa muunganisho mgumu.

Kifaa cha pili cha majaribio, Ferguson R5 estate ya mwaka 1962, kilikuwa na uwezo zaidi. Wajaribu wa jarida la Autocar walibaini kuwa lilifikia mipaka ya mshikamano kwa kasi zilizoonekana karibu zisizowezekana. Licha ya hili, hakuna mtengenezaji aliyekubali kuiweka Ferguson katika uzalishaji — utata na gharama vilikuwa juu mno. Hata hivyo, mwaka 1962 Tony Rolt aliushawishi uongozi wa Jensen Cars kurekebisha upitishaji wa Ferguson Formula kwa ajili ya koupe yao ijayo ya CV8, iliyotumia injini ya Chrysler V8 yenye nguvu farasi 300. Miaka mitatu baadaye, gari la majaribio la kuendesha magurudumu manne la Jensen CV8 FF lilikamilishwa.

Mwaka 1966, Jensen Interceptor lilibadilisha CV8 — na pamoja na koupe ya kawaida ya kuendesha magurudumu ya nyuma, Jensen ilitoa toleo la kuendesha magurudumu yote lililowekewa bango dogo la “FF”. Jensen FF likawa gari la kwanza duniani la uzalishaji kuchanganya diferensia inayojifunga yenyewe ya kati ya ekseli na ABS. Jina “FF” lilimaanisha “Formula Ferguson.” Vipimo muhimu vilijumuisha:

• Injini kubwa ya Chrysler V8 ya lita 6.3 (big-block) inayozalisha nguvu farasi 325
• Gia ya kiotomatiki ya kasi tatu ya TorqueFlite au gia ya mkono ya kasi nne
• Mgawanyo wa nguvu ya msukumo usio sawia: 63% kwenda ekseli ya nyuma, 37% kwenda ya mbele — ili kuhifadhi tabia ya uendeshaji ya kuendesha magurudumu ya nyuma
• ABS ya Dunlop MaxaRet ya njia-moja (single-channel)
• Usukani wa nguvu wa aina ya rack-and-pinion na breki za diski pande zote
• Kasi ya juu ya kilomita 212 kwa saa; kutoka 0–100 km/h kwa sekunde 7.7; uzito wa gari takriban kilo 1,800
• Bei nchini Uingereza mwaka 1968: takriban paundi £6,000 — sawa na Rolls-Royce ya bei ya chini zaidi
• Uzalishaji jumla: magari 318 (1966–1971)

Kila mwandishi wa habari za magari wa enzi hiyo alisifu uthabiti wa kipekee wa Jensen FF na kile walichokielezea kama “kiasi cha mshikamano kisicho na kikomo karibu kwenye lami yenye unyevu.” Kwa kusikitisha, Harry Ferguson mwenyewe hakuwahi kuliona Jensen FF — alifariki mwaka 1960.

Kwa nini tutumie muda mwingi hivyo kwenye Ferguson Formula? Kwa sababu Harry Ferguson Research ilikuwa shirika la kwanza popote duniani kuuchukulia mfumo wa kuendesha magurudumu yote kimsingi kama chombo cha usalama hai (active safety) — si tu kama suluhisho la matatizo ya mshikamano wa off-road. Mgawanyo usio sawia wa nguvu ya msukumo ulikuwa chaguo la makusudi kuepuka kutotabirika kunakoyasumbua mifumo ya AWD yenye usawia. Kwenye gari la kuendesha magurudumu ya nyuma, kutumia kasi kubwa mno kwenye kona laini husababisha oversteer inayotabirika. Kwenye gari la kuendesha magurudumu ya mbele, husababisha understeer inayotabirika. Kwenye gari la AWD lenye usawia, mwitikio hutegemea ekseli ipi ina mshikamano mbaya zaidi — jambo linaloweza kuwa la kutatanisha na la hatari. Kwa kuegemeza nguvu ya msukumo upande wa nyuma, Ferguson Formula iliupa Jensen FF tabia ya uendeshaji ya kuendesha magurudumu ya nyuma inayotabirika karibu kabisa katika hali nyingi.

Ugunduzi wa Visco-Coupler

Utaratibu wa kujifunga wenyewe wa Ferguson Formula ulikuwa na kizuizi kimoja muhimu: vibandiko vyake vinavyozidi mwendo vilifanya kazi kwa mtindo wa mbili-mbili, wa kuwasha-kuzima. Mpito kutoka diferensia ya wazi hadi kufungwa kamili ulikuwa wa papo hapo, jambo ambalo lingeweza kuunda utata wake wenyewe wa uendeshaji wakati wa kuunganishwa. Kilichohitajika ni utaratibu ambao ungeweza kubadilisha kiwango cha kufunga diferensia kwa laini na hatua kwa hatua.

Mwishoni mwa miaka ya 1960, Tony Rolt na Derek Gardner — baadaye mbunifu mkuu wa magari ya Tyrrell ya Formula 1 — walianza kufanya majaribio na kiowevu cha silikoni kilichotumika katika vibandiko vya kuendesha feni vinavyotegemea unata (viscous fan drives). Matokeo yalikuwa visco-coupler: kasha la silinda lililojazwa kiowevu cha silikoni, lenye pakiti mbadala za diski za msuguano zilizounganishwa na kila shafti ya kutoa.

Hivi ndivyo inavyofanya kazi:

• Katika hali ya kawaida, magurudumu yote yakizunguka kwa kasi inayofanana, pakiti za diski husogea kidogo tu zikilinganishwa na nyingine na coupler haina athari kwenye diferensia.
• Ekseli moja inapoanza kuteleza, shafti yake ya kutoa huzunguka kwa kasi zaidi, kusababisha pakiti za diski kuzunguka zikilinganishwa na nyingine na kukata (shear) kiowevu cha silikoni.
• Ukataji huongeza joto na shinikizo ndani ya coupler, na kupandisha kwa kiasi kikubwa unata wa kiowevu.
• Ongezeko hili la unata husababisha diski kukokotana, na hatua kwa hatua kuzuia shafti inayozunguka kwa kasi zaidi na kufunga diferensia kwa sehemu au kabisa.

Baada ya kupatia hati miliki visco-coupler, Tony Rolt alianzisha FF Developments (FFD) mwaka 1971 kusambaza upitishaji wa kuendesha magurudumu yote kibiashara. Miradi ya awali ilijumuisha magari ya mizigo ya Bedford ya kuendesha magurudumu manne kwa ajili ya huduma za misitu za Uingereza, kundi la magari ya polisi ya Ford Zephyr FF, na magari ya salooni ya Opel Senator 4×4 kwa ajili ya ujumbe wa kijeshi wa Uingereza jijini Berlin.

Mafanikio makubwa zaidi ya uzalishaji ya FFD yalikuwa upitishaji wa AMC Eagle (1979–1988) — toleo lililoinuliwa, la kuendesha magurudumu yote la gari la salooni la AMC Concord, lililowekewa matairi makubwa zaidi na kuinuliwa kwa mwili kwa milimita 75. AMC Eagle lilikuwa gari la kwanza la uzalishaji duniani kutumia diferensia ya kati ya ekseli iliyofungwa na visco-coupler. Ingawa lilibuniwa kama gari la off-road la wastani badala ya gari la utendaji wa juu, muundo wake wa upitishaji ukawa babu wa moja kwa moja wa baadhi ya magari ya AWD ya utendaji yaliyosherehekewa zaidi yaliyowahi kutengenezwa — ikiwa ni pamoja na vizazi vya awali vya Subaru Impreza WRX na Mitsubishi Lancer Evolution.

Diferensia Zinazojifunga Zenyewe: Kutoka Torsen Hadi Udhibiti wa Kielektroniki

Audi Quattro ilipoingia katika uzalishaji mwaka 1981 — miaka miwili baada ya kuanza kwa AMC Eagle — ilitumia diferensia ya kawaida ya wazi ya kati ya ekseli yenye kifungo cha kufunga kwa nguvu kinachoendeshwa kwa mkono. Ufahari wa suluhisho la Audi ulikuwa katika upangaji: injini iliyowekwa kwa urefu ilielekea moja kwa moja kuelekea ekseli ya nyuma, na diferensia ya kati ya ekseli iliunganishwa moja kwa moja ndani ya kisanduku cha gia. Shafti ya pili ya kisanduku cha gia ilitengenezwa kuwa tupu ndani, na shafti ya kuendesha ya mbele ilipitishwa ndani yake. Timu ya Ferdinand Piëch ilichagua mgawanyo wa nguvu ya msukumo wenye usawia wa 50:50 kati ya mbele na nyuma.

Mwaka 1984, vipini vya kufunga diferensia kwa mkono hatimaye vilitoweka kutoka kwenye kabati za Audi, vikibadilishwa na diferensia inayojifunga yenyewe ya Torsen (TORque SENsing — kutambua nguvu ya msukumo). Torsen inatoa faida kadhaa muhimu:

• Ni ya kimakanika kabisa — haihitaji vifaa vya kielektroniki, kiowevu, wala uingiliaji wa dereva
• Inaitikia mabadiliko ya nguvu ya msukumo kwenye shafti za kutoa badala ya tofauti za kasi, ikimaanisha inaweza kuitikia kabla kuteleza kwa magurudumu hakujaanza
• Tofauti na visco-coupler, hujifunga tu wakati wa mshikamano, si wakati wa kukanyaga breki, ikiifanya iendane kikamilifu na ABS
• Kufunga na kufungua ni laini na endelevu, bila mipito ya mbili-mbili

Uwezo uliothibitishwa wa Torsen wa kutoa maboresho ya uendeshaji na uthabiti kwenye magari ya utendaji baadaye uliwavutia wahandisi wa SUV waliotafuta mienendo inayofanana na ya magari ya kawaida. Leo inatumika katika upitishaji wa magari ikiwa ni pamoja na Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne, na Toyota Land Cruiser Prado.

Huko nyuma katika miaka ya 1980, utawala wa Audi Quattro kwenye mashindano ya rali ulichochea mashindano ya silaha ya mfumo wa kuendesha magurudumu yote miongoni mwa washindani wa Group B. Ndani ya misimu michache, magari yafuatayo ya rali ya kuendesha magurudumu manne yalikuwa yamejitokeza yote — kila moja likitumia teknolojia ya visco-coupler ya FFD katika diferensia zao zinazojifunga zenyewe:

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

Stuart Rolt, mwana wa Tony, alisimamia uhusiano wa FFD na timu za rali katika kipindi hiki.

Mwanzoni mwa miaka ya 1990, kiwanda cha AZLK nchini Urusi pia kiligeukia FFD kuendeleza toleo la rali la kuendesha magurudumu yote la Moskvitch 2141. Kwa kutumia mpangilio ule ule wa diferensia tatu kama Ford RS200, Moskvitch ya majaribio ya kuendesha magurudumu manne ilipata uendeshaji unaotabirika kwa ajabu katika hali ngumu sana. Majaribio yalifichua kanuni muhimu: kwa kurekebisha ugumu wa kufunga wa kila visco-coupler mmoja mmoja, wahandisi waliweza kuoanisha usawa wa uendeshaji wa gari katika kiwango kipana:

• Diferensia ngumu zaidi ya nyuma ya kati ya magurudumu → mwelekeo zaidi wa oversteer
• Diferensia ngumu zaidi ya mbele au ya kati ya ekseli → understeer zaidi na uthabiti

Uwezo huu wa kuoanisha ndio sababu magari ya kisasa ya rali ya WRC hutumia pakiti za vibandiko vya diski nyingi vinavyodhibitiwa kielektroniki badala ya visco-coupler tulivu katika diferensia zote tatu. Vifaa vya kuendesha kihaidroliki na kompyuta ya ndani vinaweza kubadilisha kufunga kwa kila diferensia kwa wakati halisi — kufungua vibandiko wakati wa kuingia kona ili kuruhusu gari kuzunguka huru, kisha hatua kwa hatua kuvibana dereva anapoongeza kasi kuelekea sehemu iliyonyooka ili kuongeza mshikamano huku akiepuka understeer.

Watengenezaji wawili waliongoza katika diferensia zinazodhibitiwa kielektroniki kwenye magari ya barabarani:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Vibandiko vitatu vinavyodhibitiwa kielektroniki viliunganisha ekseli ya mbele mfululizo, kisha vilifunga diferensia ya kati ya ekseli, kisha vilifunga diferensia ya nyuma kadiri hali ilivyohitaji. Mfumo ulikuwa wenye ufanisi lakini wenye utata mwingi mno, na vifaa vya kielektroniki vingeweza kusababisha magurudumu ya mbele kuunganishwa na kutenganishwa kwa kuonekana wazi kwenye nyuso zisizoshikamana.
• Porsche 959 (1986): Vibandiko viwili vinavyodhibitiwa kielektroniki vinavyofanya kazi katika hali nne zinazochaguliwa na dereva. Mfumo wa 959 ulikuwa wa kisasa zaidi na unaofaa zaidi kwa matumizi ya utendaji wa juu.

Kubadilisha Diferensia: Haldex na Mifumo Rahisishwa ya AWD

Wakati wahandisi wa rali walikuwa wakisukuma diferensia zinazojifunga zenyewe hadi mipaka yake, wabunifu wa magari ya kawaida ya abiria walisogea upande wa kinyume — kuondoa diferensia ya kati ya ekseli kabisa na kuibadilisha na visco-coupler peke yake. Volkswagen Golf II Syncro ya mwaka 1985 lilikuwa gari la kwanza la abiria la Ulaya kutumia mbinu hii. Upitishaji ulitengenezwa na wahandisi kutoka GKN, iliyokuwa imeinunua FFD mwaka 1969.

Mpangilio rahisishwa wa visco-coupler ulitoa faida wazi kwa uzalishaji wa soko la wingi:

• Toleo la kuendesha magurudumu yote lilishiriki sehemu nyingi na toleo la kawaida la kuendesha magurudumu ya mbele, na kupunguza gharama na utata wa utengenezaji
• Katika hali ya kawaida, gari liliendeshwa kwa namna sawa kabisa na gari la kuendesha magurudumu ya mbele
• Magurudumu ya mbele yalipoteleza, visco-coupler ingeweza kuhamisha hadi 70% ya nguvu ya msukumo kwenda nyuma ndani ya takriban sekunde 0.2

Hata hivyo, uunganishaji huu uliochelewa uliunda dhima ya uendeshaji: gari lililoanza kuendeshwa kama gari la kuendesha magurudumu ya mbele (likielekea nje kwa mbele) lingeweza ghafla kubadilika na kuwa na tabia inayoegemea nyuma wakati visco-coupler inajiunganisha, na kuwashtukiza madereva. Watengenezaji wa Kijapani walichunguza suluhisho mbalimbali, ikiwa ni pamoja na kufunga visco-coupler nyingi — baadhi ya modeli, kama Nissan Sunny/Pulsar ya mwaka 1988, zilitumia tatu: moja kuunganisha kuendesha kwa nyuma na moja kufunga kila diferensia ya kati ya magurudumu. Mazda Concerto 4WD ilienda mbali zaidi, ikitumia visco-coupler badala ya diferensia ya kati ya ekseli na ile ya nyuma ya kati ya magurudumu zote mbili.

Hatua inayofuata ya mageuzi ilibadilisha visco-coupler na kibandiko cha diski nyingi cha kihaidroliki kinachodhibitiwa kielektroniki — kifaa cha kasi zaidi na kinachoweza kudhibitiwa kwa usahihi zaidi. Kibandiko cha Haldex, kilichobadilisha visco-coupler kwenye Volkswagen Golf IV na magari mengine ya jukwaa hilo, ndicho mfano unaojulikana zaidi wa teknolojia hii. Hivi ndivyo inavyofanya kazi:

• Vinasaba (face cams) hutambua tofauti yoyote ya kasi ya kuzunguka kati ya shafti za mbele na za nyuma
• Roli zinazopanda juu ya nyuso za cam husukuma pistoni katika silinda za pete, zikisukuma kiowevu cha kihaidroliki
• Shinikizo la kiowevu hubana pakiti ya kibandiko cha diski nyingi, na kuhamisha nguvu ya msukumo kwenda ekseli ya nyuma
• Vali ya solenoidi, inayodhibitiwa na vifaa vya kielektroniki vya gari, inaweza kuachilia shinikizo wakati wowote — kuruhusu usambazaji wa nguvu ya msukumo unaobadilika bila kikomo

Leo, magari mengi ya abiria ya AWD na crossover hutumia toleo fulani la muundo huu wa kibandiko kinachodhibitiwa kielektroniki — iwe ni Haldex kwenye magari ya Volkswagen Group, VTM-4 ya Honda, au xDrive ya BMW. Kasi ya mifumo ya kisasa ya vibandiko imepunguza ucheleweshaji wa kuunganisha hadi kufikia kiwango ambapo haionekani kabisa katika uendeshaji wa kawaida. Kuoanisha kwa programu ya udhibiti sasa kuna umuhimu zaidi kuliko vifaa vyenyewe: Golf 4Motion na Audi A3 Quattro hutumia upitishaji unaofanana kimakanika, lakini programu tofauti humpa Volkswagen mgawanyo wa nguvu ya msukumo wenye usawia wakati ukoanishaji wa Audi hupeleka 60% ya nguvu ya msukumo mbele kwa tabia inayofahamika zaidi ya kuendesha magurudumu ya mbele.

Teknolojia ya AWD Leo: Mfumo Upi Ni Bora Zaidi?

Mifumo ya muda ya kuendesha magurudumu yote yenye ekseli ya pili inayounganishwa kwa mkono kwa bahati nzuri imetoweka kutoka kwenye magari ya abiria. Miundo iliyobaki kila moja ina sifa zake:

• AWD ya kudumu yenye diferensia inayojifunga yenyewe ya kati ya ekseli (visco-coupler kama ilivyo katika Subaru, Torsen ya kimakanika kama ilivyo katika Audi A4/A6/A8 Quattro na Volkswagen Phaeton, au vibandiko vinavyodhibitiwa kielektroniki kama ilivyo katika Mitsubishi Lancer Evo): mifumo ya kisasa zaidi na yenye kuridhisha zaidi, yenye uwezo wa kuboresha kweli uendeshaji barabarani na kwenye njia ya mashindano inapoanishwa vizuri.
• AWD ya kudumu yenye diferensia ya wazi ya kati ya ekseli (kama ilivyo katika Mercedes-Benz 4Matic): hutegemea vifaa vya kielektroniki vya kuzuia kuteleza ili kufidia ukosefu wa kujifunga. Yenye ufanisi barabarani, lakini kimakanika haichukui hatua mapema kiasi.
• Kuendesha kwa nyuma kwa muda kupitia kibandiko kinachodhibitiwa (Haldex, kama ilivyo kwenye Volvo, Saab, na crossover mbalimbali za Volkswagen Group): mpangilio unaopatikana zaidi katika crossover za kisasa — wenye gharama nafuu, mwepesi, na unaozidi kuwa na uwezo kutokana na vifaa vya kielektroniki vya kasi zaidi.

Mwelekeo unaotawala katika AWD ya hali ya juu ni uelekezaji wa nguvu ya msukumo (torque vectoring) — si tu kusambaza nguvu ya msukumo kati ya ekseli za mbele na za nyuma, bali kuibadilisha kikamilifu kati ya magurudumu ya kushoto na ya kulia kwenye ekseli. Mitsubishi Lancer Evolution X inawakilisha kilele cha sanaa hii: mfumo wake wa S-AWC unachanganya diferensia ya katikati inayodhibitiwa kielektroniki (ACD) na diferensia ya nyuma ya Active Yaw Control (AYC) yenye uwezo wa kuhamisha nguvu ya msukumo kati ya magurudumu ya nyuma kwa kujitegemea. Seti za ziada za gia zinaweza kuhamisha usawa wa nguvu ya msukumo mapema, kabla ya mshikamano kupotea, badala ya kuitikia tu pale kuteleza kwa magurudumu kumeshaanza.

Kwa vitendo, tofauti za uendeshaji wa kweli kati ya mifumo ya kisasa ya AWD zinaendelea kupungua kadiri vifaa vya kielektroniki vya udhibiti vinavyozidi kuwa vya kisasa. Mfumo unaotegemea Haldex ulioanishwa vizuri kwenye crossover unaweza kutoa uthabiti ambao ungeonekana wa kushangaza kutoka kwenye diferensia ya kimakanika ya Torsen kizazi kimoja kilichopita. Huo, hatimaye, ndio mwelekeo teknolojia inakoelekea — na mwisho wake unaweza kuwa gari la umeme lenye motori nne za magurudumu mahususi, kila moja ikitoa nguvu ya msukumo iliyodhibitiwa kwa usahihi bila mfumo wowote wa kimakanika wa kuendesha kabisa.

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