Как работает система полного привода. Автоматически подключаемый полный привод: как он работает и чем нехорош

Полный привод – конструкция автомобильной трансмиссии, которая передает крутящий момент создаваемый двигателем на все колеса. Поначалу такая система использовалась только для вездеходных внедорожников. Но, начиная с 80-х годов прошлого века, стала широко использоваться многими производителями для улучшения дорожных характеристик выпускаемых автомобилей.

Основными преимуществами полноприводной трансмиссии являются:

Лучшее сцепление на скользкой дороге.
Повышается эффективность работы двигателя.
Разгон происходит быстрее.
Значительно улучшаются характеристики управляемости.
Повышенная проходимость.

Главным недостатком таких трансмиссий является сложность конструкции, которая тянет за собой высокую базовую стоимость и стоимость ремонта. Кроме того, она ведет к некоторому увеличению потребления топлива автомобилем.

По принципу функционирования системы полного привода распределяются на:

Постоянный полный привод.
Полный привод с автоматическим подключением.
Полный привод с ручным подключением.

Постоянный полный привод

Система, работающая по принципу постоянного полного привода, состоит из следующих конструктивных элементов:

Коробка передач.
Раздаточная коробка.
Межосевой дифференциал.
Сцепление.
Карданные передачи осей.
Главные передачи осей.
Межколесные дифференциалы.
Полуоси колес.

Такая конструкция трансмиссии может применяться вне зависимости от расположения двигателя и коробки передач (компоновки). Главные отличия подобных систем между собой вызваны применением различных типов карданных передач и раздаточной коробки.

Принцип работы:

От двигателя крутящий момент передается на раздаточную коробку. В коробке с помощью межосевого дифференциала происходит его распределение между передней и задней осью автомобиля. Так, сначала момент передается на карданный вал, через который переносится на шестерни главной передачи и межколесные дифференциалы. Через полуоси дифференциалы передают крутящий момент на колеса. В случае неравномерного движения колес, вызванного входом в поворот или выездом на скользкую поверхность, осуществляется блокировка межосевого и межколесного дифференциала.

Наиболее известными конструкциями трансмиссий с постоянным полным приводом являются система Quattro от Audi, xDrive от BMW, 4Matic от Mercedes.

Quattro стала первым серийным аналогом трансмиссии с постоянным полным приводом для седанов. Она появилась в 1980 году. Данная система разработана для установки при продольном расположении двигателя. После нескольких модернизаций широко используется в современных моделях Audi.

Система xDrive была разработана концерном BMW для использования в собственных спортивных внедорожниках и легковых автомобилях. Она появилась в 1985 году. В последней модернизации в xDrive интегрировали несколько современных систем, что превратило ее в активную трансмиссию.

4Matic – полноприводная трансмиссия, разработанная Mercedes. Она была представлена в 1986 году. В наше время устанавливается на нескольких моделях легковых автомобилях немецкого производителя. Отличительной чертой является возможность использования только в совместительстве с автоматической коробкой передач.

Полный привод подключаемый автоматически

Стандартно, подобная система состоит из следующих элементов:

Коробка передач.
Сцепление.
Главная передача передней ведущей оси.
Раздаточная коробка.
Главная передача задней ведущей оси.
Карданная передача.
Межколесный дифференциал передней оси.
Муфта подключения заднего привода.
Межколесный дифференциал задней оси.
Полуоси.

Трансмиссия с подключаемым полным приводом является самой популярной среди всех полноприводных систем. Практически каждый производитель имеет модель, использующую подобную конструкцию. Она прекрасно подходит для использования на легковых автомобилях, так как способна обеспечить полный привод, когда это нужно, но стоит гораздо дешевле трансмиссии с постоянным полным приводом.

Принцип работы:

Система с подключаемым полным приводом приводится в действие, когда происходит проскальзывание колес передней оси. В нормальном состоянии, крутящий момент от двигателя передается на главную ось через сцепление, коробку передач и дифференциал. Кроме того, через раздаточную коробку момент передается на главный элемент управления данной системы – фрикционную муфту. При обычном прямолинейном движении муфта передает лишь 10% момента на заднюю ось, а давление в ней остается минимальным. В случае проскальзывания колес передней оси, давление в муфте повышается, и она переносит момент от двигателя на заднюю ось. В зависимости от интенсивности проскальзывания передних колес, степень передачи крутящего момента на заднюю ось может изменяться.

Самой известной трансмиссией с подключаемым полным приводом является разработанная Volkswagen система 4Motion. Она применяется в конструкциях автомобилей концерна с 1998 года. В последней версии 4Motion в качестве рабочего элемента используется муфта Haldex.

Полный привод подключаемый вручную

В классическом варианте система имеет практически ту же конструкция, что и трансмиссия с постоянным полным приводом.

Коробка передач.
Раздаточная коробка.
Сцепление.
Карданные передачи осей.
Главные передачи осей.
Межколесные дифференциалы.
Полуоси колес.

В современных автомобилях такой вид трансмиссии не применяется. Данная система имеет очень низкий показатель КПД. Единственное ее преимущество, она обеспечивает распределение крутящего момента между осями в соотношении 50 на 50, что недоступно при любом другом виде трансмиссии. Поэтому она считается идеальной для мощных внедорожников.

Принцип работы:

Принцип работы трансмиссии с ручным подключением полного привода аналогичен системе с постоянным полным приводом. Единственное, управление раздаточной коробкой ведется прямо из салона автомобиля с помощью специального рычага.

Один из самых серьезных недостатков системы – невозможность ее использования на длительном промежутке времени. Это значит, что ее можно подключать временно при попадании на скользкую или мокрую поверхность, но затем следует сразу же отключать. Длительное использование такой трансмиссии приводит к увеличению вибрации, шума и расхода топлива.

Чтобы передвигаться по бездорожью и уверенно чувствовать себя в поворотах, нужно "грести" всеми четырьмя колёсами – это общеизвестно. Но как передать крутящий момент на них? Стоит ли это делать постоянно или только когда нужно и где кроются подводные камни?

Главное и неизменное «действующее лицо» всех систем полного привода - это раздаточная коробка: специальный агрегат, который получает крутящий момент от коробки передач и распределяет его на переднюю и заднюю оси. А вот методик распределения, равно как и схем компоновки, есть несколько.

Системы полного привода принято делить на три типа:

Постоянный полный привод (Full-time)

Плюсы:

надёжная «неубиваемая» конструкция;
возможность езды с полным приводом как по бездорожью, так и по асфальту.

Система постоянного полного привода 4Matic (Mercedes-Benz)

Минусы:

сложность по сравнению с жестко подключаемым приводом;
большая масса;
сложность настройки управляемости;
повышенный расход топлива.

Первое, что приходит в голову, когда есть задача передать крутящий момент на две оси, - это жестко подсоединить их к раздатке железными трубами. Но вот незадача: при прохождении поворотов колеса автомобиля проходят разные пути.

Если жестко соединить оси, то какие-то колеса будут ехать, а какие-то - пробуксовывать. В грязи, когда покрытие мягкое, это нестрашно. Во времена Второй мировой, скажем, легендарные «Виллисы» спокойно ездили с жестко соединенными осями, потому как эксплуатировались исключительно на бездорожье. А вот если покрытие твердое, то эти пробуксовки будут порождать крутильные колебания и медленно, но верно разрушать трансмиссию.

Поэтому в раздаточной коробке автомобилей с постоянным полным приводом располагается межосевой дифференциал - механизм, который распределяет мощность между осями и позволяет им вращаться с разной скоростью. И если какое-то колесо замедляется, то обороты другого увеличиваются, но настолько же падает и крутящий момент на нем.

Все это здорово, пока мы едем по асфальту, а что делать, если задней осью мы застряли в луже? На передних колесах, которые будут стоять на твердой поверхности, будет момент но не будет оборотов, зато задние будут вращаться очень быстро, но момент на них будет маленьким. Маленькой будет и мощность на заднем колесе и ровно такую же мощность дифференциал подаст на передок. Буксовать в таком случае можно хоть целую вечность - все равно не сдвинешься.

Для таких случаев дифференциал снабжают блокировкой - когда она включена, обороты на всех колесах одинаковые, а момент зависит только от сцепления колес с дорогой.

За счет наличия дополнительных узлов (дифференциала и блокировки) вся система получается достаточно тяжелой и сложной. Кроме того, постоянная передача момента на все колеса увеличивает потери энергии, а значит, ухудшает динамику и увеличивает расход топлива.

Постоянный полный привод в автомобилестроении до сих пор используется, хотя в последнее время эту систему постепенно вытесняет полный привод по требованию, о котором речь пойдет дальше.

Жестко подключаемый (Part-time)

Плюсы:

надежная механика;
максимальная простота при высокой проходимости.

Минусы:

по асфальту с полным приводом ездить нельзя.

От дифференциала и блокировок можно и отказаться, при условии, что одна из осей будет временно отключаться. По такой логике работает система жестко подключаемого полного привода.

Оси между собой соединяются без дифференциала, и момент распределяется в строгом соотношении. Как следствие, высокая проходимость и минимум затрат.

Парт-тайм на сегодняшний день практически вымер и используется только на сугубо внедорожных автомобилях. Современному водителю пользоваться этой системой неудобно. Подключать ось можно только в неподвижном состоянии, чтобы не повредить механизмы. Ну а если после покатушек в лесу выехать на шоссе и забыть отключить полный привод, то есть риск загубить всю трансмиссию.

Полный привод с муфтой

Плюсы:

дешевизна и простота устройства;
малая масса;
возможность тонкой настройки системы.

Минусы:

слабая надежность и стойкость к перегрузкам;
нестабильность характеристик.

Жесткая блокировка дифференциала - это неплохо на бездорожье, но как заставить систему полного привода дозировать момент в динамике? Степень пробуксовки ведь всегда разная… Решение было найдено в середине 50-х годов.

Система Active Torque Split AWD для Mazda CX-7 с многодисковой муфтой вместо межосевого дифференциала

Обычный механический дифференциал дополнили вязкостной муфтой (вискомуфтой). Вискомуфта - это деталь, в которой ряды лопаток, связанных с входным и выходным валами, вращаются в специальной жидкости. Входной и выходной валы свободно вращаются относительно друг друга, но секрет муфты именно в наполнителе, который при повышении температуры увеличивает свою вязкость.

При обычном движении, легких поворотах или проскальзывании колес муфта не препятствует взаимному перемещению лопаток, но как только разница в скорости вращения передних и задних колес вырастает, жидкость начинает интенсивно перемешиваться и нагреваться. При этом она становится вязкой и блокирует перемещения лопаток относительно друг друга. Чем больше разница, тем выше вязкость и степень блокировки.

Сегодня муфты используются как на схемах с постоянным полным приводом совместно с механическими дифференциалами, так и самостоятельно. Ведущим валом они соединены с раздаткой, а ведомым - с дополнительной осью. При необходимости, когда одна из осей буксовала, часть момента через муфту уходит на нее.

В поздних конструкциях муфт от жидкости отказались в пользу трущихся дисков, которые работают по такому же принципу, как фрикционное сцепление. При необходимости электроника «поджимает» их и начинает передачу момента. Управлять дозировкой момента автомобиль может самостоятельно, без участия водителя.

При всем удобстве муфты имеют ряд недостатков, основной из которых - слабая выносливость на серьезном бездорожье. Трущиеся диски от нагрузки перегреваются, и муфта уходит в аварийный режим. Поэтому эта система применяется в основном на компромиссных кроссоверах и легковых автомобилях, где полный привод нужен не для преодоления буераков, а для лучшей управляемости.

Что дальше?

Дальнейшая эволюция систем полного привода, по всей видимости, будет связана с электромоторами. Первый электромобиль с двигателем на каждом колесе показал еще на Всемирной выставке в Париже 1900 года Фердинанд Порше. Тогда это был, как бы сейчас сказали, «нежизнеспособный концепт-кар». Моторы были слишком тяжелые, а конструкция - дорогой. Сейчас у такой схемы перспектив явно больше.

Есть потенциал и у гибридной схемы, где одна ось приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, а вторая - элекродвигателем. Впрочем, если говорить о настоящих внедорожниках, то никакие электроинновации и фрикционные муфты пока не заменят дешевой, простой и выносливой механики.

Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода. Различают следующие виды систем полного привода: постоянного подключения, подключаемые автоматически и подключаемые вручную.

Разные виды систем полного привода имеют, как правило, разное предназначение. Вместе с тем можно выделить следующие преимущества данных систем, определяющие область их применения:

Система постоянного полного привода

Система постоянного полного привода (другое наименование – система Full Time , в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.

Система включает конструктивные элементы, характерные для полноприводной трансмиссии, а именно: сцепление, коробку передач, раздаточную коробку, карданные передачи, главные передачи, мелколесные дифференциалы задней и передней оси, а также полуоси колес.

Постоянный полный привод применяется как на автомобилях с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач.

Известными системами постоянного полного привода являются система Quattro от Audi, xDrive от BMW, 4Matic от Mercedes.

Блокировка дифференциала может осуществляться автоматически или вручную. Современными конструкциями автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта , самоблокирующийся дифференциал Torsen , многодисковая фрикционная муфта .

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Принцип работы системы постоянного полного привода

Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку. В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса . При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.

Система полного привода подключаемого автоматически

Система полного привода подключаемого автоматически (другое наименование – система On demand , в переводе «по требованию») является перспективным направлением развития полного привода легковых автомобилей. Данная система обеспечивает подключение колес одной из осей в случае проскальзывания колес другой оси. В обычных условиях эксплуатации автомобиль является передне- или заднеприводным.

Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили с автоматически подключаемым полным приводом. Известной системой полного привода подключаемого автоматически является 4Motion от Volkswagen.

Конструкция системы полного привода подключаемого автоматически аналогична постоянному полному приводу. Исключение составляет наличие муфты подключения задней оси.

Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор. Понижающая передача и межосевой дифференциал отсутствуют.

В качестве муфты подключения задней оси используются вискомуфта или электронноуправляемая фрикционная муфта. Известной фрикционной муфтой является муфта Haldex, которая используется в системе полного привода 4Motion концерна Volkswagen.

Принцип работы системы полного привода подключаемого автоматически

Крутящий момент от двигателя, через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал передается на переднюю ось автомобиля. Крутящий момент через раздаточную коробку и карданные валы также передается на фрикционную муфту. В нормальном положении фрикционная муфта имеет минимальное сжатие, при котором на заднюю ось передается до 10% крутящего момента. При проскальзывании колес передней оси по команде электронного блока управления срабатывает фрикционная муфта и передает крутящий момент на заднюю ось. Величина передаваемого на заднюю ось крутящего момента может изменяться в определенных пределах.

Система полного привода подключаемого вручную

Система полного привода подключаемого вручную (другое наименование - система Part Time , в переводе «частичное время») в настоящее время практически не применяется, т.к. является низкоэффективной. Вместе с тем, именно эта система обеспечивает жесткую связь передней и задней оси, передачу крутящего момента в соотношении 50:50 и поэтому является по настоящему внедорожной.

Устройство системы полного привода подключаемого вручную в целом аналогично системе постоянного полного привода. Основные отличия – отсутствие межосевого дифференциала и возможность подключения переднего моста в раздаточной коробке. Необходимо отметить, что в ряде конструкций постоянного полного привода используется функция отключения переднего моста. Правда в данном случае отключение и подключение это не одно и то же.

Автомобили повышенной проходимости пользуются довольно большим спросом у водителей. Далеко не все они являются внедорожниками, однако практически любая система полного привода (AWD или 4WD) позволит владельцу без особых проблем выбраться на загородный пикник или на дачу.

Разновидностей систем существует немало, практически каждый автопроизводитель дает им свои названия:

xDrive система полного привода BMW;
Quattro – Audi;
4motion – Volkswagen;
TOD (ATT) – Ssang Yong и Hyundai;
Super Select (Easy Select) – Mitsubishi;
Active Select – Chevrolet и другие.

Между тем все они делятся на две основных категории: full-time и part-time AWD . К первой группе относятся системы, в которых полный привод задействован постоянно, деля крутящий момент между осями в равных пропорциях. Full-time полный привод имеют классические вездеходы, такие как Land Rover Defender, отечественная Нива и Шевроле-Нива, а также легковые автомобили, такие как Audi A6 Quattro, BMW X5 и многие другие, но устройство AWD-трансмиссии легковушек полностью отличается от автомобилей, предназначенных для бездорожья.

Внедорожники, имея постоянный полный привод, способны достаточно легко преодолевать труднопроходимые участки , а легковым машинам постоянный полный привод нужен для лучшей динамики и управляемости, т.к. значительно уменьшаются пробуксовки ведущих колес. Правда, и тем, и другим приходится расплачиваться высоким расходом горючего при езде по асфальтированным дорогам, кроме того, устройство системы постоянного полного привода намного сложнее.

Вторая группа систем полного привода автомобилей – part-time. Машина, оснащенная такой системой, в обычных условиях является моноприводной, а вторая ось подключается при необходимости вручную или автоматически в определенных условиях.
Типичные part-time-полноприводные автомобили:

все модели УАЗ;
Mitsubishi Pajero с системой Super Select;
Nissan Patrol.

Эти машины прекрасно подходят для активного отдыха в условиях бездорожья. Водитель в них самостоятельно подключает вторую ось для преодоления труднопроходимых мест.

Схема part-time AWD имеет свои недостатки. Одним из главных является то, что неопытный водитель, не всегда может правильно оценить дорожную обстановку и вовремя перевести трансмиссию автомобиля в полноприводный режим. Вторым недостатком является то, что с включенным полным приводом можно передвигаться только с небольшой скоростью, а трансмиссия при этом усиленно изнашивается. Третий минус заключается в том, что классическая ручная part-time-система не имеет межосевого дифференциала, что сильно ухудшает управляемость таких автомобилей на сухих дорогах, особенно это заметно в поворотах.

Системами автоматического полного привода оснащают кроссоверы, а так же универсалы с повышенной проходимостью. Они не предназначены для езды по зимникам и летникам, однако возможностей этих автомобилей вполне достаточно, чтобы не ограничиваться ездой только по асфальтированным дорогам. AWD в них реализуется при помощи вискомуфты, самоблокирующегося дифференциала Torsen, или многодисковой фрикционной муфты.

4 motion

Одной из самых известных автоматических AWD-трансмиссий можно назвать 4motion от компании Фольксваген. Она состоит из следующих узлов:

сцепления;
коробки передач;
главных передач передней и задней оси;
межколесных дифференциалов передней и задней оси;
многодисковой фрикционной муфты Haldex;
полуосей.

В обычных условиях 90 % крутящего момента передается передней оси. При пробуксовке передних колес блок управления посылает соответствующий сигнал, муфта блокируется, и крутящий момент подается на заднюю ось. Его величина не является постоянной. Соотношение крутящего момента передней и задней осей в AWD-трансмиссии 4motion может изменяться от 90:10 до 60:40.

Система полного привода TOD

AWD-трансмиссия Torque-on-Demand, или TOD, относится к категории full-time AWD, применяющая распределение крутящего момента между осями по переменному принципу. Задний мост в системе TOD подключен постоянно, передний подключается через многодисковую фрикционную муфту автоматически или принудительно при помощи переключателя.

В автоматическом режиме, являющемся основным для TOD, крутящий момент перераспределяется между осями (передней и задней) в соотношениях от 0:100 до 50:50, все зависит от различных дорожных условий. До начала преодоления труднопроходимых участков, производитель рекомендует принудительно подключить переднюю ось, тем самым деля поровну крутящий момент между осями.

Аналогичным образом устроена интеллектуальная система xDrive у автомобилей BMW, однако работает она полностью в автоматическом режиме, а соотношение крутящего момента между осями составляет от 0:100 до 40:60.

Система полного привода Quattro

AWD-система Quattro, применяемая на автомобилях Audi, также относится к категории full-time AWD. Роль межосевого дифференциала в последнем, четвертом поколении трансмиссии Quattro, выполняет самоблокирующийся асимметричный дифференциал с коронными шестернями. В нормальных условиях, на переднюю ось, он направляет 40% мощности, а оставшиеся 60 – на заднюю. При пробуксовке колес основная доля момента перебрасывается на ту ось, которая имеет наилучшее сцепление с дорогой. При этом на передние колеса может быть передано до 70%, а на задние – до 85.

На чем остановить свой выбор?

Вопрос, какая система полного привода лучше, мучает многих автолюбителей. Многие будут удивлены, но ответить на него невозможно в силу некорректности самой формулировки. Можно сказать, что лучше подойдет в конкретной ситуации, но не в целом.

Ведь автомобиль Mitsubishi Pajero с part-time системой полного привода Super Select, будучи прекрасным внедорожником, на асфальтированной трассе показывает весьма посредственную управляемость, свойственную практически всем «джипам». Равно как и Audi Allroad с AWD-трансмиссией Quattro, прекрасно ведущая себя на шоссе и способная проехать по укатанной грунтовке, окажется полностью бессильной в условиях Карелии.

При выборе необходимо учитывать различия в системах полного привода и понимать, для чего приобретается автомобиль, и в этом случае покупатель получит именно то, что ему нужно – либо вместительную семейную машину, на которой можно отправиться хоть на море, хоть на дачу, либо внедорожник, способный покорить сибирскую тайгу.

Автомобили повышенной проходимости имеют различные конструкции систем полного привода. Каждая из них имеет свои преимущества и недочеты. Мы поговорим о системе подключаемого полного привода, или как ее еще называют part-time. В чем ее «козыри» и основные «минусы»?

Система полного привода Part-Time

Главная особенность привода part - time заключается в том, что при движении по обычным дорогам с твердым покрытием задействована лишь одна ось. По-сути в таком режиме машина остается моноприводной. Вторая же ось может быть подключена при необходимости, в случае потребности в преодолении бездорожья.

Для подключения второй оси служит раздаточная коробка. В итоге, когда такая трансмиссия работает в полноприводном режиме, осуществляется жесткая связь между передними и задними колесами, а также распределение момента между ними в соотношении 50:50. Это схема классических внедорожников. И надо отметить, такой тип трансмиссии при необходимости преодоления тяжелого бездорожья оказывается очень эффективным.

Но есть у привода part - time и существенный «минус». Жесткую связь между осямиможно применять лишь на покрытиях, которые дают возможность одной из них проскальзывать. Это гравий, лед, песок, грязь и т.п.

Дело в том, что при жесткой связи мостов между собой возникает такое явление как циркуляция мощности. Причем, если машина движется по твердому асфальтовому покрытию, она может иметь очень большие значения. Эта циркулирующая мощность не принимает участие в преодолении сил, препятствующих движению машины, тем самым еще больше нагружая узлы трансмиссии и покрышки.

{typography pre_red}И ЧТО ЖЕ В ИТОГЕ?{/typography}
В итоге, система полного привода part-time пригодна либо для езды по асфальтовым дорогам, либо для откровенного бездорожья. Она совершенно не приспособлена для передвижения по дорогам с меняющимися свойствами покрытия (асфальт с пятнами льда, твердая грунтовка с лужами грязи и пр.).

Потому сегодня привод part-time практически изжил себя и не применяется в автомобилестроении. Его можно встретить лишь на старых грузовых полноприводных авто или классических вездеходах.

Привод Part-Time