Тема: История и принципи на двойното предаване.

[Nedko-w124]

Системите за задвижване на четирите колела при леките коли съвсем не са новост, но навлизат истински масово едва през последното десетилетие. Към двойното предаване посегнаха дори компании като BMW и Saab, които винаги са разчитали на един двигателен мост. Инженерните принципи на тези системи обаче са изминали дълъг път преди да станат толкова попурярни. Предимствата им са известни от зората на автомобилостроенато, но за да станат пригодни за ежедневието на обикновения човек, техниката трябва да постигне значителен напредък.



Най-логичното решение за повишаване на проходимостта и по-ефективно оползотворяване на мощността на двигателя е включване на втората задвижваща ос само в случай на необходимост. На английски този тип трансмисии се наричат Part Time 4WD. Идеята е заимствана от камионите с повишена проходимост. Такава система обаче не може да се използва на пътища с твърдо покритие заради т.нар. циркулация на мощността – в завой предните колела изминават по-дълъг път и се въртят по-бързо от задните. Така въртящият момент, който се подава на предния мост, намалява, а на задния – нараства. В някои случаи двигателната сила може да се промени на спирачна и предните колела започват да възпрепятстват движението на колата. Когато настилката е мека (кал или сняг) в това няма нищо страшно, но на асфалт води до силно износване на механизма. Така Part Time 4WD става безполезен за леките коли. Системата само увеличава теглото и спада ефективността.

За да се превърне „временното” решение в постоянно, тоест перманентно (Full Time 4WD) задвижване на четирите колела, трябва трансмисията да се снабди с междинен диференциал. Той позволява на двата моста да се въртят с различна скорост, а с това и на автомобила да се движи по всякакви настилки без опасност от повреди.



Масовото схващане до началото на 80-те години гласи, че леките коли нямат нужда от постоянно двойно предаване. Смята се, че усложнената с три диференциала трансмисия води само до повишаване на разхода на гориво. Едва след появата на Audi Quattro постоянното задвижване на четирите колела получава заслужено признание. Тогава стана ясно, че разпределянето на мощността на двигателя към двата моста генерира голям запас от сцепление и противодействие на центробежните сили в завой, а автомобилът става много по-устойчив при ускорение или при използване на моторна спирачка. Масов модел с междуосев диференциал вече съществува в лицето на Range Rover, но заслугата за налагането му сред едросерийните леки коли си остава за Audi.

Разбира се, пионери в областта на системите за двойно задвижване логично са конструкторите на състезателни автомобили. Още през 1902 г. холандската компания Spyker създава возило, което изпреварва времето си с десетилетия. В епоха, когато колите са още на бебешка възраст и са снабдени със спирачки само на задните колела, холандците монтират на автомобила си с цели три диференциала и така се ражда първата система за перманентно двойно предаване. От модела 60НР са произведени едва няколко бройки, защото цената му е астрономическа, а по една или друга причина състезателните успехи му се изплъзват.



Не по-удачни се оказват и други състезателни коли с двойно предаване. През 1930 г., например, инженерът на FIAT Антонио Пикето предлага на Еторе Бугати да оборудва три екземпляра от успешния Typ 53 с трансмисия с три диференциала. Преди това италианецът изучава подробно американския състезателен Miller с предно предаване. Неговият създател Хари Милър пък на свой ред проучва из основи колата на Бугати и също решава да построи автомобил с четири задвижващи колела. Успява да уреди спонсорството на FWD (Four Wheel Drive) – щатска компания за производство на камиони с двойно предаване и така се появяват болидите Miller FWD. С тях е свързан интересен епизод от историята на Германия преди Втората световна война. По време на състезание на пистата „Авус” Miller FWD се движи на трето място, когато редовият му осмак не издържа натоварването и буквално се взривява. Парчета от мотора почти достигат до публиката, сред която е самият Адолф Хитлер. Днес историците на автомобилните състезания се шегуват, че това е единственият инцидент, при който за липсата на жертви може само да се съжалява.



Нито Bugatti T53, нито Miller FWD получават признание за иновационната си конструкция - попречват им постоянните технически проблеми. За сметка на това следващият етап от развитието на леките автомобили с двойно предаване се оказва съдбоносен. Тогава британският състезател и конструктор Тони Ролт и приятелят му Фред Диксън започват да разработват самоблокиращ се диференциал, който да елиминира нуждата от изключване на втория мост при движение по твърда настилка. През 1950 г. компанията на Ролт и Диксън Rolt/Dixon Developments е закупена от преуспяващия производител на трактори Хари Фъргюсън. Той изобщо не се вълнува от моторни спортове, но мечтае отдавна за обикновен пътнически автомобил, чиито колела да не буксуват при ускорение и да не блокират при спиране. Ролт и Диксън проектират такава кола „от нулата”, включително каросерията, трансмисията и двигателя. Помага им конструкторът Клод Хил, който с радост напуска Aston Martin, когато разбира за интересния проект. Съвсем по английски обаче, никой не бърза с работата и въпреки щердото финансиране от страна на Фъргюсън експерименталният седан Ferguson R4 е готов едва след 6 години. Колата разполага с постоянно задвижване и дискови спирачки на четирите колела, четирицилиндров боксер и електромеханична антиблокираща система Dunlop MaxaRet, заимствана от авиацията.



Най-любопитна обаче си остава раздатъчната кутия на прототипа. Освен с диференциал, тя разполага с допълнителен комплект зъбни колела, две сферични муфи и два комплекта фрикциони. Докато някое от колелата не забуксува, целият механизъм се върти на празен ход. Когато обаче системата „усети” загуба на сцепление по различната честота на въртене на изходните валове, една от муфите сработва и стиска своя пакет фрикциони. Те пък зацепват зъбните колела в диференциала и моментално го блокират.

Следващият прототип Ferguson R5, чиято разработка отнема нови 6 години, става истинска сензация. Журналистити от сп. Autcar, които тестват комбито с двойно предаване, са втрещени при какви високи скорости се губи сцепление с пътя. До серийно производство на R5 обаче така и не се стига. Автомобилът е прекалено сложен и скъп. Все пак през 1962-ра Ролт успява да привлече вниманието на малката бретанска компания за ексклузивни автомобили Jensen. Той предлага на ръководството на фирмата да адаптира своята трансмисия за купето C-8V, чието производство тъкмо започва. Двойното предаване пасва отлично на бързия и мощен криузър. Три години по-късно е разработен още един прототип, а през 1966 г. се появява първият сериен лек автомобил с постоянно задвижване на четирите колела, самоблокиращ междуосев диференциал и ABS в света – Jensen Interceptor. От версията със задно предаване го отличава скромна табелка с буквите FF – патентованото от Ролт обозначение за Ferguson Formula. Журналистическите тестове от онова време възхваляват до небесата невероятната устойчивост и „практически неограничения запас от мощност на мокър асфалт” на Interceptor-а.

За съжаление самият Хари Фъргюсън не доживява да види ползата от инвестициите си. Той умира през 1960 г. Ferguson Formula обаче полага основите на коренно различен подход към конструирането на автомобили, а компанията Ferguson Research става първата в света, която отделя толкова внимание на двойното предаване като средство за повишаване на безопасността.



Задвижването на четирите колела има безспорни предимства, но и тъмна страна. Запасът от сцепление се заплаща със загуба на превдидими реакции при подаване на повече гориво към двигателя. При обикновен автомобил със задно предаване рязкото натискане на газта води до поднасяне на задницата на мокра настилка. При кола с предно излишъкът от въртящ момент започва да буксува предният мост. И в двата случая водачът винаги знае каква ще бъде реакцията на автомобила. Кой от двата моста обаче ще загуби сцепление при постоянно задвижване на четирите колела? На този въпрос не може да се отговори еднозначно. Всичко зависи от моментното разпределение на теглото и сцеплението на всяко от колелата, а това не е безопасно.

За щастие самият Тони Ролт е бивш състезател, при това добър (в началото на 50-те даже печели „24-те часа на Льо Ман”). Още в самото начало на работата си по новата трансмисия опитва да преодолее непредвидимите реакции на двойното предаване, като снабдява системата си с несиметричен междуосев диференциал. Към задния мост на всички автомобили със силово предаване тип FF се подава 63% от въртящия момент, а на предния – 37 на сто. По такъв начин поведението на колата се доближава до реакциите при задно задвижване.

Следва продължение ...


Източник: Вестник "Авто Пазар"

[Nedko-w124]

Продължението:



Самоблокиращият диференциал позволява на Jensen Interceptor да се възползва от преимуществата на двата типа трансмисии. Диференциалното задвижване на двата моста осигурява сигурно поведение на колата в завой и елиминиране на циркулацията на мощността. Блокажът пък гарантира ефективно използване на въртящия момент при пробуксуване. Муфите на механизма JJ обаче работят грубо, в пулсиращ режим, и изменят непрекъснато несиметричното диференциално задвижване в блокирано и обратното. На хлъзгави участъци реакцията на автомобила става непредвидима.



Тони Ролт установява тези недостатъци и разбира нуждата от система, която да работи по-гъвкаво и блокира междуосевия диференциал плавно. Още в края на 60-те години се свързва с бъдещия конструктор на болидите Tyrrell Дерек Гарднър и двамата започват експерименти със силиконова течност, използвана в съединителните муфи на вентилаторите на охлаждащите радиатори. Така Ролт и Гарднър влизат в историята като изобретатели на първата вискомуфа.

Цилиндърът с фрикционни пакети, пълен със силиконова течност, се оказва идеално решение за блокиране на диференциала при пробуксуване на колелата. Докато скоростта им на въртене е еднаква, вискомуфата не се намесва по никакъв начин в задвижването. Забуксува ли една от гумите обаче, зъбните колелца в диференциала веднага се развъртат, свързаните с тях фрикционни дискове „разпенват” силиконовата течност и муфата „захапва”.



Механизмът блокира диференциала много по-плавно и меко, което се отразява изключително благоприятно върху управляемостта. След като патентова системата, през 1971 г. Тони Ролт основава собствена фирма FF Developments, която да лансира новата технология. Сред първите й поръчки са фермерски фургони Bedford за английската провинция, партида Ford Zephyr с двойно предаване за нуждите на полицията и няколко десетки Opel Senator 4x4 за британската военна мисия в Берлин. Най-големия удар за FFD обаче става споразумението за доставка на трансмисии за американския AMC Eagle, произвеждан между 1979 и 1988 г. Моделът представлява модифицирана версия на иначе обикновения Concord, но с повдигната със 75 мм каросерия и по-големи „всъдеходни” гуми. Eagle става първият в света сериен автомобил с междуосев диференциал, блокиран от вискомуфа.



Предназначен е главно за водачи, които често се нуждаят от кола с повишена проходимост. В случая двойното предаване няма за цел да осигурява по-ефективно ускорение или подобрена устойчивост и управляемост при висока скорост, както при Jensen или Audi Quattro. Въпреки това в чисто технологичен план като преки наследници на AMC Eagle могат да се разглеждат резачки като Subaru Impreza Turbo и Mitsubishi Lancer Evo от първото до шестото поколение. Техните междуосеви диференциали се блокират от същата вискомуфа.

Серийното купе Audi Quattro, което дебютира на пазара две години след Eagle, се оборудва с обикновен „свободен” диференциал с принудително блокиране. Фердиданд Пиех, който по онова време оглавява ивженерния департамент на компанията, избира за модела изключително удачна схема, която пасва отлично на конструкцията на инголщадските автомобили. Двигателят им е разположен надлъжно пред предния мост и скоростната кутия сочи право към задната ос. За конструкторите остава само да снабдят трансмисията с междуосев диференциал. Вместо да монтират традиционната за подобни конструкции раздатъчна кутия обаче, немците измислят гениално просто решение - кух вторичен вал на трансмисията, през който минава задвижващият вал за предните колела.

За разлика от FFD, в Audi още от самото начало избират схема със симетрично подаване на въртящия момент съм двете оси в съотношение 50:50. През 1984 г. от салона на модификациите Quattro изчезват архаичните лостове за принудително блокиране на междуосевия диференциал. Тогава започва монтирането на самоблокиращите диференциали Torsen. Тяхното име произлиза от английските думи torque и sensing и отразява способността на тези често механични устройства да променят мигновено и плавно степента на блокажа в съответствие с измененията на въртящия момент на изходните валове. Диференциалът Torsen не се нуждае от вискомуфа. Той се блокира сам, но не вследствие от разликите в скоростите на въртене при пробускуване, а още преди възникването на приплъзване. Torsen реагира на измененията в сцеплението в контактното петно между гумата и настилката.



Триумфалният дебют на Audi в ралишампионата води до истински бум на двойното предаване. Изведнъж всички отбори в „Група Б” се втурват да разработват версии с четири задвижващи колела за колите си. Появяват се Peugeot 205 T16, Metro 6R4, Lancia Delta S4, Ford RS200. Всички те обаче са снабдени с вискомуфи в самоблокиращите диференциали FFD. За работата с рали отборите отговаря Стюарт Ролт, синът на Тони.

Постепенно трансмисията с три самоблокиращи диференциала, с каквато е оборудван Ford RS200, се налага като най-успешна. Оказва се, че с промяна на чувствителността на вискомуфите управляемостта на автомобила може да се настойва в много широки граници. При по-твърд блокаж на задния диференциал се увеличана склонността към презавиване. Увеличение на коефициента на блокаж на предния или междуосевия – напротив – повишава запаса от устойчивост. Колата влиза по-бавно в завой заради поднасянето на предните колела.

Такива настройки обаче вършат работа само при състезателен стил на шофиране с поднасяне. Затова трите самоблокиращи диференциала са наистина необходими единствено в автомобилите от WRC. Те по правило вече са снабдени не с вискомуфи, а с пакети многодискови фрикциони с хидравлично активиране и електронно управление. Благодарение на тях настройките на управляемостта могат да се промерят в реално време. При влизането в завой, например, бордовият компютър отключва муфите и в трите диференциала, а при излизане към правата ги блокира, за да се постигне максимално сцепление.

Трансмисията с три самоблокиращи диференциала намира приложение и в цивилното автомобилостроене. През 1986 г. Mercedes-Benz лансира системата 4Matic, но предимствата й в ежедневието се оказват доста по-малко от недостатъците, а високата цена и неоправдано сложната конструкция водят до много слаби продажби.



Пионер във внедряването на муфи с електронно управление в спортни автомобили става Porsche. През същата 1986 г. на пазара излиза моделът 959, койато разполага с две муфи и четири режима на работа, от които водачът може да избира. По-късно с подобни сложни трансмисии започват да експериментират японците – например Nissan Skyline GT-R. Най-известният техен модел за износ е Mitsubishi Lancer Evo VII с междуосев управляем диференциал ACD и заден диференциал с активно разпределение на въртящия момент AYC.

Докато състезателните инженери умуват над механизмите за управляемо блокиране на диференциалите, цивилните конструктори поемат по точно обратния път. За да опростят устройството на масовите модели и да снижат цената им, те се отказват от междуосевия диференциал и го заменят с вискомуфа. Първият европейски автомобил с такава трансмисия става Volkswagen Golf II Syncro от 1985 г. Преимуществата на такава схема са в простотата и лесната доработка на базовата версия с предно предаване в такава с четири задвижващи колела. В нормални пътни условия колата запазва характеристиките в управляемостта с преден двигателен мост, но при пробуксуване са необходими едва 0.2 секунди, за да сработи вискомуфата, която подава на задния до 70% от въртящия момент.

Технологията обаче си има и съществен недостатък. При подаване на газ в завой с хлъзгаво покритие отначало поднася предницата, а с включването на задните колела настъпва рязко презавиване, което може да бъде изключително опасно.

В преодоляването на този проблем се изявяват японците, които експериментират упорито с характеристиките на вискомуфите и ги използват не само за задвижване на задните колела, а и за блокиране на междуосевите диференциали. Някои техни модели като Nissan Sunny/Pulsar от 1988 г., са снабдени с цели три вискомуфи. Първата служи за задвижване на задната ос, а останалите две блокират диференциалите на двата моста.

В началото на новия век почти всички масови леки коли с двойно предаване и „паркетни” всъдеходи разполагат с управляема муфа за задвижване на задния мост от типа Haldex за моделите на VAG, VTM-4 за Honda и т.н. Усъвършенстваните им характеристики правят включването на задния мост почти незабележимо за водача и пътниците, а пътното поведение на автомобила зависи само от фабричните настройки. Golf 4Motion и Audi A3 quattro, например, имат абсолютно идентични като конструкция трансмисии. Различното програмиране на управляващата електроника обаче позволява на инженерите на VW да изберат симетрично разпределение на въртящия момент, докато в Audi предпочитат да подават на задния мост само 40% от мощността.

Най-интересни от инженерна гледна точка са днешните технологични наследници на Формулата на Фъргюсън, в чиято трансмисия има самоблокиращ междуосев диференциал. Производители избират различни методи за блокирането му – в Subaru залагат на вискомуфа, в Audi държат на механиката в лицето на Torsen, а Mitsubishi Lancer Evo разчита на електронното управление.



Траснсмисиите с автоматично включване на задния мост също стават все по-популярни. Муфата Haldex предпочитат скандинавците от Volvo и Saab. Силовото предаване със „свободен” междуосев диференциал също намират привърженици (BMW xDrive и Mercedes-Benz 4Matic), макар те задължително работят под надзора на електроника, която предотвратява пробуксуването и донякъде компенсира липсата на механизъм за самоблокиране.


Източник: Вестник "Авто Пазар"

[Nedko-w124]

Навярно сте гледали по някоя от сателитнитните програми реклама на автомобил, в която действието се развива под проливен дъжд и наводнени шосета, но все пак главата на семейството се прибира в къщи жив и здрав, защото новият му автомобил е с перманентно предаване на четирите колела. При рекламата на леки коли с двойно предаване това е един от най-тривиалните сценарии. Общо взето хората са приели на доверие твърдението, че автомобилите 4х4 са по-сигурни при шофиране и помагат на неопитните шофьори в екстремни ситуации. Малко са тези, които разсъждават над истинността на този въпрос за това пък съвременните тестове са в състояние да измерват до най-малките подробности предимствата и недостатъците на двойното предаване пред двете задвижващи колела.

За сравнение са избрани автомобили Merceds C320 и Audi A4 3.0. И двата автомобила са представители на един от най-разпространените класове - средния. Друга прилика между тях е, че определено могат да се нарекат мощни и разполагат със системи за контрол на сцеплението ESP, които при желание могат да се изключват чрез бутон в купето. Тук вече започват разликите. Audi, с тяхното вълшебно Quattro, са най-опитният автомобилен производител в тази насока, а в Mercedes осъзнават предимствата на двойното предаване едва в последните години. Освен това атомобилът от Инглощад, който не е Quattro, е с предно предаване, а “двукраката” щутгартска машина е със задно. Сравнителният тест между тези четири автомобила се провежда на мокро и на заснежено трасе.

Когато се кара на ръба по мокър път С-класата показва склонност към поднасяне на задницата в завой. То се овладява чрез контриране с волана, което изисква повече шофьорски умения и би могло да се окаже непосилно за неопитни водачи. От друга страна, също при шофиране на ръба Audi-то с предно предаване показва склонност към “недозавиване”. За да бъде овладян обаче автомобилът в такава ситуация е достатъчна инстинктивната реакция на отнемане на газта. При същите пътни условия Quattro-то не предлага кой знае какво предимство, но все пак с него се постига малко по-голяма средна скорост, тъй като колата може да се извежда по-бързо от завоя. При 4-matic-а на Mercedes обаче се усеща явна разлика от версията със задно предаване. Тежката предница има “свои” задвижващи колела и поведението в завой е отлчно. В общи линии двойното предаване налага превъзходството си, особено над задното, но трябва да се има предвид, че тези разлики са постигнати при изключенa ESP. Ако системата за стабилност си остане включенa, ситуацията се променя коренно. Тогава версиите с две задвижващи колела и при двата автомобила не отстъпват на тези с двойно предаване. Нещо повече. Електронните системи за контрол на сцеплението са толкова усъвършенствани, че с тях се постига по-голяма средна скорост по силно наводнено трасе, отколкото с четири задвижващи колела.

Падне ли обаче сняг ролята на ESP-то като основен помощник на водача отпада. Предаването на мощността към пътя е толкова по-голямо, колкото по-силно е превъртането на колелата. Тъй като ESP-то свежда пребоскуването до минимум, намалява и предавателната сила на автомобила. Така в снежните преспи по зигзагообразното трасе автомобилите дават по-добри резултати (по-висока средна скорост) с изключена система ESP. Тук вече е в силата си и двойното предаване при Audi A4 Quattro и Merceds C 320 4matic. Независимо от това дали системата за контрол на сцеплението е включена или не, перманентното задвижване на четирите колела се оказва безспорно по-добрият избор за сняг. Все пак не е за пренебрегване фактът, че благодарение на по-удачното предно предаване разликите при Audi са значително по-малки, отколкото при щутгартския автомобил.

Обобщените резултати показват, че двойното предаване може да помогне на водача в някои инфарктни ситуации. Не бива обаче да се забравя, че тестът е направен при шофиране на границата на възможностите на автомобила, нещо, което много малко редови водачи си позволяват, т.е. обикновеният човек не би изпаднал в ситуация, в която перманентното задвижване на четирите колела да му е последната надежда.

Към безспорните, но изключително рядко проявяващи се предимства на Quat­tro-то и 4matic-а, се прибавят някои недостатъци, над които човек доста би се замислил. Преди всичко това е по-високата с 2-3 хил. Евро цена. Следва повишеният разход на гориво (с над 1 л и за двата автомобила). При Audi динамичните характеристики не бележат почти никакво влошаване зарди оборудването на Quattro-версията с шестстепенна скоростна кутия с къси първи предавки. При Mercedes обаче разликата е просто фрапантна. 4matic се ускорява до 100 км/ч с почти секунда по-бавно. Това са недостатъци, които определено засенчват и без това не многото достойнства на двойното предаване и именно този факт би трябвало да накара всеки мераклия за нов автомобил да се замисли за смисъла на перманентно задвижваните четири колела, особено при наличието на съвременните системи за контрол на сцеплението с пътя.

Светослав НАУМОВ



Източник: Вестник "Авто Пазар"