Все о полном приводе. Часть первая: история, виды, особенности, различия

Когда появился полный привод? Какие его виды нам известны? Каковы принципы и механизмы его работы? В чем основные отличия? Какие плюсы и минусы есть у разных конструкций? Какая из них наиболее распространена? Как привод на четыре колеса реализован на гибридах и электромобилях? Обо всем этом — и не только! — в сегодняшнем материале Дрома.

Краткий экскурс в историю

История создания полноприводных автомобилей началась еще в конце XIX века, и мы просто обязаны для полноты картины обозначить некоторые ключевые в этом направлении модели. Но мы намеренно опустим все то, что связано с грузовиками — нам все же гораздо интереснее и ближе легковые машины. А также не станем в исторической части касаться самого простого вида полного привода — part-time с жестким подключением, потому что тут и рассказывать особо нечего: самый неприхотливый и надежный, в наше время он используется только на пикапах и настоящих внедорожниках.

Lohner-Porsche (вверху), Spyker 60HP Racer, Miller 91 и Bugatti Type 53 (внизу)

В 1899 году великому Фердинанду Порше пришла в голову идея не только построить бензоэлектрический (!) гибрид Lohner-Porsche, но еще и оснастить каждое его колесо отдельным электромотором. На выставке в Париже в 1900 году это чудо представили публике. Спустя три года братья Якоб и Хенрик-Ян Спайкеры из Голландии продемонстрировали и первый автомобиль с колесной формулой 4х4 и даже тремя (!) дифференциалами, но без какой-либо электрической составляющей — Spyker 60HP Racer. Кстати, он был еще и первым в мире с рядным 6-цилиндровым двигателем. Как известно, в 1929 году появился первый автомобиль с передним приводом — Cord L-29 — конструкторами которого стали Фредерик Дюзенберг и Гарри Миллер. Последний в сотрудничестве с компанией FWD (Four Wheel Drive) и создал в начале 30-х годов гоночный автомобиль Miller 91 с 8-цилиндровым 300-сильным мотором. Чуть позже его примеру последовала компания Bugatti, создав по инициативе фиатовского инженера Антонио Пикетто полноприводный и тоже 300-сильный Type 53.

Немного теории, или Зачем нужен полный привод и что такое «понижайка»?

Зачем?

Почему вообще возникла задача приводить в движение все четыре колеса легкового автомобиля? Во-первых, полный привод позволяет гораздо эффективнее — с большим актуальным пятном контакта шин и меньшей пробуксовкой — использовать мощность силовой установки. Во-вторых, немаловажным фактором всегда было улучшение проходимости внедорожной техники. В-третьих, привод 4WD обеспечивает большую устойчивость автомобиля в поворотах, особенно на скользких покрытиях, и, как следствие, высокий уровень безопасности. И в-четвертых, полный привод дает водителю еще один инструмент управления, кроме традиционных руля и педалей: варьируя уровень момента на осях, можно менять характер машины — от склонного к недостаточной поворачиваемости до, наоборот, заднеприводного. Отрицательными факторами принято считать лишний вес, сложность конструкции и повышенный расход топлива.

Как работает?

На ведущей оси автомобиля всегда установлен дифференциал, который передает большее количество крутящего момента на то колесо, которое имеет меньшее сопротивление и, как следствие, сцепление с дорогой. На моноприводных машинах со «свободными» (без возможности блокировки) «диффами» всегда будет буксовать только одно колесо. Система полного привода позволяет при помощи различных способов (о которых мы расскажем чуть ниже) передать часть (или весь) крутящий момент на колеса другой оси, что даже при наличии еще одного межосевого дифференциала делает «зацеп» намного более вероятным. Следовательно, улучшается поведение автомобиля на скользких покрытиях и на бездорожье. Самоблоки (блокировки «диффов») бывают механические, гидравлические и электронные; с различной степенью блокировки, вплоть до 100%. В конструкции полного привода внедорожников зачастую используется также понижающий ряд трансмиссии, который, соответственно, позволяет в итоге доставить больше момента на колеса при тех же оборотах двигателя.

Следующая веха в истории полного привода — безусловно, создание автомобиля с самоблокирующимся межосевым дифференциалом, который позволил бы автоматически перекидывать момент на ту ось, сцепление которой с дорогой лучше. Внедрение этой темы непосредственно связано с именами двух англичан — Тони Ролта и Фреда Диксона. В 1950 году они после создания полноприводного концепта «Краб» перешли в компанию известного тракторного магната Гарри Фергюсона, а в помощь им был приглашен бывший конструктор Aston Martin Клод Хилл. В 1956 году они создали первый прототип — Ferguson R4 — который просто изобиловал техническими новшествами: полный привод, оппозитная «четверка», дисковые тормоза и даже электромеханическая одноканальная АБС Dunlop MaxaRet из… самолетной промышленности. Внутри гидротрансформатора с раздаточной коробкой был установлен дополнительный набор шестеренок, две обгонные муфты и два пакета фрикционов, которые при пробуксовке одной из осей могли блокировать «центр». Следующим прототипом стал универсал (!) R5, построенный в 1962 году, но и до его производства дело не дошло. Правда, конструкторам удалось заинтересовать компанию Jensen, вместе с которой сначала было построено экспериментальное купе CV8 FF (Formula Ferguson — запатентованное название), а в 1966 году появился знаменитый Jensen FF — первый в мире автомобиль с самоблокирующимся межосевым «диффом» и АБС. Но выпустить удалось всего 318 сверхдорогих машин. Тони Ролт на этом не успокоился и вместе с Дереком Гарднером (конструктором Tyrrell впоследствии) позже они вошли в историю как изобретатели вискомуфты — устройства с гораздо более плавной и понятной блокировкой.

Ferguson R4, Ferguson R5 и Jensen FF

Первым автомобилем с межколесным дифференциалом, блокирующимся вискомуфтой, в 1979 году стал американский AMC Eagle. Ну а дальше пошло-поехало. Полный привод quattro от Audi, до 1984 года, кстати, оснащавшийся механической блокировкой, а после — «диффом» Torsen, который менял степень блокировки в ответ на изменение крутящего момента на выходных валах, и вискомуфта ему была не нужна. В 1985 году еще целый ряд компаний представили свое видение системы полного привода. Появились 4MATIC от Mercedes-Benz, первые «иксы» от BMW, модели Syncro от Volkswagen... Уже в 90-х годах автомобили «обросли» электроникой, которая позволяла контролировать крутящий момент на разных осях и колесах при помощи датчиков АБС, появились первые системы с так называемыми активными межколесными дифференциалами. Подробнее о конкретных особенностях каждой «фирменной» системы мы остановимся во второй части нашего рассказа о полном приводе, который выйдет чуть позже. Ждите скоро на Дроме!

AMC Eagle Wagon, Audi Sport quattro и Volkswagen Transporter T3 Syncro

Ну а мы пока поведаем вам об особенностях и отличиях, плюсах и минусах основных используемых на данный момент полноприводных схем. И начнем, конечно же, с самой «древней» и простой — так называемой part-time с жестким подключением переднего моста.

Виды полного привода и их особенности. Плюсы и минусы

Part-time 4WD

Жестко подключаемый полный привод

Наиболее простой и надежной системой полного привода принято считать жестко подключаемый 4WD, или part-time. Из-за своей простоты и утилитарности такая версия чаще всего встречается на грузовиках, утилитарных внедорожниках или пикапах. В настоящее время — поистине вымирающий вид.

Уже из названия понятно, что при включении полноприводного режима обе оси автомобиля связываются напрямую, без дифференциала, посредством раздаточной коробки распределяя крутящий момент в постоянной пропорции 50:50. По сути, part-time пригоден только для временного подключения в условиях бездорожья или скользких покрытий: только в этом случае возможно проскальзывание одной из осей для компенсации отсутствия межосевого «диффа», который позволяет колесам вращаться с разной скоростью. Именно по этой причине полный привод part-time не рекомендуется использовать на асфальте и на высоких скоростях. Большинство автомобилей с подобного рода трансмиссией имеют ограничения по максимальной скорости в режиме 4WD 80–100 км/ч.

Примеры моделей автомобилей: Toyota Hilux, УАЗ, Jeep Wrangler, Nissan Patrol (до 2010 г.), Suzuki Jimny.

Toyota Hilux, Jeep Wrangler и Suzuki Jimny

Плюсы и минусы part-time:

Full-time 4WD

Постоянный полный привод

Если автомобиль с постоянным полным приводом, то сделать его моноприводным никак не получится. Ведь между осями здесь уже имеется центральный дифференциал, а крутящий момент всегда приходит на все четыре колеса, хотя и в разных пропорциях.

Без возможности блокировки подобная система не имела бы смысла, поскольку дифференциалы (сначала межосевой, а потом межколесные) попросту направляли бы весь момент на проскальзывающее колесо. Поэтому в конструкции трансмиссий такого типа используется тот или иной механизм блокировки центрального «диффа». Реализован он может быть по-разному. Например, на внедорожниках зачастую встречается режим 4WD Lock (или аналогичные) «жесткой» блокировки, которая распределяет момент в пропорции 50:50, фактически превращая схему в part-time. На кроссоверах и легковых автомобилях применяют разного рода устройства — вязкостную, электрогидравлическую и электромеханическую муфты, различные виды самоблокирующихся дифференциалов — которые могут распределять момент в довольно широких диапазонах (до 100%) и при этом блокироваться электронным способом. «Плавающий» момент позволяет полноприводному автомобилю управляться адекватно на всех видах покрытия, лучше удерживаться в поворотах и использовать 4WD на любой скорости.

Примеры моделей автомобилей: Toyota RAV4 (I & II Gen), Subaru VTD, VW Touareg, Land Rover Discovery, Toyota Land Cruiser (начиная с 80-го).

Toyota RAV4, Land Rover Discovery и Toyota Land Cruiser

Плюсы и минусы full-time:

Selective 4WD

Отключаемый полный привод

Суть селективного привода — в объединении преимуществ двух систем 4WD, о которых мы говорили выше: part-time и full-time. Другая особенность — именно возможность отключения переднего привода, а не его подключения. Таким образом, автомобили, оснащенные подобного рода системами, изначально полноприводные, но могут передвигаться только на заднем приводе для экономии топлива. При этом полноприводный режим не имеет ограничений по роду покрытия и скорости. В то же время все они имеют возможность жесткой блокировки между осями, что и предполагает основную сферу использования — на полноценных внедорожниках и пикапах, например, Mitsubishi Pajero или L200, Toyota Sequoia, Jeep Grand Cherokee и Nissan Pathfinder. Зачастую подобные автомобили оснащаются еще и блокировкой заднего моста.

Виды подобных систем: Mitsubishi SuperSelect, Toyota Multi-Mode, Renault/Nissan All-Mode 4x4, Jeep SelecTrac.

Mitsubishi Pajero, Toyota Sequoia и Jeep Grand Cherokee

Плюсы и минусы Selective AWD:

Automatic AWD, или TOD (Torque-On-Demand)

Автоматически подключаемый полный привод

Наконец-то мы добрались до систем, которые сейчас имеют тотальное превосходство на рынке. Из названия Torque-on-Demand (момент по требованию) становится понятно, что в обычных режимах движения такой автомобиль… моноприводный. Если двигатель расположен поперечно, то он — изначально переднеприводный, а если продольно — то заднеприводный. В случае пробуксовки колес на ведущей оси крутящий момент передается на другую (чаще всего посредством вязкостной или фрикционной муфты с электронным управлением). Как правило, на подобного рода автомобилях — ведь это в основном «городские пижоны» — отсутствуют межосевые блокировки, но иногда присутствует возможность как «блокировки» центра (50:50), так и принудительного отключения полного привода. Automatic AWD — самая легкая и распространенная система полного привода, обильно «увешанная» разного рода электроникой для контроля за самыми различными параметрами и системами автомобиля.

Примеры моделей автомобилей: Subaru Active AWD, Toyota RAV4, KIA Sportage, Volkswagen Tiguan, Hyundai Creta.

Volkswagen Tiguan, Toyota RAV4 и KIA Sportage

Плюсы и минусы Automatic AWD:

AWD с активными или (само)блокирующимися дифференциалами на осях

Основным отличием данного рода систем является наличие возможности блокировки (полной или частичной) межколесных дифференциалов, а также электронное управление скоростью вращения колес одной оси. Жесткие блокировки нужны в мостах для значительного улучшения проходимости в условиях серьезного бездорожья. Недаром такая схема (с тремя блокировками) долго использовалась на Mercedes-Benz G-класса (до последнего поколения), а внедорожные тюнеры частенько оснащают блокировками те джипы, в которых с завода такой возможности не предусмотрено. Нужно помнить, что наличие блокировок требует усиления мостов или приводов, а также очень аккуратного использования на бездорожье.

Subaru WRX STI — единственный на данный момент легковой (не внедорожник) серийный автомобиль в мире с тремя блокировками. Но его история другая: сделано это для улучшения управляемости, цепкости в поворотах и лучшей реализации крутящего момента на скользких покрытиях.

Активный же электронно-управляемый «дифф» в разных проявлениях устанавливают (как правило, на заднюю ось) с той же целью — позволить водителю управлять автомобилем не только газом и рулем, но еще и увеличением крутящего момента или скорости вращения наружного колеса, тем самым как бы закручивая машину в поворот. Самыми яркими представителями подобного рода систем являются Mitsubishi Evo, Honda и Acura со схемой SH-AWD, спортивные модели BMW и другие.

Примеры моделей автомобилей: Mercedes-Benz G-класса, Jeep Wrangler Rubicon, Subaru WRX STI, Acura MDX, Nissan GTR.

Mercedes-Benz G500, Acura MDX и Subaru WRX STI

Плюсы и минусы активных дифференциалов:

Hybrid & Electro AWD

Полный привод гибридов и электромобилей

Сейчас все больше автомобилей оснащаются гибридными, а то и полностью электрическими силовыми установками. В самых простых и недорогих случаях привод чаще всего приходится на одну из осей, но существуют и полноприводные варианты в дорогих и «премиальных» сегментах. Самыми известными гибридами с приводом 4WD, пожалуй, являются кроссоверы и седаны Lexus, заднюю ось которых вращает менее мощный отдельный электромотор, а пробег на электротяге минимален. Существуют также варианты, когда электродвигатель располагается между ДВС и трансмиссией: Porsche e-Hybrid, Volkswagen GTE, Mercedes-Benz S500e…

В электромобилях все еще сложнее. Как вы понимаете, для реализации самой идеи полноприводного электрокара необходимо наличие как минимум двух электромоторов — по одному на каждую ось. По такой схеме, например, построена серийная Tesla Model S. Но современные производители электрических суперкаров идут дальше, устанавливая три (Audi e-tron S) или даже четыре (Lotus Evija) мотора — по одному на каждое колесо в последнем случае. Естественно, что никаких дифференциалов и «блокировок» у электромобилей нет, все управление реализацией полного привода возложено на электронику.

Примеры полноприводных гибридов: Lexus RX.
Примеры полноприводных электромобилей: Audi e-tron S, Tesla Model X, Lotus Evija.

Lexus RX, Tesla Model S и Lotus Evija

Плюсы и минусы гибридного и электрического полного привода:

Мы надеемся, что этот материал оказался для вас полезным и интересным, а во второй части расскажем о самых известных системах полного привода, используемых на современных легковых автомобилях, кроссоверах и внедорожниках — 4MATIC, quattro, xDrive, ATESSA, SH-AWD, S-AWC и других. Совсем скоро на Дроме!