Полный привод: Torsen, Haldex и другие страшные слова

Первые полноприводные автомобили появились... Этот вопрос продолжает вызывать споры автоисториков, некоторые из которых называют датой рождения машин 4×4 аж 1900 год! Зато бесспорными остаются другие даты: в 1980 появился Audi quattro, открывший эпоху «легкового» полного привода, а в 1985 — Volkswagen Golf Syncro, заявивший, что дифференциал можно заменить муфтой. Но сначала давайте разберёмся...

...что такое дифференциал?

Межколёсный дифференциал — это устройство, которое делит крутящий момент, подводимый трансмиссией от двигателя, между полуосями левого и правого колеса. При этом оно работает так, что суммарная скорость вращения полуосей постоянна. Таким образом, если одно из колёс начинает вращаться быстрее (что и происходит во время пробуксовки на скользкой поверхности), второе крутится медленнее. Вплоть до полной остановки. Что за бесполезная конструкция?!

На этой схеме наиболее наглядно изображено, как при движении автомобиля все четыре колеса проходят по своим траекториям, отсюда — разные угловые скорости и необходимость для постоянного полного привода иметь три дифференциала — два межколесных и один межосевой. Впрочем, вместо центрального «диффа» можно использовать муфту, что и сделано на большинстве кроссоверов

По идее, вместо отдельных полуосей можно поставить цельную ось — как на телегах или детских игрушках. Но тогда возникает следующее: в повороте внутреннее колесо проходит меньшее расстояние, поэтому колесо внешнее должно вращаться быстрее, иначе из-за «подволакивания» будет страдать устойчивость автомобиля, его управляемость и к тому же активнее стираться внутренняя покрышка.

А теперь давайте посчитаем, сколько нужно дифференциалов для полноприводного автомобиля. Два, по одному на каждую ось? Да, если нужно организовать самый простой полный привод, сделав его подключаемым, когда водитель на бездорожье движением отдельного рычага или поворотом селектора жёстко «подрубает» переднюю (как правило) пару колёс. Такая схема называется «уазовской» (на что газовцы, первыми создавшие отечественную машину 4×4, очень обижаются) или part-time, «временный полный привод».

Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче: от карданного вала через коническую передачу вращение передаётся на корпус дифференциала, а корпус через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) вращает полуоси. Каждая из полуосей может вращаться со своей скоростью, но суммарная скорость вращения постоянна

Но на асфальте такая схема не просто бесполезна, а даже вредна! В повороте передние колёса двигаются по дугам большего радиуса и вращаются быстрее задних — в некоторых случаях тяговый момент может смениться тормозным, передние колёса будут не помогать, а препятствовать движению. Кроме того, возникает так называемая «циркуляция мощности», поднимающая нагрузки на трансмиссию до критических значений. Именно поэтому part-time можно применять только на бездорожье и скользких покрытиях. Где управляемость не слишком важна.

Но лучше иметь... три дифференциала. Два межколёсных «диффа» позволяют каждой паре колёс вращаться со своими скоростями, а один межосевой выполняет данную функцию для обоих мостов. С такой трансмиссией можно ездить по любым дорогам! На просторах бывшего СССР схему принято называть «нивовской», поскольку именно вазовская «Нива» стала одним из первых внедорожников на планете, примеривших full-time, «постоянный полный привод».

Постоянный задний привод и жестко подключаемый «передок» — по схеме part-time устроены многие пикапы и «настоящие проходимцы». Когда под колёсами бездорожье, при подключенном «передке» машина просто хуже слушается руля и «идёт плугом» наружу поворота, а вот на твёрдом покрытии управляемость становится опасной, а трансмиссия испытывает колоссальные нагрузки

Большинство машин «part-time» стали достоянием истории (кроме коммерческой техники, а также ульяновских Patriot и Hunter): зачем возить раздаточную коробку (в которой происходит отбор мощности для «временно подключаемой» оси), второй кардан и вторую главную передачу, если их можно использовать только на бездорожье? Постепенно уходит и казалось бы безупречный full-time...

И вот почему. Да, такой автомобиль отличается не только лучшей проходимостью, но и управляемостью — в поворотах полноприводная машина намного более устойчива. Расплатой же за преимущества служат большие механические потери и, соответственно, повышенный расход топлива, а также более сложная конструкция — «полноприводность» нужно закладывать на стадии проектирования, чтобы найти место для громоздкой «раздатки», внутри которой прячется межосевой «дифф».

Увы, но постоянный полный привод остался дорогой экзотикой... Кстати, любопытный момент: для привода передних колёс не обязательно устанавливать раздаточную коробку, которая бы распределяла крутящий момент по осям. Например, в Audi quattro немцы сделали вторичный вал коробки передач полым и сквозь него пропустили приводной вал передних колёс

А ещё межосевому «диффу» нужна обязательная блокировка. Зачем? Повторим азбучную истину: «благодаря дифференциалу суммарная скорость вращения полуосей постоянна». То есть если полноприводный автомобиль full-time, не имеющий блокировок, всего одним (!) колесом поставить на скользкую поверхность или вывесить, машина встанет как вкопанная, не имея возможности тронуться.

Как выйти из этой ситуации? Проще всего применить «жёсткую» блокировку (технически это делается весьма просто), но тогда снова получится машина, непригодная для эксплуатации на асфальте! Нужен «самоблок» — самостоятельно блокирующийся дифференциал, который бы реагировал, притом по возможности мгновенно, на изменение состояния дорожного покрытия. И такие конструкции не сразу, но появились. Пожалуй, самой знаменитой стал...

...«старик Torsen»

Многие считают, что самоблокирующийся дифференциал Torsen назван по имени изобретателя, однако это — аббревиатура от английского словосочетания torque sensing, «чувствительный к крутящему моменту». Это механическое устройство мгновенно и плавно увеличивает степень блокировки, реагируя на изменение крутящего момента, реализуемого колёсами каждой из осей.

Сегодня применение технического сложного, а потому дорогого «Торсена» считается оправданным только на премиум-моделях. Эту трансмиссию поклонники 4×4 называют «самым настоящим полным приводом», имея на то полное право: в современном автомобиле такой дифференциал остаётся одним из последних узлов, который управляется без вмешательства электроники! Хотя, например, японцы из Mitsubishi и Subaru считают, что отказ от неё — удел ретроградов.

Такова конструкция «интеллектуальной» полноприводной трансмиссии S-AWС. Центральный дифференциал ACD (Active Centre Differential) блокируется встроенной многодисковой муфтой, управляемой электроникой. Передний межколесный дифференциал — с механической блокировкой, а задний «дифф» Super AYC (Active Yaw Control) способен принудительно ускорять вращение одного из колёс

И вот почему. «Самоблок» оперирует только разницей моментов. А если блокировку «центра» возложить на многодисковую муфту, управляемую электроникой... Чтобы перераспределять момент между осями, блок управления муфтой получает данные от датчиков — загибайте пальцы! — вращения колёс, положения руля и педали газа, продольного и поперечного ускорений, а также поворачивающего момента.

На гоночных трассах такие трансмиссии (умному «центру» также помогает не менее умный задний «дифф») позволяют творить чудеса: успешно борясь со сносом, машина буквально «заправляется» внутрь виража — эффект «доворачивания» возникает благодаря своевременному перебрасыванию крутящего момента на заднее внешнее колесо. Увы, но столь совершенной трансмиссией сегодня обладают лишь отдельные машины вроде Subaru Impreza WRX STI, да уходящего Mitsubishi Lancer Evolution X. А вот массовые модели перешли на...

...подключаемый полный привод

Компактные многодисковые муфты можно использовать не только для блокировки дифференциалов, но и заменить ими эти самые дифференциалы! Что позволило создать принципиально новую схему полного привода — автоматически подключаемый. Суть решения такова: полноприводным автомобиль становится только при необходимости, когда возникает пробуксовка, в остальное же время машина сохраняет характеристики и управляемость передне- или заднеприводной.

Volkswagen Golf II Syncro 1985 года — первый автомобиль, примеривший муфту (для начала — вязкостную) вместо дифференциала. Инженеры сразу оценили главную прелесть таких трансмиссий — компактность: можно было брать моноприводную машину и без особых усилий создавать полноприводную версию. На Golf IV уже ставилась куда более совершенная муфта Haldex вместо вязкостной

Поначалу автопроизводители применяли вискомуфты (их же использовали для блокировки дифференциалов). Первые вязкостные муфты срабатывали через 0,2 секунды после начала пробуксовки и были способны «перебрасывать» до 70% крутящего момента. Например, такими характеристиками обладала трансмиссия Volkswagen Golf II Syncro 1985 года.

Суть устройства такова. В корпусе муфты находятся фрикционные диски, залитые вязкой жидкостью под названием силоксан. При пробуксовке одного колеса пакеты дисков поворачиваются относительно друг друга — давление и температура внутри возрастают, вязкость силоксана также возрастает, и вискомуфта тормозит выходную шестерню — проще говоря, при пробуксовке колёса пакеты фрикционов перемешивают силиконовую жидкость настолько, что она густеет. Муфта «замыкается».

Со временем вместо вязкостных муфт стали использовать фрикционные, где пакеты фрикционов сжимались при помощи сервопривода. Самая известная подобная конструкция носит название Haldex по имени шведской фирмы, выпускающей данные узлы. Первые такие муфты были «реактивными» — то есть реагировали на пробуксовку ведущих колёс.

Работали первые «Халдексы» так: от малейшего рассогласования скоростей вращения валов (то есть от минимальной пробуксовки) срабатывал хитрый механизм, благодаря которому поршеньки накачивали масло внутрь цилиндра, где находится исполнительный поршень, сжимающий пакет дисков. Электроника при помощи электромагнитного клапана управляет давлением, таким образом меняя степень блокировки муфты и, соответственно, величину передаваемого момента.

Трансмиссии большинства кроссоверов и полноприводных легковушек устроены следующим образом: в приводе задних колёс установлена многодисковая муфта, управляемая электроникой. Самые современные варианты работают по «следящему» принципу — вторая пара колёс подключается автоматически при малейшем намёке на пробуксовку, а также при старте. Иными словами, муфта срабатывает превентивно

Сейчас «реактивный» принцип действия сменился «превентивным»: муфта блокируется не по факту пробуксовки колёс, а заранее, когда требуется момент на всех колёсах. Каким образом? Всё благодаря датчикам (перечитайте описание трансмиссий Evo и STI), которые поставляют информацию блоку управления, а тот решает, когда и насколько сильно нужно блокировать муфту.

Так что задержки подключения и неоднозначность реакций — в прошлом. Более того, эксперты уверены, что «подключаемый полный привод» (который иногда именуют «полным, с муфтой привода передних/задних колёс») может быть очень азартным и понятным. Одна беда: на тяжёлом бездорожье диски муфты могут проскальзывать даже при полном сжатии, что чревато перегревом. Хотя инженеры научились настолько тщательно прописывать управляющие программы, что и такая опасность скоро сойдёт на нет.

Интересная схема 4×4 — передний привод, дополненный подключаемыми по отдельности левым и правым задними колёсами. Такая схема применена для улучшения управляемости и проходимости: анализируя информацию от датчиков, электроника «перебрасывает» крутящий момент так, чтобы больше момента досталось более нагруженному колесу, а в поворотах от этого ощущается «подруливающий» эффект

Кстати, до недавнего времени вариантов устройства подключаемого полного привода насчитывалось... всего два: когда муфта устанавливалась либо в приводе задних, либо в привод передних колёс. Но набирает популярность относительно свежий подход — с подключаемыми индивидуально левым и правым задними колёсами (его исповедует, например, Nissan Juke). В этом случае можно обойтись вообще без межколёсного дифференциала. Какая схема предпочтительнее?

Откровенно говоря, количество муфт особого значения не имеет. Более того, совершенно не важно, какая платформа — передне- или заднеприводная — бралась за основу. Управляемость и проходимость целиком и полностью зависят от... уровня проработки управляющих систем. Чем больше времени конструкторы, программисты и испытатели провели над созданием и доводкой трансмиссии, тем более интересным и полезным окажется полный привод.

Владимир Веригин, Алексей Кованов

https://auto.mail.ru/article/54922-polnyi_privod_torsen_haldex_i_drugie_strashnye_slova/