ТЕХНИКА
/ОБОЗРЕНИЕ
КОЛЕСНАЯ АРИФМЕТИКА
В НЕЙ ЛИШЬ ОДНО ДЕЙСТВИЕ — «УМНОЖЕНИЕ»:
ОБЩЕГО ЧИСЛА КОЛЕС НА ВЕДУЩИЕ
ТЕКСТ / АЛЕКСЕЙ ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ
РИСУНОК / АЛЕКСАНДР КРАСНОВ
ОТ БЕГУЩИХ «НОГ»
К ВЕДУЩИМ КОЛЕСАМ
Ныне трудно представить, что когда-то предлагались автомобили с колесной формулой... 4х0 — авторы идеи почему-то считали, что только вращением колес экипаж с места не стронуть! Вот и приделали к специальным шатунам ноги-грунтозацепы, которые «шагали» по дороге.
Конструкторы минувших времен прошли также варианты 3х1, 3х2, пока, наконец, не остановились на привычной всем нам формуле 4х2. То есть из четырех колес автомобиля два — ведущие.
Сегодня такая схема немыслима без дифференциала, позволяющего правому и левому ведущим колесам вращаться с разной скоростью, что совершенно необходимо для прохождения поворотов. Но обычный симметричный дифференциал, разделяя крутящий момент поровну между полуосями, превращает колесную формулу в 4х1, стоит только одному из колес попасть на скользкую поверхность. Вот если бы создать на буксующем колесе сопротивление, притормозить его отдельно, тогда на второе колесо пойдет больший момент и оно, возможно, вытащит машину из беды. Но... обычные тормоза действуют строго симметрично. Другое дело, если автомобиль оснащен электронной противобуксовочной системой с индивидуальными датчиками вращения колес и распределителем тормозного усилия. Умные тормоза способны «обмануть» простоватый дифференциал!
Подобного эффекта можно добиться и механическими средствами, применив вместо обычного дифференциала так называемый кулачковый повышенного трения, который не допустит полной остановки одного из ведущих колес. Есть вариант попроще для конструкторов, но посложнее для водителей — обычный симметричный дифференциал. Его можно заблокировать принудительно. В соревновании механических и электронных устройств победа — за последними. Они надежнее, точнее и... проще!
ДОЛОЙ КОЛЕСА-НАХЛЕБНИКИ
Поскольку в массе своей автомобили чаще имели задние ведущие колеса, первой получила распространение полноприводная схема с подключаемым передним мостом. Трансмиссия усложнялась вначале лишь ради повышения внедорожных качеств, поэтому о межосевом дифференциале еще не думали (в грязи и на снегу небольшая пробуксовка просто незаметна). В итоге родилась схема популярного до сих пор «козла». И не надо думать, что она осталась лишь на «полуармейских» вездеходах. Так устроены, например, и вполне цивильные «КИА-Спортидж», " Сузуки Джимни Кросс Кантри"... Если автомобиль изначально проектировался как переднеприводный, то не исключен и вариант с подключаемым задним мостом: таков, например, ЛуАЗ.
Как правило, в этих вседорожниках полный привод в раздаточной коробке можно подключить прямо на ходу, остальное сделают автоматические муфты на колесах. Конструкторы " Сузуки Джимни" обошлись вообще без обгонных муфт, отключая передние колеса "у основания" их приводов. В УАЗах еще остались муфты с ручным включением, требующие обязательной экипировки водителя болотными сапогами. Вообще говоря, эти муфты если и нужны, то лишь для автомобилей, проводящих большую часть жизни на шоссе: благодаря им приводы отключенных от двигателя (но не от дороги!) колес не вращаются зазря и, стало быть, не изнашиваются. Ну, и расход топлива чуть уменьшается. Кстати, авторы ЛуАЗа, предназначенного в первую очередь для сельской глубинки, создавая свой вездеход, никаких муфт не ставили, не забыв, однако, о колесных редукторах, увеличивающих дорожный просвет малютки.
Из-за отсутствия межосевого дифференциала включать такой полный привод стоит только на бездорожье, причем ненадолго, и двигаться не быстрее 60 км/ч. Компенсацией за неудобства владельцу служат лучшие внедорожные качества «проходимца».
ЗНАЙ НАШИХ!
Было бы странно, если бы Россия с ее немереными направлениями не сказала своего слова в области полного привода. И она его... «прокричала» на весь мир! Речь идет об известной всем «Ниве», открывшей новый класс автомобилей, называемый сегодня SUV (в вольном переводе — «для активного отдыха»). Вообще-то изначально ставилась задача обеспечить комфортабельным ВСЕдорожным транспортным средством тружеников села, до которых народные «жигули» физически не могли добраться, особенно по весне или осени. А поскольку конструкторам надо было обойтись легковыми ведущими мостами, не способными выдержать возросший крутящий момент, они избрали экзотическую для той поры схему: постоянный полный привод с межосевым симметричным дифференциалом. Получившийся автомобиль удивил всю мировую автообщественность: оказалось, возможно сделать машину, хорошо управляемую и достаточно скоростную на шоссе и в то же время способную преодолевать настоящее бездорожье. (Тут помогали принудительная блокировка межосевого дифференциала и понижающая передача в «раздатке»). Именно «Нива» вызвала к жизни столь многочисленные нынче «паркетные джипы», большинству которых до ее проходимости — как до Луны.
НА БЕЗДОРОЖЬЕ ХОРОШО И НА АСФАЛЬТЕ — ЛУЧШЕ!
Полный привод благотворно сказывается на управляемости автомобиля — если, конечно, обеспечить более-менее гибкое распределение крутящего момента между осями. Да и для разгона до «сотни» за считанные секунды силы сцепления лишь пары колес может не хватить. Поэтому по формуле 4х4 «рассчитали» и дорожные машины.
Межосевой дифференциал стал несимметричным (то есть с заданным или даже регулируемым коэффициентом распределения момента по осям) и занял место в шоссейных полноприводниках — например, «Субару» и «Порше-Каррера 4». В последнем момент между осями распределяет вискомуфта — набор ведущих и ведомых дисков в картере, заполненном силиконовой «смазкой». Чем больше разница в скорости вращения этих пакетов, тем больший момент передается от ведущего к ведомому с помощью вязкого трения: здесь — до 40% тяги для передних колес. У " Subaru Legacy Outback/">Субару Легаси Аутбек" оригинальная схема с межосевым дифференциалом и параллельно включенной вискомуфтой вместо механической блокировки. Благодаря ей отпадает необходимость что-либо переключать вручную, разве что в самом тяжелом случае воспользоваться понижающей (1,2:1) передачей.
К сожалению, придумать одну какую-нибудь, лучшую во всех отношениях схему невозможно. За новые достоинства приходится платить недостатками. Вот, например, два полноприводных «Гольфа»: «Синкро» и «Фирмоушн» (4MOTION, «Фир» по-немецки четыре). Первый из них, с вискомуфтой не относится к популярным моделям — дороговат. Его трансмиссия ведет себя до некоторой степени «по-умному», позволяя заданным образом распределять моменты на ведущие оси и тем самым изменять поведение автомобиля на трассе. Сложности возникают при сопряжении такой системы с АБС (приходится добавлять обгонные муфты в ступицах), на скользкой дороге автомобиль проявляет выраженную недостаточную поворачиваемость, а момента, передаваемого на заднюю ось, иногда не хватает.
ХОРОШО ЗАБЫТОЕ СТАРОЕ
Недавняя серийная новинка — «Гольф-Фирмоушн» с автоматическим межосевым сцеплением. Лет пять назад разработчики обратили внимание на пластинчатое сцепление шведской фирмы «Халдекс». Его основа — пакет металлических дисков, вращающихся в масляной ванне (подобно тому, как делалось, в частности, на американских машинах еще в 30-е годы). При сжатии в осевом направлении сила трения в нем пропорционально возрастает. Такое сцепление может работать с буксованием сколь угодно долго, в отличие от сухого дискового. Оставалось «лишь» написать программу управления узлом применительно к конкретному автомобилю, и новый полный привод получил путевку в жизнь.
В «Гольфе» пластинчатое сцепление установлено на редукторе заднего моста, там, где раньше была вискомуфта. Ведущие диски соединены с карданным валом, ведомые — с главной передачей. Два роторно-поршневых гидронасоса, которые обеспечивают необходимое усилие сжатия пакета дисков, управляются специальным компьютером. Сюда стекаются сигналы от колесных датчиков, противобуксовочной системы, тормозов, педали газа, тахометра... Быстродействие чрезвычайно велико: сцепление срабатывает, пока колеса проворачиваются всего на 45° — восьмую часть оборота! Передаваемый на заднюю ось момент может бесступенчато изменяться от 0 до... 100%!
Как ведет себя «Гольф-Фирмоушн» на трассе? В нормальном режиме — нейтральная или легкая недостаточная поворачиваемость, при форсированном разгоне — избыточная. Даже разворот на 180° при затянутом ручном тормозе — совершенно невозможный маневр при наличии вискомуфты — здесь не представляет проблем. Лишь бы скорость не превышала 70 км/ч.
Ну, а если какие-то датчики откажут? Тогда компьютер перейдет на специальную аварийную программу и автомобиль превратится в переднеприводный.
Подобная схема трансмиссии все чаще встречается на шоссейных полноприводных машинах, так что «Гольф» выбран нами просто в качестве примера — далеко не единственного. Не останется в забвении и вискомуфта — если заполнить ее магнитоуправляемой жидкостью, она вполне сможет составить конкуренцию.
ТОРМОЗИТЬ, ЧТОБЫ... РАЗОГНАТЬСЯ
Мы упоминали о благотворном влиянии на проходимость независимого подтормаживания буксующего колеса. Странно, если бы в век электроники, давно уже управляющей работой тормозов, разработчики не оценили бы столь простую с точки зрения механики альтернативу блокировке дифференциала. Ее реализовали, в частности, на «Ленд-Ровере Дискавери» и «Мерседес-Бенце-ML» с их мощными двигателями. Оно и понятно: чтобы заставить крутиться останавливающееся колесо, энергия буксующего «напарника» переводится тормозами в тепло. Стало быть, на движение автомобиля остается меньше мощности.
В результате машина взбирается по заснеженному склону верно, но... медленно, причем водителю приходится изрядно давить на газ. Не случайно в трансмиссии есть демультипликатор 1,21:1 (а у более слабого ML230 даже 2,64:1)! Кстати, подтормаживанием «балуются» и шоссейные полноприводники «Порше», " Ауди ТТ Кваттро"...
Сочетание трансмиссии а-ля «Гольф Фирмоушн» с электронной «блокировкой» межколесных дифференциалов путем индивидуального подтормаживания колес считается сегодня наиболее перспективным.
А ЕСЛИ КОЛЕС БОЛЬШЕ?
Грузовые автомобили с колесной формулой 6х6 обладают завидной проходимостью, но — какой ценой! Чтобы полностью реализовать возможности трансмиссии и нормально двигаться по дороге, трехосной машине нужны пять дифференциалов, желательно самоблокирующихся или хотя бы с принудительной блокировкой, а еще хорошо бы вовсе отключать пару мостов, когда они не нужны... Представьте себе количество «лишних» кнопок и рычагов...
Автоматическое управление трансмиссией (ADM — Automatic Drive-train Management), разработанное в технологическом центре фирмы «Штайр», обещает фурор на рынке тяжелых внедорожников. Пока оно проходит обкатку на пожарных автомобилях «ИВЕКО-Магирус». Автоматика не только включает при необходимости передний мост, но и блокирует межосевой и три межколесных дифференциала. Причем делает это не по жесткой программе, последовательно вводя все больше блокировок, а по командам компьютера, получающего информацию о пробуксовке каждого колеса. При этом учитываются траектория движения автомобиля (едет ли он по прямой или поворачивает), необходимость резкого ускорения, если водитель нажал на газ до упора, коэффициент сцепления с дорогой каждой шины. Как только дорожные условия улучшаются, блокировки и полный привод «сами собой» отключаются. На испытаниях вся система работала настолько хорошо, как будто за рулем сидел ас триала! А ведь на самом деле у водителя не было ни одного дополнительного рычага или кнопочки. В сочетании с автоматической коробкой передач шоферу остаются только две педали да баранка. А с ними справится даже новичок, что особенно важно для армии и служб спасения.
Итак, автоматика и электроника постепенно вытесняют из автомобиля не только педали и рычаг коробки передач, но и дополнительные органы управления сложной полноприводной трансмиссией. Наверное, так и должно быть... Но все-таки очень хочется верить, что в каком-то, пусть хитром, уникальном, случае профессионал вождения по пересеченной местности сможет заткнуть за пояс этот «компьютер на колесах».
Все начиналось «с нуля»: паровик Гордона с формулой 4х0 начала XIX века.
СХЕМЫ ТРАНСМИССИЙ ПОЛНОПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
УАЗы, " Опель Фронтера",
«Ниссан-Пэтрол»...
" Сузуки Джимни Кросс Кантри"
" Мицубиси Паджеро"...
«Нива», «Надежда», «Ода 4х4», «Газель 4х4»...*
«Субару»...
«Ауди-Кваттро», " Фольксваген Гольф Фирмоушн"...
«Мерседес-Бенц-ML»,
«Ленд-Ровер Дискавери»...
«Порше-Каррера 4»
" Фольксваген Гольф Синкро",
" Рено Сценик RX4"...
Дифференциал
Кулачковая муфта
Пластинчатая муфта «Халдекс»
Вискомуфта
Раздаточная коробка
с понижающим редуктором
«Блокировка»
подтормаживанием колес
*..."Мерседес-Бенц" G-класса (блокируются все дифференциалы).
Трансмиссия экспериментального автомобиля, оснащенного ADM: 1 — автоматически блокирующиеся межколесные кулачковые дифференциалы; 2 — автоматически блокирующийся межосевой дифференциал; 3 — раздаточная коробка с автоматическим подключением переднего привода.
КОЛЕСНАЯ АРИФМЕТИКА
Колесная арифметика
9947