Поводом для этого материала стало активное обсуждение на автомобильном форуме «нерушимости» полного привода немецких марок. До 2016–2018 годов мы бы с этим согласились — пока в число поставщиков трансмиссий не вошла Magna. Мало кто знает: легендарный дифференциал Torsen, прославивший Audi quattro, сейчас уже не является самым распространённым элементом полного привода у большинства автопроизводителей.
Общая тенденция к снижению расхода топлива и соблюдению экологических норм вынуждает компании облегчать узлы и агрегаты, даже на обычных (не гибридных) машинах. Чтобы понять неравноценность такой замены на примере Audi Q5, стоит начать с самого понятия «полный привод».
Просто о полном приводе. Если владелец захочет разобраться в теме, его завалят англоязычными терминами. При этом мало систем действительно имеют уникальные инженерные решения. Поэтому я упростил градацию до двух пунктов:
1. Постоянный или подключаемый полный привод.
2. Порядок подключения осей.
Первый тип (постоянный, механический, простой, но неэкономичный) почти не изменился за десятилетия. Второй — автоматическое подключение — даёт простор для фантазии производителей.
Из второй группы только BMW и Jaguar остаются верны постоянному заднему приводу с подключением передней оси. У остальных марок наоборот: основная — передняя, задняя подключается при необходимости.
Исключение — Mercedes с системой 4‑Motion, где якобы «революционный» привод на деле использует подтормаживание колёс и управление двигателем, без серьёзной работы трансмиссии. Подобные решения известны с 90‑х, и по эффективности они уступают полноценному межосевому дифференциалу с блокировкой.
Теперь о заднем редукторе — здесь часто возникает путаница. Современные конструкции делятся на три направления. Ключевая характеристика самоблокирующегося дифференциала — коэффициент блокировки (разница моментов на колёсах может достигать 5–6 раз).
Для повышения проходимости на внедорожниках и кроссоверах используют автоматические механические блокировки. Червячные (Torsen) — компактны, но имеют недостатки; кулачковые — эффективны, но ограничивают скорость; шариковые — сложны и недолговечны. В итоге на практике остаются два типа: винтовой и дисковый. Винтовой (знакомый по отечественному автопрому) отличается ресурсом, надёжностью, плавностью и широким диапазоном срабатывания.
Сразу оговоримся, чтобы избежать жарких споров с владельцами «Нив». Упомянутый здесь пакет упругих шайб вовсе не даёт возможности тонкой настройки дифференциала. Его единственная задача — не позволить дифференциалу превратиться в полностью свободный при полном вывешивании одного колеса (это известный минус таких конструкций). Шайбы создают небольшое преднатяжение между шестернями полуосей, благодаря чему момент всё же может передаваться на сторону, где сцепление с дорогой не равно нулю.
2. Дисковый тип. Отличается быстрым срабатыванием, коэффициентом блокировки до 90%, допускает регулировку, но имеет меньший ресурс и требователен к маслу. Яркий пример — комплектация Ford Explorer.
Примечание: Принцип работы дискового дифференциала довольно прост: оси сателлитов могут смещаться в сторону ведущих колёс, а сами диски служат лишь для увеличения пятна контакта при блокировке, чтобы передать нужный момент. Никаких «магических» свойств здесь нет, и к тонкой настройке это тоже не относится. Коэффициент блокировки задаётся углом наклона и формой канавок в «чашках» под оси сателлитов (блокировка может быть одно- или двусторонней).
Возникает вопрос: почему винтовые дифференциалы (с их мягким и незаметным срабатыванием) сегодня менее популярны? У дисковых появился серьёзный козырь — существенно меньшие механические потери, а значит, экономия топлива. По сути, их исполнительная часть почти неотличима от обычного свободного дифференциала. Плюс появляется возможность регулировки распределения момента через преднатяг пакета фрикционов — термин, хорошо знакомый спортсменам.
Обратная сторона: малая толщина каждого диска, повышенный износ при перегреве масла в условиях длительных переменных нагрузок. Однако заменить изношенный пакет и отрегулировать натяжение гораздо проще, чем менять весь редуктор в сборе — как в случае с износом винтовых (червячных) элементов.
Жёсткие управляемые блокировки («локеры») мы не рассматриваем, так как на современных легковых автомобилях общего назначения они почти не встречаются.
Конструкции задних редукторов для улучшения управляемости
Это самая современная и интересная группа, вызывающая много споров. Важно понимать: повышение управляемости в повороте и повышение проходимости — разные вещи, но их часто путают на примерах из собственной эксплуатации.
Речь идёт только о редукторах, которые распределяют момент между сторонами БЕЗ жёсткой блокировки (момент не передаётся полностью на одно из колёс). Чаще всего здесь используются пакеты дисковых фрикционов. Пример — Mitsubishi со сдвоенными пакетами на одну сторону.
Специалисты единодушно считают одним из лучших в своём классе систему X-Drive (DPC) от BMW — на самом деле разработка ZF. Это электромеханический привод с симметричными разнесёнными частями. Элегантное и простое решение позволяет регулировать усилие сжатия фрикционов с каждой стороны двусторонне (в отличие от червячного редуктора) и с фиксацией. А значит — обеспечивать действительно тонкую настройку крутящего момента прямо на ведущих колёсах.
Повсеместно в таких конструкциях присутствует свободный дифференциал без блокировок и разнесённые по осям планетарные ряды с двойными или одинарными сателлитами. Разберём, зачем это нужно, на примере заднего редуктора спортивной серии Audi (0D3, HL195. T2 M — Torque Vectoring). Здесь тоже есть мультиплексор (повышающий редуктор), но конструктивно выбран не планетарный ряд с внешними сателлитами, а зубчатая пара с внутренним зацеплением и смещением (эксцентриситетом) геометрической оси.
Из описания видно, что при такой схеме частота вращения повышается лишь на 10%, но даже это заметно смещает порог срабатывания системы ESP и повышает её эффективность при прохождении поворотов. В комментариях при обсуждении принципов работы этого редуктора многих смущает тот факт, что с ростом частоты вращения растёт и крутящий момент. Большинство спорящих, по сути, находятся в плену привычного восприятия работы свободного дифференциала и упускают из виду главный закон распределения мощности. А этот закон един для всех описанных типов редукторов, и различия в конструкциях приводов блокировки у разных производителей здесь не принципиальны. Распределение мощностных потоков на «спортивном» редукторе Audi Q5 выглядит так: при движении по прямой мощность делится поровну между сторонами, как и подобает свободному дифференциалу.
Принцип един для всех типов.
Повышающий редуктор увеличивает частоту вращения, а блокировка на корпус (параллельно работе свободного дифференциала) — крутящий момент (мощность = момент × частота). Вот вам и «ввинчивание в поворот» и прочие восторги из журналов — просто остроумная механика. Однако это не отменяет сложности управления. Например, у Audi в гидравлической системе разные рабочие жидкости, которые нельзя смешивать, и нужен постоянный контроль протечек (в отличие от привычного Haldex).
«А как насчёт проходимости (группа А)?» — спросят меня. Никак: такие редукторы для этого не предназначены. Блокируется лишь водило планетарного ряда, а не выходной вал, поэтому настройки преднатяга и программирование усилий на проходимости не сказываются. К тому же при длительном буксовании рабочая жидкость перегревается (датчики температуры фиксируют критический порог около 130°C), и «карета» превращается в «тыкву» — обычный свободный дифференциал. Остаётся только система EDS (подтормаживание буксующего колеса), известная с 90-х.
Вспоминается владелец Subaru, заявивший: «А у меня гребёт без вопросов». Ему долго объясняли, что его задний редуктор не умеет ни перераспределять, ни усиливать момент по сторонам. Да, Subaru ставит в один корпус вискомуфты, кулачковые, Torsen — но к управляемости в поворотах они отношения не имеют.
Нужен ли такой редуктор? Это дорогая опция. Многие думают, что он лишь дополняет ESP, но это не так. ESP работает, поворачивая автомобиль вокруг переднего колеса и подтормаживая; на крутых виражах («шпильках»), при резких перестроениях или потере контакта с дорогой этого недостаточно — вернуть машину на траекторию почти невозможно. Управляемый редуктор позволяет добавить корректирующий момент на нужное колесо газом. Но спрашивается: часто ли вы ездите на высокой скорости по узкому серпантину или внезапно встречаетесь с лосём? На длинных пологих кривых острая коррекция не нужна, хватит консервативной EDS. Плюс обслуживание и контроль — выбор за вами.
Теперь о редукторах современных машин (2016–2019 г.в.), от которых ждут слишком многого.
В) Когда редуктор заднего моста уже не относится к полному приводу, или камуфляж под «ultra»
Сейчас распространён тип полного привода, где менеджеры по продажам не раскрывают детали, а покупателя гипнотизирует шильдик «quattro». Внешний вид заднего моста с электроникой для владельца служит «доказательством» фраз про «управляемый», «адаптирующийся», «мгновенный» привод — которые часто произносят на СТО с видом непререкаемого авторитета.
Что ж, пришло время обсудить печальную необходимость выбора… В данном случае имеется в виду конкретный тип заднего редуктора, известный как «технология Ultra» (модификация HL 165. U1 M).
Если опустить детали, перед нами обычная кулачковая муфта отключения заднего моста. Ни о какой блокировке речь не идёт — это свободный дифференциал, где распределение момента по сторонам выполняет система EDS. То есть все громкие заявления о проходимости и управляемости относятся к технологиям 90-х годов.
Контакт кулачковой муфты в режиме полного привода держат обычные винтовые пружины. У них есть усталостная долговечность (знакомая владельцам двухмассовых маховиков). Исполнительный элемент — шлицевое колесо с прямоугольным зубом (как «паркинг» в АКПП). Передаваемый момент зависит только от упругости пружины. Простыми словами: долго таскать прицеп или часто буксировать — не вариант. Механизм просто отключает задний дифференциал при переходе на передний привод. Всё.
Межосевые редукторы
Современный автомобиль с подключаемым задним мостом редко имеет свободный межосевой дифференциал. Сочетать самоблок (Torsen, кулачковый) со спортивным задним дифференциалом бессмысленно. Начнём с легенды.
Torsen американца Вернона Глизмана — исключительное изобретение. Надёжен, неприхотлив, при регулярном обслуживании выходит из строя крайне редко (четверть работы с немцами — ни одного отказа). Недостаток — высокие механические потери из-за червячной передачи, что снижало КПД. В эпоху «зелёной повестки» и экономии на всём замена была вопросом времени. Как и в случае с задним редуктором, производители сделали ставку на фрикционную муфту.
а) Межосевые дифференциалы, интегрированные в задний мост
Самый насыщенный пример — редуктор Honda с повышающим узлом и электромагнитной муфтой. Есть и более сложные системы с двумя гидронасосами, но на европейских/корейских машинах они почти не встречаются. Знакомая муфта Haldex (VW, Volvo) имела сложное гидравлическое управление и отдельный блок, страдавший от износа и токов. Производители упростили конструкцию, как у Hyundai Santa Fe: муфта с внешним управлением, два блока — пакет фрикционов и насос. Но простота имеет границы: фильтр за глухой заглушкой, полости не сопряжены, продукты износа не удаляются. Ресурс прямо зависит от пробега, разборка неизбежна.
б) Межосевые дифференциалы в задней части коробки передач
Проблемы первых Touareg с контролем износа фрикционов и «адаптацией» — печальный опыт. После года замен АКПП и раздаток немцы нашли причину в софте адаптации износа. Остальные европейцы учли это, применяя простые и надёжные конструкции. Например, X-Drive от BMW: зажим дисков фигурной шайбой, усилие калибруется по току мотора, картер достаточно велик для охлаждения и сбора отходов. Шестерни вместо цепи — надёжно.
И тут мы подходим к Audi Ultra. Это не аналог X-Drive. Audi, долго почивавшая на лаврах Torsen, может ввести в заблуждение рекламой. Что предлагает «shift by wire» вместо Torsen? По сути, та же дисковая муфта, но с особенностями.
Цитата из планов Audi: сначала Q5 с S tronic и quattro ultra, в будущем возможны другие варианты (ultra, самоблок, спортивный дифференциал). Сомнительно, что будущее наступит скоро. Пока только для автоматических коробок под американский рынок сохраняется Torsen. В остальных случаях — «Ultra», и это не тот полный привод, к которому привыкли. Посмотрим на его конструкцию.
Сравните передаваемые моменты. Torsen в экстремальных условиях выдерживает до 3500 Н·м — почувствуйте разницу.
Привод сжатия пакета фрикционов здесь червячный, с датчиком положения (не шайба как в X-Drive). Это позволяет компенсировать износ дисков, но мы уже знаем «адаптивные» проблемы Touareg. К тому же механизм медленнее зубчатой передачи и вызывает сомнения в надёжности при частых срабатываниях.
С точки зрения экономии топлива конструкция хороша: нет разбрызгивания масла, механических потерь, компактна. Но нет и нормального охлаждения, а место установки (задняя часть АКПП) не способствует отводу тепла.
Теперь о человеческом факторе. Обслуживание этой муфты требует осторожности. Механик, привыкший к рутинной замене масла в редукторе через контрольную пробку, может слить лишь половину объёма, что приведёт к перегреву (датчика температуры нет). Масло используется специальное, близкое к ATF. Завод рекомендует не менять его вообще — оно залито на весь срок службы. При сомнениях в качестве сервиса лучше не трогать.
Такой полный привод стоит воспринимать не как средство повышенной проходимости, а как устройство для экономии топлива за счёт отключения массивных деталей. Автомобиль с ним — даже не «паркетник», а нечто более лёгкое (о фаркопе лучше не думать). Тогда этот узел вас не подведёт.
Заключение
Производители кроссоверов взяли курс на снижение механических потерь в полном приводе. Привычные надёжные самоблокирующиеся дифференциалы уступают место управляемым электроникой дисковым муфтам. Но требования компактности и малого веса ведут к сильному снижению передаваемого крутящего момента. Пересаживаясь на кроссовер нового поколения, помните об этом и не ждите от него чудес.