Немецкая педантичная точность Audi Quattro, BMW xDrive, Mercedes 4Matic и компьютерная бездушность электромобилей выражают характер каждого производителя через устройство трансмиссии.
Это не просто узлы и муфты, а разные подходы к одной задаче, передать крутящий момент на все четыре колёса.
Audi Quattro, механика без единого датчика
Audi Quattro вошла в историю как первая по-настоящему рабочая система полного привода для легкового автомобиля.
Дебютировала она в раллийных гонках, где и заслужила известность задолго до появления на серийных моделях, и лишь с 1981 года перекочевала на машины для обычных покупателей.
Конструктивно при этом всё оказалось куда скромнее, чем принято думать.
Схема выглядела так
- продольно расположенный двигатель
- коробка передач
- самоблокирующийся дифференциал Торсен, сердце всей системы
От него крутящий момент через карданный вал уходил на задний дифференциал и далее через приводы на задние колёса.
Спереди была устроена такая же цепочка
- вал
- дифференциал
- приводы на передние колёса
Название Torsen расшифровывается как "torque sensing", то есть чувствительный к крутящему моменту.
Электроника в этот процесс не вмешивалась вовсе, вся работа дифференциала держалась исключительно на физике зацепления шестерён, и в таком виде, с отдельными изменениями, она продержалась в производстве до 2016 года.
От коробки передач шёл первичный вал с солнечной шестернёй на конце, а у выходного вала, который вёл к задним колёсам, была своя солнечная шестерня.
Обе шестерни связывал набор червячных пар и сателлитов.
Когда дифференциал пытался отдать больше мощности на одну из полуосей при пробуксовке, червячная пара этой полуоси расклинивалась, и силы трения от разности моментов на колёсах блокировали дифференциал.
На ранних моделях Quattro момент распределялся поровну, 50 на 50, а к 2007 году Torsen стал асимметричным и в обычном режиме отдавал 40 на 60 в пользу задних колёс, перебрасывая при необходимости до 80 % тяги на буксующую ось.
Система принесла Audi сокрушительные победы в ралли группы B, и марка стала первой раллийной командой, которая воспользовалась новыми правилами, разрешившими выставлять полноприводные автомобили на соревнования.
Но со временем в гражданских машинах проявились и слабые места.
У многих моделей Audi мотор располагался впереди передней оси, утяжеляя нос автомобиля, и из-за фиксированного распределения момента 50 на 50 журналисты и владельцы регулярно жаловались на склонность машин уходить в снос на поворотах.
К тому же такая трансмиссия не способствовала экономии топлива, была чувствительна к резким нагрузкам и к качеству смазки, из-за чего была склонна к заклиниванию.
В 2016 году Audi представила новую систему, Quattro Ultra.
Схема осталась похожей, двигатель, коробка передач, но вместо механического Torsen появилась электронно управляемая муфта, а в корпусе дифференциала добавили ещё одну, кулачковую.
Обе соединены с карданными валами, и именно в их совместной работе заключена основная разница со старой системой.
Если Quattro на базе Torsen была постоянным полным приводом, то Quattro Ultra в 90 % времени работает как переднеприводная схема, что снижает нагрузку на трансмиссию и экономит топливо.
При этом система получила множество датчиков, которые ежесекундно отслеживают
- угол поворота руля
- положение дроссельной заслонки
- недостаточную или избыточную поворачиваемость
- наличие прицепа
- привычный стиль вождения
- температуру воздуха за бортом
Если водитель резко стартует со светофора, датчики фиксируют это раньше, чем передние колёса начинают скользить, и муфты замыкаются, переключая момент на задние колёса.
Две муфты нужны именно потому, что логика подключения задней оси оказалась довольно сложной.
В холодное время года полный привод может включаться превентивно.
В итоге Quattro Ultra помогает экономить топливо, весит на 4 кг меньше устаревшего Torsen и обходится в производстве заметно дешевле.
Для моделей с поперечным расположением двигателя Audi предложила более бюджетное решение, муфту Haldex.
От коробки передач через приводы момент идёт на передние колёса, а параллельно карданный вал ведёт к заднему дифференциалу, перед которым установлена муфта.
Haldex устроена как пакет фрикционных дисков, погружённый в масло, и реагирует на расхождение скоростей вращения передней и задней осей.
Пока колёса крутятся синхронно, автомобиль ведёт себя как переднеприводный, а на заднюю ось через муфту постоянно уходит лишь около 10 % тяги.
Стоит передним колёсам потерять сцепление, насос поднимает давление в гидросистеме, диски сжимаются, и задняя ось подключается к работе.
Главное преимущество Haldex перед Torsen в том, что муфта реагирует на ситуацию заранее, опираясь на показания датчиков скорости и положения педали газа, а не дожидается, пока пробуксовка проявится в полную силу.
У первых поколений муфты это оборачивалось резкими, рывковыми подключениями задней оси, и почти переднеприводная машина на скользком повороте могла неожиданно сорваться в занос.
К пятому поколению Haldex эту резкость удалось практически устранить, подключение задней оси стало плавным и предсказуемым.
Mercedes 4Matic, от трёх гидромуфт до многодисковой блокировки
История 4Matic началась в 1987 году с легендарного седана 124 серии, и для своего времени конструкция получилась довольно сложной.
Полноприводная машина получила сразу три гидромуфты, которые автоматически подключали привод на передние колёса, а затем блокировали межосевой и задний межколёсный дифференциалы.
Похожую по сложности конструкцию трансмиссии имел и суперкар Porsche 959.
Позже Mercedes перешёл на более простую схему
- продольный двигатель
- коробка передач
- классическая раздаточная коробка со сдвоенным планетарным редуктором, который всегда распределял момент в соотношении 55 на 45
Контроль за пробуксовкой колёс при этом возлагался на систему ABS, она подтормаживала проскальзывающую ось и тем самым перераспределяла момент на противоположную, обеспечивая хорошее сцепление с дорогой на всех четырёх колёсах.
Эта система получила название 4WD Electronic Traction System.
Актуальное, пятое поколение 4Matic устроено иначе.
Старый планетарный редуктор убрали и заменили многодисковой муфтой, которая распределяет момент 45 на 55 в пользу задней оси.
Mercedes заявляет, что система способна перебросить до 100 % момента на ось с лучшим сцеплением, и это похоже на правду, поскольку на версиях AMG появился режим Drift Mode, позволяющий входить в управляемый занос за счёт полного отключения переднего привода и блокировки заднего дифференциала.
Такие комплектации маркируются как 4Matic+.
На моделях Mercedes с поперечным расположением двигателя устройство привода заметно проще и похоже на схему Haldex у Audi.
На коробке передач установлен узел отбора мощности, который забирает крутящий момент и через карданный вал перенаправляет его на 90 градусов к задней оси.
В 80 % времени автомобиль остаётся переднеприводным, карданный вал вращается, но момент не передаёт.
Муфта, опираясь на показания множества датчиков, подключает задний привод по необходимости и при срабатывании распределяет момент поровну, 50 на 50.
BMW xDrive, задний привод с подключаемым передком
Система xDrive не была изобретена с нуля.
Подобно инженерам Mercedes, в 80-х годах баварские конструкторы тоже смотрели на успехи Audi и хотели получить собственный полный привод.
Первое поколение такой системы начали использовать ещё в 1985 году, но, как и у Mercedes, для своего времени оно получилось слишком сложным, и xDrive в современном понимании появился только в 2003 году.
Инженеры BMW взяли изначально заднеприводную архитектуру и установили на неё раздаточную коробку, от которой ещё один карданный вал передавал момент двигателя на передние колёса.
Дозированием тяги на переднюю ось занималась электронно управляемая муфта с цепной передачей.
Решение получилось громоздким, зато не потребовало кардинальной переделки существующих платформ.
Автомобиль может оставаться заднеприводным постоянно, а в сочетании с блокировкой дифференциала способен спокойно крутить пятаки на парковке без вреда для трансмиссии.
Передний привод полностью размыкается во время парковки, чтобы снизить нагрузку на рулевое управление, а также при прохождении поворотов с недостаточной поворачиваемостью.
Если же нужен резкий старт с хорошим сцеплением или задние колёса попадают в снежный плен, раздаточная коробка может перебросить на передние колёса до 70 % момента.
Не все модели бренда разделяют эту идеологию.
У части моделей, не относящихся к M, двигатель расположен поперечно, и там используется похожая по принципу электронная муфта в заднем редукторе.
Такой автомобиль в 90 % случаев остаётся переднеприводным, и только когда датчики фиксируют пробуксовку передних колёс, муфта зажимает пакет фрикционов и отправляет на заднюю ось до 50 % момента.
Эта схема рассчитана прежде всего на уверенную езду зимой, сохраняя при этом характерные для xDrive хорошее ускорение и управляемость.
Будущее без карданов
Карданные валы, раздаточные коробки, муфты Haldex и дифференциалы Torsen рискуют со временем превратиться в музейные экспонаты.
Эра электромобилей вытесняет сложную механическую трансмиссию.
У Tesla и у топовых китайских электромобилей механической связи между осями вообще нет, только электромоторы.
Главное преимущество такой схемы, скорость реакции.
Многодисковой муфте Haldex нужно время, чтобы накачать давление масла, механическому Torsen нужно время, чтобы расклинить червячную пару, а электромотор реагирует мгновенно.
Компьютер фиксирует пробуксовку и за миллисекунды меняет тягу, не дожидаясь срабатывания механики.
В топовых версиях, где на каждое колесо приходится отдельный мотор, автомобиль способен управлять вектором тяги, ускоряя нужное колесо и буквально завинчивая себя в поворот.