Колесная арифметика

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.