Вопросы, рассмотренные в материале:

• Какие существуют типы приводов автомобиля
• Как меняется поведение автомобиля на дороге в зависимости от типа привода
• На какие параметры авто влияет тип привода

У каждой выпускаемой в продажу легковой машины есть две оси и четыре колеса. От работающего мотора крутящий момент передается через колеса на дорожное полотно. В сегодняшней статье вы узнаете, какие бывают типы приводов автомобилей, сколько колес начинают движение за счет работы двигателя и как машина «держит» дорогу в зависимости от типа привода.

Жестко подключаемый, или полный привод Part-time

Этот тип привода считается самым простым и надежным, так как не имеет никаких сложных систем, которые должны отвечать за автоматическое распределение тяги по осям. По умолчанию крутящий момент передается только на одну ось, вторая ось включается только по необходимости с помощью раздаточной коробки с кулачковой муфтой. При включении «раздатки» обе оси жестко соединяются между собой, обеспечивая постоянное симметричное распределение крутящего момента.

Несмотря на конструктивную простоту, система имеет значимую особенность: невозможность ездить в режиме полного привода постоянно, а также на высоких скоростях и по ровным сухим поверхностям. Вернее, ездить-то можно, только с огромной вероятностью повредить систему полного привода.

Дело в том, что при повороте каждое из четырех колес вращается с разной скоростью и проходит свою траекторию поворота. Между осями нет никаких систем, компенсирующих разность этих скоростей, а потому вся нагрузка ложится на «раздатку», которая со временем и выходит из строя. Проще говоря, подключать вторую ось необходимо только для увеличения проходимости автомобиля на покрытиях, допускающих проскальзывание колес, таких как грязь, песок, снег, лед или в крайнем случае сильный дождь.

Проблемы

Что же касается технических проблем, то основной причиной выхода из строя раздаточной коробки как раз является пренебрежение правилами использования полного привода. Например, «раздатка» регулярно ломается на автомобилях Suzuki Jimny в силу того, что основными потребителями этого автомобиля являются представительницы прекрасной половины человечества, не особо разбирающиеся в конструктивных нюансах системы Part-time.

Если жесткое включение происходит не старым добрым рычагом, а с помощью электропривода, то система может не включиться. Происходит это чаще всего на стоящей машине, потому что зубья валов не попадают в зацеп и электроника дает отбой. Неисправностью это не является и исправляется просто накатом, чтобы в момент движения зацеп все же произошел.

Очень часто автомобили с системой Part-time являются объектами серьезного внедорожного тюнинга, а следовательно, и жесточайших нагрузок. Так что развалившиеся межколесные дифференциалы, оборванная цепь переднего вала и менянные главные передачи — не редкость на подобных авто. Однако в большинстве случаев узел настолько прост и надежен, что может вызвать вопросы лишь в случае огромных пробегов или халатного отношения владельца, например к замене масла.

К автомобилям с системой Part—time относится большинство современных пикапов и серьезных внедорожников: «УАЗ Патриот», Toyota Hilux, Foton Sauvana и даже Suzuki Jimny. Как правило, большинство автомобилей с подобной системой имеют в «раздатке» дополнительно понижающий редуктор, а также заднюю межколесную блокировку — штатно или в качестве опции

Основные составные элементы трансмиссии

Полный привод подразумевает передачу крутящего момента от силового агрегата на колеса обеих осей, благодаря чему и повышается проходимость по грязи.

Основная конструктивная особенность привода этого типа перед другими (передний, задний) — наличие в трансмиссии дополнительного узла – раздаточной коробки. Именно этот узел и обеспечивает распределение вращения по двум осям авто, делая ведущими все колеса.

В целом эта трансмиссия авто состоит из:

• сцепления;
• коробки переключения передач;
• раздаточной коробки;
• приводных валов;
• главной передачи обоих мостов;
• дифференциалов.

Вариант конструкции полноприводной трансмиссии (подключаемый автоматически)
Несмотря на использование одних и тех же составляющих, вариаций и конструктивных исполнений трансмиссии – множество.

Автоматически подключаемый или полный привод On-demand

Самый массовый тип полного привода, в основе которого — многодисковая муфта, способная перебрасывать момент от основной ведущей оси к вспомогательной. Серьезным оружием на бездорожье такой тип привода не является (хотя есть исключения) и служит в большей степени как дополнительная система для более уверенного движения по неровностям и более эффективного распределения крутящего момента по колесам в зависимости от типа поверхности.

По умолчанию система On-demand функционирует в моноприводном режиме. Как только электроника получает сигнал о пробуксовке ведущих колес, с помощью электронно-управляемой многодисковой муфты момент подается на вторую ось. Дополнительно с помощью вспомогательных электронных систем может регулироваться и момент на каждом колесе.

Конструктивно система работает по принципу сцепления: внутри муфты находятся диски, которые при поступлении сигнала с датчиков механически прижимаются друг к другу, передавая момент на ведомую ось. Системы у разных марок отличаются в основном принципом прижимания этих дисков и «навороченностью» электронных «мозгов» привода, которая выражается в быстродействии или наличии различных ручных режимов включения. Простые системы, опираются, например, на информацию от датчиков ABS и ESP, а премиум-кроссоверы умеют отслеживать уже такие показатели, как угол поворота руля, крен кузова и т. д.

Проблемы

Учитывая, что принцип работы фрикционной муфты основан на трении, главной проблемой системы On-demand является перегрев, при котором система выдает ошибку и отключает ведомую ось. В большинстве случаев он возникает при длительных пробуксовках, например при попытке покорить какое-либо бездорожье, причем иногда даже самое безобидное. Как правило, остыв, муфта вновь становится работоспособной. Регулярное повторение подобного приводит к замене пакета фрикционов.

Еще одной распространенной проблемой является выход из строя подшипника корпуса муфты, признаками износа которого является шум, вой или вибрации. Само собой, состояние и уровень масла в муфте также сильно влияет на работоспособность привода. Исправность датчиков, с которых «мозги» муфты получают информацию, напрямую влияет на включение полного привода. Также часто можно столкнуться с неисправностью приводного механизма, сжимающего диски.

В целом можно сказать, что, хотя система On-demand отлично изучена и хорошо известна механикам, в ремонте она достаточно капризна и дорога. Радует то, что большая часть проблем фрикционной муфты связана с ее жесткой эксплуатацией, то есть когда городские кроссоверы начинают использовать как внедорожники. Если же полный привод используется время от времени в легком режиме, система почти не доставляет проблем.

К автомобилям с системой On—demand относится большинство современных кроссоверов: Nissan X—Trail, Kia Sportage, Mitsubishi Outlander. Однако встречаются и различные интересные исключения. Например, Renault Duster получил в пару к обычной муфте имитацию понижающей передачи, а Nissan Juke вообще имеет систему из двух независимых муфт на каждом из задних колес

Гидропривод

Гидравлические приводы основаны на энергии давления жидкости. Их подразделяют на объемные и гидродинамические. В гидродинамическом приводе используется кинетическая энергия жидкости, в объемном — потенциальная энергия, преобразуемая в механическую работу. Объемный гидропривод обеспечивает большие передаточные отношения, силы и крутящие моменты, обладает высокой компактностью и энергоемкостью, удобен в управлении, позволяет реализовать любые циклы работы исполнительных органов машин.

Объемным гидроприводом называется совокупность одной или нескольких объемных гидропередач, гидроаппаратуры и вспомогательных гидроустройств.

Достоинства объемного гидропривода:

• Высокая энергонапряженность. Современные насосы создают давление до 40– 70 МПа (т. е. до 700 кг/см2). Поэтому гидропривод имеет меньшие по сравнению с электроприводом массу и габариты и применяется для привода машин, развивающих большие усилия (гидравлические прессы, экскаваторы, металлорежущие станки и др.).
• Малая инерционность сокращает рабочий цикл и повышает производительность станка.
• Бесступенчатое регулирование скорости рабочих движений упрощает конструкцию привода и повышает коэффициент использования приводного двигателя.
• Преобразование без дополнительных устройств вращательного движения ведущего звена в поступательное движение ведомого звена.
• Надежность в работе благодаря отсутствию заклинивания за счет применения предохранительных клапанов.
• Применение стандартизованных и унифицированных покупных узлов снижает стоимость привода и упрощает его эксплуатацию и ремонт.
• Возможность автоматизации.
• Самосмазываемость. Недостатки гидропривода:
• Зависимость характеристики привода от вязкости рабочей жидкости, которая связана с изменением температуры.
• Растворимость в рабочей жидкости воздуха, который нарушает работу привода, особенно в автоматических устройствах.
• Внутренние и наружные утечки рабочей жидкости.

Гидросхема станка, обеспечивающая возвратно-поступательное движение стола 9, поршня 10 и его остановку в любом положении, показана на рис. 1. Электродвигатель 2 приводит во вращение насос 4, засасывающий масло из бака 1 по трубе 15 и подающий его под давлением через фильтр 6 и распределитель 7 в левую полость цилиндра 8. Из правой полости цилиндра масло через распределитель 7, дроссель 11 и трубопровод 13 попадает в бак.

Давление в гидросистеме настраивают предохранительным клапаном 3 и контролируют манометром 5. Если давление жидкости в клапане 3 преодолеет усилие его пружины, то жидкость будет проходить через клапан в бак. Если переключить распределитель 7, то масло, подаваемое насосом 4, будет через фильтр и распределитель поступать в правую полость цилиндра 8 и одновременно его левая полость соединится с баком. При этом направление движения стола 9 изменяется. Для остановки стола необходимо повернуть кран 12, в результате чего рабочая жидкость будет свободно сливаться в бак через трубу 14, и давление в гидросистеме уменьшится. Дроссель 11 позволяет изменять количество жидкости, проходящей из гидроцилиндра в единицу времени, и, следовательно, скорость движения стола.

Вместо гидропривода поступательного движения можно получить гидропривод вращательного движения, заменив гидроцилиндр 8 гидромотором.

Главный элемент гидропривода — ансос . Шестеренные насосы изготавливают нерегулируемыми и применяют в тех случаях, когда требуется сравнительно низкое давление масла (16–20 МПа). Шестеренный насос (рис. 2) состоит из ведущего 3 и ведомого 4 зубчатых колес, расположенных в корпусе. При вращении зубчатых колес масло в зону всасывания 1 засасывается сначала образующимся там вакуумом, а затем впадинами зубьев и переносится в зону нагнетания 2. Дальше масло поступает в гидросеть.

Рис. 1. Гидросхема станка

Рис. 2. Шестеренный насос

Пластинчатые насосы. Преимущественно пpимeняются нерегулируемые пластинчатые насосы, (давление до 32 МПа) которые просты по конструкции, компактны, отличаются равномерностью подачи масла и относительно высоким КПД. Пластинчатые насосы выпускают одно- и двухпоточными (с двумя независимыми потоками). В последних на общем приводном валу установлены два рабочих комплекта (одинаковых или различных), что обеспечивает возможность нагнетания масла двумя независимыми потоками.

Основные детали насосов: корпус, приводной вал с подшипниками и рабочий комплект (рис. 3), состоящий из распределительных дисков, статора 1, ротора 2 и пластин 3.

При вращении ротора 2, связанного через шлицевые соединения 4 с приводным валом, в направлении против часовой стрелки, пластины 3 центробежной силой и давлением масла, прижимаются к внутренней поверхности статора 1, имеющей форму овала, и, следовательно, совершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора. Во время движения пластин от точки А до точки В и от точки С до точки D объем камер, образованных двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора и торцовыми поверхностями дисков, увеличивается, и масло заполняет рабочие камеры через окна диска, связанные со всасывающей линией. При движении пластин на участках ВС и DA объем камер уменьшается, и масло вытесняется в напорную линию гидросистемы.

Рассмотрим принципиальную схему радиально-поршневых насосов (рис. 4), развивающих давление до 70 МПа.

Рис. 3. Пластинчатый насос

Рис. 4. Радиально-поршневой насос

Ротор 4 с радиально расположенными в нем поршнями 3 вращается внутри обоймы 1. Ось ротора смещена относительно оси обоймы на величину эксцентриситета е.

При вращении электродвигателем блока цилиндров 4 поршни 3, прижимаясь центробежными силами к обойме 1, совершают вращательное движение вокруг центра О1 и возвратно-поступательное движение в радиальном направлении. За один оборот каждый поршень совершает два хода по цилиндру: один рабочий (нагнетающий) и второй — нерабочий (всасывающий).

Поршни, соединенные с подводящей магистралью, засасывают жидкость из камеры Р2, поршни, соединенные с отводящей магистралью, нагнетают жидкость в рабочую камеру Р1. Камеры нагнетания и всасывания разделены перегородкой, ось которой совпадает с нейтральной осью насоса аа.

Производительность насоса зависит от величины эксцентриситета е. В регулируемых насосах эксцентриситет можно изменять как по величине, так и по знаку смещением обоймы 1 в направляющих. Смена знака эксцентриситета (смещение точки О2 влево от точки О1) вызовет изменение направления подачи насоса, при этом камеры нагнетания и всасывания поменяются местами.

Схемы аксиально-поршневых насосов (давление до 50 МПа) приведены на рис. 5. При вращении ротора 4 от вала 1 поршень 3 (рис. 5, а), взаимодействующий с неподвижной наклонной шайбой 2, совершает возвратно-поступательное движение. В установленном в корпусе насоса опорно-распределительном диске 5 имеются две полукольцевые канавки, расположенные таким образом, что полости под входящими в ротор поршнями соединены с напорной магистралью через канавку 7, а полости под выходящими из ротора поршнями — с всасывающей магистралью через канавку 6.

В некоторых конструкциях поршни 3 (рис. 5, б) связаны с шайбой 2 через специальные шарниры. Это обеспечивает всасывание масла при вращении вала с шайбой 2. При изменении угла наклона цилиндрового блока 4 вместе с опорно-распределительным диском 5 изменяется величина хода поршней и, следовательно, производительность насоса.

Рис. 5. Схемы аксиально-поршневых насосов: а — с наклонной шайбой; б — с наклонным блоком

Благодаря сферическому контакту поршней обеспечивается возможность передачи больших нагрузок на шайбу 2 и, следовательно, насос может развивать большое давление (около 40 МПа).

Поворотными гидродвигателями называют объемные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного вала (рис. 6). Для осуществления поворотного движения рабочую жидкость (масло или эмульсию) попеременно подают в рабочие полости гидродвигателя.

Если рабочий орган машины должен совершать поступательное движение, то исполнительным механизмом будет гидравлический цилиндр (рис. 7).

Рис. 6. Поворотный гидродвигатель

Рис. 7. Гидравлический цилиндр

Гидроцилиндр изготовлен из бесшовной стальной трубы 1, на концах которой в наружных проточках вставлены полукольца 6. На эти полукольца опираются лапы 7, к которым болтами крепят головки 5 и 8. Головка 5 имеет отверстие, через которое проходит шток 3, уплотняемый сальником и фланцем 4. С обеих сторон поршня есть тормозные плунжеры 2 и 11, которые в конце хода поршня входят в выточки а и б в головках 5 и 8, создающие гидравлический буфер. Конические поверхности на концах плунжеров служат для гашения гидравлического удара при входе плунжера в выточку. Рабочая жидкость в начальном положении поршня (когда отверстие в головке закрыто плунжером) поступает в полость цилиндра через обратный клапан 10, а в конце хода поршня сливается через дроссель 9.

Гидроаппаратура обеспечивает надежную работу и управление гидроприводом. Фильтры очищают масло от твердых частиц. Предохранительные клапаны не позволяют давлению масла превысить установленное значение, предохраняют систему от перегрузки. Дроссели служат для регулирования скорости движения рабочего органа путем изменения площади канала. Изменять скорость можно также, применяя регулируемые насосы и гидродвигатели. Распределители предназначены для изменения направления движения и остановки рабочего органа. Обратные клапаны не позволяют потоку жидкости двигаться в обратном направлении. К числу дополнительных устройств относятся регуляторы расхода, давления, температуры, а также реле давления, уровня жидкости, температуры. Заводы изготавливают также комплектные насосные станции, содержащие электродвигатель, насос, фильтр, предохранительный клапан и др., смонтированные на баке.

Полный привод на основе муфты Haldex

Хотя система конструктивно является разновидностью подключаемого привода On-demand, она заслуживает отдельного упоминания, так как представляет собой нечто среднее между подключаемым и постоянным полным приводом.

В основе конструкции все та же многодисковая фрикционная муфта, управляемая посредством электрогидравлики. Фишка в том, что электроника запрограммирована даже на сухой ровной дороге часть момента передавать на заднюю ось, в результате чего автомобили с муфтой Haldex получаются с постоянным приводом. А отключается ось, например, при равномерном прямолинейном движении (например, на трассе) для экономии топлива.

Устройство муфты Haldex

Проблемы

На текущий момент муфта Haldex существует уже в пятом поколении. Проблемы с ней ровно те же, что и с обычными фрикционными муфтами, описанными выше. Особенности исключительно конструктивные: расположена муфта прямо в корпусе задней главной передачи, вместе с насосом и блоком управления. Учитывая, что первые версии Haldex скоро отметят двадцатилетие, у многих машин уже начинают отгнивать крышки электронного блока. Внимательно нужно относиться к замене масла, которая предполагает сокращенные интервалы: каждые 60 тыс. км.

Муфты Haldex используются такими марками, как Volvo, Land Rover, Ford, концерн VAG и многие другие

Постоянный полный привод

Автомобили с такой системой полного привода всегда передают крутящий момент на все четыре колеса, что понятно из англоязычного названия Full-time. В своей основе система оснащена межосевым дифференциалом, который имеет несколько конструктивных вариантов: симметричный и несимметричный, блокируемый и неблокируемый. Блокировка, в свою очередь, может выполняться в автоматическом или ручном режиме. Все это зависит от того, для каких целей создается полный привод. Чаще всего используется самоблокируемый дифференциал, который также может быть выполнен на основе одной из трех систем: вязкостной или фрикционной муфты и с блокировкой типа Torsen.

Если в двух словах, то система Full-time и конструктивно, и функционально совмещает в себе принцип работы систем Part-time и On-demand. Дифференциал напрямую передает крутящий момент от одной оси к другой, а установленная с ним в одном корпусе муфта в зависимости от степени блокировки может перераспределять этот момент исходя из условий. Навороченные системы с двумя приводными валами, наподобие трансмиссии SuperSelect от Mitsubishi, умеют дополнительно «отстегивать» одну ось, превращаясь в отключаемый полный привод.

Дифференциал Torsen

Отдельно стоит упомянуть трансмиссию на основе дифференциала Torsen, который становится все популярнее. У него вместо муфт используется три пары червячных шестерней, которые осуществляют перераспределение момента. В свободном состоянии распределение тяги по осям равное, как только скорости вращения колес начинают отличаться, вращение шестерней заставляет частично блокироваться выходные валы, передавая момент на колесо с лучшим зацепом.

В зависимости от задач автомобили с подобными системами также дополнительно комплектуются задним (и иногда передним) блокируемым межколесным дифференциалом, понижающим редуктором и даже дополнительной муфтой. Комбинации могут быть совершенно разными в зависимости от задач — внедорожных, спортивных или экономящих топливо. Например, трансмиссия от Audi на легковых моделях и кроссоверах — quattro ultra — имеет многодисковую межосевую муфту и дополнительно дифференциал с кулачковой муфтой в приводе задней оси, также способной к полному отключению.

Система Quattro Ultra Full-Time (слева) и планетарный редуктор Mercedes-Benz (справа)

Проблемы

Как ни трудно догадаться, из-за невероятной сложности отдельных конструкций любая неисправность систем постоянного полного привода грозит непростым и недешевым ремонтом.

Системы на основе вязкостных и фрикционных муфт, как и в случае с системами On-demand, склонны к перегреву. Не избежал этой участи и дифференциал Torsen, шестерни которого также сильно нагреваются и требуют для охлаждения специального графитового масла.

Кроме того, на автомобилях Audi, например, дифференциал находится в блоке коробки передач DSG, так что любая проблема с «роботом» автоматически ведет к разбору и этого механизма. На сложных системах с отдельным передним валом прибавляйте встречающиеся проблемы привода — его включения/отключения либо датчика работы.

Соответственно, всевозможные датчики и управляющие электронные блоки при сбое и трансмиссию выводят из правильного режима работы. То же самое касается работы коробки передач, функционирование которой напрямую влияет на работу полного привода. Люфты карданов и вой редукторов — частая болезнь серьезных внедорожников.

Устройство дифференциала на спортивных полноприводных моделях Audi

К автомобилям с системой Full—time относится большинство современных премиум-моделей, дорогих или просто серьезных внедорожников, а также отдельных версий пикапов: Mitsubishi Pajero, Toyota LC, VW Touareg, Land Rover Discovery

Применение вискомуфт

Вязкостная муфта отлично показала себя на внедорожниках, используемых для сложного рельефа. В качестве самоблокирующегося межосевого дифференциала она долгое время устанавливалась на автомобили повышенной проходимости. При этом практически никогда вискомуфта не использовалась в качестве осевого дифференциала, для этой цели применялись другие устройства.

Схема расположения вискомуфты в полноприводном автомобиле

Низкая цена и отличная надежность сделали вискомуфты востребованными у большинства любителей внедорожного спорта. И даже более современные виды трансмиссии не заставили поклонников отказаться от удобного и простого механизма.

Чтобы понять, для чего нужна эта деталь, надо вспомнить принцип работы подключаемого полного привода: он задействуется, когда начинаются проблемы.

Каков итог?

Как ни крути, ни одной универсальной системы полного привода, подходящей на все случаи жизни, до сих пор не создано. Ее выбор зависит исключительно от поставленных задач и приоритетов. Внедорожные вылазки ограничиваются не чищенной грунтовкой на дачу? Вам за глаза хватит системы On-demand. Мечтаете покорять Эверест, пробиваться сквозь тундру и нырять в болота? Вам нужна система Part-time, способная выдержать многое вдали от цивилизации. Но придется пожертвовать ездовым комфортом и получить навыки уверенного вождения на заднем приводе. Хочется, чтобы было и то и другое? Тогда вам необходима система Full-time, однако стоить она будет как сама по себе, так и в ремонте немалых денег.

Редакция журнала «Движок» выражает благодарность сервисному за помощь в подготовке материала.

Преимущества и недостатки

Сначала о плюсах вискомуфты:

• простейшая конструкция;
• прочный корпус, выдерживающий давление до 20 атмосфер;
• доступная стоимость из-за простоты конструкции;
• не требует обслуживания, обычно эксплуатируется без поломок в течение всего срока службы автомобиля.

Основные недостатки вискомуфты:

• невозможность ремонта (если вязкостная муфта сломалась, ее меняют на новую);
• опасность перегрева при длительной работе;
• отсутствует возможность ручной блокировки;
• неполное автоматическое блокирование;
• срабатывание с запозданием;
• несовместимость с антиблокировочной системой тормозов (ABS);
• отсутствие контроля за полным приводом;
• крупные муфты сильно уменьшают клиренс.