Quattro - еволюция

[drakano]

Повечето неща са взети от различни места включително и форума ни. Не претендирам за авторски права. 

 

 

Пълноприводни системи за задвижване
1. Диференциали

Диференциала разпределя въртящия момент идващ от двигателя, между два изходящи вала. Предния и задния диференциал позволяват водещите колела да се движат с различна скорост, което е необходимо при завиване. При автомобилите с 4 задвижващи колела (за по-просто 4х4), предната и задната ос също трябва да могат да се движат с различна скорост, за което е необходими среден диференциал.

Фиг.1

Най-простите 4х4 системи не предвиждат среден диференциал. Това са т.нар. part time 4WD, при които втората ос (обикн. предната) не е постоянно задвижваща, а се виско куплунглючва ръчно когато има нужда от повече тракция. Такива автомобили е нежелателно да се карат по стабилна и суха настилка с виско куплунглючено 4х4, защото се създават големи напрежения между осите. Ясно е обаче, че с нормални "open" диференциали, достатъчно е едното колело да загуби тракция, за да почне прехвърляне на целия въртящ момент към него и автомобила да си остане на място. Затова първо са измислили

 

1.1 Блокировка на диференциала Ауди е първия производител (от 1981 год.), който успешно започва да продава автомобили с постоянно 4х4, под търговската марка Quattro. Сега тези модели са познати като Ur-Quattro (Turbo quattro Coupe в US), но тогава просто ГАЗЕХА по ралитата. Всъщност, още 1966 се появява едно Ауди наречено Jensen FF, което също е 4х4 и ABS, но без търговски успех. Първото поколение Quattro е с прости ръчни блокировиско куплунги на централния и задния диференциал. Когато централния диференциал е блокиран, достатъчно е двете колела на поне една от осите да са на стабилна настилка за да не остане автомобила на място. При блокиране и на двата диференциала, трябва да се загуби сцеплението на двете задни и поне едното предно за да не може да потегли колата.

2. Виско диференциалът (Viscous-Coupling differential)

Фиг.2

Вискозните диференциали най-често се използват в по-опростените 4×4 системи. Един от ранните примери е Synchro системата на Volkswagen. Фиг.2 Във вискозния съединител (фиг.2) има много кръгови дискове, разположени много близо един до друг. И двата вала са свързани с около половината от тези дискове в редуваща се поредица. Тази конфигурация е запълнена с високо-вискозна течност и капсулована. Течността има силна тенденция да сдвоява плочите, дължаща се на вискозитета й. В нормални условия, предната и задна ос се движат с приблизително еднаква скорост, така че плочите и вискозната течност са относително стабилни една спрямо друга. Когато се получи приплъзване в някоя от осите, това означава промяна на скоростта на едната част от дисковете, а вискозната течност се опитва да ги сдвои, противодействайки на разликата в скоростите на въртене. Така въртящия момент се предава от по-бързо въртящия се вал към по-бавния през течността. Колкото по-голяма е разликата в скоростите, толкова по-голям въртящ момент се предава и се постига ограничаване на приплъзването. Забележете, че вискозният LSD диференциал е чувствителен към скоростите на въртене на двата вала – при условия, в които отсъства загуба на сцепление няма да бъде предаден въртящ момент към друга ос. При приплъзване, на теория може да се прехвърли до 100% от въртенето към която и да е ос, според разликата в сцеплението на предната и задната. Затова тази система се счита за частна 4WD. Това води до загуба на неутралното управление (липса на недозавиване/презавиване), с което се хвалят постоянните 4WD. За автомобили базирани на модели със задно задвижване като Porsche 911 Carrera 4 това не е особен проблем – при нормални условия се държи като RWD (задно задвижвана) и така може да осигури желаното презавиване, контролирано с правилно газоподаване. За съжаление обаче, в моделите базирани на предно задвижване, като VW Golf Synchro и Volvo 850 AWD, частното 4х4 не помага за преодоляване на тенденцията им към недозавиване. Това е първият недостатък.

Следващ проблем е закъснението преди активирането на 4-те колела. Понеже вискозната течност не е фиксирана среда (за разлика от червячните предависко куплунги), е необходимо време и разлика в скоростите на въртене, за да стане ефективна. Функцията, описваща зависимостта между разликата в скоростите и предаването на въртенето е експоненциална – което означава, че в ранния стадий на приплъзване не се предава никакво въртене. За да се преодолее това ограничение, повечето производители внасят известна разлика в скоростите на въртене на плочите дори и при нормални условия. Така колата реално има 95:5 разпределение на въртящия момент между предните и задните колела и това скъсява времето за реакция. Все пак, за да се достигне ефекта на чисто механичната торсен система е невъзможно. Голямото предимство, обаче, е ниската цена, затова и се използва много масово.
фиг.3

3. Виско-диференциал с блокировка(Viscous-Coupling differential Lock)
Докато торсенът е много скъп, а вискозният LSD – частен, в повечето 4х4 коли, включително Celica GT4, Subaru Impreza, Mitsubishi Lancer и Ford Escort RS Cosworth се използва друг тип централен диференциал – за обикновени условия разполагат с нормален централен диференциал, който разпределя усилиетно между предните и задните колела, а допълнителен вискозен блокиращ диференциал осигурява противо-приплъзваща функция, когато е необходимо. фиг.4 Този тип диференциал е в основни линии същия като чисто вискозния, което води до нелинейна характеристика и известно закъснение. Но по отношение на цена и тегло превъзхожда силно торсен системите, а ефективността му надминава тази на обикновения вискозен диференциал с частно действие. В процеса на разработка, инженерите от Ауди също са се опитвали да използват ВИСКО КУПЛУНГ, но под напълно различна форма. При тях ВИСКО КУПЛУНГА се използва вместо централен диференциал. В този случай автомобила е бил с предно предаване. При приплъзване на някое от предните колела, разликата в скороста на въртене на предната и задната ос става толкова голяма, че ВИСКО КУПЛУНГА зацепва и започва да предава въртящ момент и на задната ос. Т.е. това е автоматично виско куплунг включване и изключване на 4х4 (предишният вариант беше постоянно 4х4 с автоматична блокировка на виско куплунга на диференциала).
фиг.4

4. Торсен диференциалът (Audi Quattro система)
Като най-силни на 4х4 пазара, Ауди винаги са държали да използват най-ефективната система, без значение от цената. Тяхната куатро 4WD система използва LSD в чистия си механичен вид – торсен диференциал.
В превод това означава „засичащ въртящия момент” (torque sensing) диференциал и е въведен от американската корпорация Gleason. Неговата способност да ограничава превъртането се използва чрез червячни предависко куплунги и двойка червячни зъбни колела. Тази двойка има една особеност – въртящият момент от двигателя може да се предаде от зъбното колело към червячната предавка, но не и обратно. В противен случай се блокира диференциала и така се ограничава приплъзването.
Фиг.5
A: Капсула B: Изходен вал C: Червяк D: Червячни предавки E: Синхронизатори F: Хипоиден зъбак G: Изходен вал

Фиг.6
Горната фигура разяснява принципа на работа на този тип диференциали. При нормално завиване, т.е. без приплъзване на някое от колелата, торсен диференциалът осигурява същото, което и нормалния. Добавянето на червячни предависко куплунги не се отразява на разликата в оборотите на валовете. Например, колата завива наляво, валът на дясното колело се върти по-бързо от капсулата на диференциала, докато левият се върти по-бавно. Разликата в в оборотите на лявото и дясното червячно колело се постига директно със синхронизатори на скоростите. Забележете, че червяците не се блокират, защото въртящия момент се предава от зъбните червячни колела към зъбните червячни предавки.
Когато едно от колелетата, например дясното, загуби сцепление заради лоша настилка или друга причина, червяците влизат в действие. Точно преди да се задействат, както при обикновените диференциали, няма да се предава въртящ момент на лявото, което има сцепление. Вместо това целия въртящ момент отива към дясното, боксуващо колело. Тогава бързо въртящото се дясно зъбно колело ще предаде въртящо усилие към червячната предависко куплунга, през синхронизатора към левия червяк. В такъв случай, както споменахме по-горе, червячната предавка задвижва червячното колело и се блокират. Резултатът е всъщност блокиране едновременно на лявата и дясна предавка, водещо до еднаква скорост на въртене на двете колела и извеждането на автомобила от зоната без сцепление.

 

5.Характеристики на 4WD с торсен
Освен първото поколение Quattro системи, които се появиха в ранното Quattro coupe, повечето следващи куатро системи използват торсен диференциали в централната и задна оси. Това е доста скъпо, но торсеновите 4×4 имат много предимства. Първо, чисто механичните им части реагират почти моментално при приплъзване на гума. Освен това се осигурява линейна блокираща характеристика. Важен е и факта, че това е строго 4WD система – в нормални условия въртящия момент се разпределя между предните и задните колела в отношение 50:50 (възможни са и други отношения, според избора на червячните предависко куплунги). Освен Audi малко други производители на автомобили са внедрили торсен LSD, главно поради високата му цена. Едно от малкото изключения е Toyota Cellica GT4, която използва
торсен в задната ос. Друг пример е легендарната Q4 на Alfa-Romeo, както и Lancia Delta Integrale.

 

6.ОЩЕ ЗА ТОРСЕН

Следващия етап в развитието на 4х4 е Torsen диференциала (от TORque SENsing). В края на 70-те год. в процеса на разработeна на Куатрото, Ауди са водили преговори с собствениците на патента на ВИСКО КУПЛУНГ (FF Development), но в последствие се отказали, защото се появява едно ново чудо на техниката, а именно Torsen диференциала. фиг.4 Torsen дифa e изобретен от американската Gleason Corp. и има всички достойнства на ВИСКО КУПЛУНГА, без да има неговите недостатъци. Това е напълно механично устройство, работещо на принципа на червячната предавкa, в нормално състояние разпределя въртящия момент в съотношение 50:50. Но когато колелата на една от осите започнат да превъртат, Torsen почва да прехвърля въртящ момен към оста с по-добро сцепление! Точно както се полага. Максимално достижимото преразпределение е 80:20. И освен това, за разлика от ВИСКО КУПЛУНГА, Torsen блокира моментално, което е от голямо значение! Освен това ВИСКО КУПЛУНГ има експоненциална, а не линейна (като Torsen) характеристика на блокировка. Заради този си недостатък, ВИСКО КУПЛУНГА e изхвърлен в последствие от Porsche 964 Carrerra 4, тъй като влошавало управляемостта. Още едно важно предимство на Torsen е, че той не блокира и не се опитва да изравнява скоростите по време на спиране, защото при отсъствие на тяга, всичките 4 колела си се въртят свободно. За разлика от това, ВИСКО КУПЛУНГА се мъчи да изравнява скоростите на осите дори и при отсъствие на тяга. Реакцията на ВИСКО КУПЛУНГА на оборотите предизвиква много инженерни проблеми. ABS-а примерно, определя началото на блокирането на колелото по разликата в скоростите с другите колела. Наличието на механизъм, който се стреми да изравнява скоростите, естествено пречи и то много. За преодоляването на този проблем, инженерите са били принудени да вземат различни решения. Mitsubishi отложили въвеждането на ABS в GSX моделите. В последствие ABS, ВИСКО КУПЛУНГ и LSD на задната остават несъвместими опции. В системата Syncro при натискане на спирачките, просто се изключва 4х4. Подобен подход използват и други фирми.Стига се даже до там, че компютъра на шампионските Lancia Delta Integrale увеличавал въртящия момент за да преодолее
съпротивлението на ВИСКО КУПЛУНГА при спиране. В съвсем примитивните 4х4 се използва система която освобождава колелата при спиране, но не работи на заден ход.

 

7.МЕРЦЕДЕС 4-МАТИК система

В края на 80-те Porsche и Mercedes-Benz въвеждат различна 4х4 схема. Системата 4MATIC използва датчика на ABS за определяне на приплъзването на колелото. При стабилен и сух път, Мерцедеса си е нормален RWD (rear wheel drive). Когато сензорите на ABS-а регистрират приплъзване, те подават сигнал на компютъра да блокира хидравличния многодисков съединител предаващ въртящ момент на предната ос. Степента на блокиране се изменя от процесора прогресивно. Когато компютъра регистрира нужда от още по-голямо сцепление, подава сигнал към втора блокировка на задния диференциал. При натискане на педала на спирачката и двете блокировки се махат автоматично (т.е. отново имаме автоматично включване и изключване на 4х4). И сега внимание - причината да се избере толкова сложна система е, че Мерцедес не искали да притесняват клиентите си и да променят традиционното усещане за Мерцедес, като му плякнат постоянно 4х4!!! (тук ще направя малко отклонение. Наскоро Jaguar бяха принудени да сложат 4х4 на новия си модел, само и само да не е с предно предаване, което според тях никога нямало да се приеме от клиентите). На практика 4MATIC не работи чак толкова по-зле, нито по-добре от другите системи, но стойноста и е толкова висока, че в последствие Мерцедес се отказват и сега новите машини са с постоянно 4х4. В момента Nissan Skyline GTR ползва подобна система.

 

8.Защо Порше? защото има Porsche 959.
Porsche PSK използва многодисков съединител вместо централен диференциал. Можете да го наречете "диференциален съединител". Многодисковия съединител има шест чифта фрикционни диска, като всяка двойка е независимо контролирана от компютър и се задейства чрез хидравлично налягане. Този съединител просто е равен на 6 независими съединители.
За да работи тази система, предният и задният карданен вал трябва да се движат с различна скорост в нормално състояние (Тоест 959 трябва да има чифт предни гуми с 1% по-голям диаметър от задните). Поради разликата на скоростта между предният и задният вал, всички фрикционни плочи на всеки независим съединител се въртят една спрямо друга еднакво. Когато се прилага хидравлично налягане на първия съединител, една малка част от въртящия момент ще се прехвърли на предната ос. Но имайте предвид, че двата карданни вала не могът да бъдат напълно заключени, освен ако всички шест съединителя не са заключат едновременно.

 

9.Прилики и разлики с другите системи
Инженерите на Porsche са използвали в модела 959 подобна сис-ма на 4MATIC, но реализирана по друг начин. Централния диференциал (хидравличен съединител) бил блокиран постоянно, като се отблокиравал само при паркиране. Затова пък въртящия момент се разпределял динамично между двете оси. При това независимо от приплъзването на колелата! Компютърната система на 959 получавал информация от много източници - положението на дроселовата клапа, на кормилото, ускорението (g), и даже от датчика на турбото. При движение направо с максимално ускорение, системата отдава до 80% на задната ос (нормално е 40:60), дори и всичките колела да се въртят с еднаква скорост. Това е изобщо най-сложната 4х4 система конструирана до момента. През 1993 год. инженерите на Porsche представят съвършенно различна конструкция на задното окачване на моделите 911. С това нововъведение, заднозадвижваните Поршета стават напълно управляеми, което отпада необходимистта от сложна компютъризирана система за задвижване на четирите колела. Все пак има и 4х4 варианти (993) на този модел, които обаче използват много по-упростена система с Виско Куплунг, подобна на тази на VW Syncro. Но опита с компютърните системи си остава и все още се използва от време на време за някои по-вироглави модели (996). Получава се малко смешно - Порше все още ползва Виско Куплунг докато други, като VW са минали на по-модерни системи.

 

10.ОСТАНАЛИТЕ МАРКИ...
Разбира се не можем да не споменем и Subaru. Моделите Legacy и Impreza (вкл. Outback) с автоматични скоростни кутии използват система с компютърно управление, подобно на 4MATIC, Audi A8 с автом. скорости и на ранните модели на Порше. Впечатлява използването на толкова скъпа система в сравнително евтини автомобили като Субару. В последно време и други автомобилопроизводители са приели подобен подход - Honda CR-V, VW Golf 4Motion, както и Audi ТТ.
Автоматичните скоростни кутии дават едно предимство - на практика те са готов източник на хидравлична течност под налагяне, който може да се ползва и за хидравлично блокиране на диференциала. Това се ползва в Ауди А8 с автоматични скорости, докато останалите модели са с Torsen диференциал (с изключение на тези с Haldex).