Изучаем конструкцию легкового автомобиля, особенности полного привода

Существует общеизвестный стереотип, что автомобиль с полным приводом - это всегда вездеход, он хорошо себя чувствует на пересеченной местности, легко справляется с трудностями при отсутствии под колёсами дорожного покрытия на грунтовых и лесных дорогах, ему нипочём ненастье, глубокий снег или мокрая пашня. Увы, но в реальной жизни всё обстоит некоторым образом иначе, а вездеходные способности автомобиля очень сильно зависят от конструкции машины в целом, шин и прокладки между рулевым колесом и спинкой водительского кресла. В этом выпуске попытаемся бросить беглый взгляд на конструкцию и разобраться в тонких, ключевых моментах относительно устройства полного привода современного легкового автомобиля.

Компоновка автомобиля

Конструкция полного привода, а таких конструкций современная техногенная цивилизация знает несколько, сильно зависит от компоновочной схемы автомобиля, его назначения и цены, которую готов заплатить конечный пользователь при покупке машины. Согласитесь, что гоночный автомобиль, хотим мы того или нет, должен отличаться от вальяжного, комфортабельного, пусть и быстрого седана, а последний просто обязан отличаться от кондового и бескомпромиссного вездехода, положение обязывает. Назначение автомобиля и целевая группа его потенциальных пользователей тем или иным образом накладывают отпечаток на конструкцию его узлов и агрегатов.

Автомобили с полным приводом современное машиностроение исполняет по трём основным компоновочным схемам:

1. Классическая компоновка, двигатель расположен спереди и продольно;

2. Компоновка с расположением двигателя спереди и поперечно, её обычно называют переднеприводной;

3. Компоновка с расположением двигателя в базе.

Автомобили последнего типа имеют слишком узкую целевую группу потенциальных владельцев, по этой схеме сегодня строятся дорогие и почти бесполезные в быту спортивные суперкары, всегда с заоблачной ценой и не всегда практичные, поэтому на них я не буду концентрировать своё внимание в этой статье. А вот две первые группы конструкций вполне заслуживают нашего пристального внимания, ибо есть масса тонких моментов, с которыми следует разобраться раз и навсегда. В конце-концов это просто интересно.

Проблемы реализации полного привода

Ещё на заре автомобилестроения конструктора начали задумываться о полном приводе. И чтобы реализовать сиё чудо техники, им необходимо было решить две проблемы:

• поскольку крутящий момент от двигателя требуется передать обеим осям автомобиля, его каким-то образом нужно разделить и распределить по осям в какой-то определённой пропорции, и для этого необходимо разработать и изготовить специально для этого предназначенный передаточный механизм.

• в процессе движения автомобиля по дорогам с твёрдым покрытием существуют условия, при которых колёса задней и передней осей вращаются с разными угловыми скоростями, а это значит, что распределяющий крутящий момент механизм должен соответствовать этим условиям и позволять ведущим осям вращаться не синхронно.

Столкнувшись с этими проблемами пытливые и гениальные умы основателей индустрии придумали несколько различных конструкций распределяющих крутящий момент механизмов. В зависимости от использования в автомобиле того или иного механизма распределения крутящего момента полный привод получил классификацию и разделился на несколько основных типов, а именно:

1. Постоянный полный привод, когда крутящий момент распределяется на обе ведущие оси всё время движения автомобиля;

2. Полный привод по требованию, когда крутящий момент распределяется на вторую ось только в момент пробуксовки ведущей оси;

3. Полный привод, подключаемый жестко, в этом случае угловые скорости вращения ведущих осей будут равны в любых условиях движения.

Понятно, что все это разнообразие возможных вариантов продиктовано соображениями практичности, эффективности, сложности изготовления и технического обслуживания, стоимости и долговечности. То, что подойдёт вальяжному седану для боса, не подойдёт кондовому вездеходу. А повседневный автомобиль обычного среднестатистического горожанина вообще должен быть прост, надёжен, неприхотлив и доступен - некоторые требования никак не сочетаются с требованиям к вездеходу. И в итоге автомобили с полным приводом стали отличаться друг от друга сразу по нескольким потребительским признакам, иногда это отличие очень существенно.

Постоянный полный привод

Ключевое слово в этом определении - "постоянный", а это значит, что конструкция такого полного привода должна позволять ведущим осям вращаться с разной угловой скоростью. Распределительный механизм в этой конструкции выполнен в виде редуктора и встроенного в него дифференциала, среди технарей за ним закрепилось название "раздаточная коробка" или просто "раздатка". Наличие в раздатке дифференциала стало главным существенным недостатком такой конструкции, проявляющимся обычно на дорогах без покрытия.

Поскольку все колёса автомобиля этой конструкции имеют возможность вращаться с разной угловой скоростью, в случае проскальзывания хотя бы одного из ведущих колёс автомобиль останавливается и беспомощно вращает им, потерявшим сцепление с дорогой. Такое часто случается на дорогах без покрытия, и особенно на неровных дорогах без покрытия при движении с низкой скоростью и в момент начала движения. Одно колесо вывесилось, потеряло сцепление и всё, мы уже никуда не едем...

Постоянный полный привод применяется на дорогих комфортабельных седанах, которые редко (или никогда) съезжают с асфальта. У них обычно мощный двигатель, обеспечивающий максимальный комфорт пассажирам протектор шин, и не терпящая проскальзывания автоматическая трансмиссия. Полный привод даёт им стабильность при движении на высоких скоростях, в поворотах и на зимнем асфальте. Благодаря появившимся в последнее время разнообразным электронным помощникам, эти машины способны показывать эффектные трюки с преодолением диагонального вывешивания или небольшого сугроба, но съезжать на мокрый просёлок, в раскисшую глину или глубокий снег на длинные дистанции таким транспортным средствам всё равно крайне противопоказано, такие приключения могут впоследствии стать причиной дорогостоящего и сложного ремонта трансмиссии.

Сегодня постоянный полный привод довольно успешно используется ещё и на некоторых общепризнанных вездеходах, обычно их называют внедорожниками. Toyota Land Cruiser, Land Rover Defender и, конечно же, всем нам хорошо известная НИВА - автомобили популярные. Все знают, что они полноценные вездеходы в определённых пределах... Но раздаточная коробка у этих вездеходов, в отличие от комфортабельных седанов, имеет пару ступеней и оснащается специальным механизмом принудительной блокировки центрального дифференциала, что сильно усложняет конструкцию, повышает издержки при производстве и затрудняет обслуживание - не всем нужно. Кроме этого, эти автомобили имеют подвески с весьма длинными ходами, чтобы вывесить такие, нужно постараться, и шины с ярко выраженным зубастым протектором. Всё вкупе конечно же повышает проходимость, но увеличивает дистанцию, на которую всё равно придётся бежать за трактором застрявшему покорителю бездорожья.

Полный привод по требованию

Как известно, сила трения в технике является не только причиной износа и выхода из строя некоторых деталей машин, на ней ещё и основываются конструкции некоторых исполнительных органов современного автомобиля. Конструкция раздаточного механизма автомобилей с полным приводом по требованию базируется именно на силе трения и некоторых её проявлениях.

Давайте представим автомобиль с приводом на переднюю ось... Когда такой автомобиль движется прямолинейно по ровному и сухому асфальту, угловые скорости вращения колёс на передней и задней оси приблизительно равны, хотя крутящий момент от двигателя передаётся только на переднюю - ведущую ось. Автомобиль движется, и в результате этого колёса задней оси вращаются точно так же, как и передние. Если связать обе оси автомобиля карданным валом, а в разрыв между ним и главной передачей задней оси поставить фрикционную муфту, то оси получат возможность вращаться с разной скоростью - жесткой связи между ними нет, муфта обеспечивает гибкость.

Теперь давайте представим, что колёса ведущей оси стоят на льду и при старте автомобиля начинают проскальзывать и интенсивно "шлифовать"... Поскольку в разрыве между осями установлена фрикционная муфта, в ней возникает сила трения за счёт разной скорости вращения её полу-муфт. Сила трения начинает нагревать трущиеся детали. А теперь давайте зальём внутрь корпуса этой фрикционной муфты вязкую жидкость, но не просто вязкую, а изменяющую свою вязкость в зависимости от температуры узла. Чем сильней греется муфта, тем вязче становится жидкость - бывают такие жидкости. Передние колёса попали на скользкий участок, водитель добавил газу, они начали проскальзывать, вращение передалось на переднюю полу-муфту. Задняя полу-муфта при этом не вращается. Сила трения между фрикционами полу-муфт увеличивается, растёт температура, а вслед за ней и вязкость жидкости, и она в итоге начинает связывать между собой фрикционы и полу-муфты, а за счёт этого крутящий момент с вращающейся и проскальзывающей ведущей оси автоматически передаётся на заднюю ось. Пару секунд интенсивного буксования и задняя ось, получив свою порцию крутящего момента, выталкивает автомобиль из ледяной ловушки. Bingo!

Именно так были сконструированы первые автомобильные вискомуфты, они и стали распределяющими крутящий момент по осям автомобиля механизмами в автомобилях с полным приводом по требованию. Впрочем, эти устройства на начальном этапе разработки были весьма несовершенны и уже канули в Лету. Но конструкция дорабатывалась, усовершенствовалась и в итоге получила очень широкое распространение. У конструкции есть преимущества над классическими раздаточными редукторами, но есть и явные, очень серьёзные недостатки.

Преимущества фрикционных муфт:

• простота и относительная дешевизна изготовления;

• возможность изменять пропорции распределения крутящего момента по осям в автоматическом режиме с помощью электронных управляющих устройств.

Недостатки:

• нагрев при длительном движении с проскальзыванием колёс основной ведущей оси;

• повышенный износ за счёт трения и, следовательно, сравнительно более низкий ресурс;

• отказ и отключение привода второй оси при перегреве муфты.

Недостатки этой конструкции как правило гарантируют проблемы на тяжелом бездорожье, и автомобили с полным приводом по требованию в принципе никак не могут считаться вездеходами, хотя тоже способны на эффектные трюки. Тем не менее, этот тип полного привода сегодня довольно широко используется на автомобилях очень многих производителей. Возьмите любой современный кроссовер на рынке, китайский, корейский, европейский, независимо от страны происхождения, если он оснащен полным приводом - это будет полный привод по требованию на основе фрикционной муфты той или иной конструкции.

Полный привод, подключаемый жестко

Если взять классическую раздаточную коробку автомобиля с постоянным полным приводом, выбросить из неё центральный дифференциал, добавить вторую, пониженную ступень и механизм отключения привода на вторую ось, то мы получим раздаточную коробку типичного кондового внедорожника. Двигатель у такого автомобиля расположен спереди и продольно, кузов установлен на прочной раме, по дорогам с твёрдым покрытием он движется только на заднем приводе, передняя ось отключена - скучно. Но, оказавшись на грунтовой дороге в промозглую слякоть, водитель подключает переднюю ось, выбирает в раздаточной коробке пониженный ряд, и побежали... Такой экипаж будет ехать, пока не свалится в глубокую лесовозную колею, сядет на брюхо и вывесит все четыре колеса, при условии, что на его колёсах установлены правильные шины.

Полный привод такой конструкции можно считать только условно полным, ведь при движении по асфальту он никакой не полный, а обычный, задний. Но кому нужен полный привод на асфальте?!

Очень часто случается, что обострённая тяга к приключениям усугубляет адреналиновую зависимость владельца такого автомобиля, а рамная конструкция автомобиля в целом позволяет сделать бодилифт и установить в штатные колёсные арки "тридцать пятые" колёса Mud Terrain... Увы, но после таких доработок некоторые детали трансмиссии становятся расходными материалами, а почти каждая весёлая покатушка заканчивается ремонтным боксом и ворчанием недовольной супруги. Но кого это когда-нибудь останавливало? Правильно, вопрос риторический...

Заключение

При покупке нового автомобиля иногда счастливый покупатель испытывает муки выбора между моно и полным приводом, так бывает. В такие моменты следует помнить, что в абсолютном большинстве жизненных ситуаций типичного среднего горожанина автомобиль с полным приводом совершенно не обязателен. И если вы не знаете, зачем точно вам нужен полный привод, то без полного привода вполне можно и обойтись. Конечно же, полный привод автомобиля выручит вас во многих обстоятельствах на зимней трассе, в дальней поездке по незнакомым местам, позволит съехать с дороги в лес на пикник, к водоёму на рыбалку и в других подобных ситуациях. Но полный привод не даёт никакой гарантии, что вы не сядете при этом в лужу, а забот при обслуживании и ремонте автомобиля добавляет. Главное - ставить перед собой реальные цели и не верить маркетологам на слово...