Как работает полный привод: плюсы, минусы, особенности устройства

Что такое 4WD?

4WD – это полноценный привод 4х4, позволяющий водителю самому выбирать режим езды. Автомобилист может блокировать дифференциал, включить понижающий ряд, распределить усилие на одну из осей (55/45, 50/50). Он имеет пониженные и стандартные диапазоны, которые выбираются механически либо с помощью электронного переключения.

Все это помогает в чрезвычайных ситуациях, например, когда машина попадает в грязь или сугроб. Такую систему устанавливают на серьезные внедорожники, которые ездят с постоянно подключенными осями: Ниву, Лэнд Ровер, Джип.

Трансмиссия 4х4 обеспечивает крутящий момент посредством нескольких дифференциалов – спереди, сзади и по центру. В ее работе также активно участвуют раздаточная коробка и муфты. Это дает ей возможность работать при максимальной тяге в различных условиях.

Настройки такой трансмиссии имеют свои особенности: пониженный режим обеспечивает максимальную тягу на глубоком бездорожье, а обычный используется на скользком асфальте, рыхлом песке или гравии.

Впервые 4WD на легковой автомобиль установили в 1960 году. Но настоящая революция произошла 20 годами позже, когда этой трансмиссией обзавелся американский AMC Eagle. Его систему полного привода называют классической.

Среди особенностей этого привода выделялась вискомуфта (межосевой дифференциал). Она крепилась посередине машины и заполнялась вязкой жидкостью. Во время работы вискомуфта обеспечивала плавную передачу крутящего момента от ДВС на оси. Его величина напрямую зависела от разницы скоростей вращения валов: входного и выходного.

В последнее время 4WD (Four-Whell Drive) стали применять все реже и реже. Объясняется это большей себестоимостью такого привода. Кроме того, раздаточная коробка сейчас редко используется из-за широкого внедрения электроники с блоком управления, самостоятельно следящим за вращением колес и контролирующим оптимальный режим езды.

Four-Whell Drive бывает двух типов:

• постоянный или полная функция, когда все 4 колеса получают вращение непрерывно (в некоторых конструкциях водитель может контролировать распределение усилия на оси);
• подключаемый или более распространённый 4WD, встречающийся на пикапах, внедорожниках и грузовиках, предназначенных для экстремальной работы (машина в обычных условиях ездит на двух колесах, но при нажатии кнопки или смещении рычага (Нива), подключаются все четыре колеса).

к содержанию ↑

Отличия полного привода от переднего и заднего

Полный привод имеет ряд отличий от переднего и заднего. Принципиальные различия коснулись принципа функционирования, езды по скользкой поверхности, проходимости.

Функциональные отличия. В автомобиле с передним приводом тяга мотора передается только на передние колеса. В машине с задним приводом тяга мотора передается задним колесам. В полноприводном автомобиле тяга двигателя передается на обе пары колес.

Отличия при эксплуатации на скользкой поверхности. Переднеприводный автомобиль сложно пустить в занос на скользкой поверхности, но еще сложнее вывести из него. Для заднеприводного автотранспортного средства заносы при езде по скользкой поверхности являются нормой – чтобы вывести машину из такого состояния достаточно будет отпустить педаль газа. Полноприводный автомобиль на скользком покрытии самый непредсказуемый – он может повести себя как машина с задним или передним приводом.

Отличия при эксплуатации на заснеженной поверхности. При поезде заснеженным или покрытым грязью дорожным покрытием, наихудшей проходимостью будет обладать авто с задним приводом – у передних колес возникнет повышенное буксование, что затрудняет движение автомобиля. У переднеприводной машины ведущая пара колес прижата к поверхности дорожного покрытия весом двигателя – этот фактор снижает пробуксовки. А также передние ведущие колеса позволяют водителю задать направление тяги. Лидером преодоления заснеженных трасс является машина с полным приводом. Такой автомобиль преодолевает путь практически без пробуксовок.

к содержанию ↑

Плюсы и минусы полного привода

Каждый тип привода имеет ряд положительных моментов. При этом существуют и отрицательные стороны.

• Постоянный полный привод (Full-time);
  • Достоинства;
    • возможность езды с этим приводом по различному типу дорожного покрытия (асфальт, полевая дорога);
    • надежность конструкции.
  • Недостатки;
    • большой вес привода;
    • повышенный расход горючего;
    • сложный процесс настройки управляемости авто;
• Подключаемый полный привод (Part-time);
  • Достоинства;
    • высокая проходимость авто;
    • надежная механика.
  • Недостатки;
    • запрет езды с полным приводом по асфальтному покрытию;
• Автоматический полный привод (On demand);
  • Преимущества;
    • небольшой вес;
    • простота конструкции.
  • Недостатки;
    • нестабильность характеристик;
    • стойкость к перегрузкам;
    • низкий уровень надежности.

к содержанию ↑

Устройство полного привода

Устройство полного привода

Типовая полноприводная трансмиссия авто состоит из следующих элементов, выполняющих свои функции:

1. Коробка переключения передач (механическая или автоматическая);
2. Муфта многодисковая или раздаточная коробка;
3. Дифференциал межосевой;
4. Карданный вал;
5. Дифференциалы(задние или передние);
6. Элементы управления.

Самыми известными полноприводными системами являются:

1. 4Matic фирмы Mercedes;
2. All wheel control от фирмы Mitsubishi;
3. 4motion от Volkswagen
4. Quattro от Audi;
5. ATTESA от компании Nissan;
6. xDrive от BMW;
7. VTM-4 от Honda.

к содержанию ↑

Принцип работы

Принцип работы полного привода — сочетание и совокупность технических решений, что обеспечивает временную или постоянную возможность иметь ведущими все колёсами одномоментно, т.е. сразу.

Схема 4х4 определяет каким образом ведущие оси (передняя и задняя) будут включены в раздачу мощности от двигателя. Наглядно работу современного полного привода можно увидеть на видео, ниже.

к содержанию ↑

Основные типы полного привода

Основные – это постоянный полный привод (Full-time или 4WD) и подключаемый электроникой по требованию (Torque on-demand или AWD). Еще есть и подключаемый вручную (Part-time) – сейчас почти не применяется. Рассмотрим коротко каждый из этих типов.

Полный привод part-time самым первым был установлен на автомобили. Жестко подключаемый передний мост дает возможность колесам передней и задней осей вращаться с одной и той же скоростью, межосевой дифференциал устанавливать не требовалось. Эта система передает крутящий момент от двигателя к обеим осям в равной степени, вследствие чего обе оси вращаются с одной и той же скоростью.

Автомобиль с part-time замечательно зарекомендовал себя в езде по топкой грязи, снежной каше, щебню и прочему бездорожью, а вот на асфальте все не так однозначно. Если машина начнет совершать поворот на твердом покрытии, то при развороте руля колеса на одной из осей будут проскальзывать. А это будет вредить трансмиссии, ускорит износ покрышек и снизит управляемость автомобилем.

Автомобили с part-time прежде всего предназначаются для регулярных поездок по полям и оврагам или по очень плохим дорогам – это внедорожники. Их конструкция отличается простотой и относительной надежностью, но они не подходят для обычной каждодневной езды по городу. Постоянно подключать и выключать привод крайне неудобно. Если передняя ось будет все время во включенном состоянии, то это приведет к поломке автомобиля.

Этот привод встречается у Nissan Patrol, Toyota Land Cruiser 70, пикапа Mazda BT-50, Suzuki Jimny, Ford Ranger, Jeep Wrangler и российского УАЗа.

Полный привод Full-time или 4WD – постоянно подключенная система избавляет автомобиль от вышеописанных проблем. Здесь ведущие все четыре колеса, кроме того, установлен межосевой дифференциал, сбрасывающий излишнюю мощность. Если одно из колес начнет буксовать, дифференциал отключит второе колесо данной оси.

Но полноприводный автомобиль с 4WD на асфальтовом покрытии может показать себя не с лучшей стороны, проскальзывая при поворотах. Чтобы эффективно управлять на асфальте автомобилем с 4WD, требуются хорошие навыки вождения, так как внедорожник трудно управляем и стремится вылететь наружу поворота.

Полноприводная система 4WD предназначается для серьезного бездорожья. Оснащенные 4WD приводом автомобили имеют небольшой диапазон передач, раздаточная коробка может быть автоматическая или ручная. Внешне внедорожники с 4WD имеют более высокий дорожный просвет, благодаря чему они очень успешно преодолевают препятствия, поднимаются в горку и съезжают с нее.

Этой системой обладают такие внедорожники, как Land Cruiser 100 Prado и Land Cruiser 100, Land Rover Defender и Land Rover Discovery. Наиболее известной моделью с полным приводом 4WD является отечественная Лада Нива.

4WD привод устанавливался на внедорожники ранних выпусков и сейчас еще применяется на пикапах. Но постепенно они уходят, и их можно встретить реже и реже – они, можно сказать, вымирают. Даже на военных автомобилях начинают применять более современную и удобную систему AWD.

Полный привод AWD – на все колеса (All-wheel drive) передает мощность от передней к задней оси, а кроме того, мощность распределяется между колесами. Систему удобнее использовать в повседневном режиме, чем 4WD.

Подключаемый автоматически полный привод AWD позволяет подключить при необходимости пару колес дополнительно, и водитель в управлении участия не принимает – все делается автомобильной автоматикой. Для исполнения этой функции в устройстве автомобиля предусмотрена специальная многодисковая муфта, которая, когда необходимо, подключает задние колеса дополнительно к колесам передней оси, вращающиеся постоянно.

AWD конструктивно устроена проще других. В ней не предусмотрена раздаточная коробка, рядом с передним дифференциалом расположены только шестерни, отбирающие лишнюю мощность. Есть конструкции, где дифференциалы имеют самоблокирующиеся механизмы, чтобы при пробуксовке оси сохранить управляемость автомобиля.

Эту систему разработали для всепогодных условий, чтобы автомобиль можно было наиболее эффективным образом использовать на легком и среднем бездорожье. Все системы AWD функционируют самостоятельно, без участия водителя. Принцип их работы построен на использовании сложных алгоритмов и компьютерных кодов, которые контролируют все системы рулевого управления и тормоза. Автоматическая полноприводная система на Kia Sportage, например, способна сканировать путь, отмечая выбоины и места со льдом и водой.

Автомобили с AWD (torque on-demand): Cadillac Escalade, Ford Explorer, Land Rover Freelander, Kia Sportage, Mitsubishi Outlander XL, Nissan Murano, Nissan X-Trail.

к содержанию ↑

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», ToyotaHilux, FotonSauvana и даже SuzukiJimny. Как правило, большинство автомобилей с подобной системой имеют в «раздатке» дополнительно понижающий редуктор, а также заднюю межколесную блокировку — штатно или в качестве опции

к содержанию ↑

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: NissanX-Trail, KiaSportage, MitsubishiOutlander. Однако встречаются и различные интересные исключения. Например, RenaultDuster получил в пару к обычной муфте имитацию понижающей передачи, а NissanJuke вообще имеет систему из двух независимых муфт на каждом из задних колес

к содержанию ↑

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: MitsubishiPajero, ToyotaLC, VWTouareg, LandRoverDiscovery

к содержанию ↑

Многорежимный полный привод (Selectable 4WD)

Даная модификация вобрала в себе достоинства всех предыдущих разновидностей. В ней устранены недочеты как автоматического, так и ручного механизма блокировки дифференциала, а также она позволяет водителю подготовить машину к поездке по конкретному покрытию. Для этого на селекторе коробки достаточно выбрать соответствующий режим, и электроника сделает все самостоятельно.

Единственное, что может остановить автомобилиста перед покупкой машины с таким типом полного привода, это ее высокая стоимость. Причем в данном случае нужно играть на опережение: помимо стоимости самой системы, нужно учесть, что ее нужно также обслуживать.

к содержанию ↑

Какой полный привод лучше

Ручная модификация ПП крайне редко используется в серийном транспорте. Она больше предназначена для спецтехники. Чаще всего встречается вариант с автоматическим подключением второстепенной оси. В ней может использоваться вискомуфта или электроника, которая фиксирует показания вращения колес.

Если планируется использовать машину для offroad-поездок, тогда лучше не поскупиться, и приобрести самую продвинутую модель – Selectable 4WD. Она позволит использовать автомобиль на трассе, как обычную легковушку, а при выезде за пределы качественного покрытия – как вездеход.

Не стоит приобретать автомобиль с такой системой по принципу «на всякий пожарный» – это нерациональное использование средств. В таком случае практичней было бы купить авто с вискомуфтой.

к содержанию ↑

Альтернативные разработки

Mercedes-Benz разрабатывает очень сложную электронную систему с микропроцессорным управлением под названием 4-Matic . Она будет подключать задние колеса только при необходимости. Для этого система использует датчики колес, аналогичные тем, которые применяются для антиблокировочного торможения. Они должны определять, когда на одно колесо ложится большая нагрузка, чтобы передавать информацию для блокировки дифференциала. А если потеря тяги все еще сохраняется, 4-Matic может уменьшить ее, сокращая передачу крутящего момента на проскальзывающие колеса.

Подобная система устанавливается на VW Golf. Она называется Synchro. В обычных условиях автомобиль использует передний привод. Но если одно из колес начинает буксовать или значительно возрастает нагрузка, то муфта на конце карданного вала блокируется для передачи привода на задние колеса.

Автоматическая альтернатива блокирующему дифференциалу – вязкая муфта. Она состоит из барабана, где в жидкости располагаются диски. Одна их часть соединена с передним, а вторая – с задним валом. Тут вязкая субстанция уравновешивает скорость вращения колес.

к содержанию ↑

Рекомендации по вождению авто с полным приводом

Чтобы вождение полноприводного авто протекало успешно, следует придерживаться ряда рекомендаций. Для каждого типа полного привода рекомендации имеют несколько различий.

Как ездить на машине с многорежимным приводом. При многорежимном приводе существует много способов подключения ведущих колес. Выбор этих вариантов зависит от климатических условий и качества дорожного покрытия.

В условиях легкого бездорожья следует использовать автоматический режим. На скользкой дороге нужно переключиться на постоянный режим полного привода. При езде на сухом асфальте рекомендуется использовать один ведущий мост – это позволит свести к минимуму расход топлива. В условиях полного бездорожья следует использовать пониженную передачу, при этом заблокировав дифференциал.

Как ездить на автомобиле с постоянным приводом. Во время поездки с постоянным приводом важно использовать блокировку межосевого дифференциала. Если нужно преодолеть участок дороги с затяжным скользким подъемом или толстым слоем из снега, песка, грязи – рекомендуется блокировку включить дифференциала заранее.

Как ездить транспортным средством с автоматически подключаемым приводом. Поездка на автомобиле с этим типом привода не будет сложной. Полный привод будет включаться автоматически при преодолении сложного участка дороги (бездорожье, подъем по скользкой дороге).

Как ездить на авто с подключаемым приводом. Полный привод рекомендуется включать только во время поездки по бездорожью или скользкому асфальту. Если дорожное покрытие твердое и сухое – следует включить привод на одну ось.