Концепции развития и конструкции полного привода современных автомобилей

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

ВИДЫ СИСТЕМ ПОЛНОГО ПРИВОДА АВТОМОБИЛЕЙ 3

СИСТЕМА ПОСТОЯННОГО ПОЛНОГО ПРИВОДА 3

СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА QUATTRO 6

СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА XDRIVE 9

СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА 4MATIC 12

СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА, ПОДКЛЮЧАЕМОГО АВТОМАТИЧЕСКИ 16

СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА  4MOTION 17

СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА, ПОДКЛЮЧАЕМОГО ВРУЧНУЮ 21

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 22

 

ВВЕДЕНИЕ

Полный привод прочно утвердился в сознании большинства водителей  как синоним высокой проходимости автомобиля.

Современные автомобили обладают большим запасом мощности, и на старте при резком нажатии на педаль газа сил сцепления одной пары колес с дорожным покрытием, как  правило, не хватает. Ведущие колеса буксуют, проскальзывают, избыток тяги уходит вместе с дымом сгоревшей  «резины». А распределение тягового усилия не на два, а на четыре колеса и возможность использовать весь вес машины в качестве сцепного уменьшают  вероятность пробуксовки вдвое  и гарантируют впечатляющее стартовое  ускорение. К тому же полный привод обеспечивает лучшую управляемость  и курсовую устойчивость автомобиля в движении, особенно на скользких  дорогах, позволяет водителю увереннее  и быстрее проходить повороты. Однако трансмиссия 4х4 требует введения в конструкцию новых узлов, что  делает автомобиль более тяжелым, шумным и вибронагруженным. Усложнение конструкции умножает производственные издержки, что отражается на стоимости полноприводного автомобиля. В свою очередь, потребуют больших затрат обслуживание и ремонт такой машины в эксплуатации. А еще при прочих равных условиях автомобили 4х4 потребляют больше горючего, чем их аналоги с приводом на одну ось,- сказываются увеличение общего веса машины и механические потери в дополнительных агрегатах трансмиссии. Проблемы достаточно серьезные, и вплоть до начала 1980–х использование схемы с четырьмя ведущими колесами не на внедорожниках, где иначе никак нельзя, а на обычных легковых машинах считалось событием из ряда технических курьезов.

ВИДЫ  СИСТЕМ ПОЛНОГО ПРИВОДА АВТОМОБИЛЕЙ

Трансмиссии полноприводных автомобилей имеют различные конструкции. В совокупности они образуют системы полного привода. Различают следующие виды систем полного привода:

• постоянный полный привод;
• полный привод подключаемый автоматически;
• полный привод подключаемый вручную.

Разные виды систем полного  привода имеют, как правило, разное предназначение. Вместе с тем можно  выделить следующие общие преимущества данных систем, определяющие область  их применение:

• эффективное использование мощности двигателя;
• лучшая управляемость и курсовая устойчивость на скользком покрытии;
• повышенная проходимость автомобиля.

СИСТЕМА ПОСТОЯННОГО  ПОЛНОГО ПРИВОДА

Система постоянного полного  привода (другое наименование – система полного привода Full Time, в переводе «полное время») обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все колеса автомобиля.

Система имеет следующее  устройство (рис.1):

1. межколесный дифференциал передней оси
2. коробка передач
3. межосевой дифференциал
4. карданная передача задней оси
5. главная передача задней оси
6. межколесный дифференциал задней оси
7. раздаточная коробка
8. карданная передача передней оси
9. главная передача передней оси
10. вискомуфта

 

Рис.1 Схема системы постоянного полного привода

Постоянный полный привод применяется как на автомобилях  с заднеприводной компоновкой (продольное расположение двигателя и коробки передач), так и на автомобилях с переднеприводной компоновкой (поперечное расположение двигателя и коробки передач). Такие системы различаются в основном по конструкции раздаточной коробки и карданных передач. Известными системами постоянного полного привода являются система Quattro от Audi, xDrive от BMW, 4Matic от Mercedes.

Сцепление обеспечивает кратковременное отсоединение двигателя от трансмиссии при переключении передач, а также предохранение элементов трансмиссии от перегрузок.

Коробка передач служит для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля. В автоматической коробке передач функцию сцепления выполняет гидротрансформатор.

Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента по осям автомобиля и его увеличения при необходимости. Современная раздаточная коробка включает цепную передачу (зубчатую передачу), обеспечивающую передачу крутящего момента на переднюю ось, понижающую передачу в виде планетарного редуктора (в отдельных конструкциях) и межосевой дифференциал.

Наличие межосевого дифференциала  является отличительной особенностью раздаточной коробки системы  постоянного полного привода. Для  полной реализации полноприводных возможностей в конструкции системы предусматривается блокировка межосевого дифференциала.

Блокировка дифференциала  может осуществляться автоматически  или вручную. Современными конструкциями  автоматической блокировки межосевого дифференциала является вискомуфта,самоблокирующийся дифференциал Torsen, многодисковая фрикционная муфта.

Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем  с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического  привода.

На некоторых конструкциях раздаточной коробки предусмотрены  функции как автоматической, так  и ручной блокировки межосевого дифференциала.

Карданные передачи обеспечивают передачу крутящего момента от вторичных валов раздаточной коробки на валы главных передач.

Главная передача служит для увеличения крутящего момента и его передачи на полуоси колес.

Межколесный дифференциал обеспечивает распределение крутящего момента между ведущими колесами и позволяет полуосям вращаться с различными угловыми скоростями. В системах полного привода межколесный дифференциал применяется на передней и задней оси.

Для реализации полноприводных возможностей один или оба дифференциала имеют возможность блокировки. Блокировка межколесного дифференциала может осуществляться вручную или автоматически (вискомуфта, дифференциал Torsen). На современных автомобилях применяется электронная блокировка дифференциала.

Принцип работы системы постоянного  полного привода заключается в следующем. Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач и далее на раздаточную коробку. В раздаточной коробке момент распределяется по осям. При необходимости водителем может быть включена понижающая передача. Далее крутящий момент через карданные валы передается на главную передачу и межосевой дифференциал каждой из осей. От дифференциала крутящий момент через полуоси передается на ведущие колеса. При проскальзывании колес одной из осей автоматически или принудительно производится блокировка межосевого и межколесного дифференциалов.

СИСТЕМА ПОЛНОГО  ПРИВОДА QUATTRO

 Система полного привода quattro является системой постоянного полного привода, в которой крутящий момент постоянно передается на все колеса автомобиля. С 1980 года название quattro используется автопроизводителем Audi для обозначения системы полного привода своих автомобилей и является зарегистрированным товарным знаком. Отличительной особенностью системы quattro является продольное расположение двигателя и элементов трансмиссии, которое характерно для большинства автомобилей Audi.

Несмотря на различия в  конструкции систем полного привода  конкретных автомобилей, можно выделить следующее общее устройство системы  quattro (рис.2):

1. коробка передач;
2. раздаточная коробка;
3. карданная передача привода задней оси;
4. главная передача и задний межколесный дифференциал;
5. вал привода передней оси;
6. главная передача и передний межколесный дифференциал.

 

 

Рис.2 Схема системы полного привода quattro

 

В трансмиссии quattro может устанавливаться как механическая коробка передач, так и коробка-автомат.

Раздаточная коробка непосредственно  присоединена к коробке передач. Конструктивно она включает межосевой  дифференциал, распределяющий крутящий момент на переднюю и заднюю оси. Корпус дифференциала имеет механическое соединение с коробкой передач. Распределение  крутящего момента на оси в  зависимости от конструкции раздаточной  коробки может осуществляться непосредственно  через приводные валы или отдельную  зубчатую передачу.

В качестве межосевого дифференциала  в системе полного привода  quattro использовались и используются:

с 1981 года – свободный  межосевой дифференциал с механической блокировкой;

с 1988 года – самоблокирующийся  симметричный дифференциал Torsen с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 80%. Расположение сателлитов перпендикулярно приводным валам (Torsen Т-1);

с 2007 года – самоблокирующийся  несимметричный дифференциал Torsen с распределением крутящего момента по осям в стандартном положении 40:60 и с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 70% - на переднюю ось и до 80% - на заднюю ось. Расположение сателлитов параллельно приводным валам (Torsen Т-3).

с 2010 года - самоблокирующийся  несимметричный дифференциал с коронными  шестернями с распределением крутящего  момента по осям в стандартном  положении 40:60 и с возможностью перераспределения  крутящего момента на ось с  лучшим сцеплением до 70% - на переднюю ось  и до 85% - на заднюю ось (Audi RS5).

Рис.3 Схема дифференциала  Torsen

 

 

Схема дифференциала Torsen:

1. корпус дифференциала
2. солнечная шестерня привода передней оси
3. червячные шестерни
4. солнечная шестерня привода задней оси
5. фланец вала привода задней оси
6. ось червячной шестерни
7. сателлиты
8. полый вал
9. приводная шестерня

 

Раздаточная коробка автомобиля Audi Allroad дополнительно оснащается пониженной передачей.

Передача крутящего момента  на заднюю ось осуществляется с помощью  карданной передачи, состоящей из двух валов, трех шарниров равных угловых  скоростей и одной промежуточной  опоры.

Главная передача и задний межколесный дифференциал выполнены в отдельном картере. В разное время в системе quattro использовались следующие конструкции задних дифференциалов:

 

с 1981 года – свободный  дифференциал с механической блокировкой (ручной или электропневматической);

с 1988 года - самоблокирующийся  симметричный дифференциал Torsen (Audi V8);

с 1995 года – свободный  дифференциал с электронной блокировкой.

Вал привода передней оси  обеспечивает передачу крутящего момента  от раздаточной коробки к главной  передаче и межколесному дифференциалу передней оси. Он помещен в отдельный кожух. На последних моделях автомобилей Audi, оснащенных системой quattro, коробка передач, раздаточная коробка, вал привода, главная передача и дифференциал передней оси объединены в одном корпусе.

В качестве переднего межколесного дифференциала используется сободный дифференциал, к которому с 1995 года добавлена функция электронной блокировки дифференциала.

На автомобилях Audi с поперечным расположением двигателя (Audi A3/S3, Audi TT, Audi Q3) используется система полного привода подключаемого автоматически, аналогичная системе 4Motion с фрикционной муфтой Haldex.

Перспективная версия системы  полного привода от Audi основана на использовании гибридной силовой установки и носит название E-tron quattro. Данную систему планируется устанавливать на серийные автомобили с 2014 года.

 

 

 

Рис.4 Схема системы полного привода E-tron quattro

 

Схема системы полного  привода E-tron quattro:

1. двигатель внутреннего сгорания
2. коробка передач
3. кабель высокого напряжения
4. электродвигатель
5. высоковольтная аккумуляторная батарея
6. задний мост с электрическим приводом

 

Конструктивно система E-tron quattro включает в дополнение к двигателю внутреннего сгорания и коробке передач два электродвигателя - мощностью 33 кВт на передней оси и 60 кВТ - на задней. При этом задняя ось имеет только электрический привод. Питание электродвигателей осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи, установленной в центральном тоннеле автомобиля.

СИСТЕМА ПОЛНОГО  ПРИВОДА XDRIVE

Система полного привода  xDrive является разработкой концерна BMW и относится к системам постоянного полного привода. Система обеспечивает бесступенчатое, непрерывное и переменное распределение крутящего момента между передней и задней осью в зависимости от условий движения. В настоящее время система xDrive устанавливается на спортивных внедорожниках (SAV, Sports Activity Vehicle) Х1, Х3, Х5, Х6 и легковых автомобилях 3-й, 5-й и 7-й серий.

 

 

 

История развития системы  xDrive включает четыре поколения:

Поколение	Характеристика
1 поколение, с 1985 года	распределение крутящего  момента между осями при нормальном движении в соотношении 37:63 (37% - на переднюю ось, 63% - на заднюю ось), блокировка межосевого дифференциала, заднего межколесного дифференциала с помощью вязкостной муфты (вискомуфты)
2 поколение, с 1991 года	распределение крутящего  момента между осями при нормальном движении в соотношении 36:64, блокировка межосевого дифференциала с помощью  многодисковой муфты с электромагнитным управлением, блокировка заднего межколесного дифференциала с помощью многодисковой муфты с электрогидравлическим управлением, возможность перераспределения крутящего момента между осями (колесами) в пределах от 0 до 100%
3 поколение, с 1999 года	распределение крутящего  момента между осями при нормальном движении в соотношении 38:62, межосевой  и межколесные дифференциалы свободного типа, электронная блокировка межколесных дифференциалов, взаимодействие с системой динамического контроля курсовой устойчивости
4 поколение, с 2003 года	распределение крутящего  момента между осями при нормальном движении в соотношении 40:60, функцию  межосевого дифференциала выполняет  многодисковая фрикционная муфта  с электронным управлением, возможность  перераспределения крутящего момента  между осями в пределах от 0 до 100%, электронная блокировка межколесных дифференциалов, взаимодействие с системой динамического контроля курсовой устойчивости