Немецкий автомобильный бизнес всегда вызывал уважение у тех, кто ценит звук мотора и ощущение дороги. Но какой из немецких автопроизводителей достиг наибольших успехов в разработке систем полного привода, работающих в постоянном режиме?
Полный привод
Сторонники систем полного привода Audi quattro, BMW xDrive и 4MATIC от Mercedes-Benz часто спорят об их преимуществах. Однако не все до конца понимают, как работает постоянный полный привод. Поэтому стоит начать с основ. Полный привод предполагает передачу крутящего момента от двигателя на обе оси автомобиля.
По сути, это означает привод на все колеса. В наши дни полный привод – обычное дело, которое уже не вызывает удивления. Однако в 1980-х он для многих ассоциировался в основном с автомобилями повышенной проходимости. Зачастую – весьма специализированными.
Немецкие инженеры Audi оказали значительное влияние на развитие автомобильной индустрии, представив систему quattro, которая стала применяться в дорожных моделях. Однако, называть создателей «четырех колец» первопроходцами было бы не совсем корректно. Скорее, именно дебют раллийного и дорожного Audi quattro в 1980-е годы стал определяющим фактором в распространении этой концепции.
Что же представляет собой полный привод? Прежде всего, он обеспечивает улучшенную проходимость. На обычных дорогах это не всегда необходимо, за исключением, пожалуй, таких участков, как автодорога «Лена» образца 2006 года. Однако существуют и другие существенные преимущества, которые нельзя игнорировать. Полный привод позволяет наиболее эффективно использовать мощность двигателя в любых условиях. Он также заметно улучшает управляемость, особенно при движении по обледенелой дороге. Достаточно отметить, что знаменитый Bugatti Veyron 16.4, долгое время считавшийся самым быстрым серийным автомобилем в мире, оснащен полным приводом. Аналогичное решение было применено и на его преемнике — Bugatti Chiron.
Существуют четыре основных типа систем полного привода: подключаемый (part-time), постоянный (full-time), постоянный по требованию (on-demand full-time) и многорежимный (selectable). У каждой из этих схем есть свои достоинства и недостатки. Подробно рассматривать все четыре типа сейчас, вероятно, не имеет большого смысла. Сосредоточимся конкретно на постоянном полном приводе (full-time), поскольку именно ему и посвящен наш материал.
Система постоянного полного привода обеспечивает непрерывную передачу мощности от двигателя к обоим ведущим колесам с помощью дифференциала. Некоторые модели оснащены принудительной блокировкой дифференциала, что позволяет им демонстрировать характеристики, схожие с автомобилями с подключаемым полным приводом, поскольку в обычных условиях эксплуатации крутящий момент распределяется только на одну из осей.
Инженеров, разрабатывавших первые автомобили с постоянным полным приводом, ждала сложная задача. При прохождении поворотов колеса транспортного средства преодолевают различные траектории. При жесткой связи осей одни колеса двигались, в то время как другие буксовали. Помимо дискомфорта при управлении, это со временем приводило бы к разрушению трансмиссии. Поэтому автомобили с постоянным полным приводом оснастили раздаточной коробкой с межосевым дифференциалом — устройством, предназначенным для распределения мощности между осями и обеспечивающим возможность их вращения с разной скоростью. Снижение скорости одного колеса автоматически вызывает увеличение оборотов другого. Для эксплуатации на бездорожье дифференциал оборудован системой блокировки — при ее включении все колеса вращаются с одинаковой скоростью, а крутящий момент зависит только от сцепления колес с поверхностью.
Вышеописанные особенности делают системы, аналогичные xDrive, весьма адаптивным решением, но, к сожалению, они также обладают определенными недостатками. Дополнительные компоненты, в частности, упомянутый дифференциал, приводят к увеличению габаритов системы и делают ее довольно сложной. Существуют и другие ограничения. Постоянная передача крутящего момента на все четыре колеса, безусловно, обеспечивает отличное сцепление с дорогой, но при этом увеличивается и потребление топлива.
Кто первый, тот и прав?
Как отмечалось ранее, с определенными оговорками, первыми в этой области стали инженеры Audi. При этом quattro – это не просто техническое новшество, внедренное в конкретной модели. Это целое поколение систем, которые применялись на широком спектре дорожных автомобилей. Немецкий производитель не склонен к официальному разделению своих quattro. Исключением стала модель 2010 года Audi RS5, где была применена «quattro нового поколения».
Система полного привода Audi quattro заслужила широкую известность. На ее основе был разработан раллийный автомобиль группы «B» — Audi Quattro (написание с заглавной буквы необходимо для отличия от обозначения системы полного привода), который демонстрировал превосходство над конкурентами. После появления на рынке автомобиль одержал победу в двух последовательных соревнованиях. Кроме того, он стал первым раллийным автомобилем, который использовал возможности, предоставляемые изменениями в регламенте, разрешившими участие полноприводных машин в гонках.
Эксперты различают шесть вариантов системы полного привода quattro и систему quattro ultra, которая впервые появилась на автомобилях в 2016 году. У каждой из них есть свои особенности, однако мы не будем подробно рассматривать все преимущества и недостатки, а сосредоточимся на общей оценке выбранного подхода.
В Audi применяется система постоянного полного привода с использованием дифференциала Torsen (TORque SENsing — определяющий крутящий момент). Это механический, самоблокирующийся дифференциал, конструкция которого основана на сложном наборе червячных шестерен, включающем ведомые червячные колеса и ведущие червячные шестерни.
Ключевая особенность червячной передачи заключается в том, что червячные шестерни способны передавать вращение другим шестерням, однако сами не могут быть приведены в движение. Это позволяет добиться определенной степени блокировки дифференциала. В зависимости от передаточного числа и конструкции дифференциала, распределение крутящего момента может существенно различаться.
Кроссовер Audi Q7, выпускаемый с 2005 года, был разработан на общей платформе с Volkswagen Touareg и Porsche Cayenne и получил привод, не имевший аналогов в предыдущих моделях Audi. Для этой модели компания BorgWarner создала систему полного привода, в которой использовала дифференциал Torsen Type 3 (T3).
Для большинства автомобилей Audi распределение крутящего момента выстроено в соотношении 50:50, что обеспечивает характеристики управляемости, схожие с автомобилями с передним приводом. В системе quattro шестого поколения центральный дифференциал Torsen Type C был заменен на разработанный компанией Audi дифференциал с плоскими зубчатыми колесами. Это позволяет при необходимости распределять до 70% крутящего момента на переднюю ось и до 85% – на заднюю. В сочетании с передовыми электронными системами это обеспечивает отличную управляемость практически в любых условиях, будь то прохождение скоростных поворотов, ускорение, торможение или их комбинация.
Баварский «драйв»
В ответ на разработку системы quattro компания BMW представила собственную технологию xDrive. Это система постоянного полного привода, которая позволяет плавно и непрерывно изменять распределение крутящего момента между передними и задними колесами в зависимости от дорожных условий. Такая конструкция была реализована в кроссоверах X3 и X5, а также в легковых автомобилях 3-й, 5-й и 7-й серий.
xDrive — совсем не новое явление. Не в «баварских» традициях позволять конкурентам из Audi иметь козыри в рукаве. Первое поколение этой системы начали использовать еще с 1985 года. Она имела распределение крутящего момента между осями при нормальном движении в соотношении 37:63 (37% — на переднюю ось, 63% — на заднюю ось), а также блокировку межосевого дифференциала и заднего межколесного дифференциала с помощью вязкостной муфты (вискомуфты).
xDrive использует характерную для BMW заднеприводную схему трансмиссии. За распределение крутящего момента между осями отвечает раздаточная коробка, представляющая собой зубчатую передачу привода передней оси, управляемую фрикционной муфтой. При этом трансмиссия кроссоверов имеет не зубчатую, а цепную передачу.
При поворотах, когда недостаточно поворачиваемости, фрикционная муфта отключается, и на заднюю ось передается до 100% крутящего момента. На скользкой дороге пробуксовка отдельных колес избегается благодаря блокировке фрикционной муфты и, если требуется, электронной системе блокировки межколесных дифференциалов DSC. При маневрировании на парковке фрикционная муфта полностью деактивируется, и автомобиль переходит в режим заднего привода, что способствует уменьшению нагрузок на трансмиссию и систему рулевого управления.
xDrive интегрирована в систему динамического контроля курсовой устойчивости DSC (Dynamic Stability Control). DSC и xDrive взаимодействуют посредством системы интегрального управления ходовой частью ICM (Integrated Chassis Management). Последняя также отвечает за связь с системой активного рулевого управления AFS (Active Front Steering).
В 2003 году была выпущена система четвертого поколения. При обычном движении распределение крутящего момента между осями составляло 40:60. Многодисковая фрикционная муфта с электронным управлением отвечает за работу межосевого дифференциала. Возможна регулировка распределения крутящего момента между осями в диапазоне от 0 до 100%, а также реализована электронная блокировка межколесных дифференциалов.
Полный привод для трех лучей
Подобно системам quattro и xDrive, 4MATIC может похвастаться обширной и насыщенной историей. Впервые 4MATIC была представлена в 1985 году. Система включала в себя блокируемый межосевой дифференциал Ferguson с распределением крутящего момента 35:65 и блокируемым задним межколесным дифференциалом, обеспечивающим соотношение 50:50. Для блокировки дифференциалов использовались гидроподжимные муфты, активируемые быстродействующей электрогидравлической системой.
Daimler-Motoren-Gesellschaft, которую можно считать предшественником концерна Daimler AG, представила грузовой автомобиль Dernburg-Wagen еще в 1907 году. Эксперты признают его первым в мире грузовиком, оснащенным системой полного привода. В 1926 году компания прекратила свое существование в результате объединения с Benz & Cie.
система полного привода 4MATIC работает совместно с электронной системой управления динамикой, в которую входят система стабилизации ESP и электронная система контроля тяги 4ETS (четырехколесная электронная система контроля тяги). 4ETS функционирует в связке с антиблокировочной системой (ABS), системой предотвращения проскальзывания (ASR) и системой регулировки скорости при движении по склонам (DSR). Это обеспечивает оптимальное распределение крутящего момента на все четыре колеса и способствует сохранению отличного сцепления с дорогой.
Ключевым компонентом системы 4MATIC является распределительный механизм, который обеспечивает непрерывное распределение крутящего момента между осями автомобиля. В его состав входят двойной планетарный редуктор, цилиндрические шестерни и приводные валы.
Пятое поколение системы полного привода 4MATIC представляет собой принципиально новую разработку, основанную на переднеприводной архитектуре с поперечным расположением двигателя спереди. Новая система активации работает по принципу включения только при необходимости и отключения, когда это возможно. Если автомобиль может двигаться, используя только передний привод, активация не требуется. Однако, при необходимости, крутящий момент может быть перераспределён на заднюю ось за доли секунды.
По мнению экспертов, система 4MATIC особенно полезна при недостаточной или избыточной поворачиваемости, поскольку использует распределение крутящего момента для стабилизации автомобиля.
Кто же лучше?
Определить, какая компания наиболее успешно внедрила систему постоянного полного привода, непросто. Audi, BMW и Mercedes-Benz непрерывно совершенствуют свои разработки, опираясь на многолетний опыт использования. При этом, несмотря на общую схожесть, все реализованные концепции обладают значительными отличиями. Специалисты Audi использовали постоянный полный привод с дифференциалом Torsen. Mercedes-Benz разработал аналогичную систему, дополнив ее фрикционной блокировкой дифференциала. А BMW на определенном этапе стал применять привод, в котором передние колеса включаются по необходимости посредством электромеханической муфты.
При использовании схемы распределения крутящего момента 50:50, многие автомобили Audi демонстрируют управляемость, схожую с переднеприводными. Например, в Audi A4 смещение центра тяжести назад приводит к тому, что задние колеса по умолчанию получают большую часть крутящего момента – около 60%. Аналогичная ситуация наблюдается и у ряда спортивных моделей, таких как Audi RS4. Некоторые даже называют упомянутую Audi A4 «недоприводной». Запуск с места на ней может оказаться затруднительным, поскольку передняя ось недостаточно пригружена.
Система полного привода, используемая BMW и работающая в автоматическом режиме, заслужила высокую оценку. Однако некоторые водители отмечают недостаточную предсказуемость: в ситуациях, связанных с максимальным скольжением, не стоит рассчитывать на вмешательство электроники, которое может нарушить равновесие автомобиля. По мнению ряда специалистов, при эксплуатации на предельных режимов передние колеса автомобилей «Баварской компании» могли бы проявлять большую «активность». В целом же, xDrive демонстрирует способность предвидеть дорожные условия и заранее корректировать распределение крутящего момента. Все остальное – вопрос индивидуальных предпочтений автомобилистов.
Инженеры Mercedes-Benz, пожалуй, наиболее комплексно подошли к решению данного вопроса. На задние колеса передается от 55 до 60% крутящего момента, поэтому, несмотря на некоторую «заднеприводную» динамику, приоритет отдается безопасности вождения, что тоже является важным преимуществом. В отличие от автомобилей Audi, центральный дифференциал, хотя и оснащен фрикционными дисками, распределяет крутящий момент только при старте.
Как отмечалось ранее, у каждой системы есть свои достоинства и недостатки. От этого, скорее всего, невозможно отказаться. Единого решения пока не предвидится, хотя будущее может преподнести неожиданности. Также нельзя исключать, что создателями прорывной технологии в области постоянного полного привода окажутся не немцы, а представители других стран, например, инженеры из Японии или США. Однако на данный момент трудно найти страну, которая бы чувствовала себя более компетентной в автомобилестроении, чем Германия.