Михаил Горбачев - Новейший самоучитель безопасного вождения
В корпусе дифференциала, или чашке, находится планетарный механизм. Сателлиты – зубчатые шестеренки – могут вращаться вокруг своей оси и вместе с чашкой дифференциала. Это вращение и есть так называемый бег по кругу, когда одна полуось крутится, а вторая стоит на месте, если машина буксует или вращается с другой скоростью, когда машина идет по дуге. Теперь понятно, почему у машины с одной ведущей осью (передний или задний привод) и двумя ведущими колесами действительно ведущим является только одно из них. Левое или правое, смотря по обстоятельствам.
Устранить этот недостаток позволяет дифференциал повышенного трения. С ним буксовать будут оба ведущих колеса, и машина, скорее всего, двинется с места. Раньше он устанавливался только на гоночные и спортивные машины для улучшения старта, прохождения поворотов и разгона, а с 1980-х годов его можно встретить на многих серийных моделях.
Дифференциал повышенного трения, или по-простому блокировка, может быть разных типов. Принцип работы остается общим: создание сопротивления вращению сателлитов вокруг своей оси, то есть передача части момента на буксующее колесо. Передать на него столько крутящего момента, чтобы управляемость машины в повороте сохранилась, – основная задача для конструкторов серийных машин.
У гоночных инженеров задача иная: максимально заблокировать дифференциал, добившись максимальной динамики разгона, но чтобы у него остался запас надежности. Также учитывается управляемость машины, которая из-за очень жесткой блокировки может сильно ухудшиться. Разумеется, управляемость спортивной машины, ее баланс, должен стремиться к нейтральным значениям. Коэффициент спортивных блокировок иногда достигает 60 %, в то время как на серийных автомобилях колеблется от 20 % до 40 %.
Принцип действия блокировок может быть различным: применение фрикционных дисков или конусов, самоблокирующихся зубчатых шестерен или многодисковых муфт, находящихся в высоковязкой жидкостной среде. Эффективность блокировки дифференциала усиливается с изменением крутящего момента двигателя (дисковая блокировка), разности моментов на осях (кулачковый принцип) или изменения частоты вращения (вискомуфта системы Торсен). Блокировка может включаться с места водителя, такая система применяется на вездеходах и тракторах. А может иметь и электронное управление, то есть автоматическое включение. Такая система с гидравлическим приводом включения блокировки отлично зарекомендовала себя в конце 1980-х – начале 1990-х на легковых автомобилях марки «мерседес».
Вообще, возможность применения электронных систем на трансмиссии автомобиля открыла система АБС, а вернее ее датчики скорости вращения колес. Они считают обороты колес и дают информацию блоку управления. Если имеет место пробуксовка, то есть обороты разных колес не совпадают с заданным значением, – блок управления включает систему.
Блокировка межосевого дифференциала – непременное условие эффективности полноприводного автомобиля. К автомобилям с приводом на все колеса предъявляются повышенные требования, касающиеся силы тяги. Передняя и задняя оси не могут быть жестко связаны друг с другом. Во-первых, из-за возрастания нагрузок, что неминуемо на колесной формуле 4x4, приводящих к поломкам осей. Во-вторых, по причине почти полной потери управляемости машины при такой схеме. Представьте себе водителя легкового автомобиля, вручную включающего блокировку межосевого дифференциала, когда машина застряла. Абсурд, да и только.
Отсутствие эффективной межосевой блокировки дифференциала сдерживало серийный выпуск легковых полноприводных автомобилей. На первых полноприводных моделях «ауди» 1980-х годов стояла система, которая распределяла крутящий момент между осями в соотношении 50:50 с использованием простейшего конического дифференциала. С использованием АБС при такой системе были проблемы, поэтому на первых моделях «ауди» есть кнопка отключения этой системы.
Вязкостная муфта типа Торсен (многодисковый механизм с высоковязкой кремнийорганической жидкостью) нашла применение на полноприводных легковых машинах позже и с успехом используется по сей день, как самый современный механизм приведения в действие привода на все колеса. Главное преимущество межосевого дифференциала с блокировкой в виде муфты Торсен в том, что при нормальных условиях у машины постоянно подключен только один мост. Как только предельное тяговое усилие на нем превышается, блокировка Торсен реагирует на увеличение проскальзывания и начинает передавать крутящий момент ко второму ведущему мосту. Это происходит механическим путем, без вмешательства электроники. Очень важно, что свойства такой блокировки не меняются весь период эксплуатации автомобиля. Механизм свободного хода позволяет эффективно использовать систему АБС.
На современных легковых «полноприводниках» применяется дифференциал повышенного трения с электронным управлением для работы в широком диапазоне эксплуатационных условий. Старт с места на неоднородной скользкой поверхности требует высокого коэффициента блокировки. Далее при увеличении частоты вращения валов или при достижении предельной величины силы тяги блокирующий эффект дифференциалов снижается.
…Ингольштадт, май 1978 года. Проект «Quattro» подошел к заключительной стадии. Олицетворяющий последнюю инстанцию председатель правления концерна «Фольксваген» господин Шмюкер захлопывает дверцу переднеприводного Audi-200. Дело происходит у подножия холма, который ему предстоит штурмовать по сценарию необычного тест-драйва. Первая попытка, как, впрочем, вторая и третья, оказались неудачными: автомобиль отказался ехать в гору, зарываясь ведущими колесами и буксуя. Шмюкер молча пересаживается в «Audi-80» с полным приводом. От этого момента зависит абсолютно все. Медленно, но уверенно автомобиль ползет по скользкому склону вверх. Достигнув вершины, скатывается вниз и повторяет подъем, на этот раз с большей скоростью. Это был автомобиль с постоянным полным приводом и распределением крутящего момента поровну между ведущими осями с межосевым коническим дифференциалом. В этот же день топ-менеджер концерна дал зеленый свет новой идее полного привода для легковых автомобилей – проект «Quattro» берет старт.
…Женева, март 1980 года. На автомобильном салоне Audi празднует премьеру концепции «Quattro». Автожурналисты в восторге: «Очень важный автомобиль, олицетворяющий огромный скачок вперед для Audi и означающий начало новой эры в производстве легковых автомобилей!»
…Монте-Карло, январь 1984 года. На пьедестале почета Audi Quattro, выигравшая в том же году чемпионат мира по ралли среди марок. Первое место в личном зачете занял пилот за рулем Audi Стиг Бломквист. С этого момента всем становится понятно, что полный привод и спорт прекрасно сочетаются друг с другом: бешено вращающиеся четыре колеса разгоняют спортивный автомобиль значительно быстрее, чем два, превращая его практически в недосягаемую ракету. Но мы-то знаем, что без блокировок дифференциалов (а их в этом случае нужно как минимум три) на стандартной полноприводной машине крутящий момент передают фактически два колеса: одно из двух передних и одно из двух задних.
37.3. ЗАДНЕЕ РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Эксперименты с полноуправляемыми автомобилями велись еще в довоенные времена. Поначалу конструкторы преследовали только одну цель – улучшить маневренность автомобиля, заставив задние колеса поворачиваться в сторону противоположную передним. Однако все оказалось не так просто – с ростом скорости реакция такой машины даже на небольшие повороты руля оказалась пугающе резкой. Автомобиль приобретал избыточную поворачиваемость – слишком круто заходил в виражи, и задняя ось шла в занос. Первые попытки справиться с этой проблемой привели к появлению механических полноуправляемых систем, в которых направление и угол поворота задних колес зависели от угла поворота передних колес. При небольших отклонениях руля, характерных для движения на большой скорости, задние колеса подруливали, немного поворачиваясь в ту же сторону, что и передние, и это повышало курсовую устойчивость. Но стоило при парковке заложить баранку на значительный угол, и задние колеса поворачивались в другую сторону, повышая маневренность. Первым серийным легковым автомобилем с такой системой была Honda Prelude 4 WS 1987 года. Однако механическая связь переднего и заднего рулевых механизмов, пусть даже и самая изощренная, не смогла обеспечить надежного управления во всех режимах.
На помощь пришла электроника, причем японская, первопроходцами стали фирмы Honda, Mazda и Mitsubishi. В настоящее время выпускается полноуправляемая Mazda модели Xedos-9 – солидный седан среднего класса. У этого автомобиля реечный рулевой механизм с гидроусилителем, из него выходит длинный (2,5-метровый) вал-шест, который крепится к заднему рулевому механизму с вмонтированным сбоку электродвигателем. Информацию об угле поворота передних колес он получает непосредственно по рулевому валу, но поворачивает задние колеса не сразу. Сначала он должен получить команды от электронного блока управления, который анализирует не только угол поворота руля, но и скорость движения и боковые перегрузки. В результате при малых скоростях (до 47 км/ч) передние и задние колеса поворачиваются в разные стороны, а при высоких – в одну. Хотя угол поворота задних колес не более десяти градусов, эффект от этого налицо: диаметр разворота – чуть больше 10 м. Габаритный коридор у этого полноуправляемого автомобиля немного больше, чем у обычного: при отъезде от «стены» с полностью вывернутым рулем занос составляет всего 2–3 см.
