Устройство и виды полного привода

Многие любители активного отдыха и частых поездок за город выбирают в качестве транспортного средства кроссоверы и внедорожники, в конструкции которых используется полный привод. Такие авто отличаются повышенным клиренсом и всеми ведущими колесами, что обеспечивает хорошую проходимость.

Но далеко не всегда такие авто способны преодолеть даже среднее бездорожье, не говоря уже о серьезной грязи. И виной этому может оказаться все тот же полный привод, точнее его конструктивные особенности. Поэтому наличие всех ведущих колес еще не означает, что машина способна на покорение сильной грязи.

Основные составные элементы трансмиссии

Полный привод подразумевает передачу крутящего момента от силового агрегата на колеса обеих осей, благодаря чему и повышается проходимость по грязи.

Основная конструктивная особенность привода этого типа перед другими (передний, задний) — наличие в трансмиссии дополнительного узла – раздаточной коробки. Именно этот узел и обеспечивает распределение вращения по двум осям авто, делая ведущими все колеса.

В целом эта трансмиссия авто состоит из:

• сцепления;
• коробки переключения передач;
• раздаточной коробки;
• приводных валов;
• главной передачи обоих мостов;
• дифференциалов.

Вариант конструкции полноприводной трансмиссии (подключаемый автоматически)

Несмотря на использование одних и тех же составляющих, вариаций и конструктивных исполнений трансмиссии – множество.

Конструктивные и эксплуатационные особенности

Стоит отметить, что на многих авто привод на все колеса осуществляется не всегда. То есть, ведущей постоянно является только одна ось, вторая же подключается только при надобности, причем делаться это может как в автоматическом режиме, так и вручную. Но есть и вариации трансмиссии, у которой отключение оси не осуществляется.

Трансмиссии с конструкцией, обеспечивающей передачу вращения на все колеса, используются на авто как с поперечной установкой силового агрегата, так и с продольной. При этом компоновка предопределяет, какая из ведущих осей функционирует постоянно (исключение – постоянный полный привод).

Система, обеспечивающая привод на все колеса может работать как с МКПП, так и с любой автоматической коробкой передач.

Принцип работы системы достаточно прост: от мотора вращение передается на КПП, которая обеспечивает изменение передаточных чисел. От коробки передач вращение поступает на раздатку, которая перераспределяет его на две оси. А далее уже по карданным валам вращение передается на главные передачи.

Но выше описана общая концепция системы полного привода. Конструктивно же трансмиссия может отличаться. Так, как правило, на авто с поперечным расположением в конструкцию КПП одновременно входят и главная передача переднего моста, и раздатка.

А вот в авто с двигателем, установленным продольно, раздатка и главная передача передней оси – отдельные элементы, и вращение на них поступает за счет приводных валов.

Существует еще ряд конструктивных особенностей, которые напрямую влияют на проходимость авто. В первую очередь это касается раздаточной коробки. В полноценных внедорожниках у этого узла обязательно имеется понижающая передача, которая в кроссоверах есть далеко не всегда.

Также на внедорожные качества влияют дифференциалы. Количество их может быть разным. У одних авто присутствует межосевой дифференциал, входящий в устройство раздатки. Благодаря этому элементу осуществляется возможность изменения соотношение распределения момента вращения между осями в зависимости от условий движения. В некоторых авто для увеличения проходимости также предусматривается блокировка этого дифференциала, после задействования которого распределение вращения по мостам делается в строго заданных пропорциях (60/40 или 50/50).

Но межосевого дифференциала в конструкции системы может и не быть. А вот межколесные дифференциалы, устанавливаемые на главных передачах, присутствуют на всех авто, но не на всех имеются их блокировки. Это тоже сказывается на ходовых качествах.

Различаются также и механизмы управления приводом. В одних авто все делается в автоматическом режиме, у других для этого водителем задействуются электронные системы, у третьих – подключение полностью ручное, механическое.

В общем, полный привод, используемый на авто, система не такая уж и простая, как изначально кажется, хотя принцип его функционирования на всех авто одинаков.

Самыми известными являются системы:

• 4Matic от Mercedes;
• Quattro от Audi;
• xDrive от BMW;
• 4motion концерна Volkswagen;
• ATTESA у Nissan;
• VTM-4 компании Honda;
• All wheel control разработка Mitsubishi.

Виды привода, используемые на авто

На автомобилях нашли применение три вида полного привода, отличающиеся между собой как конструктивно, так и по особенностям работы:

1. Постоянный полный привод
2. С автоматически подключаемым мостом
3. С подключением вручную

Это основные и самые распространенные варианты.

Виды полного привода

Постоянный привод

Постоянный полный привод (международное обозначение – «full time»), пожалуй, единственная система, которая используется не только на кроссоверах и внедорожниках, а также и универсалах, седанах и хэтчбеках. Используется он на авто с обоими видами компоновки силовой установки.

Особенность этого вида трансмиссии сводится к тому, что механизм отключения одной из осей не предусматривается. При этом раздаточная коробка может иметь понижающую передачу, включение которой осуществляется принудительно при помощи электронного привода (водитель просто выбирает селектором требуемый режим, а сервопривод осуществляет переключение).

Селектор выбора пониженной передачи и интенсивности движения в зависимости от местности

В его конструкции используется межосевой дифференциал с механизмом блокировки. В разных видах трансмиссии блокировка может осуществляться вискомуфтой, многодисковой муфтой фрикционного типа или же дифференциалом Torsen. Одни из них выполняют блокирование в автоматическом режиме, другие – принудительно, вручную (с использованием электронного привода).

Межколесные дифференциалы в системе постоянного полного привода также оснащаются блокировками, но не всегда (на седанах, универсалах и хэтчбеках ее обычно нет). Также не обязательно наличие блокировки сразу на двух осях, нередко такой механизм устанавливается только на одной из осей.

Привод с автоматически подключаемой осью

В авто с автоматически подключаемым мостом (обозначение – «On Demand»), полный привод включается только при определенных условиях – когда колеса постоянно работающей оси начали проскальзывать. В остальное время автомобиль является передне- (при поперечной компоновке) или заднеприводным (в случае, если двигатель располагается продольно).

У такой системы есть свои конструктивные особенности. Так, раздаточная коробка имеет упрощенную конструкцию и понижающей передачи в ней нет, но при этом она обеспечивает постоянное распределение крутящего момента по осям.

Также отсутствует и межосевой дифференциал, зато присутствует механизм автоматического подключения второй оси. Примечательно, что в конструкции механизма используются те же узлы, что и в межосевом дифференциале – вискомуфта или фрикционная муфта с электронным управлением.

Особенность работы привода с автоматическим подключением заключается в том, что распределение крутящего момента по осям делается с разным соотношением, которое меняется при разных условиях движения. То есть, при одном режиме вращение распределяется в пропорции, например, 60/40, а при другом — 50/50.

На данный момент система с автоматическим подключением полного привода является перспективной и ее используют многие автопроизводители.

Трансмиссия с ручным управлением

Трансмиссия с подключаемым полным приводом в ручном режиме (обозначение – «Part Time») сейчас считается устаревшей и используется не часто.

Ее особенность заключается в том, что подключение второго моста осуществляется в раздаточной коробке. И для этого может задействоваться как механический привод (посредством рычага управления раздаткой, установленной в салоне), так и электронный (водитель задействует селектор, а сервопривод осуществляет подключение/отключение моста).

В такой трансмиссии отсутствует межосевой дифференциал, что обеспечивает постоянное соотношение распределение крутящего момента (обычно в пропорции 50/50).

Практически всегда в межколесных дифференциалах используется блокировка, причем принудительная. Эти конструктивные особенности обеспечивают наибольшие показатели проходимости авто.

Иные варианты

Стоит указать, что существуют комбинированные трансмиссии, которым присущи конструктивные и эксплуатационные особенности одновременно нескольких видов систем. Они получили обозначение «Selectable 4WD» или многорежимный привод.

В таких трансмиссиях существует возможность установки режима работы привода. Так, подключение полного привода может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме (причем существует возможность отключения любого из мостов). То же касается и блокировок дифференциалов – межосевого и межколесных. В общем, вариаций работы трансмиссии – множество.

Есть и более интересные варианты, к примеру электромеханический полный привод. В этом случае весь крутящий момент поступает только на одну ось. Второй же мост оснащается электромоторами, которые задействуются в автоматическом режиме. Последнее время такая трансмиссия становиться все более популярной, хотя полноценной системой, в классическом понимании, ее назвать нельзя. Такие автомобили являются гибридными системами.

Положительные и отрицательные стороны

Полный привод имеет ряд достоинств перед другими типами. Основными из них можно выделить:

• Эффективное использование мощности силовой установки;
• Обеспечение улучшенной управляемости авто и его курсовой устойчивости на разных видах покрытия;
• Повышенная проходимость авто.

Противовесом достоинств выступают такие негативные качества, как:

• Повышенное потребление топлива;
• Сложность конструкции привода;
• Большая металлоемкость трансмиссии.

Несмотря на отрицательные качества, автомобили, у которых имеется полный привод, пользуются спросом и очень популярны даже среди автолюбителей, за город практически никогда не выезжающих.

Компоновки полноприводных трансмиссий

В любом автомобиле, имеющем привод на четыре колеса, независимо от расположения двигателя, необходимо разделить крутящий момент, получаемый на ведомом вале коробки передач, на два направления и передать один к переднему мосту, а другой к заднему. Кроме того, требуются две главные передачи: одна для привода передних колес, а другая задних соответственно.

Схема поворота полноприводного автомобиля:
R1, R2 — радиусы поворотов внутреннего и наружного управляемых колес

При движении автомобиля по криволинейной траектории каждое из четырех колес автомобиля проходит различный путь. Следовательно, каждое колесо совершает при повороте разное число оборотов.
То же самое происходит при прямолинейном движении автомобиля, если диаметры колес отличаются (различный износ шин, разное давление в шинах). Для уменьшения неизбежных потерь при движении автомобиля необходимо применять дифференциал. Автомобиль с четырьмя ведущими колесами должен иметь три дифференциала, по одному между колесами передней и задней осей (межколесные дифференциалы) и один между осями автомобиля (межосевой дифференциал). Межколесные дифференциалы симметричные, т. е. они делят крутящий момент между колесами поровну, а межосевые дифференциалы могут быть как симметричными, так и несимметричными. В некоторых конструкциях трансмиссий с приводом на четыре колеса встречаются устройства, которые изменяют распределение крутящего момента между осями автомобиля в зависимости от условий движения. Иногда в полноприводных трансмиссиях с подключаемым вручную приводом с целью удешевления конструкции отказываются от межосевого дифференциала, но в этом случае полный привод используется только на скользких дорогах и бездорожье и не допускается при движении автомобиля по дороге с хорошим покрытием.

Схемы полноприводных трансмиссий:
а — с раздаточной коробкой (полный привод, подключаемый водителем);
б — полный привод, подключаемый автоматически вискомуфтой;
в — c постоянным полным приводом;
1 — раздаточная коробка;
2 — межколесный дифференциал;
3 — вискомуфта;
4 — межосевой дифференциал

На рисунке показаны наиболее типичные схемы полноприводных трансмиссий.

Раздаточная коробка автомобиля ВАЗ-21213 «Нива»:
1 — фланец ведущего вала;
2 — передняя крышка;
3 — сальник ведущего вала;
4 — упорное кольцо подшипника;
5 — передний подшипник ведущего вала;
6 — шестерня высшей передачи;
7 — муфта переключения передач;
8 — картер раздаточной коробки;
9 — шестерня низшей передачи;
10 — задний подшипник ведущего вала;
11 — установочное кольцо заднего подшипника ведущего вала;
12 — ведущий вал;
13 — втулка;
14 — ступица;
15 — задняя крышка;
16 — задний подшипник промежуточного вала;
17 — промежуточный вал;
18 — подшипник вала привода
заднего моста;
19 — задний подшипник дифференциала;
20 — фланец;
21 — сальник вала привода заднего моста;
22 — задний корпус дифференциала;
23 — опорная шайба шестерни;
24 — шестерня привода заднего моста;
25 — ось сателлитов;
26 — стопорное кольцо;
27 — пружинная шайба;
28 — кронштейн подвески;
29 — упорная шайба сателлита;
30 — картер привода переднего моста;
31 — сателлит;
32 — ведомая шестерня дифференциала;
33 — передний корпус дифференциала;
34 — стопорное кольцо;
35 — пружинная шайба;
36 — передний подшипник корпуса дифференциала;
37 — муфта блокировки дифференциала;
38 — установочное кольцо переднего подшипника дифференциала;
39 — маслоотражатель;
40 — сальник вала привода переднего моста;
41 — подшипник вала привода переднего моста;
42 — фланец вала привода переднего моста;
43 — вал привода переднего моста;
44 — пробка слива масла;
45 — ведомая шестерня привода спидометра;
46 — роликовый подшипник промежуточного вала;
47 — заливная пробка;
48 — ведущая шестерня привода спидометра

Компоновочная схема с раздаточной коробкой наиболее часто применяется для вседорожных автомобилей. При такой компоновке крутящий момент от коробки передач поступает на входной вал раздаточной коробки, а затем передается на выходные валы. Выходной вал привода задних колес располагается на одной оси с входным валом раздаточной коробки и соединяется карданной передачей с главной передачей задней оси. Другой выходной вал соединен карданной передачей с главной передачей передней оси. Выходные валы раздаточной коробки связаны между собой цилиндрическими шестернями или чаще цепной передачей с зубчатой цепью Морзе. Внутри раздаточной коробки размещается межосевой дифференциал и может располагаться понижающая передача.

У полноприводного автомобиля Mercedes-Benz 4-matic S-класса трансмиссия и двигатель практически составляют одно целое

В трансмиссии полноприводного автомобиля без раздаточной коробки используются коробки передач специальной конструкции.
Полноприводные версии легковых автомобилей, которые не предназначены для движения по бездорожью, имеют в своей основе стандартную версию легкового автомобиля. Некоторые легковые автомобили выпускаются только в полноприводном варианте и не имеют аналогов с приводом на одну ось. Примером могут послужить многие автомобили Subaru или автомобиль Jaguar типа Х. Наиболее просто переоборудовать в полноприводный вариант переднеприводный автомобиль с продольным расположением двигателя и коробки передач (большинство автомобилей Audi). В таком варианте крутящий момент к задней оси поступает от коробки передач через карданную передачу. Задняя ось дополняется главной передачей, а межосевой дифференциал устанавливается в картере коробки передач.

Автоматическая трансмиссия автомобиля Audi Quattro:
1 — дифференциал переднего моста;
2 — ведомая шестерня главной передачи;
3 — ведущая шестерня главной передачи;
4 — кожух вала;
5 — вал привода переднего моста;
6 — ведомая шестерня привода переднего моста;
7 — масляный насос раздаточной коробки;
8 — турбинное колесо;
9 — реактор;
10 — насосное колесо;
11 — масляный насос;
12, 14 — планетарные передачи;
13 — фрикционные муфты (фрикционы);
15 — вторичный вал;
16 — ведущая шестерня раздаточной коробки;
17 — сапун;
18 — межосевой дифференциал повышенного трения (типа Torsen);
19 — вал привода заднего моста;
20 — ведомая шестерня раздаточной коробки;
21 — ведущая шестерня привода переднего моста;
22 — пробка масляного фильтра;
23 — блок управления;
24 — маслозаборник;
25 — картер гидротрансформатора

Если базовый автомобиль имеет привод только на задние колеса, а двигатель расположен спереди, при его переоборудовании в полноприводный вариант не обойтись без раздаточной коробки с межосевым дифференциалом, которая может быть объединена с коробкой передач. В таких автомобилях обычно используют несимметричное распределение крутящего момента, большая часть которого передается на заднюю ось. Главная передача при независимой подвеске передних колес крепится к кузову.
Переднеприводные автомобили с поперечным расположением двигателя гораздо труднее переделать в полноприводный вариант. Обычно картер главной передачи располагают за двигателем и используют карданную передачу, соединяющую переднюю главную передачу с дополнительной главной передачей задней оси.
Полноприводные версии автомобилей с задним расположением двигателя (Porshe Carrera) в полноприводном варианте имеют трансмиссию, сходную с первым вариантом, но в зеркальном отображении.
Обеспечение привода на все колеса для автомобиля с центральным расположением двигателя представляет собой довольно трудную задачу, и поэтому такие компоновочные схемы встречаются редко.