KUNST! Чем грозит полный привод на скользкой дороге
Полный привод по сравнению с моноприводом наиболее каверзен. В скольжение под газом могут отправиться все колёса. Причём они могут сделать это как одновременно, так и совершенно в произвольном порядке.
Если вы зайдёте в автосалон, где продаются полноприводные автомобили, и поинтересуетесь у менеджера, зачем, собственно, этот полный привод нужен, в ответ услышите длинную душещипательную лекцию. Аргументы будут настолько убедительны, что вам не останется ничего другого, кроме как уверовать в абсолютное превосходство таких машин над любым «недоприводом».
Для большинства полный привод — в первую очередь высокая проходимость. Конечно же это так. Но только отчасти. Ведь полный привод ставится на дорогие лимузины не для того, чтобы на них можно было ездить на рыбалку. Рекламные брошюры пестрят заявлениями: эти автомобили — самые безопасные в управлении, в любую погоду и на любом покрытии. Так ли?
Одним из преимуществ полного привода на дороге является эффективный разгон. Здесь всё просто. Тяга, развиваемая двигателем, делится не между двумя (как на моноприводе), а между четырьмя «катками». Следовательно, при ускорении и торможении двигателем сорвать колёса в снос здесь гораздо сложнее. Собственно поэтому полный привод получил широкое применение в автоспорте. Разгон на скользком покрытии намного интенсивнее.
Кроме того, такой тип привода не так «шарахает» в сторону на том же скользком или неоднородном покрытии. А насколько легче на полноприводнике перестраиваться из ряда в ряд через рыхлый снежный валик, образовавшийся между полосами движения! И в гражданских условиях водитель действительно чувствует себя намного увереннее и спокойнее. Не врёт реклама? А что если случится экстремальная ситуация? И тут возникают вопросы. За ответами мы отправились в Карелию, в школу водительского мастерства quattro.
Трудность полного привода в том, что реакции на увеличение и уменьшение газа не однозначны, как у монопривода. На заднеприводной машине возникнет занос задней оси, например, в скользком повороте при резком нажатии на газ. Произойдёт это под действием центробежной силы и невозможности шин при большом продольном проскальзывании воспринимать боковую силу. Если на скользком покрытии дать газу в вираже на переднеприводнике, в скольжение сорвётся передняя ось. В данном случае неважно, какой из типов привода предпочтительнее. Суть в том, что водитель на моноприводе знает, как поведёт себя автомобиль при подаче газа, и почти всегда способен однозначно реагировать на скольжение.
А вот какая из осей под тягой начнёт срываться в скольжение первой на полноприводнике, особенно если речь идёт о симметричном постоянном приводе, вопрос ещё тот… Здесь всё зависит не только от конструкции трансмиссии, её настроек и адекватности работы блокирующих дифференциалы устройств, но и от загрузки колёс. Если после сброса газа или очередного торможения больше загружена передняя ось, при манёвре наружу начнёт скользить ось задняя (занос). В случае если передние колёса в повороте и на грани скольжения, а вы хотите при этом заложить крутой манёвр, увеличение газа приведёт лишь к «знакомству» задних колёс с обочиной. Но и это ещё не всё. Прибавьте изменяющуюся нагрузку по бортам во время и после манёвров, постоянно меняющееся под колёсами покрытие и поймёте, насколько трудно новичку под тягой в скольжении управлять автомобилем с постоянным полным приводом. Но говорим мы всё это совсем не для того, чтобы при виде полноприводной машины волосы у вас вставали дыбом. Просто надо знать, как ею управлять и что она умеет. А умеет, поверьте, многое.
Итак, замёрзшее карельское озеро. Audi A6 TDI quattro. По обеим осям разработчики по традиции развели тягу в равной пропорции — 50 : 50. В «аудишных» трансмиссиях quattro применён самоблокирующийся дифференциал Torsen. Его название происходит от английских torque (крутящий момент) и sensing (чувствительность). Собственно, главная особенность этого дифференциала отражена уже в его словесном обозначении. Он способен менять степень блокировки в режиме реального времени, но не в зависимости от разности частот вращений приводных валов передней и задней осей, а в ответ на изменение крутящего момента на них. Иными словами, Torsen реагирует на изменение силы в пятнах контакта колёс с дорогой и увеличивает степень блокировки выходных валов относительно друг друга ещё до того, как колёса одной из осей сорвутся в скольжение. Torsen действует на опережение без всякой электроники, а только благодаря хитроумной конструкции.
Симметричный привод и умный дифференциал… Искушённому драйверу со спортивными амбициями трасса на озере — своего рода чистый холст, на которым при наличии определённого умения можно изобразить много чего. Автомобиль позволяет вытворять чудеса, «шестёркой» в скольжении можно крутить практически так, как заблагорассудится. Но лишь при правильных действиях газом и тормозом. Причём «бороться» с машиной, отлавливать и ждать, пока там подключится, не нужно — привод себя ведёт логично и понятно в любых условиях, несмотря на то что «наши» A6 были оснащены АКПП. Полный привод в сочетании с автоматическими коробками, как правило, наиболее каверзен, поскольку тяга, которая так нужна «прямо сейчас», часто запаздывает раздумий «автомата». Но «аудишную шестиступку» ругать за нерасторопность не приходилось.
Если хорошенько нагрузить переднюю ось во время торможения и качнуть руль в сторону поворота, автомобиль начнёт скользить задней осью наружу. Стоит в этот момент слегка поддать газу, машина сорвётся в занос. Распрямляем руль, чуть-чуть газа, и занос сменяется управляемым скольжением всеми четырьмя колёсами. Здесь главное — не переборщить с подачей топлива и грамотно (не отклоняя на большие углы управляемые колёса) работать рулём и тормозом, сохраняя баланс, необходимый для прохождения дуги в управляемом скольжении.
На выходе из поворота самоблок-торсен также не оставит без внимания заднюю ось. При разгоне задние колёса нагружаются, и здесь тяги (если грамотно работать с подачей топлива) будет ровно столько, сколько необходимо для максимально возможного ускорения. Возможно, вы почувствовали, что скольжение задней оси грозит глубоким заносом, потерей управляемости и бесконтрольным разворотом. В таком случае достаточно немного добавить газку, сорвать переднюю ось в скольжение и подправить траекторию рулём. И несмотря на то что машина будет скользить по заданной дуге вперёд боком, траектория станет распрямляться, и вам удастся избежать разворота…
Конечно, нюансов — миллиард! Но всё же грамотно заточенный полный привод существенно облегчит жизнь. Ну а если вы обладаете навыками спортивного вождения, 4WD в ваших руках становится просто сокровищем. Нет, это не значит, что в повседневной езде дуги развязок и поворотов вы будете проходить на сумасшедшей скорости в боковом скольжении. Напротив. Зато при наличии в «инструментарии» приёмов активного управления и хорошо настроенного полноприводного автомобиля у вас больше шансов избежать на дороге неприятностей. Вот только постигать полноприводные премудрости можно до бесконечности.
6 главных заблуждений о полном приводе
«Господь Бог вычисляет дифференциалы эмпирически».
Альберт Эйнштейн
Обилие комментариев к материалам о распределении моментов в трансмиссиях автомобилей, особенно полноприводных, и радует, и огорчает. Народ интересуется техникой — это хорошо. А вот постоянно ощущать влияние безграмотных блогерских стереотипов на массовое сознание — это обидно. Впрочем, подобное явление подметил еще изобретатель теории эволюции, причем задолго до интернетов. Мол, «уверенность чаще порождается невежеством, нежели знанием».
Что ж, попробуем пробежаться еще разок по основным болевым точкам в массовом сознании. Во всех ситуациях условно считаем, что трение и прочие потери отсутствуют как класс. Нагрузки на колеса — одинаковые. Продольная и поперечная развесовки — равномерные. Условия сцепления шин с покрытием — одинаковые, если иное не оговорено. Все дифференциалы — симметричного типа. Момент, передаваемый двигателем на конкретный дифференциал, условно принимаем за 100 %. И прошу прощения у всех читателей, которые хорошо в этом разбираются безо всяких повторений.
Итак, вспоминаем основные заблуждения.
Крутящий момент на вывешенном колесе не может равняться нулю: за чей же счет оно вращается-то?
Если не разобраться в этом, то дальше можно не читать. Главная мысль проста: момента без сопротивления не бывает! Поэтому момент на валу двигателя, молотящего вхолостую, равен нулю: он не совершает никакой полезной работы. Точно так же на колесе, зависшем в воздухе, никакого момента нет. Конечно, можно порассуждать насчет сил трения и прочих негативных факторов, которые приходится преодолевать, но мы сразу уточнили, что подобные потери не принимаем во внимание.
Межколесные дифференциалы задают колесам равные угловые скорости.
Ничего подобного: дифференциал (от лат. differentia — разность, различие) — это механизм, обеспечивающий вращение ведущих колес именно с разными скоростями (например, в повороте). Простенькие игрушечные автомобильчики зачастую плохо ездят по кругу именно потому, что в них нет дифференциалов, а потому колеса, проходящие разный путь, вынуждены проскальзывать или пробуксовывать. Дифференциал выравнивает не угловые скорости, а моменты. Если он делит крутящий момент поровну, его называют симметричным.
Если у Нивы (будь то Chevrolet Niva или Лада 4х4) одно колесо повисает в воздухе, то за счет остальных трех она спокойно поедет дальше, поскольку момент постоянно поступает на все четыре колеса. В данной ситуации на каждое из трех оставшихся колес придется при этом по 33,3% момента.
Выражение «момент поступает» не вполне корректное: напоминаем, что без сопротивления никакого момента на колесе быть не может. А Нива в данном случае не стронется с места, поскольку нулевой момент на зависшем колесе тут же отразится на всех остальных: межколесные и межосевой дифференциалы изначально делят его поровну — по 25% каждому. Чтобы ехать дальше, надо заблокировать межосевой дифференциал. В этом случае на оси с зависшим колесом момент останется нулевым, зато на другой оси на каждое колесо придется половина от усилий мотора.
После блокировки дифференциала момент распределяется пополам.
Не после, а до блокировки! После блокировки распределение моментов определяется только реальной дорожной ситуацией. Скажем, после блокировки межколесного дифференциала моменты на колесах этой оси распределяются пропорционально нагрузке и силам сцепления, но никак не поровну.
Если ось с заблокированным дифференциалом — аналог железнодорожной колесной пары, то и момент на обоих колесах всегда одинаковый! Ведь этот механизм уже представляет собой единое целое, а потому не может быть так, чтобы слева момент был, а справа куда-то пропал… В каком месте вала момент, передаваемый для нагруженного колеса, превращается в ноль для незагруженного? Этого же теоретически не может быть.
В том-то и дело, что может! Представьте себе, для упрощения, вместо заднего моста с заблокированным дифференциалом что-нибудь попроще — допустим, черенок от лопаты. Вообразите, что вы держите его посередке и при этом пытаетесь вращать вдоль продольной оси, то есть прикладываете момент. Пусть один конец черенка буравит асфальт, а второй находится в воздухе. Согласитесь, что конец черенка, который грызет асфальт, будет изнашиваться у вас на глазах, поскольку там есть сопротивление. А тот конец, что висит в воздухе, переживет всех: нет сопротивления — нет момента. Он останется свеженьким и чистеньким, хотя и вращается с той же скоростью, что и весь черенок. Точно так же себя ведет и ось с заблокированным межколесным дифференциалом.
AWD в сравнении с 4WD выдает меньший крутящий момент.
Тут даже спорить, в общем-то, не с чем. Чем определяется момент, мы повторяем в каждом втором абзаце. Можно лишь еще раз отметить, что обозначения такого рода в целом являются маркетинговыми, условными. По большей части в реальной жизни AWD — это «моноприводники», у которых есть возможность подключать вторую ведущую ось. А 4WD — это машины с постоянно подключенными осями с заданным изначально распределением момента между осями (например — 50 на 50, у которых есть возможность блокировать межосевой дифференциал). Кто из них что куда «выдает», в каждом случае нужно разбираться индивидуально, а не кивать на аббревиатуру.
Все о дифференциалах: крутящий момент истины
PRIVOD
Мы перестали спорить в курилках на технические темы. А жаль. Какой нормальный мужик откажется побазарить о том, как распределяется по колесам крутящий момент мотора? Или хотя бы постоять рядом, храня молчанье в важном споре. Не сериалы же нам обсуждать!
Про мощности и скорости спорить неинтересно, а вот момент — дело другое! Разброд мнений здесь гарантирован. По секрету скажем, что даже «доценты с кандидатами» сгоряча давали противоположные ответы на простые, казалось бы, вопросы. В итоге истину удалось постичь только после длительной дискуссии с представителями заводов ГАЗ и УАЗ и нескольких профильных вузов, а также в результате консультаций с зарубежными коллегами.
Предлагаем всем желающим попытаться найти правильные ответы в предложенных нами ситуациях. А предварительно перечислим условия, которые следует учитывать при выборе правильного варианта.
Во всех ситуациях условно считаем, что трение и прочие потери отсутствуют как класс. Нагрузки на колеса — одинаковые. Продольная и поперечная развесовки — равномерные. Условия сцепления шин с покрытием — одинаковые, если иное не оговорено. Все дифференциалы — симметричного типа. Момент, передаваемый двигателем на конкретный дифференциал, условно принимаем за 100%.
2-uslovn-Zalacha-diff-CP-222
ВОПРОС № 1
2-1-Zalacha-diff-CP
Автомобиль сел на брюхо и беспомощно крутит ведущими колесами в воздухе. Чему при этом приблизительно равен момент на маховике двигателя?
Б — зависит от оборотов
В — заявленной паспортной величине
Г — зависит от включенной передачи
Правильный ответ: А
Тем, кому непонятен ответ, поясняем: момента без сопротивления не бывает! Представьте себе электрическую розетку, рядом с которой стоит неподключенный утюг. Напряжение в розетке есть, но отдаваемый ток — нулевой. Так и здесь: двигатель не совершает никакой полезной работы, колеса не встречают сопротивления, а потому и момент отсутствует.
* Если это понятно, то даем задание более сложное — уже с участием дифференциала. Тем, кто подзабыл, что это такое, рекомендуем заглянуть в подсказку ниже.
C чем его едят
1-2-Zalacha-diff-CP
Дифференциал (от лат. differentia — разность, различие) — механизм, обеспечивающий вращение ведущих колес с разными скоростями (например, в повороте). Реальные условия движения автомобиля обусловливают разницу в угловых скоростях его колес. Почему? Потому, что они проходят пути разной длины (в повороте или по неровностям) и радиусы качения также различны. Поэтому ведущие колеса работают с участием межколесных и межосевых дифференциалов — чтобы не возникал так называемый паразитный (тормозящий) крутящий момент на одном из колес, как это бывает на поворотной оси телеги с цельной осью. Дифференциал, распределяющий крутящий момент между выходными валами поровну, называют симметричным.
ВОПРОС № 2
Автомобиль ВАЗ‑2107 едет по кругу на четвертой передаче. Как приблизительно распределены моменты на его задних колесах?
2-2-Zalacha-diff-CP
Б — обратно пропорционально частоте вращения каждого из колес
В — в зависимости от силы сцепления с дорогой и от нагрузок
Г — прямо пропорционально частоте вращения каждого из колес
Правильный ответ: А
Моменты распределены поровну: по-другому симметричный дифференциал просто не умеет себя вести. Напоминаем, что трение и прочие потери мы условились не учитывать
*Если и это понятно, то усложняем вопросы.
ВОПРОС № 3
У ВАЗ‑2107 при включенной передаче одно ведущее колесо вывешено в воздухе. Как приблизительно распределены моменты на задних колесах, если принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-3-Zalacha-diff-CP
А — 100% на вращающемся колесе и 0% на неподвижном
Б — на обоих колесах момент равен нулю
В — в зависимости от сцепления неподвижного колеса с дорогой
Г — пропорционально оборотам двигателя
Правильный ответ: Б
Почему нулю, если колесо крутится? Дело в том, что полезной работы двигатель не совершает. Висящее колесо не испытывает сопротивления, а потому и момент на нем нулевой. На неподвижном колесе, само собой, момент также равен нулю.
*Теперь переходим к полноприводным автомобилям: здесь к межколесным дифференциалам добавлен межосевой.
ВОПРОС № 4
Chevrolet Niva едет по кругу на четвертой передаче. Включена блокировка межосевого дифференциала. Каково приблизительное соотношение моментов на всех колесах, если принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-4-Zalacha-diff-CP
А — по 25% на каждом
Б — по 50% на каждом
В — пропорционально оборотам двигателя
Г — на колесах каждой оси моменты делятся поровну, а распределение по осям — в зависимости от нагрузок и сил сцепления
Правильный ответ: Г
Межколесные дифференциалы на каждой из осей делят моменты поровну, как и в предыдущих примерах. Если бы межосевой дифференциал оставался свободным, каждому колесу досталось бы по 25% крутящего момента. Но водитель его заблокировал, а потому распределение между осями стало зависеть от конкретной дорожной ситуации. В пределе (колеса одной из осей стоят на сухом асфальте, а колеса другой — на гладком льду) практически весь момент реализуется на асфальте.
*А теперь предположим, что мы немножко застряли.
ВОПРОС № 5
У вседорожника Chevrolet Niva при включенной передаче одно ведущее колесо вывешено в воздухе. Водитель заблокировал межосевой дифференциал. Как приблизительно распределены моменты на всех четырех колесах?
2-5-Zalacha-diff-CP
А — на вывешенном колесе 0%, на втором колесе той же оси 0%; на другой оси моменты на каждом из колес равны половине момента, поступающего на ее дифференциал от двигателя
Б — на вывешенном колесе 0%, на остальных — по 33,3% момента, поступающего от двигателя
В — на всех колесах по 25% момента, поступающего от двигателя
Г — в зависимости от нагрузок и сил сцепления
Правильный ответ: А
Висящее в воздухе колесо не работает — следовательно, момент на нем нулевой. То же относится к другому колесу на этой оси: незаблокированный межколесный дифференциал обеспечил равенство. А вот другая ось работает в штатном режиме. И ненулевые моменты на ее колесах при свободном межколесном дифференциале равны между собой.
*Теперь попробуем заблокировать межколесный дифференциал!
ВОПРОС № 6
Полноприводный вседорожник едет по кругу на четвертой передаче. Включена блокировка заднего дифференциала. Межосевой дифференциал не заблокирован. Каково приблизительное соотношение моментов на колесах?
2-6-Zalacha-diff-CP
А — на каждом по 25% момента, поступающего к межосевому дифференциалу от двигателя
Б — на каждом по 50% момента, поступающего от двигателя
В — зависит от оборотов мотора
Г — на передних колесах по 25%. Остальные 50% распределяются между задними колесами пропорционально нагрузке на них и силам сцепления.
Правильный ответ: Г
Благодаря работающему межосевому дифференциалу задний мост получает столько же ньютон-метров, сколько и передний. Но реальное соотношение моментов на его колесах уже зависит от конкретной дорожной ситуации, поскольку блокированный межколесный дифференциал ничего не выравнивает. Если одно из колес зависнет в воздухе, то всё достанется второму колесу, а если сцепление одинаковое, то и дележ будет равным. Поэтому соотношение моментов определяется нагрузками и силами сцепления. ;
*Попытаемся застрять еще раз.
ВОПРОС № 7
У полноприводного вседорожника при включенной передаче одно заднее колесо вывешено в воздухе. Включена блокировка заднего дифференциала. Межосевой дифференциал не заблокирован. Каково примерное соотношение моментов на колесах, если условно принять момент, поступающий от двигателя, за 100%?
2-7-Zalacha-diff-CP
А — 100% на колесе, касающемся земли, 0% на вывешенном и по 25% на передних колесах
Г — 50% на колесе, касающемся земли, 0% на вывешенном и по 25% на передних колесах
Правильный ответ: Г
Межосевой дифференциал поделил моменты между осями поровну. Висящее колесо не испытывает сопротивления, а потому его момент равен нулю. За него отдувается другое колесо на этой оси, толкающее машину, — и весь передающийся назад крутящий момент (50% общего) достается именно второму колесу.
*Напоследок напомним основные принципы, которые помогут разобраться в моментах, осях и дифференциалах.
- Там, где нет сопротивления, момент всегда равен нулю.
- Заблокированный межколесный дифференциал фактически превращает ось автомобиля в аналог колесной пары железнодорожного вагона. Но даже при этом момент на вывешенном колесе равен нулю.
- На вывешенном колесе момент равен нулю независимо от того, блокирован дифференциал или нет.
- Симметричный дифференциал всегда выравнивает моменты: межосевой — на осях, межколесный — на колесах.
Всем удачи на дорогах — без зависших колес и нулевых моментов!
Как работает дифференциал
Дифференциал состоит из корпуса (1), шестерен-сателлитов (2) и полуосевых шестерен (3). Корпус обычно совмещен с ведомой шестерней главной передачи (4). Шестерни-сателлиты играют роль планетарного механизма и соединяют полуосевые шестерни с корпусом дифференциала. Полуосевые (солнечные) шестерни соединены с ведущими колесами через полуоси.
Ведомая шестерня главной передачи вращает корпус с сателлитами, который в свою очередь вращает шестерни полуосей. Когда автомобиль движется идеально прямо, сателлиты неподвижны относительно своих осей. Но как только движение становится неравномерным (например, при повороте), сателлиты начинают собственные фуэте, ускоряя одну полуось и замедляя другую.
Если сцепление колес с покрытием разное, то крутящий момент, реализуемый на скользком покрытии, ограничен коэффициентом сцепления шины с дорогой. Чем меньше сопротивление, тем ниже момент на этом колесе. Но таким же становится момент и на другом колесе той же оси. А вот если заблокировать дифференциал, то дележка моментов между колесами происходит в соответствии с силами их сопротивлений (или сцеплений) с дорогой.
В так называемых дифференциалах повышенного трения сателлиты изначально лишены возможности вращаться свободно. Это сделано как раз для того, чтобы при вывешивании или проскальзывании одного колеса машина беспомощно не застревала. Если с обычным дифференциалом в таких случаях моменты на колесах падают до нуля, то его «коллега» с повышенным трением оставляет им запас, равный заложенному в него моменту трения! Получается эдакий облегченный вариант полной блокировки, помогающий выбраться из неприятных ситуаций, если это позволяет сила трения на колесе с лучшим сцеплением.