Как функционират автомобилните системи за двойно предаване: Част II

07 Apr 2026

 

Трябва да ви призная, че колкото повече задълбочавам познанията си в областта на системите за задвижване на четирите колела, толкова повече се убеждавам какъв респект заслужава компанията Audi в това отношение. С развитието на електрическото задвижване, създаването на технологии за двойно предаване значително се опрости, но натрупаният опит и знания на германската компания винаги ще имат своята стойност за развитието на автомобилната техника.

Защото, в нашия реален свят, все още се продават автомобили със задвижване с двигател с вътрешно горене и все още много системи са плод на техническото развитие, труда и експертния опит на хора, създали технически философии като Quattro. Ако иска да изучи системите за задвижване на четирите колела в автомобилите, човек може да постави ясен фокус върху създаденото от Audi от 1980 година насам. Всеки пък когато реша, че компанията се движи в посока опростяване на тази сфера в автомобилната техника, инженерите и отново ме изненадват. Най-новото решение в техническото развитие на quattro e въведена в модела RS5 и – като част от performance plug-in хибридно задвижване – включва специфичен самоблокиращ централен диференциал и електромеханична система за разпределение на различен въртящ момент на задния мост. Другояче казано torque vectoring технология на задния мост, при която високоволтов електрически мотор, с помощта на планетарни механизми добавя (или отнема при определени ситуации) прецизно дозиран допълнителен въртящ момент към всяко задно колело към основния, идващ от двигателя с вътрешно горене.

Този „антипод“ на системата ESP (при която се прилага различно спирачно усилие към избрано колело) може да помогне, както за стабилизиране на автомобила чрез активно „завъртане“ около централната ос и компенсиране на склонността към презавиване или недозавива, така и да създаде условия за по-динамично шофиране в завой, с прилагане на по-голям въртящ момент към външното задно колело. Изглежда ви познато ли – да, система за прилагане на различен въртящ момент към някое от колелата се използва още от 1996 година – пионер в това отношение са Mitsubishi с Lancer Evolution IV и Honda с Prelude. Втората еволюира в по-късната Super Handling All Wheel Drive, въведена през 2005 година в Legend. Базирани на допълнителни планетарни механизми и съединители тези системи после са усъвършенствани съвместно от инженерите на Audi (Quattro with Sport Differential) и BMW и техни партньори като Borg Warner и ZF. Всички тези системи, обаче са изцяло механични (електричество се използва само за изпълнителни механизми, като тези задействащи съединителите) и, същевременно с това и различни, от самоблокиращите или блокируемите диференциали, които създават частична връзка между компонентите на диференциала, но запазват предаването на един и същ въртящ момент в случаите на осев (колесен) диференциал. Не са редки случаите на спортни автомобили като Audi RS3 (Torque Splitter), Ford Focus RS или Opel Insignia GSi, при които осевият диференциал изцяло отпада и се заменя от два набора от съединители осигуряващи различен въртящ момент към двете колела. Преди да опишем обаче как работят тези механизми, нека се върнем малко назад в историята на създаването на Quattro от Audi.  

                   

Проектът на Audi A1

А, тя, историята на quattro започва с А1... Не, това не е онзи малък модел на компанията Audi, а проект, който през 1977 година е известен в изследователския център на Audi и като „развойна заявка номер 262”. В своите спомени Фердинанд Пийх разказва, че през зимата на 1976/77 година конструкторите на Audi решавата да изследват границите на превърналото се в традиция предно предаване при автомобили с висока мощност. Както разказахме подробно в предишната част на тази поредица, използването на двойно предаване в леки автомобили по това време не е прецедент, а решенията не са едно и две.

Първоначалната идея за използване на задвижване на четирите колела в конвенционален автомобил се поражда у Фердинанд Пийх доста преди да започне да се реализира от Audi, докато той още работи в Porsche. Тогава, заедно с шефа на развойната дейност Хемлут Бот купуват два автомобила Jensen Interceptor – един с двойно и един със задно предаване и за първи път се сблъскват с тази технология. На този етап тя не ги впечатлява до степен да бъде внедрявана в автомобили на марката. Както споменахме и вуйчо му Фери Порше създава за Porsche и Cisitalia автомобил със система за задвижване на четирите колела в състезателната Cisitalia още през 1947 година.

Всъщност идеята за двойното предаване за първи път хрумва на Пийх, когато Porsche 917 се превръща в турбо звяр с мощност от над 1100 к.с., които вече претоварват задния мост. Следващият етап в съзряването на идеята за Quattro е едно зимно изпитание на високопроходимия VW Iltis, който като динамика на заснежена настилка се справя доста по-добре от конвенционалните модели въпреки по-високия си център на тежестта и като цяло доста по-неблагоприятната си компановка. Шефът на отдела за изпитания на ходовата част на Audi Йорг Бенсингер пита Пийх дали може да задържи един комплект части от Iltis. Последните без проблеми могат да се интегрират в модела 80. Така, сякаш на шега и без официално обявен проект за работа, версията с двойно предаване на 80 става факт. Въпреки скептицизма си, шефът на развойната дейност на VW Ернст Фиала и на управителния съвет В.П. Шмид (след като се убеждават в предимствата на технологията на прохода Турахер хьое) дават зелена улица за по-нататъшно развитите на лек автомобил с двойно предаване. След като демонстрират технологията по един мокър и обрасъл с трева хълм в сравнение с едно BMW и стандартно Audi 80 с предно предаване, през 1978 година благословия е получена и от шефа на концерна VW Тони Шмюкер.

Конструкторите на Audi насочват погледите си към нещо съвсем ново – конвенционални автомобили със максимално лека система за постоянно двойно предаване, без увеличаване на просвета, без разпределителни кутии и с основната цел за подобряване на поведението на пътя. Не е трудно да се досетим, че при своите тестове и анализи те установяват, че моделите, които разпределят мощността си към четирите си колела, могат да постигнат значително по-високи скорости при движение в завой от конструкции само с предно или само със задно предаване поради по-доброто сцепление с пътя. Така идва и логичното следствие – решението за създаването на спортен автомобил с двойно предаване.

И така, Audi започва от чист лист хартия 

Началото на проекта за Audi е поставено през 1977 година, а неговото идейно ядро се състои от тримата млади и амбициозни инженери – техническия директор д-р Фердинанд Пийх, който вече е духовно ангажиран с проекта, мениджъра на проекта Валтер Трезер и шефа на тест центъра по ходовата част Йорг Бенсингер. За развойна база е използвано модифицирано Audi 80, оборудвано с петцилиндров турбомотор. Междуосието му е удължено, а задното окачване използва същите Макферсън елементи като отпред, но завъртени на 180 градуса по оста си.

Още с първите опити автомобилът доказва отличната си проходимост върху неравни и кални терени. Подобно на Subaru Leone А1 обаче не разполага с междуосев диференциал, а това създава проблеми при движение в завой. „Автомобилът подскача”, отбелязва съпругата на шефа по развойната дейност Ернст Фиала. В завой предните колела описват по-голяма крива от задните, така че трябва да могат да правят по-голям брой обороти. Това обаче не е възможно при прототипа, защото двата моста са твърдо свързани, както е при класическите автомобили за пресечен терен. При последните, подобно изпълнение не е фатално, тъй като пробуксуването в резултат от разликите в оборотите е възможно върху кал, трева или чакълеста почва. Върху настилката на нормалните пътища, обаче, то се превръща в сериозен проблем. Конструкторите на Audi се фокусират върху два основни приоритета – задвижването на четирите колела трябва да бъде постоянно и трябва да функционира без отделна разпределителна кутия и – много важно – без втори масивен вал към предния мост, който добавя значително тегло, съпротивление и инертност на системата. Решението на този проблем хрумва на шефа на отдела по трансмисиите Франц Теглер, а идеята му е колкото проста, толкова и функционална – краят на кухия вторичен вал на скоростната кутия е свързан с ръчно блокируем междуосев диференциал, който предава въртящия момент в пропорция 50:50 в две посоки. Едната част бива насочена посредством карданен вал към диференциала на задния мост, и който от своя страна също разполага с блокировка. Другата половина от въртящия момент се предава към предния диференциал с помощта на вал, въртящ се съосно в кухината на вторичния вал на предавателната кутия. Това решение се оказва изключително леко, компактно и ефективно, като същевременно се превръща в повратен момент във внедряването на система за задвижване на четирите колела в леките автомобили.

Раждането на Quattro

На 3 март 1980 година боядисаният изцяло в бяло прототип, създаден на базата на Audi 80 Coupe, но с доста по-ъгловати форми, е представен на изложението в Женева, а Фердинанд Пийх многозначително отбелязва „Това е раждането на двойното предаване в леките автомобили.”

За времето си Quattro е безкомпромисен автомобил – 2,1 литровият петцилиндров двигател с 0,85 бара налягане на турбокомпресора разполага с мощност от 200 к.с. и въртящ момент от 295 Нм. С теглото си от едва 1,3 тона той ускорява от нула до 100 км/ч за 7,1 секунди. Максималната му скорост достига 220 км/ч, а когато пътят е покрит със сняг, може да „декласира” всички продавани по това време автомобили – дори и с далеч по-голяма мощност.

Производството започва в края на 1980 година в специално предназначено за целта хале в Инголщат и се извършва предимно на ръка. От Audi планират серия от едва 400 броя, за да може моделът да бъде хомологиран за Световния рали шампионат. Впоследствие тази роля поема специалната скъсена версия с четириклапанова глава с 306 к.с., наречена Sport Quattro, от която Audi произвежда 224 броя. Революционната концепция за задвижване и удивителните предимства в динамично отношение, които предлага, впечатляват до такава степен клиентите, че от компанията не само продължават производството му, но трудно се справят с изпълнението на поръчките. Когато последният автомобил с това име напуска конвейерите на завода през 1991 година, той има производствен номер 11 452.

Първата голяма технологична промяна става факт през 1987 година, когато конвенционалният междуосев (централен) диференциал е заменен с агрегат с червячни механизми, наречен Torsen диференциал, който подробно ще опишем в следващата част – механично устройство което може да се „самозаклещи“ и да предава различен въртящ момент. Torsen впоследствие ще се използва и в качеството си на осев (междуколесен) диференциал. През 1982 година Audi включва в гамата си пет нови модела, които разполагат с версии със задвижване на четирите колела – Audi Coupе, Audi 80/90 и Audi 100/200. Те олицетворяват новия принцип на Audi да предлага quattro версия на всяка моделна линия, а междувременно набират все повече популярност сред клиентите благодарение на победите, които спортните модели жънат. През 1988 година гамата се увенчава от луксозния модел V8 (първоначално с 250 к.с., увеличени впоследствие до 280 к.с.) който се предлага изключително с двойно предаване, който има различна система за двойно предаване в зависимост от това дали е с механична или автоматична трансмисия. В продължение на години този модел и наследникът му А8 ще са най-мощните автомобили с двойно предаване, произвеждани серийно от Audi. В началото на 2009 година тази роля е иззета от R8 5.2 FSI (а след това от RS6) – спортен модел с коренно различна архитектура на двойното предаване и приоритетно задвижване на задните колела. През 1995 година Audi започва да оборудва и дизеловите модели TDI с quattro задвижване. Първият от тях е А6 2.5 TDI quattro с мощност от 140 к.с.

Torsen и „коронен“ диференциал

Технологията, използвана при компактните модели А3 и ТТ, и Q3 базирани на платформата MQB Evo, както и по-малките Q1 и Q2 дава нова, допълнителна насока на развитието на оригиналното “quattro” конструктивно решение. Вместо междуосев диференциал за предаване към задния мост се използва междуосев съединител (Haldex). 

През 2005 година при RS4 е предприета следващата еволюционна стъпка в развитието на класическата за Audi система под формата на планетарен Torsen диференциал с пропорция на предавателното отношение 40:60, който впоследствие се интегрира и в други модели като Q7. През 2008 година в общото уравнение на quattro задвижването се включва и гореспоменатият „активен спортен диференциал“, с който се оборудва задният мост.

Следващото технологичното решение на Audi за моделите с надлъжно разположени двигатели базирани на платформата MLB е диференциал с коронна предавка (Crown Gear Differential на английски или Kronenraddifferenzial на немски, наречена така заради формата на зъбите на зъбните колела, свързани с валовете) – на практика специфичен планетарен диференциал разпределящ въртящия момент в съотношение 40:60 с многодискова механична частична блокировка, осигуряваща предаване на въртящия момент до 85 процента към задния и до 70 процента към предния.

Най-актуалната разработка на Audi е quattro Ultra. Тя не използва някакъв вид механично самоблокиращ междуосев диференциал, а ламелен съединител, който при движение в нормални условия не предава въртящ момент към кардана, предназначен за задния мост. За да избегне и паразитното задвижване на механизмите на задния мост специални зъбни съединители отделят полуосите от диференциала, с което се намалява общото триене и съответно разхода на гориво. Подобна система използват и базираните на новата платформа Premium Platform Combustion A5/Q5 и A6. Разбира се, не бива да забравяме и електрическите модели с двойно предаване, използващи платформата MEB като Q4 e-tron и PPE като Q6 e-tron и A6 e-tron, които са оборудвани със синхронен електрически мотор на задния мост и асинхронен на предния. На практика, обаче, думата Quattro се превръща в легенда, благодарение на моторните спортове. Това обаче е една съвсем друга история. И така стигаме до гореописаната система на RS5, която пък няма нищо общо с quattro Ultra.      

Диференциалът и някои големи заблуди около него

Сега да се върнем към техническия аспект на многообразието от технологични решения реализирани по темата „двойно предаване“. Предимствата на системите pа задвижване на четирите колела, обаче, зависят от множество компоненти и помощни средства, за да се осигури оптималната им работа при различни условия. Основен компонент, но и проблем при определени условия тук е диференциалът (в много от случаите съединителят) или по-точно трите диференциала – два осеви и един междуосев. Така, както при задвижване само на две колела, стъпването на едното от тях на участък с много по-ниско сцепление води до забуксуването му, така и липсата на сцепление на две колела на подобна настилка при двойно предаване може да доведе до подобно буксуване. Всъщност проблемът е още по-дълбок – при системите 4х4, използващи конвенционални отворени диференциали това може да стане дори и ако само едно от четирите колела попадне върху такава настилка.  

В повечето случаи определението на междуколесен (осев) диференциал е „устройство, даващо възможност на колелата на един мост да изминават различен път“, което произхожда от необходимостта от при завой външното колело на моста да измива по-дълъг път от вътрешното. Това твърдение обаче отразява следствието на процеса на движение, а не причината и не отчита динамиката на силите върху колетата, респективно в самия диференциал.

Има ясна причина за това при отворения диференциал – който, забележете, винаги предава един и същ въртящ към всяко от колелата (!) – външното на завоя колело да изминава по-дълъг път. В този случай диференциалът загубва своя баланс и „статичност“ и започва взаимно движение на отделните механизми в него един спрямо друг. Причината се корени във факта, че когато колелото на автомобила се движи в права посока гумата му среща определени съпротивителни сили. В завой към тях се добавят странични съпротивителни сили, стремящи да „усучат“ гумата. Тъй като кривата на колелата от външната страна на завоя е с по-голям диаметър (тоест по-близо като траектория до права от вътрешните), съпротивителните сили са по-малки и при прилагане на един и същ въртящ момент/сила то започва да изпреварва другото. Чиста физика…

Този случай обаче описва малка разлика в съпротивителните сили, какъвто е случаят при взимане на завой. Ако едното колело „стъпи“ на много хлъзгава повърхност, а другото има сцепление, колелото с ниско съпротивление ще започне да буксува. Често в такива случаи заблуждаващо се твърди, че целият въртящ момент се предава към буксуващото колело, твърдение което не е вярно. Въртящият момент си остава един същ към двете колела, но нивото му е толкова ниско, че не може да задвижи автомобила.  

   

Това се дължи на характерните особености на диференциала като механично устройство. Ето едно нагледно обяснение на това което се случва – представете си, че сте хванали в средата и искате да повдигнете везна с окачени на нея различни тежести от масата – тя се накланя пропорционално на разликата в тежестите. Ако разликата е малка ще я повдигнете спокойно, но рамото на везната ще се наклони леко. Ако тежестта върху едната от тях е много голяма обаче, а другата много малка, едното и блюдо може да остане върху масата, а другото да се повдига, докато рамената заемат почти вертикална позиция. Силата, с която се прилага към двете тежести на практика е еднаква, но наличието на малка тежест върху едното блюдо изисква нищожно малка сила, необходима за повдигането само на тази част, без това да доведе до повдигане на цялата везна. Везната се превръща в лост от втори род с фиксиран край, а размерът на приложената сила е правопропорционален на натоварването. Приложено към автомобила, въртенето на сателитните колела в диференциала на практика наподобява поредица от такива везни.

Двигателят с минимално натоварване вдига обороти, завъртайки с лекота колелото без сцепление в ситуация подобна на тази на работа на празен ход. Към колелото със сцепление се насочва същата доза въртящ момент, но тя не достатъчна за да задвижи автомобила. Подобни явления се получават и в други случаи – при накланяне на автомобила в завой натискът върху външното колело може да доведе до разтоварване на вътрешното и пробоксуването му. Ефектът е същият и при двойно предаване, защото автомобилът обикновено има три диференциала. Всъщност именно търсенето на начин за избягването на тези ефекти са в основата на създаването на толкова много помощни системи и устройства при междуосеви и осеви диференциали – от обикновени механични блокировки, самоблокиращи диференциали, диференциали с виско блокировка, през различни варианти на Torsen, Gerodisc, диференциали с повишено вътрешно триене, Torque vectoring, както и най-разпростванените многодискови съединители в качеството си на предавателни въртящия момент механизми към втория (неосновния) задвижващ мост. Те са универсални средства за гъвкаво предаване на въртящ момент, намаляване на разхода на гориво и възможност за почти пълно блокиране в качеството на междуосево звено. Затова какво представляват всички тези устройства и каква бе еволюцията на системите при голяма част от марките ще можете да прочетете в третата част на тази поредица.     

(следва)

Текст: Георги Колев

 

• Tweet
• Pin it
• Share