Как работает полный привод в автомобиле: схема + устройство приводного механизма

С движением по бездорожью хорошо справляются транспортные средства с системой полного привода. На таких установках крутящий момент распределяется на все четыре колеса. В статье рассмотрены вопросы, как работает полный привод и с какими неисправностями этой системы могут столкнуться водители.

Как работает полный привод автомобиля

Полный привод (ПП, 4WD, 4×4, AWD, Four Wheel Drive) – разновидность трансмиссии, у которой крутящий момент от мотора передается на все четыре колеса транспортного средства. Изначально такое решение использовалось только на грузовых автомобилях и тяжелых внедорожниках. Но сегодня система ПП используется и на обычных машинах, выполненных по схеме кузова седан или универсал. 4WD оснащаются как иностранные, так и отечественные транспортные средства.

Использование трансмиссии ПП позволяет серьезно увеличить проходимость автомобиля, а такое транспортное средство можно использовать на сильном бездорожье. Также машиной будет легче маневрировать (например, совершать развороты или делать обгон). Однако машины с полным приводом потребляют значительно больше топлива (в среднем 17-23 литра масла на 100 км пробега), а стоят такие машины в 1,5-2 раза дороже авто с задним или передним приводом.

Принцип работы полного привода зависит от применяемой схемы 4×4. Но чаще всего используется конструкция следующего типа:

1. При сгорании/детонации топлива в камере внутреннего сгорания создается механическая работа и тепло нагрева. Работа преобразуется в крутящий момент, который передается на трансмиссию транспортного средства.
2. Крутящий момент механическим способом передается сперва на коробку передач, а потом на вспомогательное устройство – на дифференциал и/или раздаточную коробку.
3. Раздаточная коробка позволяет выбрать, куда будет передаваться крутящий момента (на одну ось или на две). Тогда как дифференциал позволяет распределить момент между осями.
4. Дополнительные дифференциалы также устанавливаются на колесах. Система с несколькими дифференциалами и коробкой позволяет распределить вращательный момент в нужных пропорциях на оси.
5. В результате на авто синхронно вращаются сразу две оси – задняя и передняя. Оси соединяются с колесами, поэтому в движении по дороге принимает участие сразу четыре колеса.

У авто с моноприводом (задним или передним) обычно отсутствует раздаточная коробка, поэтому вращающий момент передаются только на одну ось транспортного средства (то есть на два, а не на четыре колеса).

Виды систем полного привода

Различают несколько типов систем полного привода. Основные из них – подключаемая схема, постоянная, постоянная по требованию, с использование различных муфт, по модели электромашины и другие. Каждая из систем отличается своей конструкцией, а также обладает своими преимуществами и недостатками, которые необходимо учитывать водителю при выборе авто.

Подключаемая схема (Part Time)

У таких авто есть раздаточная коробка, но отсутствует дифференциал, а по умолчанию крутящий момент передается только на одну ось (заднюю или переднюю в зависимости от типа трансмиссии). При необходимости водитель может с помощью рычага или кнопок активировать коробку, что приведет к подключению второй оси и запуску полного привода. Активация обычно выполняется при езде по плохой поверхности (например, бездорожье).

Из-за отсутствия дифференциала невозможно отрегулировать вращение. Поэтому вращательный момент на системах Part Time передается в пропорции 50:50 на обе оси.

Подключаемая система с простой конструкцией, поэтому надежна. Однако на практике она используется только на старых внедорожниках из-за устаревшей конструкции с кучей недостатков.

Преимущества схемы Part Time:

• Высокая надежность.
• Нет проблем с дифференциалом.
• Экономия топлива (при езде на одном мосту).

Минусы – ограничение по скорости (до 100 километров в час), не рекомендуется использовать на твердой поверхности (например, на хорошей асфальтовой дороге) из-за отсутствия дифференциала.

Постоянная схема (Full Time)

При таком варианте к двигателю подключаются обе оси транспортного средства (то есть вращаться будут все четыре колеса по время движения). При развороте колеса могут проходить различный путь, что будет приводить к пробуксовке колес, которые проходят более короткий путь. Пробуксовка может приводить порче трансмиссии при движении по ровным дорогам, что может вывести машину из строя (хотя при частой езде по бездорожью эта проблема не возникает). Чтобы решить это затруднение, на трансмиссию устанавливаются специальные механизмы – несколько дифференциалов.

Это устройство автоматически регулирует скорость вращения колес – если одно из них замедляется, то другое увеличивается и наоборот. Этот механизм позволяет синхронизировать работу колес и избежать пробуксовки, что хорошо скажется на сроке годности трансмиссии и автомобиля. При наличии дифференциала у водителя не будет проблем при езде по гладким твердым поверхностям.

Дополнительно системы Full Time часто оснащаются блокиратором дифференциала, что позволяет машине самостоятельно выбираться из больших луж и ям.

Плюсы Full Time:

• Высокая надежность и простота конструкции.
• Может ездить по любым дорогам и бездорожью.
• Полный привод можно всегда отключить для экономии топлива.

Минусы – достаточно большой вес конструкции, повышенный расход топлива, сложности при ремонте.

Постоянная по требованию (On Demand)

Этот вариант полного привода сочетает подходы Part Time и Full Time, что позволяет получить выигрыш в топливе, но и сохранить высокую проходимость транспорта. On Demand позволяет в автоматическом режиме то включать, то отключать полный привод, а работает он следующим образом:

1. По умолчанию одна из осей имеет жесткое подключение (чаще всего используется задний привод). На практике это значит, что машина будет использовать только одну пару колес для движения, что позволяет серьезно экономить на топливе при движении по обычным дорогам.
2. На автомобиль дополнительно устанавливается вспомогательное устройство – обычно это вискомуфта. При развороте или езде по бездорожью колеса могут начать пробуксовывать – в таком случае вискомуфта автоматически передает вращение на вторую ось, что улучшает проходимость транспортного средства. Водителю не нужно нажимать какие-либо кнопки или рычаги – переключение осуществляется автоматически.
3. После выезда на обычную поверхность вискомуфта перестает работать, а транспортное средство вновь становится моноприводным. Переключение также является автоматическим и не нуждается в командах или действиях водителя, а использование моноприводного подхода снижает расходы топлива.

On Demand отличается следующими преимуществами:

• Эффективное движение по любым поверхностям.
• Неплохая экономия топлива за счет использования устройства-переключателя.
• Переключение приводного режима осуществляется автоматически, участие водителя не требуется.

Минусы – вискомуфта периодически ломается и выходит из строя; на некачественных автомобилях с компоновкой On Demand отсутствуют блокираторы, что ухудшает проходимость по глубоким лужами и ямам.

С муфтой Haldex (Haldex AWD System)

Эта система является разновидностью трансмиссионной компоновки On Demand. Разница заключается в том, что вместо вискомуфты используется специальная муфта Haldex, которая была разработана в Швеции в 90-е годы. Использование этого устройства позволяет улучшить управление и еще сильнее снизить расходы горючего, а в зависимости от конструкции различают несколько разновидностей муфты Haldex.

Самые популярные – блоки Haldex 4 и 5 поколения, а работают они так:

• Халдекс – это муфта с электронным управлением, которая ставится перед задним межколесным дифференциалом. Муфта через электронный блок управления подключается к датчикам автомобиля, коробке передач, антиблокировочной системе и многим другим элементам авто.
• Халдекс учитывает не только пробуксовку колес, но и ряд других важных параметров работы – скорость движения, поперечное ускорение, положение руля и другие параметры. Такой дотошный анализ необходим для того, чтобы гибко реагировать на все ситуации, возникающие на дороге.
• Конструктивно Халдекс представляет собой многодисковую муфту, которая оборудована электронным анализатором, гидравлическими насосами, регулятором и другими элементами. Муфта может функционировать только при наличии в системе масла, хотя менять его нужно не слишком часто.
• При езде машины большая часть вращающего момента через муфту передается на передний привод и немного (до 10%) – на задний. При возникновении внештатной ситуации (например, пробуксовка или резкий разворот) Халдекс меняет уровень крутящего момента на передних колесах, что позволяет легко совершать любые маневры.

У использования муфты Халдекс есть преимущества:

• Простое перераспределение вращающего момента при любых маневрах.
• Значительная экономия горячего.
• Привод работает в автоматическом режиме.

Минусы – при поломке Халдекса сложно заменить муфту самому, устройство потребляет масло.

Внимание! При наличии муфты Халдекс необходимо заливать в систему специальное трансмиссионное масло VAG G 055175A2 или более новое, поскольку без него устройство работать не будет. Периодичность замены – каждые 40-60 тысяч километров пробега.

С самоблокирующимся дифференциалом Торсена (Torsen AWD)

Еще одна вариация на тему механизма On Demand. Отличительная особенность этого подхода заключается в том, что вместо муфты используются самоблокирующие дифференциалы Торсена. Они перераспределяют вращательный момент за счет возникновения силы трения с помощью трех пар червячных шестерней. При движении автомобиля по ровным поверхностям вращение перераспределяется в равных пропорциях, что обеспечивает максимальное сцепление с поверхностью всех колес.

При осуществлении маневров (например, при развороте) колеса начинают вращаться с разной скоростью, поэтому червячные шестерни частично блокируют вращательные валы. За счет этого вращение сохраняется только на тех колесах, по которым обеспечивается максимальное сцепление. К сожалению, у схемы Торсена есть два серьезных недостатка – для ее работы требуется специальное графитовое масло, а при сильных нагрузках оно быстро выкипает.

Преимущества механизма Торсена:

• Автоматическая регуляция вращения.
• Не утяжеляет транспортное средство.
• Низкая стоимость запчастей.

Недостатки – для работы требуется графитовое масло, не допускается длительное движение на больших скоростях (более 120 километров в час).

С использованием гибридного или электрического двигателя (Hybrid/Electro AWD)

Выше мы рассматривали автомобили, которые передвигаются за счет сжигания бензина или дизеля в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Однако сегодня есть в продаже машины, работающие на основе электрического или гибридного движка. Среди таких машин есть и полноприводные системы.

Принцип работы таких трансмиссий:

• На гибридных машинах от топливного мотора обычно питается задний привод, а от электрического – передний. Электрика обычно обладает небольшим запасом мощности и активируется только в случае езды по плохим дорогам, а также при осуществлении сложных маневров. Синхронизация работы осуществляется за счет сложной системы датчиков, а запуск электродвижка осуществляется автоматически.
• Электрические автомобили часто оборудуются двумя автономными движками одинаковой мощности, которые питают заднюю и переднюю ось соответственно. Некоторые производители (например, Lotus Evija) пошли еще дальше – они ставят по одному электродвигателю на каждое колесо. Все электродвижки соединены с управляющим блоком и сложной системой датчиков, которые управляют системой в автоматическом режиме.

У гибридных/электрических систем есть следующие преимущества:

• Высокий КПД по передаче вращающего момента.
• Гибкая настройка и управление мощностью.
• Полная независимость от бензинового топлива и смазки.

Но и минусов у Hybrid/Electro AWD много – невозможность самостоятельно починить поломку (новая сложная технология), большая масса конструкции, высокая стоимость электрокара.

Основные неисправности полного привода

При езде на автомобиле с полным приводом водитель может столкнуться с массой поломок – износ подшипников, растяжение приводной цепи, выкипание трансмиссионного масла и другие. Часть поломок характерны только для некоторых видов 4WD, тогда как другие могут появиться на любом автомобиле. Большинство поломок не подлежат ремонту. Единственным вариантом будет полная замена поврежденной детали. А если у Вас все в порядке с деньгами, то лучше сразу ехать в сервисный центр.

Не включается дополнительный привод на системах Part Time

Проблема часто наблюдается на автомобилях с приводом Part Time, которые запускают дополнительную ось от электропривода. В большинстве случаев это не является поломкой, а связано с техническими особенностями работы установки:

1. Активация передачи осуществляется через зубчатый вал, соединенный с электроприводом.
2. При активации электропривода зубцы не всегда попадают в зацеп, поэтому ПП не запускается.
3. Чаще всего подобная “поломка” возникает на стоящей машине или в первые 5-10 секунд движения.

Лечится такая “неисправность” достаточно просто – нужно немного поездить на машине на средней скорости, а потом повторно запустить кнопку активации Part Time. С большой долей вероятности зубы попадут в зацеп, что приведе к активации полноприводного режима.

Важный момент! У автомобиля должны отсутствовать другие симптомы поломок – например, громкий скрипящий звук или внезапный отказ подключенного привода.

Поломка сервопривода

Раздаточная коробка часто оснащается сервоприводом, который контролирует его работу и следит за состоянием устройства. Но иногда это устройство может ломаться – например, в случае ДТП или при большом срок эксплуатации. При поломке сервопривода со стороны трансмиссии появляются резкие грохочущие звуки, а привод начинает периодически отказывать. Еще один характерный симптом – быстрый перегрев транспортного средства, который будет сопровождаться активацией на панели управления индикаторов 4х4, ABS или BRAKE.

Необходимо поменять сервопривод:

1. Поместите автомобиль на смотровую площадку, а потом откройте капот и отключите минусовую клемму от аккумулятора, чтобы обесточить транспорт.
2. Найдите кронштейн, который фиксирует раздаточный механизм, а потом открутите четыре болта. На защитном экране открутите дополнительный болт и отклоните его вниз.
3. Отключите электрические контакты-фишки от сервопривода, отодвиньте их в сторону. Открутите два дополнительных болта фиксатора и достаньте сервопривод.
4. Установите новый сервопривод на место старого, а потом выполните все действия выше в обратном порядке – закрутите болты, подключите фишки и так далее.

Износ подшипников

На трансмиссионных валах устанавливаются подшипники, которые контролируют передачу вращения на необходимые агрегаты. Со временем эти устройства портятся и выходит из строя.

Причины:

• Большой пробег авто;
• Агрессивный стиль вождения;
• Езда на большой скорости по плохим дорогам;
• Попадание в дорожно-транспортное происшествие.

Установить износ подшипников можно по резкому звуку, который доносится с нижней стороны авто во время движения. Чем громче звук, тем сильнее характер повреждений подшипников.

Еще один характерный симптом – появление вибрации, которая также может усиливаться по мере износа подшипников. Для устранения проблемы нужно снять подшипники и поставить на их место новые. Выполнить ремонт самому будет сложно, разбор трансмиссии лучше делать в сервисе.

Проблемы с фрикционами

Эта поломка характера для машин с полноприводными установками, выполненными по схемам On Demand и Haldex AWD System поскольку в данном случае выходят из строя вращающиеся диски-фрикционы. При появлении этой проблемы дополнительный привод самовольно отключается, а на панели управления загорается индикатор.

Поломка характерна для старых транспортных средств, а также для автомобилей, которые недавно попали в ДТП. Еще один вариант возникновения поломки – израсходование или сгущение трансмиссионного масла. При поломке нужно действовать следующим образом:

1. Сперва слейте старое трансмиссионное масло и залейте в систему новое. Ведь проблема может возникнуть при использовании плохого или недостаточного количества масла.
2. Если замена масла не дала положительного эффекта, то вы имеете дело с механическим повреждением фрикционов. Оптимальным вариантом будет обращение в автомастерскую, поскольку заменить их самостоятельно будет затруднительно.

Проблемы с трансмиссионным маслом

Многие трансмиссионные узлы полноприводных авто смазываются маслом. Поэтому если это вещество подошло к концу или слишком сгустилось при длительном использовании. Установить поломку можно по следующим признакам:

• Периодическое отключение переднего или заднего привода. Отключение возникает нечасто, однако сильнее трансмиссию “клинит” при скоростной езде и на резких поворотах.
• Появление характерной вибрации и легкого гула, который доносится со стороны трансмиссии. Вибрации и гул со временем усиливаются.
• На современных иномарках также устанавливается датчик контроля трансмиссионного масла. При его недостатке загорается соответствующий индикатор на панели приборов.

Для замены жидкости необходимо поставить машину на смотровую площадку, найти сливное отверстие на раздаточном механизме, подставить емкость и открыть отверстие, чтобы удалить остатки старой смазки. После этого нужно с помощью шприца залить новый состав и закрыть пробку. Если работаете со старой машиной, края пробки рекомендуется заранее смазать герметиком, поскольку на таких авто плохая герметизация сливных отверстий.

Нетипичное поведение авто при использовании приводной системы Torsen

Если на вашей машине установлены самоблокирующиеся дифференциалы Торсена, вы можете столкнуться с проблемами:

• Резкие неприятные звуки, которые доносятся из трансмиссии, а громкость звуков усиливается при движении на больших скоростях.
• Отказ переднего привода с последующей активацией индикатора на панели приборов. Некоторые машины могут также переходить в аварийный режим.
• Появление неожиданных вибраций при быстрой езде, которые могут ослабевать при снижении скорости транспортного средства.

Подобные нарушения указывают на две вещи – израсходование графитного масла или общая поломка дифференциалов Torsen.

Для профилактики можете слить старое масло и залить новое – если это не улучшило состояние авто, то дело именно в передаточном механизме Торсен. Самоблокирующиеся дифференциалы Торсена обычно выходят из строя при длительной эксплуатации авто, а также в случае неожиданных резких маневров. Чтобы устранить эту проблему, следует обратиться в автомастерскую, самостоятельно сделать ремонт проблематично.

Отключение колес, подключенных к электрическим источникам питания

Если вы используете машину с электрическим или гибридным двигателем, вы можете столкнуться с различными проблемами:

• Полностью перестала вращаться ось или отдельное колесо, а на панели приборов загорелся индикатор о поломке.
• Привод начинает сбоить при резких поворотах, а также при движении на большой скорости.
• Полноприводная система работает с перебоями вне зависимости от стиля управления транспортом.
• Появление нетипичных звуков (гул, скрежет), которые раздаются со стороны трансмиссии.

Эта симптомы могут указывать на различные поломки электрической машины – от повреждения электромотора до выхода из строя трансмиссии. Самому диагностировать точную поломку будет проблематично, поэтому оптимальным вариантом будет обращение в сервисный центр, где вы покупали электрокар. Делать ремонт самому также не рекомендуется – лучше доверить это дело опытному мастеру с опытом работы с электроавтомобилями.

Как управлять автомобилем с полным приводом

Полный привод налагает ряд ограничений на управление транспортным средством. Некоторые ограничения имеют универсальный характер, тогда как другие подходят только для некоторых типов полноприводных установок.

Основные советы:

• Полноприводные машины лучше сцепляются с поверхностью дорожного полотна (в сравнении с передне- и заднеприводными). Поэтому на них можно ездить по мокрой или замерзшей дороге, а полноприводная система позволит сохранить езду стабильной.
• Такие авто может заносить на льду и плохих, мокрых дорогах. Во время плохой погоды рекомендуется двигаться на средних скоростях до 80 километров в час. В таком случае сцепление будет максимальным.
• Авто с компоновкой Part Time не подходит для езды по асфальтовым дорогам, а также не выносит разгон более 100 километров в час. Такие машины рассчитаны на езду по бездорожью на средних скоростях, тогда как для городских условий они не подходят.
• После покупки полноприводной машины необходимо пересмотреть стратегию торможения, поскольку у таких машин чувствительность тормозной педали может сильно отличаться. После покупки рекомендуется сделать пробный заезд на низкой скорости до 40 километров, чтобы отработать торможение. Скорость нужно постепенно повышать до 100 километров, чтобы полностью освоиться с полным приводом.

Есливы пришли в автомобильный салон, чтобы купить машину, не следует сразу искать полноприводную модель. Такие машины следует покупать только в том случае, если вы живете в городе с плохими дорогами, в горной или холодной местности либо часто будете выезжать на природу. В таком случае полный привод даст ощутимый выигрыш в простоте и надежности вождения, что также позволит избежать попадания в ДТП. Если же вы живете в обычном городе с хорошими дорогами, то покупка полноприводного авто будет излишеством, поскольку ощутимых плюсов для себя вы не получите.