Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos

Okolo pohonů 4x4 koluje řada mýtů a polopravd. Jak tedy opravdu fungují jednotlivé systémy, jaké jsou trvalé a jak je to s rozložením mezi nápravy?
  1. Autoforum.cz
  2. Rubriky a sekce
  3. Technika

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos

31.1.2016 | Ivo Nový | Přidat příspěvek

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Okolo pohonů 4x4 koluje řada mýtů a polopravd. Jak tedy opravdu fungují jednotlivé systémy, jaké jsou trvalé a jak je to s rozložením mezi nápravy?

Trvalé pohony 4x4 s centrálním diferenciálem

Přestože použití klasického centrálního diferenciálu spolu s oběma nápravovými - tedy tří otevřených diferenciálů s poměrem 25:25:25:25 - má již popsanou nevýhodu při ztrátě trakce byť jediného kola, někteří výrobci tohle řešení běžně používají (např. Mercedes). Výhodou je poněkud hladší chod systému v určitých situacích. Problém s horší trakcí jednoho kola je pak možno omezit jeho selektivním přibrzděním samostatným systémem (EDS apod.), což je finesa dnes běžně používaná mnoha výrobci a nejen u čtyřkolek. Přibrzděním prokluzujícího kola se zpětně navýší moment, který na kolo směřuje z diferenciálu. Zásah brzdy kolu sice trakci nijak nezlepší, ale alespoň dotyčné kolo tolik neubírá přes otevřené diferenciály moment ostatním hnacím kolům, takže jejich tažná síla zůstane zhruba na původní úrovni. Tato korekce je ale silně ztrátová, nezbytně vyžaduje spolupráci elektronických systémů a stejně není její účinek vždy zcela přesvědčivý.

Mnohem účinnějším řešením je omezení funkce centrálního diferenciálu zvýšením jeho vlastní svornosti, podobně jako u některých nápravových diferenciálů. Takový diferenciál již není otevřený. Zvýšení svornosti znamená v podstatě zvýšení vnitřního tření v diferenciálu, což způsobí výraznou změnu v jeho chování. Bude se snažit účinně sjednocovat otáčky obou výstupů a z toho důvodu poruší i původní rovnováhu momentů 50:50. Čím vyšší svornost, tím víc se bude stav blížit mezní situaci, kterou představuje již popsané spojení pevnou hřídelí s jednotnými otáčkami kol a kolísavým rozdělením momentů. Je tedy nutné nalézt určitý kompromis mezi svorností a udržením možnosti malých rozdílů v otáčkách kol.

Dříve, než se budeme věnovat jednotlivým variantám diferenciálů s omezenou svorností, podívejme se na rozdělení sil u spojení uzavřeným diferenciálem, uzavřenou mezinápravovou spojkou nebo pevnou hřídelí. Pokud zůstaneme u dříve použité analogie s kladkou, i uzavřený diferenciál a ostatní jmenované případy si můžeme představit jako kladku se zavěšenými závažími. V tomto případě ale kladka musí být zablokovaná proti otáčení a lano k ní připevněno. Obě strany lana se proto nemohou pohybovat vzájemně proti sobě, při zvedání celé kladky se však budou pohybovat souběžně nahoru.

Na obrázku A jsou obě strany zatíženy stejnou hmotností, každá strana tedy působí 50% celkové síly a jejich vzájemný poměr je v té chvíli 50:50.

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 14 - AWD - LSD
Schéma fungování diferenciálu se zvýšenou svorností

Na obrázku B jsme přesunutím jednoho závaží doleva změnili zatížení obou stran. Levá má nyní 75 %, pravá jen 25 %, přitom celková síla F zůstává stejná. Nový poměr je tedy 75:25. Důležité je, že poměr se změnil pouze díky změně zatížení obou stran, aniž by to samotná kladka jakkoliv ovlivnila. Pokud bychom třeba na levou stranu pověsili všechna závaží, rozdělení sil bude 100:0 a nehybná kladka to opět nijak neovlivní.

Stejně to funguje u uzavřeného diferenciálu. Oba výstupy jsou na sebe také pevně vázané, tj. vstup i oba výstupy mají vždy navzájem shodné otáčky. Rozdělení sil se již neudrží na konstantních 50:50, ale stejně jako u nehybné kladky bude záviset výhradně okamžité trakci obou kol (analogie k hmotnosti závaží). Vzhledem k vázané rotaci obou kol však bude záviset i na přídavných silách vyvolaných kinematikou jejich pohybu. Například při zatáčení doleva se bude levé kolo snažit točit rychleji, než by odpovídalo jeho skutečné rychlosti pohybu, a pravé kolo naopak pomaleji. Na levém kole se tedy bude hnací moment navyšovat, na pravém se o stejnou hodnotu sníží.

Z toho všeho vyplývá, že za jízdy nemůže být po uzavření diferenciálu zachována původní rovnost poměrů 50:50, ale že skutečné rozdělení sil bude průběžně kolísat ve velmi širokém rozmezí a jen jako reakce na vnější podmínky, aniž by to samotný diferenciál mohl jakkoliv ovlivnit. A samozřejmě to platí nejen pro diferenciály, ať nápravové nebo mezinápravové. Platí to naprosto stejně i pro všechny analogické případy jako jsou tuhá spojení náprav uzavřenými mezinápravovými spojkami, i pro spojení kol nebo náprav tuhou hřídelí.

Metody zvýšení svornosti centrálního diferenciálu

1. Mechanická závěrka

Tady žádný kompromis není, dojde k úplnému (100%) zablokování diferenciálu, které nazýváme uzavřením a stav je pak shodný s výše popsaným spojením pevnou hřídelí včetně neurčitého dělení momentů. Řešení je tedy opět vhodné pouze na kluzký povrch. Na zpevněné komunikaci nutno závěrku ihned vyřadit, nicméně pohon všech kol autu i poté zůstane což je velkou výhodou. Příkladem je staré Audi Quattro.

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 15 - AWD - Jeep
Řešení mechanické závěrky Jeepu

2. Viskózní spojka

Velmi jednoduché řešení oblíbené zejména u starších modelů Subaru. Výhodou je proměnná svornost a nezávislost na elektronice, nevýhody vyplývají z již popsaných vlastností viskózní spojky, která reaguje až na rozdíl v otáčkách obou výstupů. Tj. aby sepnula, musí kola napřed podklouznout. Přerozdělení výstupních momentů přichází proto s určitým zpožděním a zpětné rozepnutí spojky není možno přesněji definovat. Pro zachování částečné funkce diferenciálu za všech podmínek nelze spojku dimenzovat na větší momenty, aby se neuzavírala úplně. Rozdělení momentů přesto může kolísat od základních 50:50 až po 100:0 oběma směry, opět v závislosti na trakci kol a míře tuhosti spojky.

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 16 - AWD - dif s viskozni zaverkou
Řešení viskózní závěrky

3. Mechanické prostředky

Jde o velmi oblíbené a spolehlivé řešení, patří sem například šnekový diferenciál Torsen, korunový diferenciál Audi apod. Jeho bleskový účinek vyvolává již rozdíl výstupních momentů bez znatelnějšího prokluzu kol, čitelné a konzistentní chování, nezávislost na elektronice. Tyto diferenciály v podstatě násobí moment jednoho výstupu až do mezní hodnoty dané svou konkrétní konstrukcí. Například mezní koeficient 3 znamená, že v případě prokluzu na jednom výstupu udrží druhý výstup až trojnásobek momentu prokluzující strany. Rozdělení momentu může v takovém případě kolísat od základního stavu 50:50 až po 75:25 opět oběma směry (75:25 = 3).

Pro lepší představu, pokud například prokluzující přední kola dokážou přenést moment aspoň ve výši 1000 Nm, zadní v té chvíli mohou mít až 3000 Nm. Pokud ale předním kolům dalším prokluzem klesne moment na 600 Nm, zadní dostanou z Torsenu už jen 1800 Nm. Z mezního koeficientu tedy vyplývá hlavní nevýhoda Torsenu, a sice že když prokluzující strana ztratí trakci velmi výrazně nebo úplně, zmizí moment i na opačné, neprokluzující straně. Tj. Torsen se v krizi chová prakticky jako otevřený diferenciál a stejně jako on potřebuje berličku v podobě přibrzdění protáčejících se kol. Není přitom ovšem zdaleka tolik ztrátový jako systém s otevřeným diferenciálem.

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 17 - AWD - Torsen
Řešení diferenciálu Torsen...

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 18 - AWD - korunovy dif
...a korunového diferenciálu Audi

4. Elektronicky řízená spojka

Výhodně a velmi účinně kombinuje výhody předchozích řešení, vyžaduje však nezbytně elektronické řízení. Při běžné jízdě se chová jako stálá čtyřkolka s třemi otevřenými diferenciály, při prokluzu kola účinně přerozdělí momenty až do stavu jako pevná hřídel. hřídel. Kvůli závislosti na elektronice a programátorům může reagovat s drobným zpožděním, může však nabídnout možnost uživatelského výběru režimu. Příklad VW Touareg.

V praxi se používají i kombinace uvedených systémů, například doplnění Torsenu externí plynule řízenou závěrkou, což znamená již velmi vyspělý a univerzální systém (např. Toyota LC) a také kombinace se samosvornými nebo dokonce mechanicky uzavíratelnými nápravovými diferenciály pro nejtěžší podmínky (např. Mercedes G se závěrkou na každém ze tří diferenciálů). Rozdělování momentů se pak řídí analogicky obdobnými pravidly, jako jsme si už vysvětlili. U aut s terénním zaměřením se doplňuje ještě redukční převod do pomala, se samotnou distribucí sil to ale nemá již nic společného.

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 19 - AWD - Honda SH-AWD
Schema řešení systému Honda SH-AWD

Mezinápravové diferenciály umožňují ještě jednu výhodnou funkci, a tou je konstrukce otevřeného i svorného provedení s odlišným základním rozdělením výstupních momentů použitím planetových kol nestejné velikosti. Běžně se používá například posun z původního základního poměru 50:50 na hodnoty preferující zadní kola kvůli potlačení nedotáčivosti auta, obvykle kolem 40:60 u otevřeného diferenciálu. Tato změna dokáže ovlivnit i mezní rozsahy u samosvorných diferenciálů (Torsen apod.), které se posunou odpovídajícím směrem. Samozřejmě vše uvedené lze ještě dále kombinovat s již zmíněnými systémy selektivního přibrzďování jednotlivých kol (EDS, XDS apod.) kterými se dá rozsah přerozdělení momentů ještě zvýšit, ovšem toto už opět jen ztrátově

Systémy pohonů 4x4 pod lupou: nenechte se vodit za nos - 20 - AWD - Porsche-Torque-Vectoring-Differential
Systém vektorování točivého momentu u Porsche

Diskuze Přidat příspěvek

Všechny články na Autoforum.cz jsou komentáře vyjadřující stanovisko redakce či autora. Vyjma článků označených jako inzerce není obsah sponzorován ani jinak obdobně ovlivněn třetími stranami.