Autoforum

/

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?

Pohony 4x4 s připojováním jedné nápravy

1. Pevná hřídel

Nejjednodušší řešení pohonu 4x4 by bylo již zmíněným prostým spojením obou náprav pevnou hřídelí přes dva pravoúhlé převody. A skutečně se to v praxi používá, především u klasických offroadů. Jedná se o řešení velmi účinné, bohužel však nerespektující výše zmíněnou podmínku rozdílných otáček kol při zatáčení. Lze jej proto použít velmi omezeně, jen na kluzkém povrchu, kde se kola mohou snadněji mírně smýkat a nedojde k přetížení převodů. Pro použití na silnicích tento systém není vhodný vůbec. Aby auto mohlo i na silnici, je nezbytně nutné jednu z náprav mechanicky odpojit, čímž se z auta stane dvoukolka. Jedna náprava je tedy poháněna trvale, druhá se připojuje. K připojení se používá nejčastěji zubová spojka a pohon je buď plně připojen, nebo plně odpojen. V praxi se používá jak stálý pohon předních kol s připojováním zadních, tak i obrácené řešení.

Z technického hlediska je velmi významný fakt, že točivý moment směřující na obě takto pevně spojené nápravy není rozdělován v poměru 50:50, byť by se tak na první pohled mohlo zdát a byť je tento mylný názor i značně rozšířen. Vysvětlení je jednoduché - při jakémkoliv snížení trakce jedné nápravy automaticky převezme většinu tažné síly náprava druhá a už z tohoto důvodu nemůže rovnost poměrů platit. K rozdílné distribuci sil dochází také při zatáčení z důvodu odlišných drah kol apod.

Ve skutečnosti tedy poměr kolísá v širokém rozsahu prakticky neřízeně, pouze v závislosti na trakčních a kinematických podmínkách kol na každé z náprav jako reakce na jejich aktuální obvodové síly. Což ovšem přináší oproti diferenciálu velkou výhodu při snížení trakce jedné nápravy. Diferenciál by v takovém případě snížil moment na druhém výstupu, ale spojení tuhou hřídelí moment na druhé straně naopak zvýší. Samo, okamžitě a jen pasívním zásahem. V extrému může rozdělení sil dosáhnout až 0:100 oběma směry. Samozřejmě se v praxi může i tak stát, že přidaná trakce druhé nápravy nebude na vykrytí ztráty stačit a auto stejně zpomalí nebo se nerozjede

2. Viskózní mezinápravová spojka

Jde o starší řešení byť dodnes ještě používané, typickými zástupci jsou VW syncro, dřívější Fiat Panda 4x4, dodnes ho používá např. firma Dangel pro Ducato 4x4 a spol. Jde o plně automatický, ale neřiditelný systém, u kterého je namísto pevné hřídele „natvrdo“ spojující obě nápravy použita viskózní spojka s proměnnou svorností. Viskózní spojka je mechanické zařízení schopné v klidovém stavu přenášet jen minimální moment, ale zároveň umožní mírné protáčení. Při silnějším protočení sama zvýší své vnitřní tření a tím navýší i přenos momentu, lidově řečeno ztuhne.

Schéma fungování viskospojky

Jedna náprava je v takovém systému poháněna trvale a druhá sice také „trvale“, ale přes viskospojku. Výhodou je proměnný účinek a jednoduchost, nevýhody vyplývají z typických vlastností viskózní spojky. Její účinek není exaktní, je proměnný v čase i s teplotou, reaguje až na rozdíl v otáčkách vstupu a výstupu, tj. aby sepla musí kola napřed podklouznout, sepnutí přichází s určitým zpožděním. Ani rozepnutí není přesněji definované, takže pro zachování možnosti odlišných rychlostí kol v zatáčkách s aktivovanou viskózní spojkou ji nelze dimenzovat na větší momenty. Pro urychlení sepnutí měla některá auta převodový poměr připojované nápravy nastaven mírně „do rychla” (cca o 5%) takže spojka se neustále trochu protáčela a přenášela trvale určitý nedefinovaný moment. Některé prameny pak nesprávně tvrdily, že díky tomu má viskospojka trvalé rozdělení momentů 95:5. Není to pravda, viskospojka má rozdělení od 100:0 do 0:100 (předek:zadek). Okamžité rozdělení závisí na vnějších podmínkách kol a také na aktuální míře tuhosti spojky.

3. Řízená třecí mezinápravová spojka (Haldex apod.)

Jde dnes o nejmodernější vývojové stadium, řešící neurčité chování viskózní spojky její náhradou za exaktněji ovladatelnou třecí spojku s plynule řiditelnou mírou sevření. Takový systém je již plně závislý na činnosti elektroniky. Řešení je velmi oblíbené napříč výrobci, především tam, kde je cílem dlouhodobá provozní preference jedné nápravy a omezenější nebo jen občasné připojení nápravy druhé. Preferovaná náprava je poháněna trvale, připojovaná přes řízenou spojku.

Příkladem dobře funkčního řešení je Haldex po překonání poněkud nešťastných verzí první až třetí generace u koncernových aut nebo Volva, systémy Renault Nissan Dacia, Fiat, Mazda atd. Pro schopnost téměř úplného rozpojení je systém využíván zejména u aut s motorem uloženým vpředu napříč a trvalým pohonem předních kol, případně aut s podélným motorem a trvale poháněnou zadní nápravou - BMW, Jaguar, případně některé supersporty s motorem uprostřed jako - Lamborghini.

Schéma fungování pohonu 4x4 s řízenou třecí mezinápravovou spojkou

Výhodou je možnost plného řízení míry sepnutí elektronikou, případně možná uživatelská nastavení (obvykle režimy 2WD, 4WD a 4WD Lock). Značnou nevýhodou je, že se tyto systémy často z výroby nastavují tak, aby byly co nejvíce odpojené. Takové auto se pak chová převážně jako dvoukolka a celý systém pohonu všech kol ve velké míře využívá v režimu „závaží“.

Toto je xDrive od BMW

Další nevýhodou je závislost na rozmarech programátorů, kteří obdobné systémy programují každý odlišně. Jejich chování je pak nejisté a zákazník v podstatě kupuje zajíce v pytli. Je to vidět při praktických testech vozidel, u některých se druhá náprava připojuje bleskově, u jiných vybavených stejným systémem se připojí až se zpožděním negativně ovlivňujícím chování auta. Naštěstí existuje u některých aut drobná berlička v podobě zmíněného nastavení 4WD Lock, což je ale také potřeba brát s rezervou protože se nejedná o plné sepnutí spojky ale spíše jen o částečné „ztuhnutí“ s urychlenou reakcí. I tak je to ale dost významná pomoc.

...obdobné řešení Mazdy...

Třetí výrazný problém vyplývá z faktu, že sepnutá spojka nemůže vyrovnávat přirozené rozdíly v otáčkách kol za všech okolností. Postihuje to především auta s trvale poháněnou zadní nápravou a připojovanou přední (např. BMW) a týká se již zmíněné skutečnosti, že přední kola v prudších zatáčkách opisují delší dráhu a točí se proto rychleji než kola zadní. V takové situaci samozřejmě nelze spojku sepnout, protože by sjednocení otáček všech kol přední kola místo pohonu pouze přibrzdilo, což je silně nežádoucí stav. V prudších zatáčkách nebo třeba při parkovacích manévrech mají proto pohon všech kol zcela nefunkční, při prokluzu zadku se však spojka může opět dočasně aktivovat.

...a Mercedesu

A čtvrtý problém je spojen s faktem, že při prokluzu zatížené spojky může dojít rychle k jejímu přehřátí a následnému odpojení funkce pohonu všech kol. Například u BMW xDrive se přední pohon ze stejného důvodu ve vyšší rychlosti odpojuje raději preventivně.

4. Zvláštní systémy

Existují ale i specifické systémy, které se obejdou bez zadního diferenciálu - například nový Ford Focus RS. Nepoužívá zadní nápravový diferenciál a namísto něj má dvě příčné řízené spojky připojující samostatně každé ze zadních kol. Funkce je obdobná jako u centrální mezinápravové spojky, navíc ale přináší možnost regulace míry sepnutí pro každé kolo odděleně a tím i vektorování hnací síly v zatáčkách. Zadek je pravděpodobně převodován mírně do rychla a umožní tím i krátkodobou výraznou preferenci zadních kol (tzv. driftovací režim). Ford sice udává mezní rozdělení momentů 30:70 ve prospěch zadních kol, z mechanické konstrukce systému ale takové rozdělení vůbec nevyplývá a není mi znám technický důvod, proč by například při ztrátě trakce přední nápravy nemohl zadek přenést ještě mnohem více než těch 70%.

Diferenciál nového Fordu Focus RS

Mezi hodně zvláštní systémy patří i 4RM u Ferrari FF. Svůj účel asi nějak splní, nicméně je nutno konstatovat, že tady šli konstruktéři už dost „přes závit“. Vůz má motor vpředu podélně a hlavní převodovku u zadní nápravy. Pro pohon předních kol je ale zepředu motoru umístěna ještě jedna přídavná převodovka se dvěma stupni vpřed a zpátečkou. Z ní jsou přes pravoúhlý převod zásobovány momentem dvě elektronicky řízené spojky, každá pro jedno kolo. Je pochopitelné, že se odstupňování dvourychlostní přídavné převodovky zdaleka nemůže krýt s odstupňováním hlavního sedmikvaltu. Přibližně se kryje pouze s jeho druhým a čtvrtým stupněm. To znamená, že při zařazení jedničky nebo trojky budou spojky namáhány velmi vysokým prokluzem a od pátého stupně výše už přední pohon nemůže zasáhnout vůbec. Díky použití samostatné spojky pro každé přední kolo lze jejich záběr vektorovat, tj. řízeně posílat více hnací síly na jedno kolo například v zatáčkách. Je však otázkou, nakolik může být takový systém účinný vzhledem k přetížení spojek a neschopnosti spolupráce s vyššími převodovými stupni.

Systém 4RM u Ferrari je mezi pohony všech kol vážně exot