Преимущества и недостатки существующих систем привода

В настоящее время на обычных автомобилях используются три типа привода: привод на передние колеса (FWD), привод на задние колеса (RWD) и привод на все колеса (4WD). Уже в начале своей истории Subaru сделала ставку на полный привод, который в те времена применяли только для специальных автомобилей.

Для лучшего понимания рассмотрим влияние каждого типа привода на динамические качества автомобиля. Поскольку эти качества во многом зависят от свойств шин, отвечающих за связь между автомобилем и поверхностью дороги, вначале следует ознакомиться с характеристиками шин.

Помимо обеспечения ездового комфорта при движении за счет поглощения толчков от неровностей дороги шины выполняют три важные функции:

a. Передача крутящего момента двигателя на поверхность дороги в виде тягового усилия (ускорение).

b. Замедление автомобиля вплоть до полной остановки (торможение).

c. Изменение направления движения автомобиля (управление).

Поскольку тяговое и тормозное усилия не могут возникнуть одновременно, сила, действующая на шину, представлена двумя составляющими: продольной и боковой. Это две элементарные силы, величина которых ограничена свойствами шины на дорожной поверхности, что означает отсутствие возможности управления, если шина исчерпала запас свойств по сцеплению с дорогой.

Представим себе автомобиль, движущийся по дуге. В этой ситуации на все четыре шины действуют боковые силы, уравновешивающие центробежную силу, которая возникает в процессе поворота автомобиля. И хотя управляемыми являются только передние колеса, на все четыре колеса автомобиля действуют силы, стремящиеся вытолкнуть его наружу, за пределы траектории поворота. Если скорость автомобиля продолжает увеличиваться, сила, действующая на шины и обеспечивающая заданную траекторию движения, достигнет своего предела, после чего автомобиль отклонится от заданной траектории. В таком случае, если одна из шин нагружена положительным или отрицательным (тормозным) крутящим моментом, она достигнет своего предела по сцеплению раньше остальных шин. В зависимости от типа привода (FWD/RWD/4WD) такое явление может влиять на поведение автомобиля[1].

Характеристики шин в большой степени зависят от их материала и конструкции, а также от состояния дороги. Кроме того, на них влияет приложенная вертикальная нагрузка (чем больше нагрузка на шину, тем большую силу в пятне контакта с дорогой она может реализовать). Шина способна поддерживать заданную траекторию только во время вращения. Если колесо полностью заблокировано, автомобиль становится неуправляемым.

Привод на передние колеса (FWD)

Преимущества

· Возможность получить более просторный салон, поскольку под днищем нет карданного вала.

· Высокая курсовая устойчивость: поскольку передние колеса тянут автомобиль, постоянно действующие силы тяги передних колес повышают его устойчивость при движении с большими скоростями.

· Легкость в управлении: переднеприводный автомобиль в предельных режимах проявляет склонность к недостаточной поворачиваемости. При отпускании педали акселератора и уменьшении силы тяги происходит восстановление чувствительности к управлению с возвращением на заданную траекторию.

· Топливная экономичность: переднеприводная схема обеспечивает короткий путь передачи крутящего момента.

Недостатки

· Хуже реакция на управление: поскольку и тяга, и управление автомобилем осуществляются только передними колесами, в предельных режимах движения проявляется менее четкая реакция на управление и склонность к сносу передних колес.

· При интенсивном разгоне автомобиля с мощным двигателем нагрузка перераспределяется на задние колеса, из-за чего передние шины не могут полностью реализовать свои возможности. Привод на передние колеса не оправдывает себя на автомобилях с мощным двигателем.

Привод на задние колеса (RWD)

Преимущества

· Управляемость: передние колеса выполняют только функцию управления. Переднее расположение двигателя и задний привод обеспечивают автомобилю хорошее распределение массы по колесам.

· Меньший радиус разворота: отсутствие привода передних колес позволяет увеличить угол их поворота.

· Хороший разгон на сухих дорогах: при разгоне вес перераспределяется на задние колеса, способствуя реализации ими большей силы тяги.

Недостатки

· Меньше вместимость пассажирского салона и багажника: громоздкий привод задних колес (карданный вал, главная передача) размещается под днищем кузова.

· Большая снаряженная масса: у автомобилей с приводом на задние колеса больше узлов и агрегатов по сравнению с переднеприводными автомобилями.

· В предельных режимах эти автомобили проявляют склонность к заносу задних колес и, следовательно, к потере курсовой устойчивости, что делает их сложнее в управлении.

Привод на все колеса (4WD)

Преимущества

· Высокая устойчивость: крутящий момент подается на все четыре колеса, благодаря чему безопасное поведение сохраняется даже на неоднородном покрытии.

· Высокая проходимость: возможности реализации тяги гораздо шире, чем при моноприводной схеме.

· Легкость в управлении: поворачиваемость полноприводных автомобилей оптимальна.

· Хорошая динамика разгона: крутящий момент подводится ко всем четырем колесам, поэтому полный привод хорошо сочетается с двигателями большой мощности.

Недостатки

· Меньше вместимость пассажирского салона и багажника: громоздкий привод передних и задних колес (карданный вал, главная передача размещены под днищем кузова).

· Большая снаряженная масса

· Повышенный расход топлива, связанный с большей массой и наличием дополнительных вращающихся деталей.

· Хуже реакция на управление вследствие возможности появления циркуляции мощности, а также из-за того, что управляемые колеса нагружены крутящим моментом как ведущие.

Симметричный полный привод (Symmetrical AWD)

Преимущества

· За счет симметричной конструкции, используется меньшее количество деталей, что в свою очередь делает конструкцию проще и позволяет снизить вес автомобиля.

· Все преимущества привода на все колеса.

Недостатки традиционного полного привода, от которых избавлен симметричный полный привод Subaru

· «Большая масса, повышенный расход топлива». Компоненты полного привода могут быть простыми и легкими благодаря продольному расположению двигателя и коробки передач.

· «Посредственная управляемость». Благодаря конструктивным преимуществам полный привод не мешает моделям Subaru демонстрировать отточенную управляемость.

Подключаемый и постоянный полный привод

В современных трансмиссиях производители предлагают два типа полного привода: подключаемый и постоянный. В первом случае крутящий момент подается на вторую ось лишь при необходимости (принудительно или автоматически), во втором случае – непрерывно.

Подключаемый полный привод на скользкой дороге может спровоцировать снос или занос как следствие резкого изменения тяги на колесах при перераспределении крутящего момента. Кроме того, автомобиль с подключаемым полным приводом чаще рискует застрять на бездорожье, т. к. задние колеса «подхватывают» с определенной задержкой при пробуксовке передних.

Постоянный полный привод обеспечивает распределение тяги по колесам, благодаря чему автомобиль следует заданной водителем траектории. Система симметричного полного привода (Symmetrical AWD), которой оснащаются модели Subaru, обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на все четыре колеса независимо от ситуации и условий движения. Тем самым достигается высокая стабильность поведения автомобиля и внушительное преимущество при движении по бездорожью.