Система полного привода quattro

1 ≫

Система полного привода quattro является системой постоянного полного привода, в которой крутящий момент постоянно передается на все колеса автомобиля. С 1980 года название quattro используется автопроизводителем Audi для обозначения системы полного привода своих автомобилей и является зарегистрированным товарным знаком. Отличительной особенностью системы quattro является продольное расположение двигателя и элементов трансмиссии, которое характерно для большинства автомобилей Audi.

Несмотря на различия в конструкции систем конкретных автомобилей, система quattro включает следующие традиционные элементы полноприводной трансмиссии: коробку передач, раздаточную коробка, карданную передачу, главную передачу и межколесный дифференциал на каждой оси.

В трансмиссии quattro может устанавливаться как механическая коробка передач, так и коробка-автомат.

Раздаточная коробка непосредственно присоединена к коробке передач. Конструктивно она включает межосевой дифференциал, распределяющий крутящий момент на переднюю и заднюю оси. Корпус дифференциала имеет механическое соединение с коробкой передач. Распределение крутящего момента на оси в зависимости от конструкции раздаточной коробки может осуществляться непосредственно через приводные валы или отдельную зубчатую передачу.

В качестве межосевого дифференциала в системе полного привода quattro использовались и используются:

с 1981 года – свободный межосевой дифференциал с механической блокировкой;
с 1988 года – самоблокирующийся симметричный дифференциал Torsen с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 80%. Расположение сателлитов перпендикулярно приводным валам (Torsen Т-1);
с 2007 года – самоблокирующийся несимметричный дифференциал Torsen с распределением крутящего момента по осям в стандартном положении 40:60 и с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 70% - на переднюю ось и до 80% - на заднюю ось. Расположение сателлитов параллельно приводным валам (Torsen Т-3).
с 2010 года - самоблокирующийся несимметричный дифференциал с коронными шестернями с распределением крутящего момента по осям в стандартном положении 40:60 и с возможностью перераспределения крутящего момента на ось с лучшим сцеплением до 70% - на переднюю ось и до 85% - на заднюю ось (Audi RS5).

Раздаточная коробка автомобиля Audi Allroad дополнительно оснащается пониженной передачей.

Передача крутящего момента на заднюю ось осуществляется с помощью карданной передачи, состоящей из двух валов, трех шарниров равных угловых скоростей и одной промежуточной опоры.

Главная передача и задний межколесный дифференциал выполнены в отдельном картере. В разное время в системе quattro использовались следующие конструкции задних дифференциалов:

с 1981 года – свободный дифференциал с механической блокировкой (ручной или электропневматической);
с 1988 года - самоблокирующийся симметричный дифференциал Torsen (Audi V8);
с 1995 года – свободный дифференциал с электронной блокировкой.

Вал привода передней оси обеспечивает передачу крутящего момента от раздаточной коробки к главной передаче и межколесному дифференциалу передней оси. Он помещен в отдельный кожух. На последних моделях автомобилей Audi, оснащенных системой quattro, коробка передач, раздаточная коробка, вал привода, главная передача и дифференциал передней оси объединены в одном корпусе.

В качестве переднего межколесного дифференциала используется сободный дифференциал, к которому с 1995 года добавлена функция электронной блокировки дифференциала.

На автомобилях Audi с поперечным расположением двигателя (Audi A3/S3, Audi TT, Audi Q3) используется система полного привода подключаемого автоматически, аналогичная системе 4Motion с фрикционной муфтой Haldex.

Перспективная версия системы полного привода от Audi основана на использовании гибридной силовой установки и носит название E-tron quattro. Данную систему планируется устанавливать на серийные автомобили с 2014 года.

Конструктивно система E-tron quattro включает в дополнение к двигателю внутреннего сгорания и коробке передач два электродвигателя - мощностью 33 кВт на передней оси и 60 кВТ - на задней. При этом задняя ось имеет только электрический привод. Питание электродвигателей осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи, установленной в центральном тоннеле автомобиля.

Материалы: http://systemsauto.ru/transmission/quattro.html

2 ≫

Чем quattro отличается от родственных систем?

Одним из краеугольных камней философии системы quattro была и остается простота. Придерживаясь этого принципа, можно удержать на приемлемом уровне стоимость и вес полноприводных авто, при этом не потерять надежность.

Бенцингер увлеченно изучал приемы управления и нужды водителей. Он делал четкие различия между экспертами и обычными водителями, замечая, что каждый водитель считает себя экспертом. В концепцию quattro изначально была заложена идея о том, что автомобиль должен доставлять опытному водителю удовольствие от вождения и одновременно не вызывать проблем для неопытного водителя. Стабильная недостаточная поворачиваемость, до тех пор пока она не чрезмерна, - это лучшая и наиболее безопасная компоновка для обычного водителя.

Quattro трансмиссия - это не альтернатива нормальной, аккуратной разработке и доводке шасси. Передний привод и слишком большая мощность может легко привести к чрезмерной недостаточной поворачивамости. Необходима точная настройка шасси для того, чтобы это гарантированно не произошло. Настолько, насколько это возможно, модели с системой quattro настроены на небольшую и стабильную недостаточную поворачиваемость, хотя при распределении момента в quattro трансмиссии 50:50 (если дифференциалы не заблокированы) более мощные версии могут приблизится к избыточной поворачиваемости в условиях низкого сцепления с поверхностью дороги. Однако даже у них на сухой поверхности с хорошим сцеплением будет заметна недостаточная поворачиваемость. Она, тем не менее, не столь велика, как у сравнимой по характеристикам переднеприводной машины.

Испытания на управляемость, как в стабильных, так и в переходных режимах, показали: чем выше поворачивающая сила, тем меньше недостаточная поворачиваемость quattro по сравнению с перенеприводным эквивалентом. Это логично, учитывая то, что трансмиссия перераспределяет момент в пользу задней оси, позволяя выдать большую поворачивающую силу при том же угле скольжения покрышки.

Пропорции распределения момента

Особенности quattro - снизить риск проскальзывания колес путем достижения наилучшего возможного сцепления с дорогой. Изначально было выбрано распределение момента между осями в пропорции 50:50. Для наиболее идеального сцепления необходимо распределять момент в соответствии с загрузкой каждой оси. У многих моделей при занятых передних сиденьях на переднюю ось приходится 60% веса. Но сцепление необходимо, прежде всего, когда автомобиль ускоряется. А когда он ускоряется, и особенно в гору, перераспределение массы в пользу задней оси делает соотношение примерно 50:50. При этом на более мощных моделях quattro вполне возможно тронуться с пробуксовкой передних колес.

Почему 50:50? У Ауди по этому вопросу множество аргументов. С одной стороны, можно уменьшить момент на передней оси для облегчения управляемости. С другой стороны, для любого автомобиля с большим весом, приходящимся на переднюю ось, момент на передней оси должен быть больше, чтобы использовать полный привод с максимальной эффективностью. Очень часто оптимизация различных факторов приводит конструкторов очень близко к идеальному распределению момента 50:50. В г. Ингольштадт (родина Ауди) проводили испытания и компьютерные исследования для проверки загрузки каждой из осей в различных дорожных условиях - ускорение или торможение, подъем или спуск на наклонном участке, с разным распределением нагрузки. Полученные цифры был различны, но никогда далеко не отходили от 50:50. Поэтому на множестве модификаций с системами quattro используется классическое для Audi распределение момента.

Упоминание о распределении момента 50:50 неизбежно поднимает вопрос о других пропорциях распределения момента. Существуют системы с эпициклическими центральными дифференциалами для получения неравномерного (обычно смещенного в пользу задней оси) распределения момента и вискомуфт для улучшения сцепления в сложных дорожных условиях автоматически, без участия водителя. Проводились разнообразные исследования по технологии достижения неравномерного распределения. Эти исследования показали, что можно обойтись и без эпициклического дифференциала - достаточно установить в дифференциале входную и выходную шестерни разного диаметра с соответственно наклоненными планетарными шестернями.

В последнем модельном ряду с приставкой quattro используются другие пропорции – 40:60. При риске пробуксовки на какой-то из осей колес, межосевой самоблокирующийся дифференциал перенаправляет крутящий момент в автоматическом режиме на противоположную ось. Между колесами распределение момента – селективное. В штатном режиме 40% усилий привода передаются передней оси. Соответственно 60% - задней. Преимуществом данной пропорции стали улучшение динамики разгона и увеличение тяги. В целом любая система quattro, будь то 50:50, либо 40:60 обеспечивают лучшее ощущение дороги, автомобиль словно приклеен к полотну. Следовательно – повышается безопасность.

Отдельная тема – quattro со спортивным дифференциалом. Подшипники ходовой и шины в поворотах напрягаются. Если входить в поворот на ускорении, нагрузка на передней оси снижается. Шинам передается меньше поперечной силы, возникает недостаточная поворачиваемость. Особенно у переднеприводных авто. Улучшить поворачиваемоть призван спортивный дифференциал, устанавливаемый на задней оси.

Дифференциал quattro задней оси справа и слева получил повышающую передачу с 2 ступенями зубчатого сцепления. В результате каждое колесо на задней оси получает индивидуальный тяговый момент. Фрикционной муфтой управляет исполнительный электрогидравлический механизм. Индивидуальные пропорции моментов задних колес рассчитываются блоком управления. При этом автоматика учитывает конкретную дорожную ситуацию: скорость поездки, поперечное ускорение, повороты руля и др. На извилистых поворотах большая мощность достается колесу, едущему по внешнему радиусу поворота. Перераспределенное тяговое усилие словно вжимает машину в поворот, и она повторяет траекторию передних колес. Поэтому поворачиваемость улучшается.

Материалы: http://www.autoshcool.ru/5078-osobennosti-sistemy-quattro.html

3 ≫

В модельных линейках автомобилей премиум-сегмента разных производителей обязательно присутствуют версии с полным приводом. Причем у каждой фирмы такая система зарегистрирована как отдельная торговая марка. У Mercedes она обозначается как 4Matic, у BMW – xDrive, а дочерняя Audi концерна VAG применяет полный привод quattro.

Система quattro позиционируется как привод с постоянной передачей вращения на две оси авто (так называемый «Full-Time»). Примечательно, что quattro не является обозначением типа привода, и отношения к общепринятому 4WD не имеет. Такое обозначение системы скорее указывает на конструктивные особенности системы и применение определенных технологий.

Система quattro применяется исключительно на автомобилях с продольным размещением силовой установки, и это является одной из основных особенностей.

Впервые полный привод quattro появился на автомобилях Audi в 1980 году. По мере разработки новых технологий система улучшалась и дорабатывалась. При этом сам производитель не разделяет привод по поколениям, хотя они явно просматриваются, поэтому для простоты разобьем эту систему по поколениям.

Несмотря на постоянное совершенствование этой системы, основные конструктивные компоненты у нее неизменны. Основными составляющими трансмиссии являются:

КПП (МКПП, АКПП);
Раздаточная коробка (РП, раздатка);
Валы привода;
Главные передачи;
Дифференциалы (межколесные, межосевой).

Система quattro первых поколений

К особенностям системы quattro можно отнести компоновку КПП, раздатки и межосевого дифференциала – они представлены в виде единого узла, то есть связь между ними жесткая. А в последних версиях quattro в этот узел еще и добавили приводной вал, главную передачу и межосевой дифференциал передней оси.

Основное отличие по конструкции между приводами разных годов сводится к применению разных типов дифференциалов. Это в свою очередь сказывается на передаточном соотношении.

Далее рассмотрим основные конструктивные нюансы полного привода quattro разных годов.

Система quattro стала использоваться на Audi в 1980 году. Конструктивно это был самый простой привод, который можно отнести к полноценному 4WD с равномерным разделением вращения по обеим осям (симметричный). Устройство подразумевало наличие дифференциалов:

Межосевого – свободного, но с возможностью ручной блокировки;
Межколесного заднего – свободного, с принудительной блокировкой вручную;
Межколесного переднего – свободного;

Возможность принудительного блокирования дифференциалов обеспечивало отличные показатели по проходимости. Примечательно, что при задействовании механизма блокировки система ABS отключалась.

Задействование той или иной блокировки сказывалось на поведении авто. Если все блокировки отключены, то автомобиль мог остановиться при пробуксовке любого колеса. При задействовании блокировки межосевого дифференциала прекращение движения авто происходило, если буксовали два колеса – передней и задней оси. При блокировании заднего дифференциала авто обездвиживалось в случае пробуксовке обоих колес заднего моста или одного переднего. При включении обеих же блокировок авто останавливалось только если проскальзывали три колеса одновременно – два задних и одно переднее.

Система quattro 1 поколения применялась достаточно долго – до 1992 года. Помимо Ауди она устанавливалась также на Volkswagen Passat B2.

Полный привод quattro 2 поколения начал внедряться с 1987 года и получил несколько иную конструкцию, хотя он также являлся симметричным. К его особенностям относится:

Использование в качестве дифференциала между осями самоблокирующегося узла Torsen;
Дифференциал задней передачи – блокируемый вручную, но с автоматическим отключением при передвижении на скорости свыше 25 км/ч;
Дифференциал передка остался свободным.

Особенность работы дифференциала Torsen заключена в том, что при обычных условиях передвижения соотношение распределения вращения составляет 50/50, но при надобности происходит автоматическое изменение значений и на ось, колеса которой лучше сцепляются с дорогой, подается до 75% тягового усилия.

В Torsen имеются и недостатки, причем существенные. При вывешивании одного колеса машина полностью обездвиживается. Происходит это из-за того, что Torsen не может передавать 100% на одну ось, максимальные пропорции для него 25/75. Если же одно колесо утратило момент (не встречает сопротивление), то передача вращения прекращается и на другой оси.

Поэтому автомобиль может остановиться если:

буксовать начали одновременно по одному колесу на каждой оси, или одно из них вывешено при отключенной блокировке задней оси;
при задействовании блокировки авто остановится только если буксовать начали оба колеса задней оси и одно – передней, или же при вывешивании переднего колеса или обоих заднего моста.

Решить проблему с обездвиживанием авто в случае вывешивания одного из колес достаточно просто. Необходимо задействовать тормоз, чтобы создать сопротивление вывешенному колесу. Это позволит Torsen заблокироваться и при этом перенести 75% момента на другую ось.

Система quattro 3 поколения – симметричная, применялась только на одной модели Audi – V8. Причем для моделей с «механикой» и АКПП разработаны были разные по устройству приводы.

В версии с МКПП привод включал два самоблокирующихся дифференциала Torsen – между осями, а также на заднем мосту, передок остался со свободным дифференциалом. То есть, от принудительной блокировки конструкторы полностью отказались.

На пробуксовку такая система оказалась хорошей. Автомобиль останавливается только если проскальзывать начали оба колеса задней оси и одно переднее. А вот проблема с вывешиванием осталась прежней – машина обездвиживалась в случае потери контакта с дорогой любого одного колеса.

На версии с коробкой-автомат в качестве межосевого дифференциала используется планетарная гидромуфта с автоматической блокировкой. Такой узел помог устранить проблему вывешивания. Авто с такой системой quattro останавливается только при вывешивании по одному колесу на обоих осях.

Планетарная гидромуфта АКПП Audi V8

Полный привод quattro 4 поколения получил несколько иные конструктивные узлы, но все также симметричен. Так, в качестве дифференциала между осями стал использоваться Torsen нового поколения (тип 2). Передний и задний мост получили свободные дифференциалы, оснащенные системой EDL (электронная блокировка дифференциала). Эта система входит в состав ABS и ее задачей является притормаживание колеса, для изменения передаточного соотношения (второе колесо оси начинает получать больший момент). Системы EDL работают раздельно, то есть взаимосвязи блокировок обоих осей между собой нет.

Использование EDL полностью контролируется электроникой. Для сохранения элементов трансмиссии от повреждений, она отключается на скорости выше 40 км/ч. Для спортивных версий предусматривается отключение EDL при достижении 80 км/ч.

Система quattro этого поколения отличается высокой эффективностью. Авто останавливается только в случае пробуксовки всех колес одновременно. Что касается вывешивания, то машина останавливается при потере контакта с дорогой двух любых колес.

В 2004 году появилось 5-е поколение системы quattro, которое получило асимметричное соотношение передачи вращения (в пропорции 40/60 с возможностью автоматического распределения до 20/80).

В конструкции привода в качестве межосевого дифференциала используется Torsen (тип 3), межколесные остались прежними – свободные с EDL.

Особенность работы привода заключена в том, что для блокировки задействуется и ESP, что позволяется Torsen уже перебрасывать весь момент на одну ось.

С такой компоновкой автомобиль останавливается только при пробуксовке всех колес. Обездвиживание также происходит в случае вывешивание двух колес на разных осях или одного из ведущих мостов.

Разновидностью этого поколения является привод с векторизацией, используется он в спортивных версиях автомобилей. Его особенность сводится к тому, что задний мост благодаря использованию в дифференциале повышающих передач с пакетами муфт может «подруливать». То есть при прохождении поворотов система автоматически перераспределяет момент между колесами, обеспечивая увеличение его на колесе, идущем по внешнему радиусу.

Задний активный дифференциал

В 2010 году появилась система quattro 6 поколения, как развитие привода с векторизацией в quattro 5, она применяется в новых спортивных версиях авто.

В ней отказались от самоблокирующегося дифференциала Torsen. Его место занял дифференциал собственной разработки с коронными шестернями. Он отличается асимметричным распределением тяги (60/40) и возможностью автоматического перераспределения момента в пропорции до 85/15.

Дифференциал разработки Audi

Достоинствами такого дифференциала являются несколько меньшая масса узла по сравнению с Torsen, возможность блокировки даже в условиях потери момента на одном из колес, а также векторизация с задействованием ESP, причем без осложненной конструкции заднего дифференциала.

Вся система работает полностью в автоматическом режиме и контролируется электроникой. Она обеспечивает отличные показатели при пробуксовке – авто останавливается только при проскальзывании всех колес. Что касается вывешивания, то машина перестает двигаться только при условии, что вывешены одно заднее и одно переднее колесо.

Привод quattro обеспечивает постоянный привод на все колеса. Но конструкторы не ограничиваются только этим. Есть и системы, которые кардинально отличаются от общего понятия quattro. Такими приводами можно назвать e-tron quattro и quattro ultra.

Автомобили Audi с приводом e-tron quattro отличаются тем, что вращение колес задней оси обеспечивает электромотор. То есть, какая-либо механическая связь между осями отсутствует. Вращение, получаемое от двигателя, подается только на переднюю ось, а зад обладает электроприводом.

E-tron quattro может быть гибридом с тремя или двумя электродвигателями, один из которых находиться спереди совместно с ДВС. Компания Audi «е-тронами» обозначает все электрические версии авто и те гибридные, которые способны передвигаться используя только электрическую тягу. В полностью электрических версиях также используется до трех электромоторов.

Несмотря на то, что все колеса являются ведущими, полноценной системой 4WD ее назвать невозможно. Такая система обладает множеством режимов работы, и только некоторые из них предусматривают подачу вращения одновременно на все колеса.

Система quattro ultra уже и вовсе не относится к постоянному полному приводу. Она позиционируется как «On Demand», то есть, полный привод задействуется только при надобности, причем все работает в автоматическом режиме.

Конструкция такого привода включает свободные межколесные дифференциалы с системой EDL, а в качестве межосевого используются две электромагнитные муфты, что позволяет системе отключать и подключать задний мост.

Система привода quattro ultra

Эта система использует для работы достаточно большое количество электроники. В ее задачу входит постоянный контроль за параметрами движения и практически мгновенное подстраивайте привода под конкретные условия. То есть, при надобности она подключает полный привод, задействует блокировки и т. д.