Rodzaje napędu na cztery koła

Samochody z samonośnym nadwoziem, bardzo rzadko lub wcale nie wykorzystywane do jazdy w terenie, stały się poligonem nowych doświadczeń z napędem. Z początku stosowano w nich sprzęgła wiskotyczne, mechanicznie dołączające napęd tylnej osi. Potem pokuszono się o elektroniczne sterowanie dołączaniem napędu. Wciąż jednak nie udało się wyeliminować oporów, stawianych przez skomplikowane układy przeniesienia napędu. Okazało się, że najoszczędniejsze konstrukcje mogą powstać w oparciu o proste dołożenie do tylnej osi silnika elektrycznego. Mamy wówczas napęd AWD na żądanie, gwarantujący niskie zużycie paliwa. Sprawdziliśmy, jakie rozwiązania stosowane są u różnych producentów.

BMW X5 – xDrive

Najstarszym i najprostszym sposobem dołączania napędu było zanurzone w oleju, wielotarczowe sprzęgło wiskotyczne. Poślizg kół jednej z osi sprawia, że zanurzone w oleju płytki zaczynają się łączyć, przenosząc napęd na drugą oś. Kolejnym krokiem było użycie sprzęgła sterowanego elektromagnesem. Wówczas o przeniesieniu napędu i proporcji momentu obrotowego na każdej z osi decydował komputer, sterując siłą działania elektromagnesu. To nieporównywalnie szybciej działające rozwiązanie można było spotkać w dawnych modelach Suzuki SX4, Mitsubishi Outlanderze, Nissanie X-Trail, a nawet Porsche 911 Turbo. BMW zdecydowało się pójść o krok dalej, stosując w swoich modelach rozwiązanie o nazwie XDrive. Płytki są w nim łączone silnikiem elektrycznym, ale zasada działania jest identyczna.

System xDrive rozdziela siłę napędową w sposób płynny i całkowicie adaptacyjny między oś przednią i tylną. Mechanizm potrafi natychmiast rozpoznać potrzebę zmiany rozdziału siły napędowej i odpowiednio szybko zareagować. Dzięki temu podczas dynamicznego pokonywania zakrętów xDrive przenosi na obie osie optymalną w danym momencie siłę napędową, redukując nadsterowność i podsterowność. Na drogach utwardzonych układ xDrive oferuje znacznie lepszą zwinność auta i większe bezpieczeństwo jazdy. Ponadto ułatwia poruszanie się na nieutwardzonych lub śliskich nawierzchniach, ponieważ w przypadku utraty przyczepności jednego z kół siła napędowa kierowana jest natychmiast na pozostałe koła.

Elektroniczne sterowane sprzęgło wielotarczowe przekazuje siłę przez napędzany łańcuchem wałek przeniesienia napędu na przód. Wał łączący prawe przednie koło prowadzony jest przez miskę olejową, co pozwala na niski montaż silnika, a tym samym niski środek ciężkości przy zachowaniu dużego prześwitu. Takie rozwiązanie jest korzystne dla dynamiki jazdy i właściwości jezdnych na złych nawierzchniach. Zmniejsza to również przechył boczny przy pokonywaniu zakrętów. Aby możliwe było zastosowanie półosi napędowych z przodu o tej samej długości, po prawej stronie miski olejowej zamocowano wspornik przegubowy. Dzięki temu układ kierowniczy jest wolny od wpływu układu napędowego, ponieważ kąt nachylenia jest taki sam. Konstrukcja ta umożliwia ponadto uzyskanie większego skrętu kół i mniejszego promienia skrętu, niż w konwencjonalnych pojazdach terenowych.

Elektronicznie sterowane sprzęgło wielotarczowe w przekładni rozdzielczej w ciągu milisekund dostosowuje transmisję siły napędowej na oś przednią odpowiednio do potrzeb. W niektórych przypadkach może nastąpić nawet całkowite rozłączenie lub sztywne połączenie osi przedniej i tylnej, co odpowiada wzdłużnej blokadzie osi w konwencjonalnych napędach na cztery koła. Blokadę poprzeczną, czyli wymuszone przenoszenie siły napędu na oba koła przednie lub tylne, zapewnia elektroniczny układ DSC za pomocą funkcji hamowania. W przypadku buksowania jednego z kół, następuje jego wyhamowanie.

Na podstawie położenia pedału gazu xDrive rozpoznaje sytuacje, w których napęd na wszystkie koła jest pożądany i załącza się, zanim powstanie poślizg. System korzysta z informacji zbieranych przez układ DSC takich jak kąt skrętu pojazdu wokół osi pionowej, mierzony przez czujnik prędkości kątowej czy skręt kierownicy. Informacje te w połączeniu z danymi o prędkości pojazdu przekazywanymi przez czujniki kół, o przyspieszeniu bocznym i z danymi silnika, pozwalają xDrive z góry określać aktualną sytuację i optymalnie rozdzielać siłę napędu pomiędzy przednią i tylną oś.
To jedno z najdoskonalszych rozwiązań na rynku, jednak nie zawsze radzi sobie na śliskich nawierzchniach i obciąża w czasie działania układ napędowy, zwiększając spalanie.

Subaru Levorg – Symmetrical AWD

Dziś można już powiedzieć, że to stara i sprawdzona konstrukcja. Napęd Symmetrical AWD ma już tak wielką renomę, jak quattro z Audi. Symetryczny układ napędu na cztery koła ma trzy mechanizmy różnicowe. Nazwano go symetrycznym, ponieważ wszystkie ruchome części układu napędowego po obu stronach auta są takie same i rozmieszczone w równych odstępach, a najcięższe elementy, jak silnik typu bokser i skrzynia biegów, zamontowano dokładnie w osi pojazdu. Wszystko to zapewnia maksymalnie niskie położenie środka ciężkości, tak cenne w sporcie motorowym. Przekłada się na ponadprzeciętne właściwości jezdne i doskonałe wyważenie samochodu. Napęd jest stale przekazywany do wszystkich kół.

W najnowszym modelu Levorg mamy dodatkowo możliwość sterowania pracą układu przeniesienia napędu za pomocą systemu Subaru Intelligent Drive (SI-DRIVE). Pozwala na dostosowanie pracy silnika i napędu do preferencji kierowcy. Ma dwa tryby pracy: Intelligent oraz Sport. Intelligent umożliwia łagodniejsze przyspieszanie i wydajniejsze działanie zespołów, natomiast Sport udostępnia pełną moc i zapewnia najlepsze przyspieszenie.

Nie ma jednak róż bez kolców. Wadą tego rozwiązania jest znaczna masa wszystkich mechanizmów oraz opory, stawiane przez liczne, połączone ze sobą i pracujące przez cały czas, ruchome elementy. Skrzynia biegów w modelach Subaru z S-AWD jest niezmiernie drogim i skomplikowanym elementem. W jednej obudowie jest nie tylko przekładnia, ale też przedni i centralny mechanizm różnicowy. To takie "wszystko w jednym" – skrzynia biegów i skrzynia rozdzielcza. Dlatego problem pojawia się, gdy coś się nie zepsuje. Największy minus to koszty. Po pierwsze, takie nagromadzenie ruchomych, stawiających opór elementów skutkuje wysokim zużyciem paliwa. Trzeba polubić spalanie w okolicach od 10 do kilkunastu l/100 km. Po drugie, koszty napraw również będą wysokie, bo to skomplikowany mechanizm.

W nowszych modelach Subaru zastosowano inne konstrukcje S-AWD. Zamiast centralnego mechanizmu różnicowego, stosuje się także sterowane mechanicznie, wielopłytkowe sprzęgło.

Skoda Kodiaq – międzyosiowe sprzęgło Haldex

Skoda Kodiaq to tylko przykład, bo międzyosiowe sprzęgła Haldex są powszechnie stosowane w wielu modelach kilku marek, należących do Grupy Volkswagena. Obecnie w Skodzie Kodiaq jest montowany Haldex piątej generacji. To mechanizm rozdzielający napęd między przednią i tylną osią. W porównaniu do Haldexa 4, w którym na tylną oś mogło trafić do 85 proc. momentu obrotowego, w najnowszej wersji na tylne koła może być przekazywane nawet 100 proc. W zależności od sytuacji możemy więc jechać autem przednio, tylnonapędowym lub z napędem na wszystkie koła. Wszystko zależy od stylu jazdy kierowcy i od warunków panujących na drodze. Pamiętajmy jednak, że w tym rozwiązaniu tylne koła nigdy nie będą się obracać szybciej, niż przednie, bowiem w tym układzie nie ma centralnego mechanizmu różnicowego. Zmienia się podział przekazywanego między osiami momentu, ale nie prędkość obrotowa kół.

Układ elektroniczny sterujący napędem na bieżąco kontroluje warunki, w jakich porusza się pojazd i analizuje informacje zebrane z czujników. Podczas jazdy autostradowej cały moment obrotowy jest przenoszony na przednie koła, co pomaga w obniżeniu zużycia paliwa. Natomiast, podczas jazdy po luźnej nawierzchni, np. drogach szutrowych, dołączany jest tylny napęd, w zależności od stopnia przyczepności poszczególnych kół. W przypadku ekstremalnie śliskiej lub grząskiej nawierzchni, gdy przednie koła nie mogą złapać przyczepności, cały moment obrotowy może zostać przekazany na tylne koła.

Zwykle aż 96 proc. momentu obrotowego silnika trafia do przednich kół. Gdy jednak koła zaczynają się ślizgać, napęd zaczyna być przenoszony na wszystkie koła. Odbywa się to automatycznie, a system Haldex działa z błyskawicznie. Sterowanie napędem odbywa się w oparciu o skomplikowany algorytm, czerpiący informacje z czujników o prędkości obrotowej kół, sile hamowania, stopniu otwarcia przepustnicy itp.

Haldex to bardzo dobry kompromis. Ma znacznie mniej wad niż stały napęd na wszystkie koła, ale jego działanie potrafi czasem zaskoczyć kierowcę nagłą zmianą charakterystyki prowadzenia samochodu. Nie jesteśmy bowiem przyzwyczajeni do przesiadania się w ułamku sekundy z auta przednio- do tylnonapędowego. Zużycie paliwa wciąż jednak pozostanie wyższe, niż w aucie z przednim napędem. Międzyosiowe sprzęgło, nawet gdy nie jest włączone, stawia spory opór mechaniczny. Pod tym względem wyprzedzają go rozwiązania, oparte na niezależnych silnikach elektrycznych, stosowane przez Toyotę i Volvo.

Toyota RAV4 – napęd E-Four

Wprowadzona na rynek w 2016 roku, odświeżona Toyota RAV4 to czwarta już generacja modelu, który w 1994 roku dał początek całemu segmentowi tak modnych dzisiaj kompaktowych SUV-ów. Od tamtego czasu RAV4 znacząco urósł i stał się autem rodzinnym. Japoński model wielokrotnie plasował się w rankingach jako najlepszy i najbardziej niezawodny SUV. Przez 23 lata na dobre zadomowił się na rynku i przeszedł długą ewolucję. Najnowszy hybrydowy napęd AWD, stosowany w modelu RAV4, nazywa się E-Four. Wszystkie cztery koła mogą być napędzane silnikami elektrycznymi, zapewniając lepszą kontrolę trakcji i możliwość holowania przyczep o masie do 1650 kg.

E-Four poprawia własności jezdne, ogranicza straty energii i pomaga oszczędzać paliwo. W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami to bardzo lekka i prosta konstrukcja. Nie znajdziemy tu wału napędowego, skrzyni redukcyjnej, sprzęgieł czy międzyosiowych mechanizmów różnicowych. To oznacza optymalny rozkład masy między osiami, mniejsze ryzyko awarii i więcej miejsca w środku.

Napęd tylnej osi powierzono elektronicznie sterowanemu silnikowi elektrycznemu o mocy 68 KM. W normalnych warunkach pozostaje wyłączony, nie zużywając energii. Przednią oś napędza 155-konna, benzynowa jednostka o maksymalnym momencie obrotowym 206 Nm, połączona ze 142-konnym silnikiem elektrycznym (270 Nm).
To najszybsza RAV4 w historii. Ma łączną moc 197 KM, co przekłada się na przyspieszenie do setki w 8,3 s i średnie spalanie 5,1 l/100 km. Działając niezależnie od napędu przedniej osi i napędzając jedynie tylne koła, system E-Four płynnie włącza tryb AWD przy ruszaniu na śliskiej nawierzchni i w zakrętach, zwiększając sterowność. Proporcje podziału momentu obrotowego między osiami są tutaj elastyczne, nawet 60 proc. może trafiać na tył, a 40 proc. na przód.

Volvo XC90/XC60 Twin Engine T8 – elektryczne AWD na żądanie

XC90 był pierwszym modelem Volvo, projektowanym z myślą o napędzie hybrydowym. Dzięki temu wersja T8 Twin Engine dysponuje wewnątrz sporą przestrzenią. Podobnie jak w Toyocie, za napęd AWD odpowiadają dwa niezależne silniki. Oś tylna ma własny napęd elektryczny, dołączany na żądnie kierowcy lub pokładowego komputera. Łączna moc zespołu napędowego to aż 407 KM (640 Nm). To przekłada się na przyspieszenie do setki w ok. 6 s, a dzięki możliwości naładowania akumulatora z gniazda wg norm średnie spalanie oceniono na 2,5 l/100 km. Stały napęd na wszystkie koła mamy tylko wówczas, gdy wybierzemy taki tryb jazdy. W codziennym użytkowaniu napęd AWD pozostaje nieaktywny, czyniąc samochód bardziej oszczędnym. Załącza się automatycznie w razie utraty przyczepności.

Silnik elektryczny na tylnej osi napędza koła w trybach Electric oraz Power. Generuje moc 82 KM (240 Nm). Układ hybrydowy, napędzający przednią oś składa się w Volvo z 2-litrowego silnika benzynowego o mocy aż 320 KM, sprzężonego z 88-konnym silnikiem elektrycznym.

Taki sam, hybrydowo-elektryczny zestaw AWD znajdziemy również w najnowszym, mniejszym SUVie Volvo, modelu XC60. Tam wersja hybrydowa T8 Twin Engine pozwala na osiągnięcie 100 km/h w 5 s. Zalety, podobnie jak u Toyoty to niskie zużycie paliwa, więcej miejsca w aucie i bezawaryjność, którą może zagwarantować prostota konstrukcji.