Automobilių kompanijos gamina automobilius su varikliais, kurie varo du ar daugiau ratų. Štai ką reiškia aukščiau pateikti terminai. Pastebime, kad skirtingų tipų pavarų vairavimo ir sukibimo būdai labai skiriasi. Suprasdami, kaip šios sistemos veikia, galėsite pasirinkti tą, kuri geriausiai atitinka jūsų poreikius.
Kas yra diferencialas ir kam jis reikalingas?
Pagrindinė diferencialo (diferencialinės pavaros) automobiliuose paskirtis yra perduoti variklio generuojamą sukimo jėgą į ratus, tuo pačiu užtikrinant galimybę jiems suktis skirtingu greičiu. Toks mechaninis įtaisas ypač reikalingas darant posūkį - be jo vienas ratas slystų, dėvėtųsi kelio danga ir padangos, o transporto priemonė prarastų stabilumą. Važiuojant tiesiu, lygiu keliu neatskirtumėte, ar ratus suka vientisa ašis, jungianti abu ratus, ar viduryje esantis diferencialas. Tačiau skirtumas pasijaučia tuomet, kai kelias pradeda vingiuoti. Tuomet, kiekvienas ratas turi savo atskirą trajektoriją, kurių ilgiai skiriasi. Vidinėje dalyje esantis ratas suksis lėčiau, nei esantis išorėje. Jei posūkyje abiems ratams teks suktis tokiu pat greičiu, automobilio valdymas taps komplikuotas bei greičiau nusidėvės padangos, dėl tenkančių apkrovų. Būtent eliminuoti šį efektą ir buvo sukurtas atviro tipo diferencialas. Važiuojant tiesiai, abiem ratams teikiama vienoda jėga. Sukant (į kairę), kairysis ratas sukasi lėčiau. Šis mechanizmas reikalingas automobiliui darant posūkį, kai vienas posūkio krypties pusėje esantis ratas juda lėčiau. Be jo ratai ima praslysti, genda padangos ir gadinami keliai.
Diferencialą paprastai sudaro keletas kombinuotų kūginių pavarų. Iliustracijoje parodytame diferenciale, variklis suka didįjį (mėlyną) dantratį su prie jo pritvirtinta stačiakampe dėže. Kairiojo (raudonas) ir dešiniojo (geltonas) rato varomieji dantračiai šios dėžės atžvilgiu gali suktis laisvai. Žaliasis dantratis paskirsto sukamąją jėgą. Jei abu ratai sukasi tuo pačiu greičiu, jiems teikiama vienoda jėga ir paskirstantis žaliasis dantratis nejuda.
Diferencialo trūkumai ir sprendimai
Ši paprasta sistema turi rimtą trūkumą - jei vienas ratų praras sukibimą su keliu (atsidurs ant ledo, didelio purvo, pakils į orą), jam bus perduodama visa sukamoji jėga. Paprasčiausias problemos sprendimas - laikinai įjungiamas diferencialo blokavimo mechanizmas. Tokia pati situacija yra ir su visų varančiųjų ratų sistema, tik joje stovi ne vienas, o trys diferencialai. Po vieną priekinėje ir galinėje ašyse, ir vienas per vidurį, kuris liaudyje vadinamas razdatke. Šio mechanizmo paskirtis lygiai tokia pati - skirstyti galią. Tik šiuo atveju ji skirstoma ne tarp ratų, bet tarp ašyse esančių reduktorių. Šiame komponente išlieka ir tas pats esminis trūkumas - daugiausiai galios bus perduodama tam diferencialui, kurį bus lengviausiai prasukti. Taigi, įsivaizduokite, kad turite labai galingą visureigį, kuris turi tris atvirus diferencialus ir važiuojate kalnuota vietove, kai staiga vienas ratas pakimba ore. Kadangi, visi diferencialai yra suprojektuoti taip, kad galią atiduotų ten, kur ją lengviausiai perduoti, jūsų automobilis nepajudės iš vietos. Vat ir šnipštas iš tos galios, jei nėra kur jos padėti. Tokiu atveju, naudojamos reduktorių blokiruotės. Elementariausias būdas - mechaniškai užblokuoti centrinį diferencialą. Dažniausiai, galia paskirstoma 50:50 santykiu ir net vienai iš ašių praradus sukibimą, kita turės pusę variklio galios, padėti automobiliui išsikapanoti iš keblios padėties. Tačiau tai dar neužtikrina, jog mašina didžiuliu pravažumu. Tiesiog toliau reikės eit ieškoti traktoriaus... Tarkime, du vieno šono ratai įklimpsta sniege. Kadangi juos lengviau prasukti, galia atiteks būtent jiems, kai kitoje pusėje esantys ratai stovės vietoje. Kasitės tik gilyn, o iš vietos nepajudėsite. Kad taip nenutiktų, naudojamos papildomos blokiruotės, stovinčios kiekvienoje ašyje. Tuomet pravažumas ženkliai išauga, nes sujungus visas blokiruotes, ratai pastoviai gaus tokį patį variklio galios kiekį. Ši technologija išgyvena savo eros saulėlydį, nes gamintojai daugiau dėmesio skiria elektroniškai valdomiems mechanizmams, kurie yra efektyvesni, lengvesni ir pigesni.
Diferencialas turi turėti mažiausiai tris dantračius (kaip iliustracijoje parodytas). Parametrai apsprendžiami pavaros konstrukcijos. Kintamieji yra dantračių sukimosi greičiai.
Automobilių pavarų tipai
Šiuolaikinės transporto priemonės turi keturis važiavimo režimus: priekinių, galinių, visų ir keturių ratų pavarą. Keturiais ratais (4WD) ir visais ratais (AWD) varomiems automobiliams pastaruoju metu skiriama daugiau dėmesio nei tradiciniams dviračiais (FWD arba RWD) varomiems automobiliams. Tačiau šis populiarumas yra pelnytas, nes ir 4WD, ir AWD tam tikromis sąlygomis yra daug geresni nei tradicinė dviejų ratų pavara. Tačiau jūsų vairavimo įpročiai ir oras, kuriame gyvenate, padės nuspręsti, kokį jėgos agregatą naudoti su kitu automobiliu.
Priekinių ratų pavara (FWD)
Dviejų ratų pavara arba 2WD reiškia, kad variklis varo tik du priekinius arba galinius ratus. Priekinių ratų pavara šiandien yra labiausiai paplitusi automobilių pavaros sistema. Tai reiškia, kad galia patenka į priekinius ratus. Be to, didžioji dalis automobilio svorio tenka priekiniams ratams, o tai padeda, kai kelias slidus. Priekinių ratų pavara geriausiai tinka tose vietose, kur šilta ir tik nedidelis sniegas. AWD (All-Wheel Drive) dažnai pridedama prie FWD (priekinių ratų pavaros) automobilių, siunčiant galią į galinius ratus tik tada, kai to reikia.
Galiniais ratais varoma transporto priemonė (RWD)
Kaip jau spėjote, galiniais ratais varomos transporto priemonės visą galią perduoda galiniams ratams. Galinių ratų pavaros sistemos buvo įprasta, kai galia buvo gaunama iš galinių ratų. Tai suteikia sunkvežimiams reikalingą sukibimą, kai jie yra labai pakrauti, ir padeda geriau valdyti didelio našumo automobilius.
Visų ratų pavara (AWD)
Visų ratų pavara ir keturių ratų pavara yra panašūs, bet ne tas pats. Visų ratų pavara visada įjungta, o automobilio kompiuteris nusprendžia, kada siųsti galią kiekvienam ratui. Visi ratai gali judėti bet kuriuo metu, bet kada jie pajudės, priklauso nuo vairavimo sąlygų. Didelio našumo automobiliai su visų ratų pavara (AWD) paprastai visą laiką siunčia galią kiekvienam ratui, tačiau jie gali pakeisti ratų pusiausvyrą, kad pakeistų automobilio veikimą, atsižvelgiant į oro sąlygas ar važiavimo režimą. Jei vienas ratas pradeda slysti, automobilis tam ratui siųs daugiau galios, kad išspręstų problemą. Visų varančiųjų ratų pavara buvo sukurta siekiant pagerinti pravažumą, tačiau vėliau išpopuliarėjo ir dėl kitų savybių, tokių kaip didesnis stabilumas slidžiame kelyje, geresnės valdymo savybės bei dinamika.
Visais ratais varomi elektromobiliai, kuriuose sumontuoti du elektros motorai, įprastomis sąlygomis yra varomi tik viena ašimi, nes taip ekonomiškiau. Tik prasisukus pagrindinės ašies ratams įsijungia kitos ašies motoras, kaip pavyzdžiui, „Haldex“ sistemas turinčiuose vidaus degimo varikliais varomuose automobiliuose. Tačiau, pasirinkus kitokį važiavimo režimą, galima naudoti ir nuolatinę visų varančiųjų ratų pavarą, ESP sistemos veikimas gali netgi sukurti pojūtį, kad diferencialas yra blokuojamas, o keičiant variklio veikimo parametrus įmanoma išgauti net ir lėtinančios pavaros efektą, kad spaudžiant akceleratorių varikliai išvystytų minimalią galią ir didžiausią sukimo momentą.
„Subaru DCCD“ bei „Mitsubishi ACD“ sistemos yra laikomos pačiomis pažangiausiomis pasaulyje. Tuo tarpu daugeliui europiečių bus aktuali „Haldex“ sistema, kuri naudojama visuose skersai variklius turinčiuose „VAG“ koncerno modeliuose. Kadangi agregatas stovi skersai, didžioji dalis galios daugiausiai tenka priekiniams ratams, tačiau prasisukus jiems, „Haldex“ mechanizmas perleidžia sukimo momentą galinei ašiai. Šio įtaiso viduje stovi kelios sankabos, kurios sujungiamos dėka elektromagnetinio stūmoklio, todėl perduodamos galios kiekis gali per sekundę pasikeisti keletą kartų. Tai užtikrina efektyvų pravažumą ir neiššvaistytą variklio resursą. Įdomu tai, kad nors „Haldex“ yra centrinis diferencialas, tačiau jis stovi šalia galinės ašies. Lyginant su hidrauliškai suspaudžiamomis sankabomis, „Haldex“ elektroninės dalys greičiau perkaista, todėl norint, kad sistema veiktų efektyviai, automobiliui reikia judėti lėtai bei važiuoti su kuo žemesnėmis variklio apsukomis. Beje, „Haldex“ sistema yra pritaikoma tik automobiliuose, kuriuose variklis stovi skersai. Pavyzdžiui, „BMW xDrive“ ir „Mercedes-Benz 4Matic“ naudoja bendrovės inžinierių sukurtas sistemas, tačiau jų veikimo principas yra labai panašus į „Haldex“. Pagrindinis skirtumas tas, jog esant normalioms sąlygomis - didžioji dalis variklio išvystomos galios bus tiekiama galiniams ratams, o priekiniai niekada negaus daugiau nei 40 procentų galios.
Keturių ratų pavara (4WD)
Kai automobilis turi keturių ratų pavarą, variklis siunčia galią visiems keturiems ratams. Tačiau dauguma keturiais ratais varomų transporto priemonių iš esmės veikia galinių ratų pavaros režimu, kol transporto priemonei reikia visų keturių ratų, kad būtų užtikrintas sukibimas. Keturių ratų pavaros sistema vienodai siunčia galią visiems keturiems ratams ir kartu blokuoja du varančiuosius velenus. Keturių ratų pavara geriausiai veikia važiuojant giliame sniege ir nelygiais keliais. Maža pavara naudojama siekiant padidinti ratų sukimo momentą lėtam kopimui į kalną. Štai kodėl dauguma visureigių, krosoverių, didelių sunkvežimių ir kai kurių sportinių automobilių turi keturių ratų pavarą. Tai taip pat reiškia, kad visiems keturiems ratams reikia daugiau degalų norint vairuoti transporto priemonę. Ši pavara labai praverčia labai nelygioje vietovėje arba užsiimant nuotykių sportu.
„4WD“ simbolika pažymėti automobiliai turi nuolatinę keturių varančiųjų ratų pavara, kurios dažniausiai negalima išjungti. Tuo tarpu „AWD“ automobiliai turi ne nuolatinę, o tik dotuoju momentu veikiančią keturių varančiųjų ratų pavarą.
Elektrinė pavara ir jos privalumai
O ką naujo į visų varančiųjų ratų pasaulį atnešė elektros pavara? Paprastumą ir patikimumą. Elektros motorai - gana paprasti. Palyginti su vidaus degimo varikliais, jie užima nedaug vietos, tad gamintojai, užuot montavę visų varančiųjų ratų pavarai reikiamus mechaninius komponentus po elektromobilio dugnu, kur įprastai yra dedama baterija, tiesiog vieną elektros variklį montuoja ant priekinės ašies, o kitą - ant galinės. Tai reiškia ne tik geresnį sukibimą su keliu, bet ir didesnę galią, nes motorai - du. Pavyzdžiui, bazinis „Kia EV6“ modelis turi vieną 228 AG elektros variklį ant galinės ašies, o visais ratais varomoje versijoje įrengtas antras motoras varo priekinę ašį. Veikdami kartu, abu motorai sukuria 325 AG pajėgumą, kuris šeimyniniam krosoveriui leidžia 100 km/val. greitį pasiekti greičiau nei nemenkai daliai sportinių automobilių - per 5 sekundes. Taip pat šios sistemos gerokai patikimesnės. Elektros motorai beveik negenda, nes juose - tik viena judanti dalis. O paskirstymo dėžė, reduktoriai ir kiti komponentai negali subyrėti, nes elektromobiliuose jų tiesiog nėra. Bet ar gali tokia elementari sistema sklandžiai veikti be patikrintų mechaninių komponentų? Visas galimybes galima suprogramuoti „Kalbant apie kasdienius automobilius, manau, kad ši sistema gali netgi daugiau dėl elektros motoro savybės atiduoti maksimalią galią ir sukimo momentą visame sūkių diapazone be jokios delsos. Paprasčiausia elektros pavara gali imituoti skirtingų visų varančiųjų ratų sistemų veikimą, tiesiog reikia gero programavimo. Prastu oru teko važinėti su visais ratais varoma „Kia EV6“: išties patiko, kaip stabiliai ir švelniai ji rieda prastu keliu, tačiau, pasirinkus kitą režimą, išvažiuojant iš kiekvieno posūkio automobilio sistemos leidžia galinei ašiai slysti šonu. Elektros pavara suteikia galimybę daryti ką tik nori pagal poreikį ir sąlygas“, - pavyzdžius dėsto žurnalo „Keturi ratai“ apžvalgininkas Egidijus Babelis.
Skirtumai tarp 4WD ir AWD
Aptarę praktiškai visų įmanomų sistemų veikimo principus, metas suprasti skirtumus tarp dviejų, lyg ir tą pačią funkciją atliekančių sistemų. Vis dėlto, „4WD“ arba „AWD“ simbolika ant automobilio yra labai svarbi. Pavyzdžiui, „4WD“ pavara dažnai surandama pilnaverčiuose visureigiuose. Sudėtingesnę konstrukciją turinčios „4WD“ sistemos turi keletą skirtingų veikimo režimų. Pavyzdžiui, „4WD High“, „4WD Low“ arba „4H Lock“. Automobilių gamintojai su dideliu malonumu rašo kataloguose apie galimybę įsigyti skirtingų modelių su 4 x 4 pavara. Deja, šiame apibrėžime dažnai slypi skirtingai veikiančios sistemos. Pirmoji 4 x 4 pavaros rūšis yra pastoviai varomi visi 4 ratai, kur sukimo momentas visada paskirstomas į dvi ašis. Tokį paskirstymą užtikrina centrinis skirstymo mechanizmas. Pastoviai varomų 4 ratų pavarą galima toliau skirstyti į simetrišką ir nesimetrišką. Nesimetrišką pavarą turime pvz., Land Rover Defender, kur sukimo momentas paskirstomas į dvi ašis lygiomis dalimis. Kita 4 x 4 pavaros rūšis - mechaniškai prijungiama 4 varomųjų pavara. Šiuo atveju kalbame apie reiškinį, kai viena ašis varoma pastoviai, o kitą ašį galima prijungti, įjungiant atitinkamą svirtį arba spaudžiant atitinkamą mygtuką. Prijungiamą pavarą galima pamatyti pvz., Suzuki Jimmy, Jeep Wrangler ar Nissan Patrol, kur pastoviai varoma užpakalinė ašis, o priekinę ašį galima prijungti pačiam. Tačiau šia funkcija rekomenduojama naudotis tik laukuose, bekelėje. Trečioji 4 x 4 pavaros rūšis - tai automatiškai prijungiama pavara. Toks sprendimas yra pastoviai varomų 4 ratų ir mechaniškai prijungiamos pavaros tarpinis variantas. Tokią pavarą pamatysime šiuose automobiliuose: Mitsubishi Outlander, Toyota RAV4, Volvo AWD, Suzuki SX4, Audi A3 ar BMW X5. Tiesa, iš esmės automobilis su 4 varomaisiais yra universalesnis nei transporto priemonės su viena varoma ašimi, kalbant tiek apie dangos kokybę, tiek apie oro sąlygas. Turėdami 4 x 4 pavarą nuvažiuosite tikriausiai toliau nei be jos. Tačiau tai nereiškia, kad pasieksime bet kokį tikslą ir bet kada. Žinoma, 4 x 4 pavara užtikrina geresnį sukibimą nei vienos ašies pavara, bet jei automobilis taps nevaldomas ir pradės čiuožti, juk tai įmanoma, suvaldyti susidariusią situaciją bus labai sudėtinga. Nenuslėpsi ir to, kad automobiliai su 4 x 4 pavara kainuoja gerokai daugiau nei automobiliai su viena varoma ašimi. Juos ir išlaikyti brangiau. Dažniau teks užsukti į degalines, ypač jei turite pastoviai varomus visus ratus. Dėl šios sistemos Jūsų automobilis tampa tiesiog sunkesnis, todėl ir kuro sąnaudos atitinkamai didesnės. Daugiau mokėsite ir už galimus remontus. Taigi automobilį su abiem varomomis ašimis turite įsigyti ne dėl ekonominių priežasčių.
Lietuviškoje automobilių terminologijoje iki šiol vyrauja nemaža sumaištis, todėl mes pasinaudojome technologijų subtilybes išdėsčiusio specialisto klasifikacija. Keturių ratų pavara: Tokiame automobilyje variklio trauka kiekvieną akimirką perduodama tiek priekiniams, tiek ir galiniams ratams, kurie visi sukasi tuo pačiu greičiu. Tam būtina paskirstymo dėžė arba blokuojamas centrinis diferencialias. Aktyvuojama keturių ratų pavara: Ji leidžia pasirinkti režimą, kai varoma tik viena ašis. Visgi vairuotojas gali pajungti ir kitą tiltą, o tam įprastai naudojama paskirstymo dėžė. Tuomet priekiniai ratai sukasi tokiu pat greičiu, kaip ir galiniai, todėl gerokai lengviau įveikti dumblyną ar storu sniego sluoksniu padengtą kelią. Pavyzdžiai: senieji „Jeep Cherokee“, G klasės „Mercedes-Benz“, dauguma rėminės konstrukcijos pikapų. Nuolatinė keturių ratų pavara: Nuolatos sukasi abi ašys, tačiau nebūtinai tokiu pat greičiu.