Проходимость для «легковушки»: виды блокировок дифференциала и их применение
Кондуктор, нажми на тормоза.
Дифференциал — непременный атрибут любого автомобиля, имеющего пару ведущих колес, между которыми механическим способом распределяется крутящий момент от одного источника (двигателя). Исключение — картинг, где техника прохождения поворотов основана на скольжениях ведущих колес, а вопросы надежности и долговечности волнуют кого-либо в последнюю очередь. Практически любой свободный дифференциал представляет собой нехитрый планетарный механизм, позволяющий правому и левому колесам реализовать равный крутящий момент при различной скорости вращения, без чего не обойтись при поворотах. Но в этом и главный недостаток: стоит одному из колес вывеситься или попасть на скользкое покрытие — крутящий момент на нем падает практически до нуля, а следом останавливается и противоположное колесо, еще имеющее контакт с поверхностью, поскольку специфика работы дифференциала лишает момента и его. Бытует ошибочное представление, что в этом случае вся тяга перераспределяется на скользящее колесо, и хотя на самом деле это не так, результат не меняется: нет зацепа — нет движения.
Как мы действуем, если некому вытолкать машину из засады? Пытаемся либо подложить что-то под буксующее колесо, либо загрузить его, чтобы увеличить силу трения, создав тем самым крутящий момент, причем не только на этом колесе, но и на втором, как следует из принципа действия дифференциала. Но то же самое можно сделать с помощью тормозов, на чем и базируется электронная имитация блокировки дифференциала: по сигналу датчиков скорости вращения (как правило, тех же, что работают с АБС) колесо «прихватывается» тормозным механизмом — и дело, как говорится, в шляпе. Этот способ используется главным образом на полноприводных кроссоверах и внедорожниках, но концерн PSA, например, реализовал его в системе Grip Control на переднеприводниках Peugeot 3008 и 2008. Причем тут интерес представляет не столько само наличие электронной имитации блокировки, сколько различные алгоритмы работы: в режимах «снег», «бездорожье» и «песок» буксующее колесо притормаживается с разной интенсивностью. И максимальная допустимая скорость у каждого режима тоже своя: для езды по снегу, по мнению французов, достаточно 50 км/ч, по грязи можно двигаться не быстрее 80 км/ч, а в «песчаном» режиме — до 120 км/ч. Ведь чем жестче блокировка, пусть даже электронная, — тем более проблемной становится управляемость (вспомним о картинге).
Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе
Карданный вал (1) через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала (2). Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) (3) вращает полуоси (4). Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей
Однако система Grip Control и ей подобные «завязаны» не только на тормоза: они могут варьировать чувствительность электронной педали акселератора и даже «душить» двигатель, дабы не допустить закапывания колес. А если попроще, без всякой электроники? Еще в незапамятные времена отдельные умельцы ставили на ВАЗовскую «классику» два «ручника» вместо одного, по одному на каждое колесо, именно для того, чтобы при случае легче было выбраться из снега или грязи. Действительно, чего проще: забуксовал, посмотрел, какое колесо вращается вхолостую, — его и притормозил, ведь иногда требуется всего несколько оборотов, и порой помогает даже штатный стояночный тормоз. Разумеется, в массовом производстве ничего подобного никогда не было и не предвидится, да и в тюнинге чаще используется другой подход к проблеме пробуксовки.
LSD или блокировка?
Суть второго подхода — вмешательство в конструкцию самого дифференциала, ставящее своей целью сделать его, если можно так выразиться, менее дифференциальным. Грубо говоря, в определенный момент его нужно превратить в обычную пару шестерен, как у того же карта, заставляющую колеса вращаться с равной скоростью либо в зависимости от условий движения, либо невзирая на них. В первом случае эксплуатируются самоблокирующиеся дифференциалы, они же дифференциалы повышенного трения, а в англоязычной литературе чаще используется термин «дифференциал ограниченного скольжения» (LSD, Limited Slip Differential), что, в принципе, то же самое. Сущность соответствует названиям: до определенного момента узел «терпит» разность скоростей вращения колес или крутящего момента, но потом блокируется за счет той же силы трения либо полностью, либо частично. Момент и степень блокировки могут быть разными, равно как и конструкция: знаменитый червячный Torsen, кулачковый (легендарная «шишига» ГАЗ-66), цилиндрический, дисковый и т. д. Частным случаем LSD можно считать и вискомуфту, где трение возникает в специальной жидкости.
LSD конического типа
«Самоблок» считается более радикальным и эффективным решением, чем подтормаживание колес, хотя очень многое зависит от конкретной конструкции и настройки. Для примера рассмотрим винтовой дифференциал типа Quaife, предлагаемый тюнинговыми фирмами для автомобилей ВАЗ, УАЗ и даже для иномарок: его устанавливают вместо штатного дифференциала, и цена вопроса не так уж велика, порядка 10-30 тысяч рублей, в зависимости от модели. Как и обычный дифференциал, это планетарная конструкция, но нарезка зубьев шестерен тут похожа на резьбу винта, на что намекает и само название. Когда одно из колес начинает пробуксовывать, шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями, начинают проворачиваться, как в обычном свободном дифференциале. Однако этому препятствует трение, которое создается между сателлитами и корпусом механизма под действием центробежных сил, плюс сопротивление довольно велико и в самих винтовых парах, — это заставляет всю конструкцию вращаться почти как единая ось, хотя и с небольшим проскальзыванием, недаром блокировка называется частичной.
Как показывает опыт эксплуатации Грант и Калин с такими дифференциалами, они действительно повышают проходимость, позволяют увереннее стартовать на скользком покрытии и даже обостряют «чувство руля», что импонирует активным водителям. Но есть и обратная сторона медали: чем выше степень блокировки (а она задается конструктивно, и варьировать ее нельзя), тем сильнее поведение машины с «самоблоком» отличается от дорожных манер «гражданских» автомобилей. Для машин с задним приводом это не столь критично, но переднеприводные, коих нынче подавляющее большинство, требуют от водителя большей концентрации, а часто — и просто больших физических усилий в процессе управления. Ведь при передаче крутящего момента в повороте, особенно при добавлении или сбросе «газа», дифференциал повышенного трения стремится уравнять скорости вращения управляемых колес, что, как правило, выражается в сильной недостаточной поворачиваемости, — машина, как говорят, «упирается». К тому же, остается актуальным вопрос надежности и ремонтопригодности, поэтому сфера применения «самоблоков», как правило, ограничивается кругом энтузиастов различных видов автоспорта.
Обычному же водителю нужно совсем другое — выбраться из сугроба или преодолеть размытую грунтовку по дороге на дачу, но в штатных условиях движения не жертвовать управляемостью и комфортом. Для этого лучше всего подходит принудительная блокировка дифференциала, которая в большинстве случаев бывает полной, — как, например, сделано на нашей «Ниве», только не в межколесном дифференциале, а в межосевом. Он имеет обычную свободную конструкцию, но дополнен зубчатой муфтой, замыкающей одну из шестерен на корпус, который играет в планетарной передаче роль так называемого водила. В итоге происходит то же самое, что и в «самоблоке», но без всякого проскальзывания: дифференциал превращается в ту самую жесткую передачу, о какой было сказано выше. Причем если у «Нивы» водитель должен перемещать муфту вручную, с помощью специального рычага, то у современных автомобилей ее привод может быть и гидравлическим, и пневматическим, и электрическим. Последний, по всей видимости, и используется в трансмиссии квазикроссовера Fiat Weekend, о котором шла речь в нашем обзоре.
Не в этой жизни?
А теперь о самом грустном: почему ни один из описанных методов повышения проходимости не используется в массовых и недорогих моделях, доступных россиянам? Оставим в стороне иномарки, но тот же АВТОВАЗ, на первый взгляд, вполне мог бы озадачиться копеечной для такого гиганта задачей — предложить в качестве опции блокировку дифференциала, подобно бразильскому Фиату. Но вспомним, во-первых, что нынче завод принадлежит концерну Renault-Nissan, практикующему жесткую экономию, — это с одной стороны, а с другой — до сих пор не удается справиться с фирменным воем ВАЗовских коробок передач, — до блокировок ли тут. Впрочем, был в Тольятти один человек, который мог бы эту сказку сделать былью, и фамилия у него почти сказочная — Андерссон. Продержись он у руля АВТОВАЗа еще пару лет и узнай о бразильском опыте — возможно, и увидели бы мы опционную блокировку дифференциала или ее электронную эмуляцию на моделях с приставкой Cross, крестным отцом которых и был шведский топ-менеджер. Но история не знает сослагательного наклонения, и теперь тюнинговых дел мастера могут не опасаться конкуренции со стороны автогиганта. Кстати, интересно, как скоро будет готов «самоблок» для Весты?
Нужен ли самоблок для переднего привода?
Червячный самоблокирующийся дифференциал оригинальной конструкции фирмы «Вал-Рейсинг» установили на «Калину» — автомобиль с типичной для большинства нынешних машин переднеприводной компоновкой и соответствующими повадками. Мы накрутили больше тысячи километров по дорогам с разным покрытием, попробовали блокировку в разнообразных ситуациях, посмотрели, как ведет себя машина на скользких зимних дорогах и сухом асфальте.
ПО МОРОЗЦУ
Ненадолго перенесемся из лета в зиму, чтобы оценить поведение автомобиля при отрицательных температурах. Пока в памяти свежи впечатления о характере автомобиля в заводском исполнении, присмотримся, что изменилось после установки самоблокирующегося дифференциала.
«Калина» заметно легче стартует (главное — не срывать ведущие колеса резко), быстрее разгоняется, причем как на «миксте», так и в ситуации, когда под всеми колесами снег или лед. В целом машина стала более собранной, охотнее следует за штурвалом, четче прописывает повороты. Понятнее и рулевое управление — возросло стабилизирующее усилие. Хотя, немного перебрав со скоростью, замечаешь: занос стал резче, чем в варианте со свободным дифференциалом.
При интенсивном разгоне и — в меньшей степени — при установившемся движении «Калина» чувствительнее реагирует на неравномерность дорожного покрытия: становится нервной, ее тянет в сторону более рыхлого покрытия, больше приходится работать рулем. Динамический коридор около метра-полутора требует от водителя большей концентрации и точности действий. В долгой дороге начинаешь с теплотой вспоминать более комфортный заводской вариант.
В экстремальных ситуациях вазовский малыш становится еще более непослушным и хуже прогнозируемым. Первые круги на закрытой трассе удается ехать быстрее, успевая компенсировать возникающие стихийные скольжения то передней осью, то задней — очень резкий занос, а иногда, наоборот, довольно продолжительный снос. Приходится интенсивнее, чем на «Калине» со свободным дифференциалом, работать рулем и газом. Однако, несмотря на то что ошибок больше и траектории далеки от оптимальных, время на круге лучше.
Покрытие раскатывается, сцепление колес с дорогой падает — и ухудшается не только время, но и поведение машины. От нее очень трудно добиться контролируемого бокового скольжения, причем проявляется оно как свойственное скорее не передне-, а полноприводному автомобилю. На сброс газа и доворот руля «Калина» отвечает сносами, которые не заканчиваются, пока не нащупаешь газом момент, когда снос резко сменяется заносом. Часто автомобиль едет, куда хочет он, а не сидящий за рулем. Более однозначного поведения удастся добиться, если применить излюбленный раллийный прием — торможение левой ногой.
Но это все-таки не боевой автомобиль, а семейный универсал. Поэтому уделим внимание и менее динамичным и азартным, но более востребованным в повседневной жизни моментам. Например, дает ли преимущество блокировка при троганье в горку? Двенадцатипроцентный подъем (под колесами — укатанный снег) покорился автомобилю и в том, и в другом исполнениях. При этом на машине со свободным дифференциалом приходилось трогаться очень осторожно, по крупицам отмеряя тягу. Вполне естественно, что более крутой, 16-процентный уклон «Калина» преодолела, только вооружившись самоблокирующимся дифференциалом.
ВЕСЕННИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
Под колесами сухой асфальт, температура плюс 15ºС. В общем, и в этих условиях разница между двумя вариантами заметна. Привычные запаздывания «Калины» на действия рулем сохранились, но управление в версии с блокировкой дифференциала стало острее и точнее. При этом вылез и знакомый по зимним испытаниям недостаток: машина потеряла в комфорте — более нервно реагирует на колеи, чувствительные срывы при проезде луж требуют от водителя большей собранности.
На стабильном покрытии сцепные возможности шин почти уравнялись с тяговыми возможностями 89-сильного мотора. Стоит агрессивнее надавить на акселератор, и «Калина» азартно начинает ввинчиваться внутрь виража. Сбросил газ — тут же распрямляет траекторию. В общем-то, интересно и даже быстро, несмотря на несколько нестандартные приемы управления переднеприводной машиной. Вот только…
Контролировать ее посуху действительно проще. Правда, пока едешь быстро, но не экстремально. Стоит появиться размашистым скольжениям, управление усложняется. Ведь при сносе водитель рефлекторно сбрасывает газ, тем самым провоцируя еще больший снос передней оси. Приходится все время нащупывать оптимальную скорость или опять-таки прибегать к раллийным приемам.
Субъективные ощущения дополним испытанными на легком бездорожье. Участок подобрали идеальный: по мере продвижения вперед покрытие под колесами ухудшается. Вот проехали место, где недавно застряла машина со свободным дифференциалом. Правда, с блокировкой она продвинулась лишь немного дальше. Зубастые покрышки и тем более цепи противоскольжения дали бы отнюдь не меньшую уверенность.
УСТАНОВИМ ИЛИ НЕТ?
Нужен ли самоблокирующийся дифференциал на переднеприводном автомобиле — вопрос спорный. Тем, кто сознательно, а главное, грамотно настраивает свою машину, чтобы получить острые ездовые впечатления, эта доработка пойдет на пользу. Причем мы рассмотрели только один из вариантов самоблокирующегося дифференциала. Не исключено, кому-то больше понравится узел иной конструкции и с другими настройками. Экспериментируйте на здоровье, только помните: водительские навыки также должны быть на соответствующем уровне, ведь исправлять ошибки пилотажа на машине с самоблокирующимся дифференциалом намного сложнее.
А водителям без особенных ездовых фантазий такая модернизация, пожалуй, ни к чему. Полностью использовать специфические преимущества в управляемости он вряд ли сможет, зато в комфорте однозначно потеряет. Самоблокирующийся дифференциал даст небольшое преимущество на бездорожье, но не превратит легковой автомобиль во вседорожник. При этом за узел и установку придется выложить несколько десятков тысяч рублей. Так стоит ли? Пожалуй, нет. Однако убедиться на собственном опыте, правы ли мы, вам никто не запрещает.
БЛОКИРУЙТЕ НА ЗДОРОВЬЕ!
Тольяттинская фирма «Вал-Рейсинг» выпускает винтовые и кулачковые дифференциалы повышенного трения с муфтами предварительного натяга, которые обеспечивают плавное и быстрое срабатывание блокировки и демпфируют нагрузки на трансмиссию. Кроме того, муфта позволяет варьировать коэффициент блокировки. Для легковых автомобилей, ездящих в основном по асфальту, подойдет дифференциал с натягом 4,5–6 кг/м (он указан на упаковке), а для вседорожников лучше использовать узлы с большими показателями. На тестовой «Калине» установили дифференциал с натягом 3,5–5,0 кг/м. Для справки: стоимость узла — около 10 тыс. рублей, еще примерно во столько же обойдется его монтаж.
