С возвращением на Gearhead 101 — серию статей об основах работы автомобилей для новичков в автомобилестроении.
В нашем последнем учебнике мы обсудили основы трансмиссии. Трансмиссия состоит из ряда деталей, которые передают мощность вращения, создаваемую двигателем автомобиля, на колеса автомобиля, чтобы заставить автомобиль двигаться. В большинстве автомобилей, известных как автомобили с приводом на два колеса (2WD), трансмиссия передает мощность только на два колеса — либо на два задних колеса (также называемые задним приводом), либо на два передних колеса (также известные как передний привод). Движение этих двух колес заставляет машину двигаться, а остальные колеса, в свою очередь.
Для большинства автомобилей и в большинстве условий вождения достаточно двух колес для перемещения автомобиля. Но когда ваша поверхность покрыта снегом или состоит из рыхлого песка и гравия, полезно, чтобы все колеса работали вместе, чтобы дать вашему автомобилю дополнительное сцепление и двигаться по местности.
Введите полный привод. Полный привод для краткости.
4WD — это тип системы трансмиссии, которая, как следует из названия, передает мощность двигателя на все четыре колеса. Вы видите 4WD в основном на грузовиках и внедорожниках.
Хотя вы, вероятно, слышали о 4WD много раз и имеете смутное представление о том, что он делает для вашего автомобиля, есть большая вероятность, что вы на самом деле этого не знаете. знать, что это означает или как это работает. Итак, в сегодняшнем выпуске Gearhead 101 мы обсудим основы системы трансмиссии 4WD, включая ее преимущества и принципы работы. В этой статье мы сосредоточимся на 4WD с частичной занятостью, потому что это наиболее распространенный тип 4WD, который вы видите. В следующий раз мы рассмотрим полный рабочий день 4WD.
Это может быть довольно сложно понять. Так что переключите свой мозг на 4WD и давайте начнем.
Прежде чем мы углубимся в особенности работы 4WD, нам нужно понять, почему вы хотите, чтобы двигатель приводил в движение все четыре колеса вашего автомобиля.
Как мы обсуждали в нашем выпуске Gearhead 101 о том, как работает автомобильный двигатель, ваш двигатель производит мощность вращения, называемую крутящим моментом. Трансмиссия (состоящая из трансмиссии, приводного вала и дифференциала) передает крутящий момент двигателя на колеса. Приложение крутящего момента к колесам — это то, что заставляет вашу машину двигаться.
Но чтобы крутящий момент, передаваемый на колеса, действительно приводил автомобиль в движение, ваши шины должны иметь сцепление с дорогой. Без сцепления шин вы можете прикладывать к своим колесам столько мощности, сколько хотите, и все равно никуда не денетесь. Ваши шины будут просто вращаться очень быстро, в то время как ваш автомобиль останется на том же месте. Это неэффективное вращение шин называется пробуксовкой. . Вероятно, вы сталкивались с пробуксовкой колес, когда пытались вытащить машину из снега или грязи.
Тяга — это то, что преобразует крутящий момент двигателя в движение автомобиля. Да, это очень упрощенно (мы могли бы вдаваться в детали роли трения в тяге, но не будем), но это хорошее рабочее определение.
Что делает 4WD, так это увеличивает вероятность того, что вы сможете получить сцепление с дорогой, когда вы едете по опасным поверхностям. Вместо того, чтобы полагаться только на два приводных колеса для обеспечения тяги (2WD), у вас есть четыре движущихся колеса, которые могут иметь хорошее сцепление с дорогой, чтобы поддерживать движение автомобиля.
Например, предположим, что вы находитесь в автомобиле с задним приводом 2WD, и задние колеса находятся в грязи, а передние колеса на сухой земле. Поскольку в грязи сцепление с дорогой меньше, ваши задние колеса, скорее всего, будут просто крутиться и крутиться, пока ваш автомобиль остается неподвижным. Было бы неплохо, если бы эти передние колеса вращались, коэффициент, потому что в этом и есть тяга.
Вот что делает привод 4WD.
Если вы находитесь в полноприводном автомобиле в той же ситуации, передние колеса, находящиеся на поверхности с высоким сцеплением, будут получать мощность от двигателя и, таким образом, смогут продвигать ваш автомобиль вперед.
Сцепление с полным приводом немного сложнее, чем то, что я только что описал выше, и мы рассмотрим некоторые из этих нюансов ниже, но главный вывод заключается в том, что общее увеличение сцепления с дорогой является основным преимуществом полного привода.
Еще одним преимуществом является повышенная мощность.
Если вы едете по бездорожью на крутой холм или пытаетесь объехать препятствия (как вы видите в этом видео), вам понадобится не только больше сцепления с дорогой, но и больше мощности, подаваемой на ваши колеса. 4WD может предоставить это.
Большинство полноприводных автомобилей предлагают возможность переключения между двумя диапазонами полного привода:Hi или Lo. 4WD-Hi позволяет вашему автомобилю задействовать все четыре колеса при быстрой езде по опасной местности — например, по гравию или заснеженной дороге. Просто на колеса передается меньше мощности.
Если вам нужно больше энергии, чтобы преодолеть препятствие, вы переключитесь на 4WD-Lo. Это дает вашим колесам больше мощности, но двигает колеса с меньшей скоростью, что позволяет вам преодолеть блокпост, просто проехав через него.
Теперь, когда мы знаем, почему 4WD пригодится, давайте подробно рассмотрим, как это работает.
Part-time 4WD — это автомобильная система, которая позволяет водителю включать 4WD только тогда, когда это необходимо. На обычных дорогах без включения 4WD он работает так же, как автомобиль с задним приводом 2WD. Одним из больших преимуществ автомобилей с полным приводом, работающих неполный рабочий день, является повышенная экономия топлива. Для привода всех четырех колес требуется больше топлива, чем для привода двух. Таким образом, вы можете сэкономить на бензине, используя 4WD только тогда, когда вам это нужно.
Чтобы передние и задние колеса двигались одновременно при включении 4WD, автомобили с неполным приводом используют раздаточную коробку, отдельный передний ведущий вал (в дополнение к заднему приводному валу), передний и задний дифференциал и блокировку. концентраторы. Давайте рассмотрим эти разные части одну за другой.
Раздаточная коробка
Без раздаточной коробки ваш полноприводный автомобиль, работающий неполный рабочий день, был бы полноприводным.
Раздаточная коробка (также называемая Т-образной коробкой) — это то, что распределяет мощность двигателя 50/50 на заднюю и переднюю оси через передний и задний приводные валы. Трансмиссия обычно находится прямо за трансмиссией в трансмиссии. 
Красный указывает на поток энергии от двигателя
В автомобилях с неполным приводом 4WD, когда 4WD не включен, задние колеса получают 100% крутящего момента от двигателя, как и в автомобиле с 2WD. Поток мощности в этом сценарии выглядит примерно так:мощность, вырабатываемая двигателем, передается на трансмиссию. Оттуда он поступает на вторичный вал, а затем на раздаточную коробку. Внутри раздаточной коробки выходной вал соединен с задним приводным валом. Затем задний приводной вал передает крутящий момент на задний дифференциал. Затем задний дифференциал вращает колеса, заставляя автомобиль двигаться.
Хорошо. Так как же раздаточная коробка передает мощность на передние колеса, когда включен полный привод? помолвлен?
Внутри раздаточной коробки находится ряд шестерен и цепей. Когда включен 4WD, шестерни сцепляются друг с другом, заставляя цепь перемещать шестерню, соединенную с передним приводным валом. Передний приводной вал начинает вращаться с той же скоростью, что и задний приводной вал, и передает крутящий момент на передний дифференциал, который затем передает крутящий момент на передние колеса. Бум. Полный привод.
Если вы все еще немного запутались, эта диаграмма даст вам общее представление о роли раздаточной коробки в передаче крутящего момента двигателя как на переднюю, так и на заднюю оси.
В дополнение к шестерням, которые синхронизируют передний и задний приводные валы, раздаточные коробки в большинстве систем 4WD неполного рабочего дня имеют наборы шестерен, которые позволяют автомобилю переключаться на пониженную передачу в режиме 4WD. Как упоминалось ранее, это позволяет автомобилю передавать дополнительный крутящий момент (мощность) как на передние, так и на задние колеса. Однако вы получаете эту дополнительную мощность за счет скорости. В режиме 4WD Lo ваш автомобиль может разогнаться только до 15 миль в час.
Вал переднего привода
Поскольку полноприводные автомобили также передают мощность двигателя на передние колеса, для этого требуется передний приводной вал. Передний приводной вал соединяет раздаточную коробку с передним дифференциалом. При включении 4WD раздаточная коробка распределяет крутящий момент 50/50 между передним и задним приводными валами. Передний приводной вал вращается с той же скоростью, что и задний приводной вал, передавая крутящий момент на передний дифференциал. Затем передний дифференциал передает эту мощность на передние колеса через полуоси.
Дифференциалы
О дифференциалах мы говорили в нашей статье об основах трансмиссии. На полноприводных автомобилях одинарная дифференциал находится посередине передней или задней оси (в зависимости от того, передний или задний привод у автомобиля). Мощность от приводного вала передается через дифференциал на каждое колесо, заставляя их вращаться. На полноприводном автомобиле, поскольку мощность передается на все четыре колеса, требуется два дифференциалы — один на передний мост и один на задний мост.
Но дифференциал — это не просто передатчик мощности. Причина, по которой он называется «дифференциалом», заключается в том, что шестерни внутри него позволяют колесам одной оси двигаться с разными скорости. Вы, наверное, думаете:«Когда мои колеса будут двигаться с разной скоростью?» Ну, частый случай — это всякий раз, когда вы идете за угол. Когда вы поворачиваете направо, ваше внутреннее колесо (правое колесо) проходит меньшее расстояние, чем ваше внешнее колесо (левое колесо). Чтобы не отставать от внутреннего колеса, внешнее колесо должно вращаться немного быстрее. Дифференциал позволяет это сделать. Если бы между обоими колесами была прочная связь, внутренняя шина должна была бы скользить или проскальзывать, чтобы ось продолжала двигаться. Видеодемонстрацию работы дифференциала смотрите здесь:
Передний и задний дифференциалы на полноприводных автомобилях позволяют правому и левому колесам каждой соответствующей оси двигаться с разной скоростью, чтобы автомобиль не проскакивал и не скользил при повороте.
Это кажется достаточно простым, но дифференциалы на полноприводных автомобилях с частичной занятостью могут быть удивительно сложными в зависимости от того, какое сцепление вы хотите. Более того, если колеса вращаются с разной скоростью (благодаря дифференциалам), на самом деле это неправда 4WD. Да, я знаю, что это сбивает с толку. Мы немного проясним это здесь.
Но сначала давайте поговорим о последнем компоненте, который делает возможным полный привод:блокировочные ступицы.
Блокировка концентраторов
На вашем полноприводном автомобиле задние колеса вашего автомобиля крепятся болтами к ступице. Это позволяет оси вращать колеса при работе от двигателя. Передние колеса просто свободно вращаются.
Но когда 4WD включен на автомобиле с полным приводом, мы хотим, чтобы передние колеса были соединены со ступицей, чтобы на них могла передаваться мощность от двигателя. Как вы решаете эту проблему, когда передние колеса должны быть прикручены болтами к передней оси в режиме 4WD, но не прикручены болтами в режиме 2WD?
Блокирующие втулки.
Большинство полноприводных автомобилей с частичной занятостью имеют блокирующие ступицы на передних колесах. Когда 4WD не включен, блокирующие ступицы отсоединяют ось. Они свободно вращаются, а всю работу по перемещению транспортного средства выполняют задние колеса автомобиля. Когда включен полный привод, блокирующие ступицы фиксируют передние колеса на передней оси, позволяя им получать крутящий момент от двигателя. 
Ступица с ручной блокировкой
На старых полноприводных автомобилях ступицы с ручной блокировкой были стандартными. Вам нужно будет выйти из автомобиля и повернуть ручку на передних колесах, пока ступицы не заблокируются. На более новых полноприводных автомобилях блокирующие ступицы включаются автоматически при нажатии кнопки.
Хорошо, давайте вернемся к проблеме, которую я поднимал ранее, о дифференциалах и тяге полноприводных автомобилей, а также о том, почему вращение колес с разной скоростью на полноприводных автомобилях правда Полный привод.
Помните, что главное преимущество 4WD — увеличение сцепления на поверхностях с низким сцеплением. У вас есть больше колес, передающих мощность против дороги, что увеличивает шансы того, что колесо попадет в точку с высоким сцеплением и продолжит движение автомобиля.
Но то, как работает наиболее распространенный тип дифференциала, используемого в транспортных средствах (открытый дифференциал), может полностью исключить возможности увеличения тяги 4WD, даже если все четыре колеса получают мощность от двигателя. Давайте рассмотрим эту проблему, а также возможные решения.
Открытые дифференциалы хороши в нормальных условиях вождения. Но из-за того, как они распределяют мощность между двумя колесами, они становятся проблемой в условиях движения с низким сцеплением с дорогой. Видите ли, вместо того, чтобы равномерно распределять мощность между обоими колесами, открытый дифференциал распределяет мощность между ними по пути наименьшего сопротивления. . Это ужасно для сцепления.
Почему?
Давайте рассмотрим это на автомобиле с полным приводом, потому что вы, вероятно, сталкивались с этим.
Допустим, вы пытаетесь проехать на заднеприводной машине по заснеженной дороге. Левая сторона покрыта снегом, а правая – сухой асфальт. Вы могли бы подумать, что это не будет проблемой, потому что ваше правое заднее колесо имеет достаточно сцепления на сухом асфальте, чтобы двигать машину вперед. Но вы ошибаетесь.
В автомобиле с открытым дифференциалом правое заднее колесо ничего не получит. власть. Помните, что открытые дифференциалы распределяют мощность по оси по пути наименьшего сопротивления . And in this situation, the wheel with the least resistance is the wheel driving on the snow — the left wheel. So all the torque is going to be sent to your left wheel. But because there’s no traction there, it just spins and spins, while leaving your car stationary.
This same thing happens on 4WD vehicles that utilize open differentials on the front and rear axles. Let’s use the same snowy driveway scenario. You’ve got 4WD engaged so you can make it up the snowy driveway. The transfer case is sending an equal amount of power to the front and rear differentials. You think to yourself “That snow on the left side shouldn’t be a problem at all! I’ve got plenty of traction on the right side and I’ve got both right wheels moving!”
But the differentials on your 4WD are open differentials. And open differentials distribute power across the axle following the path of least resistance. The snow-covered left side has the least amount of resistance. Guess what happens?
All the power goes to the left wheels, causing them to spin in place while your right wheels just sit there like a bunch of lugs leaving your vehicle at the bottom of the driveway. Your 4WD was made impotent by your open differentials.
Never fear. There are solutions to this problem. One is to replace the open differentials with limited slip differentials. The second is to replace the open differential with a locking differential on the front or rear axle (or for even more traction, both).
Let’s take a look at each of these solutions.
Limited slip differentials (LSDs) work a lot like open differentials. The difference is instead of sending all the torque to the wheel with the least amount of traction (like with open differentials), LSDs send some of the power to the wheel that actually has traction. It does this automatically, without any input from the driver.
So let’s revisit our snowy driveway scenario, now with LSDs on both the front and rear axles. You’ve got the 4WD engaged. The transfer case is sending an equal amount of power to the front and rear LSDs. The left wheels hit the snowy part. Instead of all the power going to the left side — like would happen if you had open differentials — the LSDs send some of the power to the right wheels that have more traction, allowing your car to move forward.
Limited slip differentials definitely improve traction compared to open differentials. For most 4WD scenarios, LSDs are all you need for adequate traction. But LSDs still don’t provide optimal traction because some of the power is still going to the wheels with less traction. There’s still a chance of wheel slip.
The other downside of LSD is that traction is unpredictable with them. The LSD sends power to the wheel with less traction, but the power isn’t supplied continuously. It’s re-routed to the other wheel as the gripping wheel begins to slip. This can cause the vehicle to pull to one side when traction is reduced. Basically, it can cause a bumpy and uneven ride.
Locking differentials takes things to another level by forcing each wheel on an axle to get the same amount of power, no matter the traction differences on each wheel. This gives a wheel that may have more traction a better chance of moving the car in a low traction situation.
Locking differentials are usually driver engaged, but there are 4WD vehicles that have auto-locking differentials.
Depending on the vehicle, a locking differential can be just on the rear axle with an open or limited slip differential on the front or you could have locking differentials on both the front and rear axles.
A 4WD vehicle that has two locking differentials provides true 4WD — all four wheels turn with the same amount of power no matter the situation. Even if the wheels on one side of your vehicle are completely off the ground, the wheels that are still on the ground will still continue to get a steady amount of torque.
Dual locking differentials are typically only used on 4WD vehicles that do extreme off-roading like driving over boulders and what not. For most average folks, just having 4WD that has LSDs on both the front and rear axles or a rear-locking differential with a front LSD will be enough.
This video gives great examples of what traction on a 4WD looks like with open differentials, limited slip differentials, and locking differentials:
Driving with 4WD takes some know-how. It should only be used when you’re facing low-traction driving situations. If you use it when traction is great (like on dry pavement), your overland adventure will be cut short by a detour to the mechanic.
To understand why this is so, you need to understand the battle that’s going on between the left and right wheels as well as between the front and rear wheels when making a turn. 
When a car turns, each wheel has to travel a different distance to make the turn.
As we discussed earlier, when a car is making a turn, the outside wheel has to go further than the inside wheel. To keep up with the inside wheel, the outside wheel must spin slightly faster. The open and limited slip differential makes this possible.
However, if the two wheels were locked and moving at the same speed together (like what happens when you engage a locking differential), the inside tire would need to skid or skip in order for the axle to keep moving. This isn’t a problem on dirt or snow covered roads. There’s less traction in these driving situations, so tires can slide without experiencing too much wear or tear.
It becomes a problem when you try to make a similar turn on dry pavement with the differential locked. Remember, the outside wheel wants to go fast to keep up with the inside wheel, but because it’s locked with the inside wheel, it can’t. To keep up, it has to skid, but because there’s a lot of traction on pavement, this skidding chews the crap out of your outside tire. That hard skidding on pavement also places a great deal of stress on your axle shafts.
So 4WD driving takeaway #1:If your 4WD vehicle has an option to lock one or both of your differentials, never do it on dry pavement. You’ll just wear out your tires and possibly damage your axles.
When you’re making a turn, there’s also a battle going on between your front and rear wheels. The wheels on the front axle have to travel a longer distance than the rear wheels. To keep up with the rear wheels during a turn, the front wheels must spin slightly faster. If they don’t, the rear wheels will need to be able to skid and slide in order for the axle shafts to keep moving.
This isn’t a problem with 2WD vehicles because the non-driving axle allows the front wheels to freely spin faster than the rear wheels. Turning becomes a problem when you engage 4WD.
As you recall, when you engage 4WD, the transfer case locks the front and rear drive shafts together. They send the same amount of power, or RPM, to the front and rear differentials. Forcing the front and rear drivetrains to work together like this creates a battle between the two when you’re making a turn with 4WD engaged. The front wheels need to go faster to keep up with the rear wheels, but the transfer case and front drive shaft are telling the front wheels to go the same speed as the rear wheels. This creates tension between them.
One way to relieve this tension is to let the rear tires slip and slide a bit. And that’s what happens in low traction situations like dirt or snow because they provide the needed “give” to allow your front wheels to slip and slide when making a turn.
But when your 4WD vehicle is making a turn on dry pavement with lots of traction, that “give” doesn’t exist. The tires can’t slip and slide. So this creates a tug-of-war between the front wheels and the front drivetrain. When making a turn the front wheels are forced by good traction and geometry to rotate faster than the rear wheels. But the front drive shaft is delivering the same RPM as the rear drive shaft is to the rear wheels. The front drive shaft is basically telling the front wheels “Hey! Go the same speed as everyone else!” while the front wheels themselves are saying “Nope!”
Imagine a bar that’s connected to a rotating gear at each end. The gears spin the bar in the same direction, but one end is spinning it at a faster speed than the other. That’s basically what’s happening between your wheels and front driveshaft. 
A visual of what happens to your front drivetrain whenever you make a turn on pavement with the 4WD engaged.
This battle between the front wheels and the front drive shaft stresses all the parts on the front drive train, from the axles to the transfer case. Gears along the front drivetrain and in the transfer case start binding and jamming together. This is called “drivetrain binding” or “wind-up” and it can seriously jack up your 4WD drivetrain.
You’ll know you’ve got a case of drivetrain binding if the car is jerking around a lot when you’re driving, and if it’s impossible to disengage the 4WD and shift back to 2WD. You can sometimes “unwind” your drivetrain wind-up by slowly driving backwards, but it doesn’t work all the time. If you made a particularly fast turn in 4WD on dry pavement, the tension it causes can cause the weakest links in your front drive train to break — u-joints, differential gears, transfer case gears, drive shafts, etc.
Lest you think you can get away with driving in 4WD on pavement, but just go straight, take heed. Different tire pressures on your wheels can also cause this wind-up even when driving straight on pavement in 4WD. Take a look at what happened to this guy’s transfer case after accidently driving straight in 4WD on the freeway.
So 4WD driving takeaway #2:Never engage your 4WD on dry pavement. You’ll just jack-up your drivetrain.
Well, there you go. A primer on how part-time 4WD works. I hope it was helpful. Even if you never purchase a 4WD vehicle, you’ll at least know what people are talking about next time 4x4s come up in conversation. In our next edition of Gearhead 101, we take a look at how full-time 4WD, as well as AWD, works.
Как дрейфовать для начинающих | Дрифтинг 101
4WD и AWD:в чем разница?
2WD, 4WD и AWD
Как работает передача
Использование полного привода