Napęd 4x4

Samochód tak trzymający się drogi, jakby jeździł po szynach - oto ideał konstruktorów. Niestety, każde auto, jeśli pojedzie przez zakręt zbyt szybko, w końcu zboczy z idealnego toru jazdy - praw fizyki się nie zmieni. Napęd na cztery koła pozwala przesunąć ten moment w czasie najdalej jak się da. Na przykład poprzez dostarczenie do każdego z kół innej porcji momentu napędowego za pomocą systemu zwanego Torque Vectoring albo też napędzając każde koło z osobna, jemu przypisanym silnikiem - jak to ma miejsce w samochodach elektrycznych.

O tym drugim sposobie Ferdynand Porsche myślał już na początku zeszłego stulecia. Pojazd, który zaprezentował w 1900 roku miał przy każdym kole zamontowany silnik elektryczny, produkowany przez Lohner-Werke. Współczesny Lohner-Porsche jest samochodem hybrydowym, ponieważ ma dwa silniki spalinowe zaopatrujące w energię generator prądu.

Napęd hybrydowy robi dzisiaj karierę nie tylko we wszelkiej maści pojazdach ekologicznych, postępująca elektryfikacja (choćby częściowa) umożliwia powstanie zupełnie nowych rozwiązań w dziedzinie napędu na cztery koła. Na przykład możliwe jest niezależne napędzanie kół każdej z osi samochodu - choćby w hybrydach łączonych równolegle. Koła jednej osi mogą być w nich napędzane przez silnik spalinowy, a drugiej przez silnik elektryczny, co jest swoistą formą napędu na cztery koła.

Peugeot 3008 HYbrid4 to samochód, w którym silnik wysokoprężny napędza przednią oś, elektryczny zaś - tylną. Gdy obydwa pracują jednocześnie, mamy do czynienia z napędem 4x4. O tym czy napędzane są obydwie osie decyduje kierowca, wybierając przełącznikiem odpowiedni tryb pracy. Wkrótce pojawią się kolejne, większe modele wykorzystujące taki rodzaj konstrukcji, zwłaszcza że napęd elektryczny tylnej osi może współpracować z mocniejszymi silnikami spalinowymi.

Konstrukcję, w której dołączany jest elektryczny napęd tylnej osi, od 2005 roku wykorzystuje luksusowy SUV - Lexus RX 450h; z kolei Volvo w styczniu tego roku przedstawiło na Detroit Auto Show model koncepcyjny XC60 Plugin- Hybrid. Dzięki "hybrydyzacji", konwencjonalny samochód z przednim napędem może więc stać się autem czteronapędowym, co pozwala firmowym specom od marketingu upiec dwie pieczenie przy jednym ogniu. Przecież moda na SUV-y i crossovery, które najczęściej mają napęd przedni, a także na auta częściowo elektryczne, zatacza coraz szersze kręgi.

W samochodach sportowych rzecz wygląda odwrotnie - lepszą trakcję próbuje się uzyskać uzupełniając tradycyjny tylny napęd napędem przedniej osi realizowanym elektrycznie. Tak postąpiło Porsche w wypadku wyścigowego 911 GT3 Hybrid - przy przedniej osi umieszczono dwa silniki elektryczne, które jako "dopalacze" mogą powodować chwilowy wzrost osiągów (rozwiązanie przypominające KERS z Formuły 1), czyniąc z GT3 Hybrid auto z napędem na cztery koła.

W odróżnieniu od tradycyjnych systemów napędu 4x4, w tego rodzaju konstrukcji nie ma mechanicznego połączenia między osiami. Wał napędowy i centralny mechanizm różnicowy nie są więc potrzebne - trudno sobie wyobrazić rozwiązanie bardziej odległe od tego, jakie swego czasu zastosowano w Willysie, pierwszym samochodzie terenowym przeznaczonym do zadań wojskowych i protoplaście Jeepa. W Willysie napęd przedniej osi trzeba było dołączać mechanicznie, dzisiaj taką konstrukcję mają tylko naprawdę hardcorowe terenówki w rodzaju Jeepa Wranglera.

Za to zasadnicza koncepcja innego znanego protoplasty napędu na cztery koła istnieje do dzisiaj - mowa o Audi Quattro, pierwszym wielkoseryjnym samochodzie drogowym wyposażonym w stały napęd na cztery koła. Mechanizm różnicowy pomiędzy przednią i tylną osią wyrównuje różnice w prędkości obrotowej kół przedniej i tylnej osi podczas jazdy przez zakręty i daje się zablokować na śliskiej nawierzchni.

Współcześni beneficjenci takiego rozwiązania, np. Audi S4, mogą wykorzystywać centralny mechanizm różnicowy jak blokadę, jednak od dawna już stosuje się bardziej wyrafinowane metody - dopływ momentu napędowego można regulować nie tylko pomiędzy przednią i tylną osią, lecz także między kołami z prawej i lewej strony auta. Taki rozdział napędu jest decydujący dla stabilnego zachowania samochodu podczas jazdy oblodzoną drogą czy w terenie.

Nowe rozwiązanie techniczne otrzymało nazwę Torque Vectoring i polega na zróżnicowaniu dostarczania momentu napędowego do pojedynczych kół. Klasycznie odbywa się to za pomocą przekładni i dwóch sprzęgieł. Taki system w 1996 roku zastosowało Mitsubishi w Lancerze Evo. Później dołączyły Audi, BMW i Honda.

Celem jest zwiększenie bezpieczeństwa jazdy - takie zachowanie samochodu, jak np. uślizg kół tylnej osi można prowokować w zamierzony sposób albo mu zapobiegać, zupełnie jak w rajdówkach. One przecież wykorzystują napęd na cztery koła przede wszystkim po to, by lepiej przyspieszać i z większą prędkością pokonywać zakręty.

Torque Vectoring można też symulować - poprzez przyhamowywanie poszczególnych kół, jak robi to ESP. To znacznie tańsze rozwiązanie, bo nie wymaga stosowania żadnych elementów mechanicznych. Wykorzystuje się w nim czujniki ABS-u i ESP, w które i tak samochód jest wyposażony; potrzebny jest jedynie komputer, który zweryfikuje dane dostarczane przez czujniki i wyda polecenia zaciskom hamulcowym.

Takie rozwiązanie to jednak marnowanie energii, bo moment napędowy nie jest kierowany tam, gdzie go w danej chwili potrzeba, lecz zamieniany w ciepło powstające podczas hamowania, nie jest więc wykorzystywany do napędu auta. Konstruktorzy godzą się z tym jednak w wypadku samochodów niższych klas, bo tylko tym sposobem stosunkowo niedrogo można w nich zrealizować zasadę Torque Vectoring.

TORQUE VECTORING, CZYLI JAK NIE WYPAŚĆ Z ZAKRĘTU

System Torque Vectoring symuluje działanie mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu, przyhamowując podczas jazdy przez zakręty odciążone wewnętrzne koło w chwili, gdy zaczyna się uślizgiwać. Dzięki temu więcej momentu napędowego trafi a do dociążonego zewnętrznego koła, które dysponuje lepszą przyczepnością. Żonglując w zakręcie momentem obrotowym silnika między przednimi kołami, system czuwa nad uzyskaniem jak najlepszej trakcji i przeciwdziała poślizgowi pojedynczych kół czy uślizgowi całej osi.

W droższych samochodach połączenie elektroniki i mechaniki nadal jest rozwijane. Systemy napędu czterech kół są wzbogacane o regulowane amortyzatory, stabilizatory przechyłu, czy przekładnie planetarne. W przyszłości być może wszystko to okaże się niepotrzebne, jeśli każde koło będzie miało swój własny silnik.

Mercedes SLS AMG E-Cell, od przyszłego roku w produkcji seryjnej, wykorzystuje właśnie takie rozwiązanie. Na każdej osi umocowano pośrodku dwa silniki elektryczne, które za pośrednictwem półosi przekazują napęd do kół. Komputer rozdziela moment napędowy i decyduje w ten sposób o napędzie kół. Mechanizmy różnicowe i blokady są zbędne, a mimo to niemal dowolnie można regulować trakcję samochodu i wpływać na dynamikę jazdy - to marzenie każdego konstruktora samochodów.

Przyszłość należy właśnie do takiego rozwiązania, chociaż narodziło się ono nie z potrzeby stworzenia jak najlepszego napędu na cztery koła, ale za sprawą... ekologii. To samo dotyczy modelu E 4WD Full Electric, jeżdżącego prototypu skonstruowanego przez Brabusa - tunera Mercedesa. Zainstalował on w modelu klasy E cztery silniki przy kołach, które mogą praktycznie przekazywać do tychże kół dowolną ilość momentu napędowego.

I tak znowu lądujemy przy modelu Lohner- Porsche, który był wyposażony w cztery silniki przy kołach - można powiedzieć, że Ferdynand Porsche wymyślił przyszłość już 112 lat temu.

Tekst Marcus Peters