Czterokołowy pojazd zachowa się na drodze najlepiej, gdy napędzane będą wszystkie jego koła. W praktyce takich samochodów jest stosunkowo niewiele, ale tylko z czystej oszczędności.
Napęd dwóch kół jest tańszy i mniej skomplikowany niż czterech, to pewne. Ale jest też mniej efektywny. Wprawdzie w codziennej jeździe zalety 4x4 są raczej zbędne, to jednak czasami taki system okazuje się nieoceniony, i to nie tylko podczas jazdy terenowej. Przez całe lata samochody z napędem czterech kół konstruowano jedynie po to, by sprawniej poruszać się w trudnym, śliskim terenie. Inaczej mówiąc, auta z napędem kół więcej niż jednej osi były pojazdami specjalnymi lub wojskowymi. Ale od pewnego czasu, dokładniej od 1972 r., rośnie oferta zwykłych pojazdów osobowych 4x4, mimo iż większość popularnych samochodów zadowalająco radzi sobie także wtedy, gdy mają napędzaną tylko jedną oś. Tak się dzieje, jeśli jeździmy po drodze dobrej i równej nawierzchni, a także nie wymagamy od auta, by wykonywało ekstremalne manewry.
Ponad sto lat historii
|
Samochody 4x4 pojawiły się naprawdę dawno (wtedy nieterenowe). Za konstruktora takiego pojazdu uważa się Ferdynanda Porsche, który w 1900 roku opracował dla firmy Lohner wóz z napędem elektryczny. Miał on po jednym silniku w każdej piaście. Trzy lata później pojawiło się zapewne pierwsze prawdziwe auto 4x4 przeznaczone do zawodów – Spyker Jacobusa Spijkera. Miał on 6-cylindrowy silnik i prawie współczesny układ napędowy z mechaniczną skrzynią rozdzielczą. Pierwsze pojazdy Mercedes-Benz z napędem czterech kół – dziś nazwalibyśmy je użytkowymi – powstały w tym samym czasie. Wkrótce w Australii pojawiły się ciężarówki 4x4 braci Caldwell, a w USA – firmy FWD. Przez kolejne 50 lat napęd 4x4 występował prawie wyłącznie w pojazdach wojskowych i ciężarowych. Pojawiały się też wyścigówki – Bugatti 53 i pojazdy Millera z Indianapolis (1932 r.), a po II wojnie światowej – m.in. konstrukcje Porsche. Przełom nastąpił w latach 60. Jego zwiastunem był P99 z 1961 r. – samochód serii Grand Prix – i późniejsze BRM 4WD FF. Skrót FF oznaczał Formula Ferguson – był to system napędu 4x4 opracowany przez Harry’ego Fergusona, wytwórcę ciągników.
Dlaczego 4x4 jest lepsze
|
Każde z kół pojazdu dysponuje ograniczonym zapasem przyczepności, a więc może przenieść na styku opony z drogą pewną określoną siłę, której użyjemy do hamowania, przyspieszania lub skręcania. Jednak często przyczepność opony wykorzystujemy do dwóch manewrów naraz, np. przyspieszania i skręcania. Oczywiście gdy cały dostępny zapas przyczepności wykorzystamy np. do skręcania (najważniejsza będzie dla nas siła boczna, tzw. dośrodkowa, utrzymująca samochód na torze jazdy), to na hamowanie lub przyspieszanie nic nie zostanie – i odwrotnie. I właśnie podczas dynamicznych manewrów pewnym problemem jest przyspieszanie. W aucie z napędem na jedną oś każde z dwóch napędzanych kół musi w przybliżeniu przenieść połowę dostępnej siły napędowej. Podczas identycznego przyspieszania albo hamowania biegami pojazdu 4x4 na każde z czterech kół przypada mniej więcej po 25% łącznej siły napędowej. A więc obu osiom pozostawiamy nieco więcej zapasu przyczepności, którą możemy wykorzystać na bezpieczniejsze skręcanie. Ma to znaczenie, np. podczas jazdy sportowej. Ale nawet przeciętne, prawidłowo konstruowane niesportowe auta 4x4 są statystycznie nieco bezpieczniejsze od tych zwykłych z napędem 4x2. Łatwiej jest w nich uzyskać neutralną charakterystykę prowadzenia, w efekcie czego nieuważne dodanie gazu lub zmiana biegu w zakręcie nie powoduje wytrącenia pojazdu ze stabilnego toru jazdy. W praktyce napęd taki pojawia się w autach sportowych, ale też w luksusowych i szybkich limuzynach. Ekstra otrzymujemy również to, że samochodem „czteronapędowym” łatwiej jeździ się w zimie, na wycieczce w lesie itp. W sumie – prawie same zalety.
Oddzielnie i razem
|
Na dobrej drodze o przyczepnej nawierzchni każde z czterech kół samochodu powinno obracać się z inną prędkością niż pozostałe, gdyż tego wymaga jazda w zakrętach. Gdyby zmusić koła do obracania się z jednakową prędkością, trzy z nich musiałyby się ślizgać w zakręcie, co wpłynie negatywnie na stabilność jazdy, trwałość ogumienia i układu napędowego oraz zużycie paliwa. Ograniczenie to nie dotyczy samochodów terenowych, których koła mogą się dość swobodnie ślizgać na mało przyczepnych nawierzchniach, a po wyjeździe na szosę napęd wszystkich osi – oprócz jednej – zostaje odłączony. Z drugiej jednak strony w szosowym aucie 4x4 spadek przyczepności dla jednego lub więcej kół nie może oznaczać redukcji momentu napędowego dla pozostałych. Inaczej mówiąc, gdy jedno z kół uniesie się nad nawierzchnię lub znajdzie się na bardzo śliskim podłożu (np. lód), pozostałe powinny dostarczać momentu napędowego. Pierwszy warunek można zrealizować łatwo, umieszczając w samochodzie trzy mechanizmy różnicowe – przedniego mostu, tylnego mostu i między osiowy. Jednak w tak skonstruowanym pojeździe poślizgnięcie jednego tylko koła spowoduje, że siła napędowa spadnie praktycznie do zera i cały pożytek z 4x4 zniknie! Harry Ferguson zastosował właśnie trzy mechanizmy różnicowe, z których środkowy (między osiowy) był przekładnią planetarną. Równolegle do niego, w skrzyni rozdzielczej wykorzystującej napęd łańcuchowy, zabudowano parę sprzęgieł płytkowych. Sprzęgła te powodowały, iż przy poślizgu kół jednego z mostów napęd przekazywany był nieprzerwanie na drugi most napędowy. ów mechanizm różnicowy, wykorzystując niesymetryczne działanie przekładni planetarnej, przekazywał moment napędowy na obie osie w pewnym określonym, nierównym stosunku, czyniąc z auta bardziej „tylko” niż „przednio napędowe”. Systemu tego pierwszy raz seryjnie użyto w luksusowo-sportowym Jensenie FF z 1966 r. Pojazd ten zbudowano w ograniczonej liczbie egzemplarzy, jednak system 4x4 Fergusona stosowany jest do dzisiaj w wielu samochodach, choć oczywiście z pewnymi zmianami. Co interesujące, już na początku XXI wieku najnowsze konstrukcje znowu powracają do niesymetrycznego, planetarnego rozwiązania mechanizmu różnicowego. Następną osobówką 4x4 było mało znane w Europie Subaru Leone z 1972 r. Ten specjalny model wkrótce okazał się olbrzymim sukcesem firmy. Od tego momentu Subaru zostało specjalistą od napędu 4x4.
