Как полный привод пробивал себе дорогу: история самой лучшей трансмиссии

06.04.2024 15:04

Ещё в 1930 году профессор Иван Васильевич Грибов, один из самых уважаемых автомобильных экспертов молодой советской республики, писал: «Передача на все четыре колеса очень ненова».

Но начать хотелось не с этого. В студенческие годы одной из любимых моих книжек стала совершенно случайно купленная в фирменном магазине издательства «Машиностроение» на Петровке «Шасси автомобиля. Типы приводов» Альфреда Пройкшата. В отличие от унылых советских учебников, приобретение изобиловало крупными иллюстрациями, в том числе так называемыми «рентгенами» (этого слова я ещё, правда, не знал). Разглядывать их было одно удовольствие. Содержание книги наглядно демонстрировало пропасть между нашим и западным автомобилестроением.

Садясь сейчас за рассказ о полном приводе, я вновь раскрыл изрядно потрёпанного временем «Пройкшата» и только теперь обратил внимание на то, что почему-то ускользало от моего внимания прежде: переводил книгу с немецкого Владимир Иванович Губа! Неужели?!

Инженер-конструктор АВТОВАЗа, начальник конструкторско-экспериментального отдела спортивных и специальных автомобилей, где в том числе в 1985 году была построена и первая в нашей стране полноприводная раллийная машина — ВАЗ-29084 («9» в отраслевой нормали обозначений советских автомобилей отводилась спецмашинам).

ВАЗ-2108 4х4 «Ралли» разработан в УГК «АвтоВАЗ» в 1985 году по техусловиям группы «Б» FIA. Ведущий конструктор — Владимир Иванович Губа, ведущий дизайнер Владислав Иванович Пашко.

Владимир Иванович Губа. Чемпион СССР по багги, неоднократный призёр Кубка дружбы соцстран по багги. На «АвтоВАЗе» с 1973 года. Возглавлял конструкторское бюро перспективных моделей УГК ВАЗа, руководил группой по проектированию спортивных модификаций ВАЗ-2108.

ВАЗ-29084, среднемоторная и полноприводная, создавалась в соответствии с требованиями FIA к автомобилям группы «Б». Автомобиль стал известен как ВАЗ-2108 4х4 «Ралли». Для омологации требовалось выпустить в открытую продажу не менее 200 таких машин — условие, выполненное, например, фирмой Peugeot, разработавшей раллийную Peugeot 205 Turbo-16. Шикарный «рентген» этой машины и отдельно — её трансмиссии — поместил в свою книгу Пройкшат. Увы, в конце 1986 году FIA закрыла группу «Б» из-за череды аварий. Хотя, это было объяснение «для галочки». Истинная причина крылась в другом — слишком уж забежали вперёд создатели этих машин. Гонки обязаны стимулировать интерес покупателей, а производителей вполне устраивал устойчивый спрос на моноприводные тачки.

Полноприводная трансмиссия Peugeot 205 turbo-16, подготовленного по техусловиям группы «Б» международной федерации автоспорта. Похоже решена трансмиссия ВАЗ-29084. 1. Коробка передач. 2. Планетарный дифференциал с вискомуфтой. 3. Задний межколёсный самоблокирующийся дифференциал. 4. Вал привода передней оси в защитной трубе. 5. Передний межколёсный самоблокирующийся дифференциал.

Экипаж Бруно Саби/Жан-Франсуа Фошиль выступает на Peugeot 205 turbo 16 E2 за команду Peugeot-Talbot Sport на ралли «Акрополис» 1986 года.

Вообще, забегать вперёд — девиз конструкторов полноприводных машин. Ведь это всегда сверхзадача — сделать не так, как у большинства. Причём, стоит углубиться в историю, чтобы убедиться, как прав был профессор Грибов в 1930 году: не такая уж и новая штука, этот полный привод! Нет, конечно, большинство из нас слышало о «джипе», а кто-то — даже о полноприводных тягачах времён Великой войны (так в те годы называли Первую мировую). И всё же. Самый первый полноприводный самодвижущийся экипаж на поверку окажется ещё и водоплавающим, а из последовавших за ним два — ещё и со всеми управляемыми колёсами!

Британец Джозеф Брама Диплок получил 19 октября 1893 года патент GB 189319682 на «Улучшение передачи мощности на опорные колёса локомотива с зубчатой трансмиссией для обычных и железных дорог». Его тягач был полноприводным, полноуправляемым, да ещё и ротопедом — башмаки колёс, по замыслу, не только увеличивали опорную поверхность, но и отталкивались от неё! Тянул за собой 87 тонн. Построен в октябре 1899 года.

**Полноприводный и полноуправляемый паровой автомобиль Чарльза Котта из Рокфорда, штат Иллинойс, 1901 г.**

Первый в мире полноприводный электромобиль сконструировал Фердинанд Порше в сентябре 1900 года. Назывался он La Toujour Contente («Всегда довольный») в пику рекордному электромобилю Камилла Женаци «Вечно недовольная». Суммарная мощность электромоторов — 41,2 кВт, энергоотдача батареи из 70 аккумуляторов — 270 А·ч. Масса батареи 1807 кг, машины целиком — 4 тонны.

Напрашивается аналогия с детскими рисунками. Сколько в них непосредственности! Ребёнку не ведомы запреты, он просто не знает, как правильно и как неправильно рисовать. Это потом ему расскажут о композиции, перспективе, светотени, о том, какие цвета можно смешивать, а какие — нет. В результате ребёнку станет скучно, и он забросит рисование. Вот и конструкторы на заре транспортной эры с детской непосредственностью бросались решать увлекательный задачки, не зная, насколько они сложные! Они забегали вперёд, даже не подозревая, насколько далеко!

Голландский Spyker 60 PS конструкции Жозефа Валентэна Лавиольетта — первый полноприводный автомобиль современного типа: постоянный полный привод, мостовая раздача крутящего момента, межосевой дифференциал, сухарные шарниры, тормоза на всех колёсах. Показан в декабре 1903 года. Сегодня выставлен в одном из лучших музеев мира — Louwman Museum в Гааге.

Император Николай II осматривает тяжёлые грузовозы для Русской императорской армии, в том числе французский полноприводный тягач Panhard-Châtillon K11 возле Дома офицерского корпуса собственного ЕИВ конвоя, в рамках IV Международной автомобильной выставки в Санкт-Петербурге, в 1913 году.

А препятствий на этом пути поджидало конструкторов ничуть не меньше, чем неровностей на бездорожье, где такие машины предполагалось эксплуатировать. Если пролистать справочники конца 1920‑х — начала 1930‑х годов, в них чуть ли не главной проблемой полноприводных автомобилей называется передача вращения управляемым колёсам. Создав ШРУСы, с этим справились. Но это были ещё семечки! Куда серьёзнее оказалась проблема, сформулированная академиком Евгением Александровичем Чудаковым как «циркуляция паразитной мощности в механизмах бездифференциального автомобиля». Явление вызвано тем, что по неровной дороге или при движении по кривой колёса проходят неодинаковое расстояние. Чудаков упрощает схему до неожиданной модели: это как если насадить на одну ось колёса разного размера. Чем больше радиус качения, тем больший крутящий момент способно передать колесо. А пока оно его передаёт, меньшее колесо уже пробуксовывает, то есть, не передаёт никакого момента! И вся нереализованная мощность через ось возвращается к большему колесу. То же происходит и между двумя (тремя, четырьмя и т. д.) ведущими осями. Циркуляция мощности оборачивается потерей энергии, износом механизмов силовой передачи и ходовой части.

Шасси Panhard-Châtillon. Распределение крутящего момента происходит через раздаточную коробку с центральным (и единственным!) дифференциалом, четырьмя индивидуальными приводными валами (бортовая схема). Все колёса управляемые, равноудалены от дифференциала, что минимизирует циркуляцию мощности.

Американская фирма Four-Wheel Drive Auto Co. из Клинтонвилля, штат Висконсин, прославилась полноприводными грузовиками в годы Первой мировой войны — их построили более 16 тысяч. А в 1919 году построила экспериментальный легковой полноприводный автомобиль с паровым двигателем. Человечество ещё верило в силу пара, как сегодня — в ДВС.

Krupp-Daimler K.D.1 — наиболее успешный полноприводный артиллерийский тягач Германии времён Первой мировой войны. Оснащен авиамотором мощностью 100 л. с. С 1917 по 1919 год выпущено 1129 штук и еще 49 машин — до 1926 года. Состоял на снабжении Рейхсвера, закупался и для Красной Армии.

Berliet VPB с тремя равноразнесёнными осями и колёсной формулой 6х6. Проиграв в феврале 1925 года конкурс французской армии на штабной вездеход, фирма Марьюса Берлье тотчас попыталась втюхать неудачную машину… кому? Правильно — полякам!

Вопрос ждал своих исследователей. Силами кафедры боевых колёсных машин Военной академии механизации и моторизации (ВАММ РККА) и одного из ленинградских заводов в 1933 году был сконструирован и построен восьмиколёсный ходовой макет. Все колёса «восьмёрки» были ведущими и устанавливались на качающихся полуосях. На создателей машины явно повлияла конструкция броневика Фердинанда Порше, проходившего испытания в Казани. Порше минимизировал циркуляцию добавлением задних управляемых колёс, которые в повороте шли по следам передних, то есть, вращались с той же скоростью. У «восьмёрки» управлялась только первая пара колёс, остальные прокладывали свою колею. Испытания проводились как на типовых спицованных колёсах ЗиК-1 с шинами 5,50х19”, так и штампованных колёсах с пневматиками низкого давления «сверхбаллон» размерности 800х250 мм.

Макет 8х8 Военной академии механизации и моторизации РККА имел заднемоторную компоновку. Сзади под брезентом находился экспериментальный советский 6‑цил. дизель «КоДжу» мощностью 87 л. с. Радиатор, судя по форме, заимствовали у Buick. А кабину — от АМО-3.

Чудаков, организовавший автомобильные кафедры сразу в трёх высших учебных заведениях страны, лично, в звании бригадного инженера (сегодня это генерал-майор инженерно-технической службы) участвовал в испытаниях, вышагивал в длиннополой комбриговской шинели по раскисшей пашне рядом с макетом.

Исследования продолжались. В 1950‑е годы профессор Александр Сергеевич Антонов разработал метод полного исследования силового потока многоосного автомобиля. Это был шаг к появлению многоопорных шасси оперативно-тактических и стратегических ракетных комплексов. С каждым таким шагом высшей математики в расчётах становилось всё больше. Многое в этом направлении сделал доктор технических наук и заместитель начальника НИИ-21 по научной работе Павел Васильевич Аксёнов.

ЗиС-32 — первый отечественный серийный полноприводный грузовик. Передний мост — подключаемый. В 1941 году построено 197 штук.

Выяснились важные особенности движения полноприводного автомобиля по твёрдой поверхности и на деформируемых грунтах. Если в первом случае стремятся к равномерному распределению нагрузки по осям и подведению к колёсам одинакового (пропорционального нагрузке) крутящего момента, то во втором это правило не работает! К передним колёсам, прокладывающим колею на грунте, нужно подводить больший момент! И чем мягче грунт и глубже колея — тем больше. Например, на суглинистой пахоте для автомобиля с колёсной формулой 4х4 при одинаковой нагрузке на оси, вперед надо направлять до 80 % крутящего момента. Задние колёса в этом случае движутся уже по почве, уплотнённой передними. На сухом песке — иначе, поскольку он практически не уплотняется, и задние колёса преодолевают такое же сопротивление, как передние. А вот на заболоченном лугу (а в своё время в НИИ-21 любили затевать «гонки вездеходов» по заболоченному лугу) больший крутящий момент требуется задним колёсам. Но все описываемые случаи касаются только прямолинейного движения. А стоит только повернуть руль… Сколько сразу всплывёт нюансов!

Никита Сергеевич Хрущёв посещает стройку Борисоглебской ГЭС на границе СССР и Норвегии 17 июля 1962 года на полноприводном ЗиС-110П. Это первый в мире полноприводный автомобиль высшего класса. Привод — подключаемый, с демультипликатором. Использованы узлы от грузовика ГАЗ-63 и форсированный до 162 л. с. двигатель.

Представьте себе многоопорное шасси МЗКТ-79221 стратегического комплекса «Тополь-М» в повороте. Колёсная формула 16х16, три передние и три задние оси управляемые, колёсная база между передней и задней осями (хотя, в данном случае, не совсем важных замер) — 15,3 м! Когда этот монстр поворачивает, каждая пара колёс начинает жить своею жизнью, и о том, что подбор характеристик силового потока (это секретные данные) был делом непростым, можно судить по косвенному признаку — между соседними осями ракетовоза далеко не равное расстояние. Притом, МЗКТ-79221 — не вездеход! Полный привод ему нужен, чтобы уверенно нести на своих плечах 27 «хиросим» по дорогам с твёрдым покрытием.

Апофеоз полноприводных технологий — подвижный грунтовый ракетный комплекс «Тополь-М» на шасси МЗКТ-79221. Колёсная формула 16х16, три передние и три задние оси управляемые. Радиус поворота — около 18 м.

Массив проведённой исследователями работы поражает воображение. Мастодонты! На их фоне к «научным работам» о циркуляции мощности какого-нибудь Института сферы обслуживания и предпринимательства города Шахты или Воронежского государственного лесотехнического университета относишься снисходительно. Буковки другие в формулы подставили… Тоска-а…

Популярный среди московских торговцев мандаринами Nissan GT-R отличается самой оригинальной полноприводной трансмиссией в мире — ATTESA E-TS. Выпускается с 2007 года. Сделано уже более 40 000 штук — это один из лучших результатов среди спорткаров в мире.

Ведущий конструктор Nissan GT-R (R35) Кадзутоси Мидзуно хитроумно направил полезный силовой поток в направлении, по какому в автомобиле 4х4 циркулирует паразитная мощность: от задних колёс к передним. Первый карданный вал передаёт вращение от двигателя на коробку передач, сблокированную с задней главной передачей, второй — от коробки передач на переднюю ось. Перераспределением крутящего момента занимается электроника.

Теория, а затем и практика доказала, что распределение силового потока по всем колёсам более выгодно, нежели привод только одной (или, как у многих грузовиков, двух и более задних осей). А переход на электротягу разом перечёркивает все прежние теории: компактные мотор-колёса не требуют подведения силового потока. Никакой трансмиссии — кинь пару проводков от батареи, и только! Ну а тем, что мотор в ступице колеса увеличивает неподрессоренные массы, вполне можно пренебречь, компенсируя увеличение более энергоёмкими и прочными элементами подвески. Будут ли нас удивлять такие конструкции? Полный привод на протяжении всей своей истории только и делал, что удивлял нас.