Система полного привода xDrive
Содержание
По сравнению с транспортными средствами прошлого века современный автомобиль стал более быстрым, его мотор – экономичней, но не в ущерб производительности, а система комфорта позволяет получить удовольствие от вождения машиной, даже если это представитель бюджетного класса. При этом система активной и пассивной безопасности усовершенствовались, и состоят из большого количества элементов.
Но безопасность машины зависит не только от качества тормозов или количества подушек безопасности (о том, как они работают, читайте здесь). Сколько аварий на дорогах происходило из-за того, что водитель терял контроль над транспортным средством, когда на большой скорости выезжал на нестабильную поверхность или в крутом повороте! Для стабилизации транспорта в таких ситуациях используются разные системы. Например, когда машина входит в крутой поворот, ее центр тяжести смещается на одну сторону, и она становится более нагруженной. Из-за этого каждое колесо разгруженной стороны теряет сцепление с покрытием. Чтобы устранить данный эффект, имеется система курсовой устойчивости, поперечные стабилизаторы и т.д.
Но чтобы машина была способна преодолевать любые сложные участки дороги, разные автопроизводители оснащают некоторые свои модели трансмиссией, которая способна крутить каждым колесом, делая его ведущим. Эта система в целом называется полный привод. Каждый производитель по-своему осуществляет данную разработку. Например, компания Mercedes-Benz разработала систему 4Matic, о которой уже есть отдельный обзор. У Audi имеется Quattro. BMW оснащает многие модели авто трансмиссией xDrive.
Такой трансмиссией оснащаются в основном полноценные внедорожники, некоторые модели кроссоверов (о том, в чем разница между этими типами авто, читайте отдельно), так как эти машины чаще оказываются на дорогах с плохим покрытием. Например, их используют для участия в соревнованиях по преодолению пересеченной местности. Но некоторые премиальные легковые автомобили или спорткары тоже могут оснащаться полным приводом. Помимо эффективности на несложном бездорожье такие машины уверенно себя чувствуют на резко меняющейся дорожной обстановке. Например, зимой выпал сильный снег, а снегоуборочная техника еще не справилась со своей задачей.
Полноприводная модель имеет больше шансов преодолеть заснеженный участок дороги, чем переднеприводный или заднеприводный аналог. Современные системы имеют автоматический режим работы, благодаря чему водителю нет необходимости контролировать, когда активировать конкретную опцию. Разрабатывают такие системы только передовые компании. У каждой из них имеется свой патент на реализацию автоматического полного привода в своих авто.
Рассмотрим, по какому выполняется работа системы xDrive, из каких элементов она состоит, в чем ее особенности и некоторые неисправности.
Общая концепция
Несмотря на то, что крутящий момент в авто с такой трансмиссией распределяется на все колеса, легковушку с полным приводом нельзя назвать внедорожной. Основная причина в том, что универсал, седан или купе имеют небольшой дорожный просвет, из-за чего серьезное бездорожье преодолеть не получится – машина попросту сядет в первую же колею, выбитую внедорожниками.
По этой причине назначение системы активного полного привода в том, чтобы обеспечить наилучшую устойчивость и управление авто на нестабильной дороге, например, когда транспорт попадает в снежный перемет или на гололед. Движение автомобиля с передним, а тем более с задним приводом в подобных условиях требует от водителя немалого опыта, особенно если скорость машины высокая.
Независимо от поколения системы, она будет состоять из:
- Коробки переключения скоростей (подробней о разновидностях и принципе работы КПП читайте здесь);
- Раздатки (о том, что это за механизм, и зачем он нужен в машине, рассказывается в другой статье);
- Карданного вала (о том, как он работает, и в каких еще системах авто может применяться карданная передача, читайте отдельно);
- Приводного вала для передних колес;
- Главной передачи на двух мостах.
В данный список не входит дифференциал по одной простой причине. Каждое поколение получало разные модификации данного элемента. Он постоянно модернизировался, менялась его конструкция и принцип действия. Подробно о том, что такое дифференциал, и какую работу он выполняет в трансмиссии автомобиля, читайте здесь.
Производитель позиционирует xDrive, как систему постоянного полного привода. На самом деле первые разработки предлагались в таком исполнении, и то были доступны исключительно для некоторых моделей. Для всех остальных автомобилей бренда доступен так называемый подключаемый полный привод. То есть вторая ось подключается при пробуксовке основных ведущих колес. Такая трансмиссия встречается не только во внедорожниках и кроссоверах BMW, но также и во многих легковых вариантах модельной линейки.
В классическом понимании полный привод должен обеспечить максимальное удобство в управлении транспортным средством в динамичном режиме на нестабильных участках дороги. Благодаря этому машину легче контролировать. В принципе, это главная причина, почему на раллийных соревнованиях используются именно полноприводные автомобили (о других популярных автомобильных соревнованиях, в которых используются мощные автомобили, рассказывается в другом обзоре).
Но если крутящий момент по осям распределяется в неправильном соотношении, то это скажется на:
- Отзывчивости автомобиля на поворот руля;
- Снижение динамичности автомобиля;
- Неустойчивом движении машины на прямых участках дороги;
- Снижении комфорта во время маневров.
Чтобы устранить все эти эффекты, баварский автопроизводитель взял за основу именно заднеприводные автомобили, доработав их трансмиссию, повысив безопасность транспортных средств.
История создания и развития системы
Впервые полноприводная модель от баварского автопроизводителя появилась с 1985-м году. В ту эпоху такого понятия, как кроссовер еще не существовало. Тогда все, что было крупнее обычного седана, хэтчбека или универсала, называлось «Джип» или внедорожник. Но в середине 80-х BMW еще не разрабатывало автомобили данного типа. Однако наблюдения за эффективностью полного привода, который уже имелся в некоторых моделях Audi, побудили руководство баварской компании разработать собственный агрегат, который обеспечивал распределение крутящего момента на каждую ось транспорта в разном соотношении.
Опционально данная разработка устанавливалась в моделях 3-Series и 5-Series. Только некоторые автомобили могли получить подобное оснащение, и то только в качестве дорогой опции. Чтобы данные автомобили отличались от заднеприводных аналогов, серия получала индекс Х. Позже (а именно в 2003-м году) компания изменила это обозначение на xDrive.
После успешного тестирования системы последовало ее развитие, в результате чего появилось целых четыре поколения. Каждая следующая модификация отличается большей стабильностью, схемой, по которой будет распределяться мощность по осям и некоторыми изменениями в конструкции. Первые три генерации распределяли крутящий момент между осями фиксировано (нельзя было изменить соотношение).
Рассмотрим особенности каждого поколения в отдельности.
I поколение
Как было сказано ранее, история создания полного привода от баварского автопроизводителя началась в 1985-м году. Первая генерация имела постоянное распределение крутящего момента на переднюю и заднюю ось. Правда, соотношение мощности было несимметричным – задний привод получил 63 процента, а передний – 37% мощности.
Схема распределения мощности была следующей. Между осями крутящий момент должен был распределять планетарный дифференциал. Он блокировался вискомуфтой (о том, что это за элемент и как работает, рассказывается в другом обзоре). Благодаря такой конструкции в случае необходимости могла обеспечиваться передача тяги на передний или задний мост до 90 процентов.
Вязкостная муфта также устанавливалась в задний межосевой дифференциал. Передняя ось не оснащалась блокировкой, и дифференциал был свободный. О том, зачем нужна блокировка дифференциала, читайте отдельно. Такой трансмиссией оснащался BMW iX325 (выпуск 1985г.).
Несмотря на то, что трансмиссия передавала тяговые усилия на обе оси, автомобиль с такой трансмиссией считался заднеприводным, потому что задние колеса получали непосредственную подачу соответствующего числа Ньютонов. На передние колеса производился отбор мощности через раздаточную коробку с цепным приводом.
Один из минусов данной разработки была низкая надежность вискомуфт по сравнению с блокировкой Torsen, которую использовала компания Audi (подробней о данной модификации рассказывается в другой статье). Первое поколение сходило с конвейеров баварского автопроизводителя вплоть до 1991-го года, когда появилась очередная генерация полноприводной трансмиссии.
II поколение
Второе поколение системы тоже было несимметричным. Распределение крутящего момента выполнялось в соотношении 64 (задние колеса) к 36 (передние колеса). Такая модификация использовалась в седанах и универсалах 525iX в кузове Е34 (пятая серия). Спустя два года эта трансмиссия была модернизирована.
В версии, предшествующей модернизации, использовалась муфта с электромагнитным приводом. Она устанавливалась в межосевой дифференциал. Активация устройства происходил от сигналов, поступающих с блока управления ESD. Передний дифференциал по-прежнему оставался свободным, но сзади был блокирующийся дифференциал. Это действие выполняла электрогидравлическая муфта. Благодаря такой конструкции тяга почти мгновенно могла подаваться в соотношении максимум 0 к 100 процентам.
В результате модернизации инженеры компании изменили конструкцию системы. Центральный дифференциал по-прежнему можно было заблокировать. Для этого использовался многодисковый электромагнитный фрикционный элемент. Только управление осуществляется блоком системы ABS.
Главные передачи лишились блокировки, а межколесные дифференциалы стали свободными. Но в данном поколении стала использоваться имитация блокировки заднего дифференциала (система ABD). Принцип работы устройства был достаточно простым. Когда датчики, определяющие скорость вращения колес, фиксировали разницу в оборотах правого и левого колеса (это происходит, когда одно из них начинает буксовать), система немного подтормаживает то, которое крутится быстрее.
III поколение
В 1998-м году произошла смена поколений полноприводной трансмиссии от баварцев. Что касается соотношения распределения крутящего момента, то данная генерация тоже была асимметричной. На задние колеса поступает 62, а на передние – 38 процентов тяги. Такую трансмиссию можно встретить в универсалах и седанах BMW 3-Series E46.
В отличие от предыдущего поколения, данная система оснащалась полностью свободными дифференциалами (даже центральный не блокируется). Главные передачи получили имитацию блокировки.
Спустя год после старта производства третьего поколения полноприводных трансмиссий xDrive компания выпустила первую модель класса «Кроссовер». В BMW Х5 использовалась та же система, что и в легковых сородичах третьей серии. В отличие от той модификации, данная трансмиссия оснащалась имитацией блокировки межколесных дифференциалов.
До 2003-го года все три поколения представляли полный постоянный привод FullTime. Далее все полноприводные модели автобренда стали оснащаться системой xDrive. В легковых моделях третья генерация системы использовалась до 2006-го года, а в кроссоверах ее заменили двумя годами ранее на четвертое поколение.
IV поколение
Последняя генерация системы полного привода была представлена в 2003-м году. Она являлась частью базовой комплектации для нового кроссовера Х3, а также рестайлинговой модели 3-Series E46. Данная система по умолчанию устанавливается во все модели из Х-серии, а в качестве дополнительной опции – в другие модели, за исключением 2-Series.
Особенностью данной модификации является отсутствие межосевого дифференциала. Вместо него используется фрикционная многодисковая муфта, которая управляется сервоприводом. В стандартных условиях крутящий момент на 60 процентов поступает на заднюю ось, и на 40 – на переднюю. Когда ситуация на дороге резко меняется (машина заехала в грязь, попала в глубокий снег или на гололед), система способна изменить соотношение вплоть до 0 к 100.
Принцип работы системы
Так как на рынке больше автомобилей именно с полным приводом четвертого поколения, то сосредоточимся на работе именно этой модификации. По умолчанию постоянно тяга передается на задние колеса, поэтому машина считается не полноприводной, а заднеприводной с подключаемой передней осью.
Между осями установлена многодисковая муфта, которая, как мы уже обратили внимание, управляется через систему рычагов при помощи сервопривода. Этот механизм зажимает диски муфты и благодаря силе трения активируется цепная раздаточная коробка, которая подключает вал передней оси.
Отбор мощности зависит от силы сжатия дисков. Этот узел способен обеспечить 50-процентное распределение крутящего момента на передние колеса. Когда сервопривод разжимает диски муфты, тяга на все 100 процентов поступает на задние колеса.
Работа сервопривода имеет почти интеллектуальный тип благодаря наличию большого количества сопряженных с ним систем. Благодаря этому любое условие на дороге способно спровоцировать активацию системы, которая перейдет в нужный режим всего за 0.01 сек.
Вот какие системы влияют на активацию системы xDrive:
- ICM. Это система, фиксирующая показатели ходовой части авто и управляющая некоторыми ее функциями. Она обеспечивает синхронизацию ходовки с другими механизмами;
- DSC. У данного автопроизводителя так называется система курсовой устойчивости. Благодаря сигналам от ее датчиков происходит распределение тяговых усилий между передним и задним мостом. Она же активирует имитацию электронной блокировки переднего и заднего дифференциала. Система активирует тормоз того колеса, которое начало буксовать, чтобы предотвратить передачу крутящего момента на него;
- AFS. Это система, которая фиксирует положение рулевого механизма. Если машина попала на нестабильную поверхность, и в некоторой степени срабатывает система подтормаживания буксующего колеса, это устройство стабилизирует авто, чтобы его не занесло;
- DTS. Система контроля тяговых усилий;
- HDC. Электронный ассистент при движении по затяжным склонам;
- DPC. В некоторых моделях авто этой системы нет. Она помогает водителю контролировать машину при прохождении поворотов на большой скорости.
Активный полный привод данного автопроизводителя имеет одно достоинство, которое позволяет разработке конкурировать с аналогами других компаний. Он заключается в относительной простоте конструкции и схеме осуществления распределения крутящего момента. Также надежность системы обусловлена отсутствием блокировки дифференциалов.
Вот еще некоторые достоинства системы xDrive:
- Перераспределение тяговых усилий по осям происходит бесступенчатым методом;
- Электроника постоянно контролирует состояние автомобиля на дороге, а при смене дорожной обстановки система мгновенно подстраивается;
- Облегчает контроль управления автомобилем, независимо от дорожного покрытия;
- Тормозная система работает эффективней, а в некоторых ситуациях водителю не нужно нажимать тормоз, чтобы стабилизировать авто;
- Независимо от навыков вождения автомобилиста, автомобиль более стабилен на сложных участках дороги, чем классическая заднеприводная модель.
Режимы работы системы
Несмотря на то, что система не способна фиксировано изменять соотношение крутящего момента между осями, активный полный привод xDrive от BMW работает в нескольких режимах. Как говорилось выше, это зависит от того, какая обстановка на дороге, а также от сигналов сопряженных систем авто.
Вот типичные ситуации, в которых электроника может активировать изменение отбора мощности на каждую ось:
- Водитель плавно начинает движение. В этом случае электроника активирует сервопривод так, чтобы раздатка передавала 50 процентов крутящего момента на передние колеса. Когда машина разгоняется до 20км/ч, электроника послабляет воздействие на фрикционную межосевую муфту, благодаря чему соотношение момента между осями плавно меняется на 40/60 (перед/зад);
- Занос при прохождении поворотов (о том, почему происходит избыточная или недостаточная поворачиваемость, и что нужно делать в таких случаях, рассказывается в другом обзоре) приводит к тому, что система на 50% активирует передние колеса, благодаря чему они начинают тянуть машину, стабилизируя ее при заносе. Если этот эффект не поддается контролю, блок управления активирует некоторые системы безопасности;
- Снос. В этом случае электроника наоборот делает автомобиль заднеприводным, благодаря чему задние колеса подталкивают машину, разворачивая ее в сторону, противоположную поворота рулевых колес. Также электроника авто задействует некоторые системы активной и пассивной безопасности;
- Машина выехала на гололед. В этом случае система распределяет мощность пополам на обе оси, и транспортное средство становится классическим полноприводным;
- Парковка авто на узкой дороге или езда на скоростях, выше 180км/ч. В этом режиме передние колеса полностью отключаются, а вся тяга поступает только на заднюю ось. Недостаток такого режима в том, что заднеприводный автомобиль трудней парковать, например, если нужно заехать на небольшой бордюр, а если дорога скользкая, то колеса будут пробуксовывать.
Недостатками системы xDrive является то, что из-за отсутствия блокировки межосевого или межколесного дифференциала конкретный режим нельзя включить принудительно. Например, если водитель точно знает, что на конкретном участке авто точно занесет, он не сможет включить переднюю ось. Она активируется автоматически, но только когда машину уже начнет заносить. Неопытный водитель начнет принимать определенные меры, и в этот момент включится передняя ось, что может привести к аварии. По этой причине, если нет опыта в управлении подобным транспортом, лучше потренироваться на закрытых дорогах или на специальных площадках.
Элементы системы
Стоит учесть, что модификации для легковых моделей отличаются от вариантов, которыми оснащаются кроссоверы. Разница в передаче раздаточной коробки. У кроссоверов она цепная, а в остальных моделях – шестеренчатая.
Система xDrive состоит из:
- Автоматической коробки переключения передач;
- Раздаточной коробки;
- Многодисковой фрикционной муфты. Она устанавливается в корпусе раздатки и заменяет межосевой дифференциал;
- Передней и задней карданной передач;
- Переднего и заднего межколесного дифференциала.
Раздаточная коробка для универсалов и седанов состоит из:
- Привода для передних колес;
- Управляющего кулака сервопривода;
- Промежуточной шестерни;
- Ведущей шестерни;
- Главного рычага;
- Многодисковой муфты;
- Приводного механизма на заднюю ось;
- Серводвигателя;
- Нескольких фрикционных элементов;
- Ведущей шестерни, подсоединяемой серводвигателем.
В раздатке для кроссоверов используется похожая конструкция, только вместо промежуточной шестерни используется цепь.
Многодисковая фрикционная муфта
Особенностью последнего поколения интеллектуальной системы xDrive является отсутствие межосевого дифференциала. Его заменила многодисковая муфта. Она приводится в движение при помощи электрического сервопривода. Работа этого механизма контролируется блоком управления трансмиссией. Когда машина оказывается в сложных дорожных условиях, микропроцессор получает сигналы от системы курсовой устойчивости, рулевого управления, ходовой части и т.д. В соответствии с этими импульсами срабатывает запрограммированный алгоритм, и сервопривод зажимает диски муфты с силой, соответствующей требуемому крутящему моменту на второстепенной оси.
В зависимости от типа трансмиссии (для легковых авто и кроссоверов используются разные модификации) крутящий момент в раздатке через шестерни или цепь частично поступает на вал передней оси. Сила сжатия дисков муфты зависит от показателей, которые получит блок управления.
Чем обеспечивается эффективность системы
Итак, достоинство системы xDrive заключается в плавном и бесступенчатом перераспределении мощности между передней и задней осью. Ее эффективность обусловлена раздаточной коробкой, которая активируется через многодисковую муфту. О ней рассказывалось немного ранее. Благодаря синхронизации с другими системами трансмиссия быстро адаптируется к изменяющимся дорожным условиям, и изменяет режим отбора мощности.
Так как задача системы заключается в том, чтобы максимально устранить пробуксовку ведущих колес, автомобили, оснащенные ею, легче стабилизировать после заноса. Если есть желание подрифтовать (о том, что это такое, читайте здесь), то при возможности данную опцию необходимо отключить или деактивировать некоторые системы, которые предотвращают пробуксовку ведущих колес.
Основные неисправности
Если появились неполадки с трансмиссией (либо механическая, либо электронная поломка), то на приборной панели загорится соответствующий сигнал. В зависимости от типа поломки может появиться значок 4х4, ABS или Brake. Так как трансмиссия – один из стабильных агрегатов в машине, резкий полный выход ее из строя происходит в основном, когда водитель игнорирует сигналы бортовой системы или неисправности, предшествующие выходу из строи элементов трансмиссии.
При незначительных неисправностях на приборку может выводиться периодически загорающийся индикатор. Если ничего не предпринимать, со временем моргающий сигнал начинает постоянно светиться. «Слабым звеном» в системе xDrive является сервопривод, который в определенной степени прижимает диски центральной муфты. Благо, что конструкторы предусмотрели это, и расположили механизм так, чтобы при его выходе из строя не нужно было разбирать половину трансмиссии. Этот элемент находится снаружи раздатки.
Но это не единственная поломка, характерная для данной системы. Может потеряться сигнал от какого-то датчика (окислился контакт или сломались жилы провода). Также могут появиться сбои в электронике. Для выявления ошибок можно запустить самодиагностику бортовой системы (о том, как это можно сделать на некоторых автомобилях, рассказывается здесь) или отдать транспортное средство на компьютерную диагностику. Отдельно прочитайте о том, как проводится данная процедура.
При поломке сервопривода могут выйти из строя щетки или датчик Холла (о том, по какому принципу работает данный датчик, рассказывается в другой статье). Но даже в таком случае на машине можно продолжить движение до станции техобслуживания. Только машина будет просто заднеприводной. Правда, постоянная эксплуатация со сломанным серводвигателем чревата выходом из строя коробки передач, поэтому не стоит затягивать с ремонтом или заменой сервопривода.
Если водитель вовремя меняет масло в коробке, то раздатка «проживет» около 100-120тыс. км. пробега. Об износе механизма будет свидетельствовать состояние смазки. Для диагностики достаточно немного слить масла из поддона трансмиссии. По капле на чистой салфетке можно определить, пора ли ремонтировать систему. Металлическая стружка или горелый запах указывает на необходимость в замене механизма.
Одним из признаков проблем с серводвигателем является неравномерный разгон (машина дергается) или свист, доносящийся от задних колес (при исправной тормозной системе). Иногда во время движения система может перераспределять мощность на одно из ведущих колес, чтобы машина более уверенно прошла поворот. Но в таком случае редуктор подвергается большой нагрузке и быстро выйдет из строя. По этой причине не следует покорять виражи на больших скоростях. Какой бы надежной ни была система полного привода или безопасности, они не способны полностью устранить действие физических законов на автомобиль, поэтому лучше ради безопасности на дороге ездить спокойно, особенно на нестабильных участках трассы.
Вывод
Итак, xDrive от BMW настолько себя зарекомендовала, что автопроизводитель устанавливает ее на большинство легковых автомобилей, а также на все модели сегмента «Кроссовер» с индексом Х. По сравнению с предыдущими поколениями данная генерация достаточно надежная, чтобы производитель не планировал ее замену на что-то лучшее.
В завершение обзора – небольшое видео о том, как работает система xDrive:
Вопросы и ответы:
Что такое BMW X Drive? Это система полного привода, которую разработали инженеры компании BMW. Она относится к категории систем постоянного полного привода с непрерывным и переменным распределением крутящего момента.
Как работает система X Drive? В основе такой трансмиссии лежит классическая заднеприводная схема. Крутящий момент по осям распределяется через раздатку (зубчатая передача, управляемая фрикционной муфтой).
Когда появился X Drive? Официальная презентация полноприводной трансмиссии BMW xDrive состоялась в 2003 году. До этого использовалась система с постоянным фиксированным распределением тяги по осям.
Как обозначается полный привод у бмв? Компания БМВ использует два типа привода. Классическим является задний. Передний привод не используется принципиально. А вот полный привод с переменным соотношением по осям – сравнительно недавняя разработка, и она обозначается xDrive.
