30 лет Audi quattro. Все началось с «дырки»

Точнее — с отверстия. Решение инженеров Audi сделать вал полым открыло новую страницу истории легендарной немецкой марки

Точнее — с отверстия. Решение инженеров Audi сделать вал полым открыло новую страницу истории легендарной немецкой марки

История

Полным приводом как таковым никого не удивишь. Еще Леонардо да Винчи спроектировал танк с четырьмя ведущими (и управляемыми!) колесами. Макет этого AWD+AWS, демонстрирующий предысторию создания полноприводных Audi, выставлен в заводском музее в ингольштадтском Audi Forum. Здесь во временной экспозиции сегодня представлены основные предшественники «местного» семейства quattro.

Опередивший свое время леонардовский танк так и остался макетом. Другим машинам повезло больше. Bugatti Type 53 (1931 г.), Ferguson Climax P 99 (1961 г.), Lotus 63 (1969 г.) стали в свои годы машинами победителей и чемпионов мира. А вот Cisitalia 360 (1947 г.) на гоночном треке так и не появилась, но не из-за технических, а из-за финансовых проблем. По той же причине не очень повезло с серийным выпуском шикарному Jensen FF Interceptor (1966 г.). Особняком и по устройству, и по назначению стоит изготовленный в одном экземпляре лунный полноприводной электромобиль Lunar Roving Vehicle 1971 года выпуска. Больше повезло двум другим внедорожникам: как DKW Munga (1956 г.), так и VW Iltis (1977 г.) были в свои годы приняты на вооружение. Iltis служит во многих армиях мира по сей день.

Несколько удивился, не увидев нашей «Нивы». Нет сомнения, что едва ли не единственная идеологическая удача советских автомобильных конструкторов — комфортабельный внедорожник с постоянным приводом всех колес — не осталась без внимания немецких инженеров. Тем более что тольяттинская машина на рубеже 70-80-х годов прошлого века имела хороший сбыт по всему миру (а в некоторых странах эксплуатируется и, что важно, продается и поныне).

Ответы немецких специалистов оказались просты. Во-первых, quattro — семейство дорожное, преимущественно спортивное, тяготеющее больше к кольцу, чем к ралли, но никак не к офф-роуду. Первенцы семейства — большие скоростные и представительские машины, а не внедорожники.

Во-вторых, работая над quattro, инженеры Audi внесли в конструкцию полного привода существенные, если не революционные, изменения. И процесс усовершенствований и создания принципиально новых агрегатов не прекращался все 30 лет.

Чертежи и схемы

Полный привод автомобиля с продольным расположением двигателя организован достаточно просто. Схема заднего привода (двигатель — сцепление — коробка передач — карданный вал — ведущий мост с дифференциалом и полуосями) дополнена специфическими агрегатами. Для распределения крутящего момента между осями добавлена раздаточная коробка с межосевым дифференциалом. От нее момент передается вторым (передним) карданным валом на передний ведущий мост.

В высоком внедорожнике места для всех этих агрегатов предостаточно. В куда более низком легковом автомобиле возникают проблемы. В центральный тоннель пола обычно заходит только хвостовик коробки передач. Для того чтобы установить раздатку, придется пожертвовать передним пассажирским сиденьем, что неразумно.

Конструкторы Audi нашли простое, т. е. гениальное решение: они разместили все узлы и агрегаты в линию. Межосевой дифференциал с коническими шестернями распределял крутящий момент между передней и задней осями поровну. Он приводился во вращение вторичным валом коробки передач. Назад момент передавался обычным образом, а вот передать его вперед помогла та самая, упомянутая в начале, «дырка». Идущий от дифференциала вал переднего привода был сделан полым и одет на вторичный вал коробки. Спереди на него была посажена шестерня, вращающая шестерню переднего приводного вала, чуть сдвинутого вправо от продольной оси автомобиля, но в «некритичной» передней части тоннеля. Получилось изящно: центральный тоннель хоть и потолстел, но незначительно. Остальные размеры легкового автомобиля, прежде всего дорожный просвет и общая высота, остались неизменными. Удалось обойтись без тяжелого картера раздаточной коробки, стал легче и сам привод переднего моста.

Первая Audi quattro, позже названная Ur-quattro, дебютировала на женевском автосалоне в марте 1980 года. Машина создавалась под непосредственным руководством доктора Фердинанда Пиха, пребывавшего тогда в должности директора по разработкам. Угловатое купе с пятицилиндровым турбированным двигателем мощностью 200 л. с. (147 кВт) при рабочем объеме 2,1 л моментально оказалось в лидерах сегмента скоростных спортивных автомобилей массового производства. Полный привод улучшил управляемость и курсовую устойчивость. А на скользкой дороге водитель мог при необходимости заблокировать межосевой и/или задний дифференциалы вручную.

С 1982 года технология quattro находит применение во всех модельных сериях Audi. В 1884 году появляется Sport quattro — суперкар мощностью 306 л.с. (225 кВт) с габаритной длиной и колесной базой меньшими, чем у Ur-quattro. «Коротышка» (short one) была смонтирована для участия в чемпионате мира по авторалли. Найти такую машину сегодня — большая удача для коллекционера. «Длинную» quattro выпускали до 1991 года. С 1989 года на нее устанавливали четырехклапанные двигатели мощностью 220 л.с. (162 кВт).

Но в Ингольштадте не почивали на лаврах. Велась активная работа, результатом которой стал новый серийный самоблокирующийся центральный (межосевой) дифференциал. Он также был полностью механическим и отличался очень аккуратным и точным срабатыванием. Его название Torsen получилось в результате слияния слов torque (крутящий момент) и sensing (ощущение, чувствительность). Специальные червячные шестерни внутри дифференциала моментально перераспределяли крутящий момент в пользу той из осей, которая имела лучшее сцепление колес с дорогой. На более «удачливую» ось можно было направить до 75% момента. Побочное действие дифференциала Torsen — повышение эффективности действия АБС.

Первая quattro с турбодизелем TDI появилась в 1995 году. С 1998-го все модели Audi, включая компактные с поперечным расположением двигателя, получили полноприводную модификацию. Использована новая специальная технология. Многодисковое сцепление с электронным управлением устанавливается на конце приводного вала. Электрический насос подает в него масло. Когда давление масла сжимает диски вместе, они передают больший крутящий момент (в экстремальных условиях — до 100%). Изменение пропорции происходит бесступенчато от 100% на переднюю ось до 0.

В 2005 году появилась очередная новинка — новый самоблокирующийся центральный дифференциал с асимметричным/динамическим распределением момента. В условиях нормального движения пропорция перед/зад составляет 40:60. В случае необходимости этот дифференциал может направить до 60% момента на переднюю ось и до 80% — на заднюю. Самоблокирующийся центральный дифференциал использует планетарную зубчатую передачу и работает исключительно механически.

Современный флагман семейства Audi RS6 приводится в движение турбированным двигателем V10, развивающим 580 л.с. (426 кВт). А спорткар R8 5.2 FSI — 5,2-литровым 525-сильным атмосферником. Особая техническая концепция и среднее расположение двигателя потребовали разработки особой схемы полного привода quattro. Ее основа — вискомуфта на привод передней оси, представляющая собой набор пластин (дисков), вращающихся в специальной гидравлической жидкости. Распределение момента — от 15 до 30 (при необходимо­сти) процентов на переднюю ось.

Первая модель S — S2 Coupe — была запущена в производство в 1990 году. Новое семейство отличалось спортивным норовом и изощренными техническими решениями. На последней S4, запущенной в производство в 2008 году, устанавливается спортивный межколесный дифференциал, активно распределяющий крутящий момент от двигателя между задними колесами в пропорции, обусловленной дорожной ситуацией.

Помогают распределить момент и две дополнительные шестерни в дифференциале, включаемые активатором через многодисковые муфты (сцепления). Когда водитель поворачивает рулевое колесо или разгоняется в повороте, большая часть момента перераспределяется на наружное колесо, улучшая управляемость. Недостаточная или избыточная поворачиваемость пресекается в зародыше.

Семейство RS, начавшее свой послужной список в 1994 году с Audi RS2 Avant, с 2000 года выпускается компанией quattro GmbH. На новой Audi RS5 Coupe используются новейшие разработки — центральный дифференциал с коронными шестернями и векторное распределение момента.

Коронование

Внутри нового центрального дифференциала размещаются две вращающиеся коронные шестерни. Название понятно из рисунка: шестерня являет собой похожий на тормозной диск с отверстием в центре. От отвер­стия к наружной окружности расходятся зубья, входящие в зацепление с сателлитами. На обратной стороне выступает сама «корона», на зубцах которой посажена своими шлицами половина пакета фрикционных дисков. Выступы на наружной окружности дисков второй половыины пакета входят в зацепление с пазами на цилиндрическом корпусе дифференциала.

Задняя шестерня связана с приводным валом, идущим к дифференциалу задней оси, передняя, соответственно, — передней. Обе коронные шестерни пребывают в постоянном зацеплении с четырьмя сателлитами, расположенными под прямым углом друг к другу и приводимыми в движение через корпус дифференциала вторичным валом коробки передач. В нормальных условиях обе коронные шестерни вращаются с одинаковой скоростью, равной скорости вращения корпуса. Так как их зацепление с сателлитами происходит на разном расстоянии от оси симметрии (вращения), разность плечей рычагов дает соответствующую пропорцию распределения крутящего момента: 60% на заднюю и 40% на переднюю ось.

Если одна из осей теряет сцепление с дорогой, скорости вращения коронных шестерен становятся разными. Осевые силы вызывают сжатие соответствующего пакета фрикционных дисков. Возникает эффект самоблокировки, и основной крутящий момент направляется к колесам, сохранившим сцепление с покрытием. Назад может быть направлено до 85% момента, вперед — до 70%.

Благодаря расширенному по сравнению с предшествующими конструкциями диапазону распределения момента межосевой дифференциал с коронными шестернями обеспечивает лучшее сцепление всех колес с дорогой. Силы и моменты перераспределяются постоянно и практически моментально. Чисто механический принцип действия гарантирует максимальную эффективность и мгновенную ответную реакцию. Другое достоинство нового дифференциала — его компактные размеры и небольшой вес. Со своими 4,8 кг он приблизительно на 2 кг легче, чем предшествующий узел.

Audi дополняет дифференциал с коронными шестернями новым программным обеспечением управления торможением — векторным распределением момента. В отличие от программы электронной стабилизации ESP с электронной блокировкой осевого дифференциала, используемой на многих переднеприводных автомобилях, оно может воздействовать на каждое из четырех колес. Новая система делает прохождение поворотов более точным и динамичным.

При повороте на большой скорости программа анализирует заданное водителем положение рулевого колеса, поперечное ускорение и желаемый уровень ускорения и рассчитывает оптимальное распределение движущих сил на каждое из колес. Если программа определяет, что колеса на внутренней стороне кривой, пребывающие под меньше нагрузкой, могут вскоре потерять сцепление с дорогой, эти колеса слегка подтормаживаются. Колодки лишь слегка касаются тормозных дисков с минимальным давлением. Различие крутящих моментов создает дополнительный рулевой момент, который прекращает проскальзывание колеса в мгновение его возникновения. Такая помощь водителю оказывается мягко, но постоянно. Автомобиль остается «нейтральным» значительно дольше: недостаточная поворачиваемость при повороте и разгоне практически исключается. Не менее важно и то, что ESP вступает в работу позднее, легче и значительно реже.

Audi Forum Ingolstadt

Ежегодно комплекс Audi Forum в Ингольштадте посещает более 450 тыс. посетителей. К их услугам целый ряд заведений, так или иначе связанных с маркой.

Если театр начинается с вешалки, то Audi Forum — с наземной и подземной парковок и информационно-справочного павильона. Здесь, в зависимости от цели посещения, вам подскажут, куда идти дальше.

Клиентский центр предлагает купить любую из ныне выпускаемых моделей Audi. Все они выставлены в огромном шоу-руме. Если нужного цвета или комплектации в магазине не оказалось, можете скоротать время в кинотеатре или в одном из ресторанов и баров. За час-другой нужную машину доставят с центрального склада завода. Кстати, в здании напротив есть отделение банка, кафе, туристическое агентство. Здесь же размещается отдел персонала. Если детям надоели ваши взрослые занятия, дело по возрасту им найдут в развлекательно-познавательном Audi Expert Center, экспертами в котором выступают именно ваши отпрыски.

Но жемчужина Audi Forum — музей Museum Mobile, в котором выставлено множество автомобилей, составивших главную историю марки. Своим названием музей обязан не только экспонатам, но и способу демонстрации некоторых из них. Через все этажи здания проходит вертикальный подъемник, перемещающий вверх-вниз исторические автомобили. Экономия площади налицо, да и потрогать экспонаты не получится.

 

Как и в любом другом западном музее, в Audi Forum наличествует магазин сувениров. Есть и эксклюзив — винная галерея.

Не забыли и о духовном: с 2001 года в Audi Forum регулярно проводятся джазовые концерты, поддерживаемые компанией.

1980. Центральный дифференциал

Именно так именуют его в Audi. Мы же более привычны к определению «межосевой». Изначально центральный дифференциал не отличался от осевого (т.е. межколесного) с коническими шестернями. Позже появились другие конструкции, в большин­стве своем пригодные для обеих целей.

Гениальной находкой бывшего в начале 80-х годов директором по развитию доктора Фердинанда Пиха стал полый вал, передающий крутящий момент к дифференциалу передней оси. Внутри него пропустили вторичный вал коробки передач, жестко связанный с корпусом центрального дифференциала.

Дифференциал с коническими шестернями делил крутящий момент между осями поровну (50:50) в любой дорожной ситуации.

Центральный дифференциал позволяет снять напряжения в трансмиссии, вызванные разными траекториями движения колес в повороте. Не секрет, что задние колеса катятся на кривой по меньшему радиусу. Следовательно, при жесткой связи между осями неизбежны повышенные нагрузки в приводах и проскальзывания колес.

Дифференциал (как межколесный, так и межосевой) позволяет привести скорости движения колес в соответствие с проходимыми ими расстояниями. Устойчивость на скользкой дороге значительно возросла. Но мощность, которую можно было передать на колеса, ограничивалась осью с худшим сцеплением с дорогой.

Для преодоления этого врожденного недостатка на Audi quattro была предусмотрена принудительная (ручная) блокировка как центрального, так и заднего дифференциалов. Ее включение первоначально осуществлялось с помощью тросового привода, но в 1981 году перешли на пневматику. АБС, которую стали устанавливать на серийные автомобили с 1983 года, на Audi quattro из-за наличия жестких приводов работать не могла.

1986. Torsen = torque + sensing

Первый шаг развития quattro — хорошо известный дифференциал Torsen. Ранее такой агрегат применялся лишь в задних мостах. Инженеры Audi приспособили его в качестве центрального (межосевого) на Audi 80 quattro, дебютировавшую осенью 1986 года. Особенностью узла было применение спиральных шестерен со специальными зубьями, нарезанными под углом к оси шестерни. Две крайние шестерни на концах переднего и заднего приводных валов входят в зацепление с тремя соседними цилиндрическими сателлитными шестернями, которые в свою очередь собраны в два треугольника, сцепленные между собой прямозубыми шестернями. Если колеса одной оси не в состоянии передать приложенный крутящий момент, в спиральном зацеплении возникает трение. Спиральные шестерни быстро и плавно перенаправляют крутящий момент к другой оси.

Нормальное распределение — 50:50. Максимальное — 75:25 в пользу оси с лучшим сцеплением. Дифференциал Torsen блокируется только под нагрузкой. Он разблокируется, как только водитель уберет ногу с педали газа, поэтому не ухудшает работу АБС.

Для улучшения сцепления при трогании в экстремальных условиях водитель имел возможность заблокировать дифференциал заднего моста нажатием кнопки электропневматического привода.

1998. Гидравлическая муфта Audi ТТ и А3

Для автомобилей с поперечным расположением двигателя компания Audi разработала многодисковую муфту с электронным управлением и гидравлическим приводом. Впервые она была установлена в 1998 году на ТТ quattro и A3 1.8 T quattro.

Муфта устанавливалась на конце приводного (карданного) вала перед дифференциалом задней оси. Такое положение, кроме прочего, улучшило развесовку по осям.
В нормальных условиях она проскальзывает, и большая часть крутящего момента передается на передние колеса. Контроллер использует большой объем информации, анализируя условия движения, и перераспределяет мощность между осями. Муфта представляет собой набор дисков, вращающихся в масляной ванне. Половина металлических фрикционных колец (через одно) жестко связана с вращающимся корпусом, другая — с приводным валом заднего дифференциала. Набор дисков может быть сжат гидравлическим приводом. По мере роста давления на задний мост передается все больший (до 100%) крутящий момент.

Два электрических насоса развивают давление 100 бар и более. Позднее в конструкцию добавлен аккумулятор давления, повысивший быстродействие муфты. Теперь перераспределение крутящего момента происходит в считанные миллисекунды.

2005. Самоблокирующийся дифференциал Audi RS4

Новый самоблокирующийся дифференциал, используемый по сей день на большинстве моделей quattro, работающий чисто механически, значительно совершеннее дифференциала Torsen.

В нормальных условиях мощность распределяется между передними и задними осями в пропорции 40:60. Такое асимметричное и динамичное распределение крутящего момента придает автомобилю спортивные, близкие к заднеприводным характеристики управляемости. На передний мост может передаваться до 60%, на задний — до 80% крутящего момента.

На случай проскальзывания одного из колес оси на Audi RS4 была предусмотрена электронная блокировка межколесного дифференциала EDL (Electronic Differential Lock), что исключило необходимость притормаживания. В основу самоблокирующегося дифференциала положена планетарная передача. Во внутреннюю шестерню входит солнечная. Вокруг располагаются цилиндрические сателлиты, соединенные с вращающимся корпусом. Они распределяют момент асимметрично: большая часть идет назад через внутреннюю шестерню и соединенный с нею приводной вал. Меньшая часть момента подается на солнечную шестерню и далее к передней оси. Если сцепление колес одной из осей с дорогой падает, спиральная форма шестерен и косые шлицы создают осевую силу, сжимающую фрикционные диски. Возникает блокирующий момент, и мощность перераспределяется на ось с лучшим сцеплением.

2007. Вискомуфта Audi R8

Двигатель R8 располагается в пределах базы перед задним мостом продольно. Коробка передач «свисает» за заднюю ось. В коробке предусмотрен дополнительный привод для идущего вдоль двигателя сбоку к переднему мосту вала.

Вязкостная муфта пристыкована к дифференциалу переднего моста. Задний межколесный дифференциал имеет блокировку.

В нормальных условиях на передние колеса приходится только 15% крутящего момента, что обеспечивает машине ярко выраженный заднеприводной характер. Если задние колеса начинают пробуксовывать, дополнительные 15% момента немедленно перенаправляются передним колесам.

Основной компонент вискомуфты — пакет фрикционных дисков, имеющих через один наружные и внутренние зубцы. Наружными зубцами через корпус диски связаны с приводным валом, внутренними — с валом, идущим к дифференциалу переднего моста. Диски вращаются в специальной «вискожидкости», вязкость которой при нагреве повышается. Когда скорости вращения «полупакетов» начинают существенно отличаться друг от друга из-за проскальзывания колес, масло, разогретое за счет внутреннего трения, становится гуще. Муфта направляет к переднему мосту увеличенный крутящий момент.

2008. Спортивный дифференциал Audi S4

В 2008 году на новой S4 Audi продемонстрировала спортивный дифференциал. Дополнительная зубчатая передача, состоящая из двух солнечных шестерен и внутренней шестерни, размещается слева и справа от обычного межколесного дифференциала. Она вращается со скоростью, на 10% большей, чем у приводного вала.

Многодисковая муфта в масляной ванне, приводимая электрогидравлическим активатором, обеспечивает силовое соединение между осью и дополнительной шестерней. Когда муфта включается, она бесступенчато повышает скорость вращения шестерни. Более быстрое вращение требует дополнительного крутящего момента, который перераспределяется от противоположного колеса, идущего по внутренней стороне кривой, через дифференциал. Таким образом, почти весь крутящий момент может быть направлен к одному колесу. Максимальная разность моментов между колесами может доходить до 1800 Нм.

Спортивный дифференциал одинаково эффективен и под нагрузкой, и при езде накатом. Он имеет электронное управление и срабатывает за сотые доли секунды. Программное обеспечение Audi разрабатывала самостоятельно. Контроллер быстро и непрерывно перерасчитывает идеальное распределение сил для любой дорожной ситуации как функцию от угла поворота рулевого колеса, угла отклонения продольной оси автомобиля от действительного направлении движения, поперечного ускорения, скорости и других факторов.

Автомобили с традиционным осевым приводом склонны к недостаточной поворачиваемости в быстрых поворотах. Со спортивным дифференциалом машина идет как по рельсам. В повороте основной крутящий момент направляется на наружные колеса, «заправляя» автомобиль в поворот. Электроника пресекает и избыточную поворачиваемость.

Quattro в жизнь

Сегодня Audi — мировой лидер производства легковых автомобилей премиум-класса с постоянным полным приводом. Текущий модельный ряд включает в себя более 120 модификаций quattro. Некоторые модели выпускаются только с полным приводом. С 1980 по конец 2009 гг. Audi выпустила приблизительно 3,3 млн машин с приводом на все колеса. Помимо массовых моделей, в это число входят семейства S и RS. А многочисленные концепт-кары с трансмиссией quattro пусть и не поражают цифрами выпуска, зато радуют глаз и дают представление о творческом и техническом потенциале компании.

Представляемая вашему вниманию таблица на стр. 75, 77, 79 и 81 включает в себя все базовые модели quattro, выпущенные за 30 лет. Серийные машины и семейства S и RS перечислены полностью, а несколько концепт-каров не названы.
Догадайтесь, какие.

Quattro = motorsport

Дебют quattro в чемпионате мира по ралли, состоявшийся в 1981 году, был для Audi невероятно успешным.

Правда, участие Audi quattro в тех или иных автомобильных соревнованиях зачастую проходило по одному и тому же сценарию: ошеломляющий дебют — сбор титулов — изменение технологических требований (а то и прямой запрет), прекращающий «игру в одни ворота».

В 1981 году на первых десяти километрах первого этапа ралли «Монте-Карло» Audi quattro с Ханну Миккола за рулем обгоняет Lancia Stratos, стартовавшую на минуту раньше. Полный привод показал себя на снегу во всей красе. Миккола претендовал на победу, но сошел с трассы. Зато француженка Мишель Мутон, победив в Сан-Ремо, стала первой в истории женщиной, выигравшей этап чемпионата мира. Миккола довольствовался победой в британском RAC-Rally, а команда Audi стала третьей в зачете марок.

На следующий год Мишель Мутон едва не стала первой чемпионкой мира по ралли. Она выиграла этапы в Португалии, Греции и Бразилии, и от общей победы ее отодвинул досадный сход на Береге Слоновой Кости. Представители Audi Motorsport выиграли в тот год 7 этапов. В 1983 году Ханну Миккола все-таки становится чемпионом, в 1984-м его примеру следует Стиг Бломквист. Миккола — второй. Годом позже Бломквист завоевывает лишь «серебро». Меняются технические требования, и Audi уходит из мирового ралли.

Три последующих года отмечены для Audi quattro участием и победами в американских горных гонках Pikes Peak. Зачинателем (с рекордом трассы) стала Мутон, завершил цикл Вальтер Рерль. И тоже с рекордом.

Audi 200 quattro поучаствовали в гонках TransAm сезона 1988 года. Результат — 8 побед из 13 возможных. На следующий год уже Audi 90 одерживает 7 побед в 15 гонках серии IMSA-GTO.

В 1990-1991 гг. в DTM Ганс-Иоахим Штук и Франк Биела на V8 quattro приносят компании 18 побед на 36 этапах.

Год триумфа полного привода — 1996-й. Audi А4 quattro заявляется в семи национальных чемпионатах (Германии, Великобритании, Италии, Испании, Бельгии, Южной Африки и Австралии) и побеждает во всех! А Эммануэль Пирро выигрывает серию SYC. Вскоре полный привод в европейских кольцевых гонках запретили. С тех пор о спортивных успехах quattro ничего не слышно. А Audi Motorsport сосредоточила свои усилия на 24-часовых гонках в Ле-Мане. И небезрезультатно: 2000, 2001, 2002, 2006 и 2007 годы приносили команде победу.