Kugghjul 101: Hur heltid 4-hjulsdrift och fyrhjulsdrift fungerar

{h1}

Välkommen tillbaka till Kugghjul 101 - en serie om grunderna för hur bilar fungerar för fordonsneofyterna där ute.


Förra gången gick vi i detalj om hur deltid 4WD fungerar och varför det är bra att ha alla fyra hjulen som driver bilen i situationer med låg dragkraft. Idag hanterar vi fyrhjulsdrift på heltid samt fyrhjulsdrift (även kallad AWD).

I båda drivsystemen driver alla fyra hjulen bilen hela tiden, och som vi kommer se uppnår de det med en liknande drivlinje. Men det finns också några skillnader mellan heltid 4WD och AWD, vilket vi kommer att förklara nedan.


Låt oss börja!

Fördelarna och nackdelarna med heltid 4WD och AWD

Som vi diskuterade i detalj i vårt inlägg om 4WD, är en av dess fördelar över 2WD att det att ha fyra hjul som rör sig hela tiden ökar dragkraften i situationer med låg dragkraft som snö, lera och lös smuts. Om, till exempel, dina bakhjul träffar ett område med låg dragkraft på körytan, kan dina framhjul vara i ett område med hög dragkraft. Med dem som får kraft kan de hjälpa till att hålla ditt fordon i rörelse snarare än att dina bakhjul bara snurrar medan din bil står stilla.


Allt bra och bra, men varför skulle du vilja att alla fyra hjulen får kraft från motorn även under vanligt körförhållanden? Varför vill du ha 4WD på? heltid, istället för att bara sätta på den när det behövs?



Den främsta anledningen är förbättrad hantering. Att ha alla fyra hjulen i rörelse gör att den kan svänga bättre och ger bättre riktningsstabilitet när bilen rör sig i ett stabilt tillstånd. Förbättrad hantering under normala körförhållanden resulterar i en säkrare körning. Den förbättrade hanteringsfördelen är en anledning till att du ser AWD på sportbilar och lyxiga bilar.


En annan anledning är bekvämlighet. Låt oss säga att du kör på en väg som har segment av is och snö men som mest är torr. Istället för att behöva koppla in och koppla ur din deltid 4WD när du träffar och lämnar dessa glatta fläckar, med de fyra hjulen igång hela tiden, behöver du inte tänka på det. Du kör bara.

Den stora nackdelen med heltid 4WD och AWD är att de använder mycket mer bränsle än 4WD på deltid eftersom motorn måste överföra kraft till alla fyra hjulen hela tiden.


Hur 4WD och AWD på heltid fungerar

Så 4WD och AWD på heltid har alla fyra hjulen som rör bilen hela tiden. Men det väcker frågan: Hur gör dessa drivsystemssystem det utan att hänga i bilen när du kör på högytande körytor?

Som vi diskuterade i artikel om deltid 4WD, när du kopplar in 4WD låser överföringshöljet de främre och bakre drivaxlarna tillsammans. De skickar samma mängd kraft, eller varvtal, till fram- och bakdifferentialerna. När du svänger på torr trottoar tvingas framhjulen genom god dragkraft och geometri att rotera snabbare än bakhjulen. Men eftersom den främre drivaxeln går i samma hastighet som den bakre drivaxeln, skapas en stor mängd spänning som så småningom kan leda till det som kallas drivlinebindning eller lindning. Detta kan skada din bil allvarligt.


Så hur undviker du heltids 4WD och AWD detta problem?

Genom att lägga till en tredje differential i mitten av drivlinan.


Precis som på fyrhjulsdrivna fordon på deltid, har fyrhjulsdrift och AWD på heltid både en fram- och bakdifferential på fram- och bakaxlarna som gör att vänster- och högerhjulen kan röra sig i olika hastigheter när du svänger. Detta förhindrar hjulhoppningen som skulle inträffa när alla fyra hjulen rör sig.

Heltid 4-hjulsdrift 4wd diagramillustration.

För att förhindra att drivlinan binder som skulle uppstå på grund av de olika hastigheterna fram- och bakhjulen behöver gå när du svänger, placeras en mittdifferens mellan de främre och bakre drivaxlarna. Detta gör att de främre och bakre drivaxlarna kan sända kraft till både fram- och bakhjulen, men gör att de kan röra sig i olika hastigheter när de svänger. Drivlinans bindningsproblem löst.

Så mittdifferensen är det som gör att heltid 4WD och AWD kan skicka kraft till alla fyra hjulen samtidigt, hela tiden.

Vad är då skillnaden mellan heltid 4WD och AWD?

Vad som gör heltid 4WD inte AWD: En låscenterdifferential

För det mesta fungerar 4WD på heltid på ungefär samma sätt som AWD: mittdifferensen skickar motorkraft till både fram- och bakhjulen hela tiden. Mittdifferentialen gör att de främre och bakre drivaxlarna kan röra sig i olika hastigheter, vilket gör att fordonet kan fungera normalt, även när man svänger på normala körytor.

Men genom att låta hjulen röra sig med olika hastigheter offrar du lite dragkraft i processen, särskilt under låga dragkrafter som lera, snö och smuts. Detta är särskilt fallet om mittdifferentialen är en öppen differential. Återkallelse från vår tidigare artikel att kraftflödet för öppna differentieringar följer vägen för minst motstånd. I inställningar med låg dragkraft är detta ingen bueno. Här är varför.

Heltid 4wd med öppen mittdifferentialillustration.

Låt oss säga att du befinner dig i ett heltidsfordon eller AWD-fordon på heltid med en centeröppen differential. Du kör uppför uppfarten och framhjulen träffar en isig snö. Du tror 'Jag har AWD! Detta borde inte vara ett problem. ” Men det är. Dessa framhjul har minst dragkraft och representerar följaktligen vägen för minst motstånd. Så mittdifferentialen kommer att skicka all kraft till framhjulen, vilket får dem att snurra på plats medan dina bakhjul bara sitter där på torr trottoar och inte rör sig alls. För att komma upp i uppfarten skulle det vara trevligt att ha bakhjulen att få lite kraft.

För att lösa detta problem använder de flesta heltidsfordon med fyrhjulsdrift och AWD en LSD eller Torsen-centerdifferens. Dessa typer av differentier ger dig fördelen med öppna centrumdifferenser - så att fram- och bakhjulen kan röra sig i olika hastigheter när du svänger på torr trottoar - men när en uppsättning hjul träffar en glatt del istället för att skicka all kraft till dessa hjul kommer det fortfarande att skicka lite kraft till de på torra trottoaren.

Så i vårt snöiga uppfartscenario skulle ett fyrhjulsdrift eller AWD-fordon på heltid med LSD i mitten skicka en del av motorns kraft till bakhjulen som har dragkraft istället för allt till bara framhjulen som inte har något drag, så att du för att få din bil uppför uppfarten.

Skillnader i begränsad glidning förbättrar definitivt dragkraft jämfört med öppna skillnader. För de flesta 4WD-scenarier är LSD: er allt du behöver för adekvat dragkraft. Men LSD: er tillhandahåller fortfarande inte optimal dragkraft eftersom det mesta av kraften fortfarande går till hjulen med mindre dragkraft. Det finns fortfarande en chans att hjulet glider.

Det är här heltids 4WD skiljer sig från AWD. Heltids fyrhjulsdrivna fordon har en låsningsdifferens som är inbyggd i överföringsväskan. När en förare kopplar in den låser mittdifferentialen de främre och bakre drivaxlarna så att de vrider med samma hastighet och ger lika stora vridmoment till bak- och framhjulen. I grund och botten fungerar ett heltids 4WD-fordon med mittdifferensen låst som ett deltids 4WD-fordon på deltid när 4WD är inkopplat.

Heltid 4wd med center differentiell låst illustration.

I vårt snöiga uppfartscenario skickar ett fyrhjulsdrift på heltid med låst centrumdifferential lika stora mängder till både fram- och bakhjulen. Istället för att bakhjulen inte rör sig alls (som vid en öppen mittdifferential) eller bara lite (som på en mitt LSD), kommer bakhjulen att röra sig med en bra klämma så att du kan få ditt fordon säkert uppåt uppfart.

Vissa heltid 4WD-fordon ökar dragkraften i låga draginställningar genom att ha alternativ för att låsa den bakre differentialen, eller till och med både fram- och bakdifferentialerna, vilket gör bilen till en Sann 4 × 4.

Många fyrhjulsdrivna fordon på heltid har också möjlighet att växla till Lo-gear, så att du kan leverera mer kraft till dina hjul medan du går med lägre hastigheter.

Precis som du inte vill ha både främre och bakre drivaxlar i samma hastighet i ett fyrhjulsdrivet fordon på deltid på normala körytor, vill du inte att de ska flytta med samma hastighet på en heltid 4-hjulsdrift fordonet på normala körytor. Du vill koppla ur den låsta mittdifferensen när du befinner dig på ytor med hög dragkraft.

AWD-fordon har inte möjlighet till en låsningsdifferens, så de ger inte så mycket dragkraft i hala scenarier som 4WD-fordon. Medan AWD kan hjälpa till att förbättra hanteringen på normala körytor och kan förbättra dragkraften på regniga vägar och lite på snötäckta vägar, skulle du inte vilja ta ett AWD-fordon terränggående. Det är vad pålitlig 4WD är för.

Tja, där går du. Grunderna i hur heltid 4WD och AWD fungerar. Med det har vi ganska mycket täckt drivlinan på en bil. Nästa upp i vår Gearhead 101-serien: överföringen.