معرفی انواع سیستم های چهارچرخ متحرک

سیستم‌های چهار چرخ محرک همگی روش کار یکسانی ندارند. ما تفاوت‌های اساسی این سیستم‌ها و چگونگی تفاوت آن‌ها را بررسی کرده و شرح داده‌ایم.

چهار چرخ محرک. تمام چرخ محرک. سیستم‌های تمام یا نیمه وقت… واژه شناسی می‌تواند گیج کننده باشد مخصوصاً زمانی که شما نام‌های مخصوصی چون کواترو، ۴Motion و ۴Matic را به این داستان اضافه می‌کنید. عمدتاً یکی از اهداف مشترک تمامی این سیستم‌ها ارائه نیروی محرک (گشتاور) به تمامی چرخ‌ها به منظور افزایش کشش می‌باشد. در ادامه تفاوت روش‌های انتقال گشتاور موتور به چرخ‌ها را خدمت شما عزیزان توضیح می‌دهیم.

تاریخچه سیستم تمام چرخ محرک

اولین خودروی چهار چرخ محرکی که دارای موتور احتراق داخلی نیز بود عنوان اولین خودروی هیبریدی را نیز یدک می‌کشد. فردیناند پورشه خودروی لونر-پورشه خود را در سال ۱۸۹۹ و در وین برای لودویگ لونر طراحی کرد و ساخت. این خودرو دارای چهار موتور الکتریکی بود که نیرو را به هر چرخ انتقال می‌داد و موتور بنزینی نیز عملکرد ژنراتور را داشت.

اسپایکر اولین خودروی چهار چرخ محرک با یک موتور احتراق داخلی که مسئولیت نیرورسانی به چرخ‌ها را بر عهده داشته باشد ساخت تا این خودرو در سال ۱۹۰۳ در مسابقه پاریس تا مادرید شرکت کند.

هرچند تعدادی خودروی نظامی چهار چرخ محرک نیز ساخته شده بود ولی اولین خودروی تولید انبوه مجهز به این سیستم (جیپ CJ-2A 1945 جیپ غیرنظامی) نام داشت.

نصب سیستم چهار چرخ محرک در خودروهای سواری تولید انبوه، سال‌های زیادی بود که وجود داشت و این بار لئون سوبارو در سال ۱۹۷۲ بود که این عنوان را به خود اختصاص داد. در سال ۱۹۸۰ آئودی کواترو معرفی شد و این یک انقلاب در رالی حساب می‌شد. از اولین باری که خودروی مجهز به کواتروی آئودی در سال ۱۹۸۳ برنده شده هیچ خودروی تک دیفرانسیل نتوانسته است قهرمان این میدان باشد.

اصول اساسی

گشتاور لحظه‌ای توسط موتور احتراق داخلی و در میل‌لنگ ارائه می‌شود. سپس این گشتاور به وسیله جعبه دنده، درقسمتی که دنده‌های سنگین به عنوان چند برابر کننده‌ها عمل می‌کنند به چرخ‌ها فرستاده می‌شود. الان این گشتاور در شفت خروجی جعبه دنده و پیش از رسیدن به تمامی چرخ‌ها در دسترس است. این بحث به نوعی به ارتباط تمامی چرخ‌ها به خروجی جعبه دنده مرتبط است اما این مورد را بعدها توضیح خواهیم داد.

مشکل این است که تمامی چرخ‌ها با یک سرعت نمی‌چرخند مخصوصاً زمانی که خودرو در حال عبور از پیچ بوده و چرخ‌های داخل پیچ فاصله کمتری را نسبت به چرخ‌های بیرونی سپری می‌کنند. این آیتم در اکسل‌های جلو و عقب به خاطر هماهنگی با تغییر سرعت طراحی شده و ما آن را به نام دیفرانسیل می‌شناسیم؛ در نتیجه تمامی خودروهای چهار چرخ محرک نیازمند مینیمم دو دیفرانسیل هستند، یکی برای جلو و یکی برای عقب.

در آخر دو میل لنگی که این گشتاور را به اکسل‌های جلو و عقب می‌فرستند بسته به سرعت متوسط چرخ‌ها در هر اکسل شاید با سرعت‌های متفاوتی بچرخند؛ بنابراین یک دستگاه دیگر به منظور پوشش این تفاوت موردنیاز است. البته زمانی که خودرو تنها به هنگام لغزش و پیشگیری از آسیب نیز به دستگاه یاد شده احتیاج خواهد داشت.

انواع سیستم‌های تمام چرخ محرک

سیستم چهار چرخ محرک دائمی

زمانی که سیستم موردنظر به‌طور پیوسته گشتاور را به تمامی چرخ‌ها برساند باید یک قفل دیفرانسیل به منظور پوشش تفاوت سرعت بین دو اکسل وجود داشته باشد. این به دلیل عدم وجود گزینه قطع سیستم تمام چرخ محرک در زمان حضور در سطوحی همچون قیرپاشی شده می‌باشد.

اجزای اصلی: سه دیفرانسیل که دوتا روی اکسل‌ها بوده و یکی نیز به‌صورت مرکزی می‌باشد. موتورمی‌تواند به‌صورت عرضی یا طولی نصب شود.

استفاده در سطح قیرپاشی شده: تا وقتی که هر سه دیفرانسیل باز بوده و قفل نشده باشند می‌توان از این سیستم استفاده کرد.

آپشن ها: قفل‌های دیفرانسیل می‌توانند در هر سه دیفرانسیل وجود داشته باشد. دنده‌سنگین احتمالاً برای خودروهای آفرود وجود خواهد داشت.

نمونه‌ها: سوبارو به خاطر سیستم چهار چرخ محرک symmetrical کوپل شده با موتورهای بوکسوری و میل‌لنگ‌های هم طول خود شناخته می‌شود. یکی از نمونه‌های آفرود مشهور دنیای خودرو لندروور دیفندر است که دارای سه دیفرانسیل و دنده‌سنگین می‌باشد. موضوع جالب اینکه دیفندر تنها به‌صورت استاندارد دارای قفل دیفرانسیل مرکزی بوده گرچه تعداد زیادی از صاحبان، این خودرو را با دیفرانسیل لغزش محدود یا قفل‌های دیفرانسیل جلو و عقب سفارش می‌دهند.

سیستم چهار چرخ محرک قابل انتخاب

این نوع سیستم بیشتر مناسب استفاده سنگین آفرود بوده و یک جعبه انتقال مرکزی مکانیکی و دنده‌سنگین گشتاور را در حالت‌های چهار چرخ محرک به‌صورت مساوی به اکسل‌های جلو و عقب می‌فرستد.

اجزای اصلی: عموماً تنها دو دیفرانسیل (یک دیفرانسیل در هر اکسل) وجود دارد. موتور به‌صورت طولی نصب شده و خودرو دارای جعبه انتقال و دنده‌سنگین است. هنگامی که حالت چهار چرخ محرک انتخاب نشده باشد حالت پیش‌فرض به‌صورت دیفرانسیل عقب خواهد بود. مصرف سوخت در حالت دیفرانسیل عقب و به دلیل اصطکاک کمتر، کاهش می‌یابد.

استفاده در سطح قیرپاشی شده: در حالت‌های چهار چرخ محرک توصیه نمی‌شود به جز هنگامی که خودرو دارای دیفرانسیل مرکزی باز باشد.

تجهیزات: قفل‌های دیفرانسیل در اکسل‌های جلو و عقب. دنده‌سنگین نیز معمولاً به‌صورت استاندارد در این سیستم‌ها وجود دارد.

نمونه‌ها: تویوتا هایلوکس یک نمونه خوب از خودروی مجهز به جعبه انتقال و دنده‌سنگین که فاقد دیفرانسیل مرکزی است می‌باشد. یک استثنا در این کلاس میتسوبیشی تریتون است که دارای دیفرانسیل مرکزی تورسن باز در حالت ۴H سیستم چهار چرخ محرک بوده و بنابراین می‌توان آن را در سطح قیرپاشی شده نیز با همین حالت راند. هنگامی که دیفرانسیل مرکزی قفل بوده و در حالت ۴HLc است خودرو را در سطح قیرپاشی شده نرانید.

سیستم چهار چرخ محرک مبتنی بر نیاز راننده

 

این سیستم در بسیاری از خودروهای پرفورمنس جاده‌ای و شاسی بلندهای شهری دیده می‌شود. ایده خلق این سیستم انتقال نیروی موتور به چرخ‌های جلو در اکثر موارد بوده و فقط زمانی که نیاز باشد سیستم چهار چرخ محرک به‌صورت اتوماتیک درگیر می‌شود.

اجزای اصلی: موتور معمولاً به‌صورت عرضی نصب شده است. دارای دو دیفرانسیل (در هر اکسل یک دیفرانسیل). این خودروها معمولاً دارای کلاچ چندصفحه‌ای هستند. از آنجایی که سیستم چهار چرخ محرک این خودروها فقط به هنگام نیاز فعال است در نتیجه در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود. دنده‌سنگین خیلی کم در این‌گونه خودروها دیده می‌شود.

استفاده در سطح قیرپاشی شده: این سیستم مشکلی در این‌گونه سطوح نداشته چون هنگامی که هرزگردی در چرخ‌ها (اکثراً چرخ‌های جلو) تشخیص داده شود سیستم چهار چرخ محرک درگیر می‌شود. وقتی سیستم درگیر شد کلاچ هنوز می‌تواند تفاوت سرعت کوچک بین اکسل‌ها را پوشش دهد. این کار با لغزش کم چرخ‌ها صورت می‌گیرد.

تجهیزات: قفل دیفرانسیل عموماً در این خودروها ارائه نمی‌شود و راننده کنترل کمی روی استفاده از سیستم چهار چرخ محرک دارد.

نمونه‌ها: مرسدس-ای ام جی A45 دارای کلاچ چند صفحه مرکزی هالدکس به خاطر درگیر کردن چرخ‌های عقب برای افزایش کشش است. نیسان ایکس تریل نیز دارای تنظیمات مناسبی بوده ولی به راننده اجازه می‌دهد بین حالت‌های دیفرانسیل جلو (کلاچ باز)، اتوماتیک (کلاچ توسط ECU کنترل می‌شود)، ۴×۴ (کلاچ به‌صورت دائمی درگیر است) یکی را انتخاب کند.

قفل دیفرانسیل چیست؟

یک دیفرانسیل از مجموعه دنده‌های سیاره‌ای تشکیل شده که به عنوان نسبت کاهشی نهایی برای چند برابر کردن ارزش گشتاور و در عین حال کاهش سرعت ورودی چرخشی به چرخ‌ها عمل می‌کند. یک دیفرانسیل باز اجازه ایجاد تفاوت سرعت بدون محدود بین دو چرخ را برای بهبود عبور از پیچ‌ها می‌دهد. این امر می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی در کشش شود مخصوصاً اگر یک‌طرف خودرو در جاده و طرف دیگر در گل‌ولای باشد. قفل دیفرانسیل دو چرخ را مجبور به چرخش با یک سرعت برابر می‌کند و کشش را بهبود می‌بخشد اما روی دینامیک خودرو تأثیر منفی می‌گذارد. رانندگی با قفل دیفرانسیل درگیر شده در سطح قیرپاشی شده می‌تواند عامل صدمه به قوای محرکه شود. یک دیفرانسیل لغزش محدود موجب می‌شود تفاوت سرعت معینی بین چرخ‌ها وجود داشته باشد و به این ترتیب کشش خودرو بهتر می‌شود.

دیفرانسیل لغزش محدود باعث تفاوت سرعت چرخش چرخ‌ها در هر اکسل می‌شود.

سیستم تمام چرخ محرک الکتریکی

مهندسی سیستم چهار چرخ محرک در خودروهای الکتریکی بسیار آسان‌تر از آن چیزی است که از نظر گذراندید. اگر چهار موتور الکتریکی در خودرو نصب شود (یک موتور برای هر چرخ)، دیگر نیازی به جعبه دنده، دیفرانسیل و جعبه انتقال نخواهد بود. این تکنولوژی سال‌های زیادی است که استفاده می‌شود و کامیون‌های بزرگ دارای موتور الکتریکی در هر اکسل هستند. این کامیون‌ها می‌توانند از موتوراحتراق داخلی به عنوان یک ژنراتور استفاده کنند. این ایده مشابه محصول لونر-پورشه است.

امروزه بسیاری از خودروهای الکتریکی پرفورمنس همچون تسلا مدل S از یک موتور الکتریکی در هر اکسل استفاده می‌کنند تا سیستم چهار چرخ دائمی داشته باشند.