Полный привод xdrive: алгоритм работы четырех поколений

Общая концепция

Первые модели BMW, оснащенные полным приводом, появились в 1985 году. На то время такого класса, как «кроссовер» еще не существовало, а внедорожниками этот производитель не занимался. Но оценив успех полноприводных версий Audi, баварцы решились на установку полного привода на авто двух своих серий – 3 и 5. Такая система являлась опциональной. То есть, из всей достаточно обширной линейки полным приводом оснащались только некоторые версии, да и то – за доплату. Чтобы как-то обозначить авто с такими системами, в их название добавили индекс «Х». В последствии этот индекс и перерос в xDrive.

Примечательно, что полный привод xDrive не направлен на повышение проходимости авто, ведь из универсала и седана внедорожник все равно не получится. Основная задача его заключена в обеспечении лучшей управляемости и устойчивости авто.

Устройство полного привода xDrive

Общая концепция полного привода в BMW – классическая, то есть она состоит из:

• КПП;
• Раздаточной коробки;
• Валов привода;
• Главных передач двух мостов.

В перечень не вошли дифференциалы, поскольку с ними не все так просто. Этот тип привода конструкторы BMW постоянно совершенствовали, дорабатывая его и отказываясь от одних конструктивных решений в пользу других.

Неисправности

Первый знак на проблемы с раздаткой укажет лампочка на приборной панели:

• 4×4;
• ABS;
• Brake.

Индикаторы появляются периодически, после все чаще и чаще, в конце просто постоянно горят. Причин может быть множество, сначала нужно искать проблемы с электрикой, а потом изучать технические неисправности серводвигателя.

Основные технические проблемы связаны именно с серводвигателем, подключаемым передние колеса. Сама раздатка xDrive вполне надежная, проблемы чаще доставляет именно сервопривод. У сервопривода «летит» датчик Холпа или ломается щеточный коллектор. В этом случае машина просто станет постоянно заднеприводной.

Если сломается серводвигатель посередине и раздатка не включена, то ездить на машине нельзя – умрет КПП.

Раздатка живет при своевременной замене масла 100-120 тысяч километров, при чем ее степень износа можно проверить по состоянию масла. Открутите сливную пробку, вылейте чуть-чуть масла на салфетку. При наличии черной стружки или запаха гари нужная замена раздатки.

При свисте задних колес при повороте и дергании на разгоне следует посетить диагностику. Этот симптом то же свидетельствует о проблемах с сервоприводом.

Не забывайте своевременно менять масло в редукторах xDrive, ведь забыв про это вы дождетесь гула редукторов, которые впоследствии придется поменять.

У аккуратных водителей детали живут долго, но сам металл стареет, что ведет к ухудшению состояния шлицов и крестовин кардана, а также к поломке подвесного подшипника заднего кардана.

Еще бывают случаи, когда при резком повороте Икс-Драйв кидает всю мощность на одно колесо, имеющее лучшее сцепление с дорогой. Да, это должно позволить пройти поворот максимально эффективно, но редуктора не выдерживают такой нагрузки.

Режимы работы системы

• Начало движения: дифференциал заблокирован, мощность между осями распределяется в оптимальном соотношении 40:60, на скорости свыше 20 км/ч соотношение крутящего момента определяется системой, исходя из текущих условий движения и дорожной поверхности.
• Избыточная поворачиваемость: при обнаружении системой xDrive признаков смещения задней оси наружу от центра поворота бОльшая мощность перенаправляется на переднюю ось; при необходимости подключается динамическая система курсовой устойчивости, притормаживая нужные колеса и выравнивая автомобиль.
• Недостаточная поворачиваемость: при регистрации системой увода передней оси от центра поворота на заднюю ось подается до 100% крутящего момента, а система курсовой устойчивости помогает при необходимости стабилизировать автомобиль.
• Движение по скользкой дороге: крутящий момент распределяется электроникой на ось с лучшим сцеплением колес, предотвращая пробуксовку.
• Парковка автомобиля: вся мощность перенаправляется на заднюю ось, облегчая управление водителю и снижая нагрузку на элементы трансмиссии.

Схема работы системы xDrive

Опираясь на показания многочисленных датчиков, управляющая электроника способна с точностью распознавать склонность автомобиля  к уходу  в занос при повороте или скорую потерю сцепления колес с дорожной поверхностью. Системой учитываются также и текущие параметры работы двигателя, скорость автомобиля, частота вращения колес, угол их поворота и боковое ускорение автомобиля. Это позволяет с упреждением просчитывать и за долю секунды изменять баланс мощности, распределяемый между осями. Стабилизация автомобиля происходит на грани потери управляемости, сохраняя силу тяги и динамику. Система курсовой устойчивости включается в работу в последний момент в том случае, если интеллектуальный полный привод не справился с задачей.

Система DTC для движения в спортивном режиме и на снегу.

Система DSC на полноприводных моделях обладает, как и в случае с заднеприводными вариантами, функцией контроля тяги DTC (Dynamic Traction Control), допускающей большую пробуксовку и больший угол заноса в экстремальных условиях, например на рыхлом снегу или при движении в спортивном режиме. Кроме того, систему DSC можно полностью отключить,как и на всех автомобилях BMW.

Система HDC облегчает спуск с крутых склонов: без вмешательства водителя «пятерка» с xDrive, подтормаживая всемичетырьмя колесами, движется под гору с постоянной скоростью быстро идущего пешехода. Функцию HDC можно включить и выключить с помощью одной из двух программируемых кнопок на многофункциональном рулевом колесе.

Принцип работы xDrive

Вращение постоянно подается на задний мост, то есть авто с таким приводом в действительности является заднеприводным. При этом сервопривод за счет системы рычагов поджимает фрикционные диски межосевой муфты, что позволяет отбирать мощность и подавать ее на вал привода передней оси.

При надобности сервопривод меняет степень прижима дисков, меняя разделение крутящего момента. Он либо полностью их сжимает, обеспечивая передачу в пропорции 50/50, либо отпускает их, прерывая подачу момента на перед.

Раздаточная коробка xDrive с цепным приводом для кроссоверов

Работой сервопривода управляет целый комплекс систем, что обеспечивает перераспределение тяги между осями в очень короткие промежутки времени – 0,01 секунды.

• Управления ходовой частью ICM. В ее задачу как раз и входит синхронизация привода с иными системами;
• Динамической стабилизации DSC (курсовой устойчивости). Она не только управляет разделением тягового усилия между мостами. Система также «заведует» и имитацией блокировки дифференциалов, установленных на главных передачах, притормаживая пробуксовывающие колеса.
• Рулевого управления AFS. Она обеспечивает стабилизацию авто во время торможения, при котором колеса движутся по поверхностям с разным коэффициентом трения.
• Контроля тягового усилия DTC;
• Помощи при движении на спуск HDC;
• Перераспределения тяги между колесами задней оси DPC. Она осуществляет «подруливание» при проезде поворотов.

Главным преимуществом xDrive является ее сравнительная конструктивная простота. Отсутствие механических узлов блокирования дифференциалов значительно упрощает устройство привода и делает его очень надежным.

Основными преимуществами системы xDrive в эксплуатационном плане являются:

• Переменное бесступенчатое разделение момента между осями;
• Постоянный контроль за поведением авто и мгновенная реакция на изменение ситуации;
• Обеспечение высоких показателей управляемости авто;
• Высокая точность функционирования тормозной системы;
• Устойчивость авто при разных условиях передвижения.

Благодаря используемой фрикционной муфте с электронной системой управления, система xDrive обладает рядом режимов работы, которые подстраивают привод по условия движения:

• Плавное начало движения;
• Вхождение в повороты с чрезмерной поворачиваемостью;
• Движение в поворотах с недостаточной поворачиваемостью;
• Перемещение по скользкой дороге;
• Постановка на стоянку в условиях ограниченного пространства.

Под каждый режим предусмотрены свои особенности работы. Так, при старте фрикционная муфта обеспечивает перераспределение моментов между осями в пропорции 50/50. Это обеспечивает динамичный набор скорости. Но после достижения 20 км/ч система начинает менять соотношение в зависимости от дорожных условий. Среднее значение пропорций составляет 40/60, но оно может быстро поменяться, если электроника обнаружила изменение условий.

Когда при входе в поворот заднюю часть авто начинает заносить (избыток поворачиваемости) сервопривод мгновенно сжимает диски муфты, обеспечивая подачу 50% тяги и больше на перед, благодаря чему он начинает «вытаскивать» заднюю ось авто из заноса. Если этих мер оказывается недостаточно xDrive начинает задействовать иные системы, чтобы стабилизировать машину.

В случае сноса переда при повороте (недостаток поворачиваемости) привод наоборот — снижает момент на передней оси вплоть до полного его отключения и при надобности все также задействует системы стабилизации.

Во время движения по скользким покрытиям xDrive делает авто полноприводным, обеспечивая подачу до 50% тяги на перед и включая вспомогательные системы.

В режиме парковки, а также при движении на очень высоких скоростях (свыше 180 км/ч), сервопривод отключает подачу вращения на перед, делая авто полностью заднеприводным. В этом есть и свой недостаток, особенно во время парковки. Из-за отключения переда автомобиль не всегда может преодолеть даже небольшие препятствия (бордюры) в случае, если покрытие скользкое и зад пробуксовывает.

Недостатком xDrive считается и то, что на подключение оси требуется время, хоть и немного. То есть система включает передний мост только после того, как занос уже начался. Это может несколько дезориентировать водителя, и он примет неверные меры.

«Слабым» местом в самой конструкции полного привода xDrive считается сервопривод. Но об этом конструкторы позаботились, разместив этот узел с внешней стороны раздаточной коробки, что позволяет быстро провести замену или ремонт.

Dynamic Performance Control

Система контроля крутящего момента Dynamic Performance Control (DPC) от BMW гармонично работает сBMW xDrive и системой контроля устойчивости Dynamic Stability Control. DPC контролирует силовой агрегат и шасси автомобиля и регулирует сцепление с дорогой, а также способна скорректировать поворачиваемость автомобиля, распределяя мощность по задней оси. Крутящий момент не только распределяется между передней и задней осями (благодаря xDrive), но также и между задними колёсами для улучшения манёвренности и стабильности (с помощью DPC). DPC работает на всех скоростях и во время обычного вождения, а не только во время прохождения сложных поворотов. DPC также взаимодействует с DSC, пытаясь корректировать движение автомобиля, контролируя крутящий момент, что обеспечивает плавные манёвры. В одиночку система DSC только бы смогла уменьшить мощность двигателя и затормозила бы колёса для улучшения поворачиваемости.

Дифференциал DPC может ускорять колесо с помощью использования планетарных передач и электроприводов в конструкции. Стандартная система контроля — например, типичная xDrive без DPC — уменьшает скорость вращения наиболее активно крутящегося колеса (у которого хуже сцепление с дорогой) с помощью тормозов и снижения мощности двигателя. Это изнашивает тормоза. А в сочетании xDrive с DPC наоборот будет ускорено самое медленное колесо (у которого наибольшее сцепление с дорогой), а не пробуксовывающее, что улучшит стабильность. Например, во время поворота будет ускорено колесо на противоположной стороне, что увеличит ускорение автомобиля. А во время избыточной поворачиваемости ускорение будет дано на колесо на стороне поворота, что улучшит баланс. Это сделает прохождение поворотов плавнее и оптимально распределит момент по оси.

Впервые DPC была установлена на BMW X6, выпуск которой начался в 2008 году (модель 2009), где система входила в стандартную комплектацию. Тест показал, что “X6 управляется так, будто она на сотню-другую килограммов легче, чем X5 (у которой нет DPC)” благодаря использованию системы, хотя у обоих автомобилей одинаковые размеры шасси. У спортивной версии BMW X5 M система DPC тоже входит в стандартную комплектацию.

table-01

ГОРНЫЙ ЮБИЛЕЙ

В BMW решили отметить 15‑летний юбилей своей линейки кроссоверов большим пробегом по зимним дорогам Черногории. Маршрут не предусматривал бездорожья, но изобиловал горными серпантинами. Собственно, в таких условиях способности системы xDrive и должны раскрываться во всей красе.

Передо мной вся линейка кроссоверов, кроме младшего X1. Машины обуты в зимние нешипованные шины. Перепад температур между равнинной и горной частями маршрута — от небольшого минуса до +15 ºС.

Ограничителями в скорости езды по серпантинам были только здравый смысл и инстинкт самосохранения. Далеко не везде ширина дороги позволяет свободно разъехаться со встречными автомобилями, а большинство поворотов — слепые.

Скажу честно: долго ехать на пределе сцепных свойств шин было страшно и физически сложно. Но в этих условиях xDrive ни разу не заставил понервничать, а иногда и приятно удивлял. Старшие братья Х5 и Х6 с активным задним дифференциалом задорно ввинчивались в шпильки. В спортивном режиме система стабилизации позволяла немного похулиганить и под добавление газа выходить из шпилек боком. А в редких ходовых и открытых поворотах старшие «иксы» при увеличении скорости увереннее опирались внешними колесами, словно вираж превращался в профилированный.

Более сдержанные Х3 и Х4 меньше провоцировали на активную езду. Но Х3 все же смог порадовать в одной потенциально опасной ситуации.

Перед долгожданным открытым поворотом асфальт в зоне торможения был покрыт инеем. Педаль тормоза отчаянно вибрировала, а скорость падала пугающе медленно. Но экстренных мер предпринимать не пришлось: Х3 с запасом вписался в поворот, не потеряв устойчивости. Ну, спасибо xDrive!

Принцип работы xDrive

Момент по осям распределяется через раздаточную коробку, которая состоит из зубчатой передачи, управляемой фрикционной муфтой. На машинах типа X5M, вместо зубчатой передачи устанавливают цепную.

Мощность распределяется по осям в зависимости от силы сжатия фрикционов муфты. Главный рычаг с разжимным механизмом преобразует вращательное движение вала в свое, тем самым сжимая фрикционы.

На заблокированной задней муфте, момент с задней оси сразу передается передним колесам через раздатку. Техническая часть раздаточной коробки зависит от типа кузова. У седанов из-за небольших габаритов используется шестереночный тип, кроссоверы из-за большого пространства в салоне используются цепной привод.

Состав полного привода xDrive:

• передний межколесный редуктор;
• КПП;
• вал привода передней оси;
• раздатка с электронно-управляемой муфтой;
• кардан;
• задний межколесный редуктор.

Конструкция раздатки:

• привод на переднюю ось;
• управляющий кулак серводвигателя;
• промежуточная шестерня;
• ведущая шестерня;
• главный рычаг;
• многодисковая муфта;
• привод задней оси;
• серводвигатель;
• пакет фрикционов;
• ведущая шестерня;
• ведущая шестерня серводвигателя.

Состав раздатки с цепным приводом:

• входной вал;
• главный разжимной рычаг;
• многодисковая муфта;
• выходной вал к задним колесам;
• разжимной механизм;
• управляющий диск серводвигателя;
• плечи рычага;
• цепь;
• выходной вал к передней оси.

С 2006 года появилась система DSC, которая распределяет момент отдельно по задним колесам. Задача системы улучшить поворачиваемость автомобиля. Происходит это за счет двух планетарных передач и многодисковых фрикционных муфт, управляемых электронно.

В работе xDrive также помогают системы активной стабилизации ESP и электронной блокировки, подтормаживающей колеса.

Ощутимый прирост динамичности.

xDrive использует все данные, которые собирает система регулирования ходовой части DSC. Так, с помощью датчика рыскания определяется вращение автомобиля вокруг вертикальной оси, а с помощью другого специального датчика – угол поворота руля. На основе информации о скорости автомобиля, поступающей от колесных датчиков, его поперечном ускорении и параметрах двигателя xDrive заранее распознает дорожную обстановку в данный момент и в соответствии с этим оптимально перераспределяет момент между передней и задней осями.

Как и у каждого BMW, у полноприводных моделей система DSC может быть отключена водителем. Тем самым приверженцы спортивного стиля вождения могут насладиться блестящими динамическими свойствами своего BMW в контролируемом заносе. Полный привод xDrive не отключается.

В заключение

Система xDrive настолько себя хорошо зарекомендовала, что она предлагается для всего модельного ряда – версий от 1-й до 7-й серии, ряда авто, оснащаемых 8-цилиндровыми силовыми установками (550i, 750i), а также устанавливается на все кроссоверы серии «Х».

Отметим, что у седанов, универсалов и купе система конструктивно отличается от привода кроссоверов. Различие между ними кроется в раздаточной коробке. У легковых авто она – шестеренчатого типа, а у кроссоверов – цепная.

Пока баварцы не спешат менять привод xDrive, ведь он действительно хороший и отлично работает. Поэтому все наработки, касающиеся привода – это лишь улучшения эксплуатационных показателей, конструкция же не затрагивается, ведь зачем переделывать то, что функционирует прекрасно.