Передний привод: компоновка и особенности.

Введение

Термин, используемый в автомобильной технике.

В автомобильной конструкции схема с передним расположением двигателя и передним приводом (FWD), или схема FF, предполагает размещение двигателя внутреннего сгорания и ведущих колес в передней части автомобиля.

Последствия использования

Исторически это обозначение использовалось независимо от того, располагался ли весь двигатель за линией передней оси. В последнее время производители некоторых автомобилей добавили к этому обозначению термин "передний центральный", описывающий автомобиль, в котором двигатель расположен перед пассажирским отсеком, но позади передней оси. Двигатели большинства автомобилей, произведенных до Второй мировой войны, располагались в передней части, в середине или на передней оси. Эта компоновка является наиболее традиционной и остаётся популярным, практичным решением. Двигатель, занимающий значительное пространство, размещается в месте, которое обычно не используется для пассажиров и багажа. Основной недостаток – распределение веса: самый тяжёлый компонент находится на одном конце автомобиля. Управляемость автомобиля не идеальна, но обычно предсказуема. В отличие от компоновки с передним двигателем и задним приводом (RWD), компоновка с передним приводом (FWD) не требует центрального тоннеля или увеличения дорожного просвета для размещения карданного вала, передающего мощность на задние колёса. Как и компоновки с задним двигателем и задним приводом (RR) и задним центральным двигателем и задним приводом (RMR), она располагает двигатель над ведущими колёсами, улучшая тягу в различных условиях. Поскольку рулевые колёса одновременно являются и ведущими, автомобили с передним приводом обычно превосходят автомобили с задним приводом в условиях недостаточного сцепления, таких как снег, грязь, гравий или мокрый асфальт. При подъёме в гору в условиях недостаточного сцепления RR считается лучшей компоновкой с приводом на два колеса, главным образом благодаря перераспределению веса на задние колёса при движении вверх. Управляемость автомобиля с передним приводом, как правило, лучше, поскольку двигатель расположен над рулевыми колёсами. Однако, поскольку ведущие колёса одновременно выполняют функцию рулевых, при быстром ускорении сцепление с дорогой для поворотов уменьшается, что может привести к недостаточной поворачиваемости. Высокопроизводительные автомобили редко используют компоновку FWD, поскольку при ускорении вес переносится на задние колёса, разгружая передние и резко снижая их сцепление, что фактически ограничивает количество мощности, которое можно эффективно использовать; кроме того, высокая мощность высокопроизводительных автомобилей может вызывать эффект "torque steer" (увод руля). Электронный контроль тяги может предотвратить пробуксовку колёс, но в значительной степени нивелирует преимущество дополнительной мощности. Это стало одной из причин внедрения системы полного привода quattro в высокопроизводительных дорожных автомобилях Jensen FF и Audi Quattro.

Historically, this designation was used regardless of whether the entire engine was behind the front axle line. In recent times, the manufacturers of some cars have added to the designation with the term front mid which describes a car in which the engine is in front of the passenger compartment but behind the front axle. The engine positions of most pre–World War II cars are front mid or on the front axle. This layout is the most traditional form and remains a popular, practical design. The engine, which takes up a great deal of space, is packaged in a location passengers and luggage typically would not use. The main deficit is weight distribution—the heaviest component is at one end of the vehicle. Car handling is not ideal, but usually predictable. In contrast with the front engine, rear wheel drive layout (RWD), the FWD layout eliminates the need for a central tunnel or a higher chassis clearance to accommodate a driveshaft providing power to the rear wheels. Like the rear engine, rear wheel drive layout (RR) and rear mid engine, rear wheel drive layout (RMR) layouts, it places the engine over the drive wheels, improving traction in many applications. As the steered wheels are also the driven wheels, FWD cars are generally considered superior to RWD cars in conditions in which there is low traction such as snow, mud, gravel or wet tarmac. When hill climbing in low traction conditions RR is considered the best two wheel drive layout, primarily due to the shift of weight to the rear wheels when climbing. The cornering ability of an FWD vehicle is generally better, because the engine is placed over the steered wheels. However, as the driven wheels have the additional demands of steering, if a vehicle accelerates quickly, less grip is available for cornering, which can result in understeer. High performance vehicles rarely use the FWD layout because weight is transferred to the rear wheels under acceleration, while unloading the front wheels and sharply reducing their grip, effectively putting a cap on the amount of power which could realistically be utilized; in addition, the high power of high performance cars can result in torque steer. Electronic traction control can avoid wheel spin but largely negates the benefit of extra power. This was a reason for the adoption of the all wheel drive quattro system in the high performance Jensen FF and Audi Quattro road cars.

Исторические договоренности

Ранние автомобили с передним приводом включают в себя Alvis 1925 года, Cord L 29 1929 года, DKW F1 1931 года, Citroën 2CV 1948 года, Saab 92 1949 года, Trabant P50 1957 года и Mini 1959 года. В 1980-х годах преимущества в тяге и компоновке этой схемы побудили многих производителей компактных и среднеразмерных автомобилей принять её в США. Большинство европейских и японских производителей перешли на передний привод для большинства своих автомобилей в 1960-х и 1970-х годах, последними из них стали VW, Ford of Europe и General Motors (Vauxhall в Великобритании и Opel в Германии). Toyota была последней японской компанией, перешедшей на передний привод в начале 1980-х годов. BMW, ориентированный на автомобили класса люкс, однако сохранил задний привод даже в своих более компактных моделях, хотя их марка MINI использует передний привод. Существует четыре различных варианта этой базовой компоновки, зависящих от расположения двигателя – самого тяжелого компонента трансмиссии.

Средний двигатель / передний привод

Самые ранние переднеприводные автомобили имели среднемоторную компоновку с передним приводом (MF). Двигатель устанавливался продольно (вдоль, от передней к задней оси, или с севера на юг) за колесами, трансмиссия располагалась перед двигателем, а дифференциал – в самой передней части автомобиля. Из-за столь заднего расположения двигателя распределение веса в таких автомобилях, как Cord L 29, было неоптимальным: ведущие колеса не несли достаточной части веса для обеспечения хорошего сцепления с дорогой и управляемости. Citroën Traction Avant 1934 года решила проблему распределения веса, разместив трансмиссию в передней части автомобиля, а дифференциал – между трансмиссией и двигателем. В сочетании с низким кузовом-монококом, это обеспечило управляемость, которая была выдающейся для своего времени. Renault – последний производитель, использовавший эту компоновку, применив её в Renault 4 и первом поколении Renault 5, но впоследствии она вышла из употребления из-за уменьшения пространства в салоне.

Двигатель переднего двигателя и передних колес, установленный вдоль

В 1946 году Panhard Dyna X, спроектированный Жаном Альбертом Грегуаром, имел двигатель, расположенный продольно перед передними колесами, с трансмиссией за двигателем и дифференциалом в задней части агрегата. Эта схема, использовавшаяся Panhard до 1967 года, потенциально создавала проблему распределения веса, аналогичную той, что была у Cord L29, упомянутого выше. Однако, воздушно-охлаждаемый оппозитный двигатель Panhard был очень легким и устанавливался низко с низким центром тяжести, что уменьшало этот эффект. Воздушно-охлаждаемый оппозитный двигатель Citroën 2CV также устанавливался очень низко, перед передними колесами, с трансмиссией за осью и дифференциалом между колесами. Это стало довольно популярным; автомобили с такой компоновкой включали немецкий Ford Taunus 12M и Lancia Flavia и Fulvia. Это стандартная конфигурация автомобилей Audi и Subaru с передним приводом. В 1979 году Toyota представила свой первый автомобиль с передним приводом – Tercel, и его двигатель был расположен продольно, в отличие от большинства других переднеприводных автомобилей на рынке в то время. Эта схема сохранилась и на втором поколении Tercel до 1987 года, после чего третье поколение получило новый, поперечно расположенный двигатель. Другие переднеприводные модели Toyota, такие как Camry и Corolla, с самого начала оснащались поперечно расположенными двигателями. Oldsmobile Toronado 1966 года (наряду с родственной моделью Cadillac Eldorado) использовал новую компоновку, в которой двигатель и трансмиссия располагались "бок о бок", а мощность передавалась между ними через усиленную цепь и специально разработанный промежуточный карданный вал, проходящий под поддоном двигателя. Эта серия отличается тем, что представляет собой автомобили с передним приводом, оснащенные двигателями наибольшего объема (8,2 л) из когда-либо построенных. Saab 99 и “классический” Saab 900 также использовали аналогичную компоновку. Eagle Premier использовал аналогичную силовую установку, как в Renault 21 и 25, которая позже стала основой для седанов Chrysler LH, выпускавшихся до 2004 модельного года. Сегодня Audi является наиболее известным производителем, использующим эту механическую компоновку, применяя ее с 1950-х годов в своих предшественниках DKW и Auto Union, и она встречается в более крупных моделях, начиная с A4. Последняя эволюция этой компоновки на платформе MLB Audi направлена на устранение давнего недостатка – неравномерного распределения веса. Это достигается за счет размещения дифференциала перед сцеплением, что позволяет сместить ось вращения колес вперед относительно задней поверхности блока двигателя.

The 1946 Panhard Dyna X, designed by Jean Albert Grégoire, had the engine longitudinally in front of the front wheels, with the transmission behind the engine and the differential at the rear of the assembly. This arrangement, used by Panhard until 1967, potentially had a weight distribution problem analogous to that of the Cord L29 mentioned above. However, the Panhard's air cooled flat twin engine was very light, and mounted low down with a low centre of gravity reducing the effect. The air cooled flat twin engine of the Citroën 2CV was also mounted very low, in front of the front wheels, with the transmission behind the axle line and the differential between the two. This became quite popular; cars using this layout included the German Ford Taunus 12M and the Lancia Flavia and Fulvia. This is the standard configuration of Audi and Subaru front wheel drive vehicles. In 1979, Toyota introduced and launched their first front wheel drive car, the Tercel, and it had its engine longitudinally mounted, unlike most other front wheel drive cars on the market at that time. This arrangement continued also on the second generation Tercel, until 1987, the third generation received a new, transversely mounted engine. Other front wheel drive Toyota models, such as Camry, and Corolla, had transversely mounted engines from the beginning on. The 1966 Oldsmobile Toronado (along with its sister model the Cadillac Eldorado) used a novel arrangement which had the engine and transmission in a 'side by side' arrangement with power being transmitted between the two via a heavy duty chain, and a specially designed intermediate driveshaft that passed under the engine sump. This family has the distinction of being the highest engine capacity (8.2 L) front wheel drive vehicles ever built. The Saab 99 and “classic” Saab 900 also used a similar arrangement. The Eagle Premier used a similar powertrain arrangement found in the Renault 21 and 25 – later becoming the basis for the Chrysler LH sedans produced until the 2004 model year. Today, Audi is the most prominent user of this mechanical layout, having used it since the 1950s in its predecessor companies DKW and Auto Union, and it can be found in its larger models from the A4 upward. The latest evolution of the format in Audi's MLB platform attempts to address the long standing drawback of uneven weight distribution. This is done by packaging the differential in front of the clutch, allowing the axle line to be further forward in relation to the rear face of the engine block.

Передний двигатель с поперечным монтированием / передний привод

Первыми популярными автомобилями с поперечным расположением двигателя и передним приводом стали DKW "Front", выпускавшиеся с 1931 года и оснащенные двухцилиндровым двухтактным двигателем. Saab скопировал эту конструкцию для своего первого автомобиля, Saab 92. Trabant 1957 года также был одним из немногих автомобилей с поперечно установленным двигателем, фактически являясь преемником DKW. Это было новшеством, особенно для автомобиля, производившегося в коммунистической стране. Mini, разработанная Иссигонисом в 1959 году, и родственные модели, такие как Maxi, Austin 1100/1300 и Allegro, имели четырехцилиндровый рядный водяной двигатель, установленный поперечно. Коробка передач располагалась в поддоне картера коленчатого вала, а мощность передавалась через дополнительные шестерни. Другие модели, использовавшие компоновку с "трансмиссией в поддоне", включали Datsun 100A (Cherry) и различные модификации двигателя PSA Renault X Type, такие как Peugeot 104 и Renault 14. В 1955 году Suzuki Suzulight также представила переднемоторную конструкцию с поперечно установленным двухтактным двухцилиндровым двигателем (использовавшим технологию DKW) для городского автомобиля/кей-кара, основанную на немецком Lloyd LP400. Autobianchi Primula 1964 года, Fiat 128 и Fiat 127 разместили коробку передач с одной стороны поперечно установленного двигателя и развернули трансмиссию, чтобы расположить дифференциал непосредственно за коробкой передач, но со смещением в сторону. В результате приводные валы к колесам имеют разную длину. Это позволило немного сместить центр тяжести вперед от колес. В настоящее время именно эта система доминирует во всем мире. Автомобили с передним приводом, как правило, подвержены эффекту "увода в сторону" при резком ускорении. Это вызвано разной длиной приводных валов, что приводит к различным углам наклона в шарнирах. Чем больше угол отклонения этих шарниров, тем менее эффективно они передают крутящий момент на колеса.

Двигательные валы передних колес

В автомобилях с передним приводом приводные валы передают крутящий момент непосредственно от дифференциала к передним колесам. Короткий внутренний шлицевой вал соединен шлицами с боковой шестерней дифференциала, а внешний шлицевой вал – со ступицей переднего колеса. Каждый вал имеет вилку или корпус для установки карданного шарнира на каждом конце соединяющего промежуточного вала. Карданные шарниры позволяют валу продолжать вращаться, компенсируя изменения, вызванные перемещением подвески, такие как изменение длины вала, горизонтального и углового положения при повороте рулевого управления. Обычно для плавной передачи мощности между компонентами используются карданные шарниры равных угловых скоростей. Внутренний карданный шарнир может быть погружного или триподного типа. Трипод крепится шлицами к промежуточному валу и фиксируется стопорным кольцом. К каждому пальцу трипода установлен шарик, поддерживаемый игольчатыми подшипниками, и эти шарики скользят в цапфе внутри вилки. Это компенсирует изменения длины вала и горизонтального угла. Крутящий момент передается через цапфу и шарики для вращения вала. Внешний карданный шарнир допускает большие угловые изменения, но не изменения длины вала. Обычно это шарнир с шариками и сепаратором, с внутренней обоймой, соединенной шлицами с промежуточным валом. Внешняя обойма сформирована в вилке. Сепаратор удерживает шарики в канавках обеих обойм. Шарики передают крутящий момент от вала к ступице и позволяют изменять горизонтальный угол и обеспечивать большой угол поворота рулевого управления. Гибкий резиновый пыльник, установленный на каждом шарнире, удерживает смазку и защищает от грязи и влаги. Если дифференциал не расположен на центральной линии автомобиля, может быть установлен промежуточный вал для поддержания равной длины приводных валов с каждой стороны. Это обеспечивает одинаковые углы приводных валов с обеих сторон и помогает предотвратить неравномерность рулевого управления и вибрацию. Внешний конец промежуточного вала поддерживается подшипником, закрепленным на корпусе трансмиссии, а карданный шарнир помогает в выравнивании. В некоторых случаях используется более длинный приводной вал с одной стороны. Для поглощения вибрации может быть установлен резиновый динамический демпфер.

In front wheel drive vehicles, the drive shafts transfer the drive directly from the differential to the front wheels. A short inner stub shaft is splined to the differential side gear and an outer stub shaft is splined to the front wheel hub. Each stub shaft has a yoke, or housing, to accommodate a universal joint, at each end of a connecting intermediate shaft. Universal joints let the shaft keep rotating while allowing for changes due to suspension movement, such as shaft length and horizontal angle, and shaft angle as the steering turns. Constant velocity universal joints are normally used to transfer power smoothly between the components. The inner universal can be a plunge or tripod type joint. The tripod is splined to the intermediate shaft and held by a circlip. A ball, supported on needle roller bearings, is fitted to each post of the tripod, and these slide in a trunion inside the yoke. This caters for changes in shaft length and horizontal angle. The drive is transferred through the trunion and balls to rotate the shaft. The outer universal joint allows greater angular changes but not changes in shaft length. It is normally a ball and cage type with an inner race splined to the intermediate shaft. An outer race is formed in the yoke. The cage retains the balls in location in grooves in both races. The balls transfer the drive from the shaft to the hub and allow for changes in horizontal angle and for a wide steering angle to be achieved. A flexible rubber boot fitted to each joint retains grease and keeps out dirt and moisture. Where the differential is not located in the center line of the vehicle, an intermediate shaft can be fitted to maintain equal length drive shafts on each side. This keeps drive shaft angles equal on both sides and helps prevent steering irregularities and vibration. The outer end of the intermediate shaft is supported by a bearing secured to the transaxle case and a universal joint assists with alignment. In some cases a longer drive shaft is used on one side. A rubber dynamic damper may be fitted to absorb vibrations.