Конструкция механической части системы 4 matic. Полный привод Mercedes-Benz. Штутгартские инженерные изыски

Полный привод 4Matic от Mercedes-Benz устанавливается как на внедорожники, так и на легковые автомобили. Расскажем о истории появления полного привода этой компании, принципе работы и разновидностях.

Содержание статьи:

Зачастую полноприводными считают внедорожники или кроссоверы, но сюда стоит отнести и легковые автомобили. Ранее уже рассказывали о полном приводе . Как настоящий конкурент у Mercedes-Benz так же есть такая система полного привода 4Matic.

История создания полного привода

Ранее мы наводили примеры полного привода, где разнообразие использование систем начинало свою историю с примитивных механических до современных автоматических, управляемых бортовым компьютером.

Но в компании Mercedes-Benz есть один нюанс, полны привод 4Matic устанавливается только с автоматической коробкой передач и никакой механики.

Первое поколение системы 4Matic берет свое начало с 1986 года, впервые было установлено на автомобиль Mercedes-Benz E-Class (W124). Полный привод в автомобиле подключается автоматически.

Привод устроен на основе механической блокировки межосевого и межколесного заднего дифференциалов. Управляется привод с помощью гидравлических двух муфт. Плюсом является то, что при срабатывании системы ABS полный привод отключается автоматически.

Второе поколение берет свое начало с 1997 года, и устанавливается на E-Class W210. Полный привод является постоянным, а межколесный и межосевой дифференциалы свободного типа. Блокировка дифференциалов происходит с помощью системы, которая контролирует тяговые усилия.

Третье поколение стартовало в 2002 году и расширили диапазон автомобилей Mercedes-Benz на которые будут установлена система 4Matic. Привод все так же остался постоянным. Межосевой и межколесные дифференциалы свободные. Благодаря вспомогательным системам курсовой устойчивости осуществляется контроль за движением автомобиля. Как результат ведется контроль за тяговой силой и надобностью включения полного привода или его отключения.

Четвертое поколение было представлено в 2006 году на основе автомобиля S550. Привод был аналогичный предыдущему, но управлялся полностью под системой интеллекта автомобиля.

Пятое поколение 4Matic взяло под свое крыло большой список автомобилей включая разные классы и серии автомобилей. В 2013 году копания Mercedes презентовала CLA 45 AMG и GL550, на которые была установлена роботизированная система полного привода. Водителю не нужно выбирать, когда и как включать полный привод. Система сама решает, как передавать нагрузку и на какую ось. Инженеры решили отдать управление на проходимость интеллектуальной системе.

На этом инженеры компании Mercedes не останавливаются и обещают сделать обновленную систему полного привода 4Matic, где управление коробкой передач и полным приводом осуществляется при нажатии кнопок, а не привычного рычага кпп.

Как устроена система 4Matic

Чаще всего сейчас встречаются автомобили с 4Matic третьего поколения, так как доступны в цене и распространенные. В набор этого поколения полного привода входит автоматическая коробка передач, карданные передачи задней и передней оси, раздаточная коробка, межколесный дифференциал задней и передней оси, главную передачу, полуоси задних колес, приводные валы с шарнирами равных скоростей угловых.

Такой сложный набор говорит о том, что вся система 4Matic эта очень сложный механизм, а управление на основе механической коробки передач никак бы не могло осуществиться. Главным элементом 4Matic является раздаточная коробка, она распределяет крутящий момент бесступенчатым методом на оси автомобиля. Так же она объединяет планетарный сдвоенный редуктор, приводные валы и шестерни цилиндрические.

Так как же устроена система 4Matic, вал привода соединен с водило планетарного редуктора, в свою очередь вращаться вал привода задней оси начинает от шестерни большего диаметра или по-другому её называют солнечной. Вал оси переднего привода полный, соединен с шестерню меньшего диаметра с одной стороны, так же называемую солнечной, с другой стороны с помощью шестеренок с карданной передачей на переднюю ось.

Принцип работы полного привода Mercedes

Распределение нагрузки между осями приходится 40% на переднюю ось и 60% на заднюю. Функцию несимметричного дифференциала межосевого выполняет планетарный редуктор. На некоторых моделях распределение может быть 45% на переднюю и 55% на заднюю ось.

При использовании автоматической коробки передач и системе полного привода 4Matic не предусмотрена блокировка межосевого и межколесного дифференциала. Благодаря системе контроля устойчивости автомобиля во время движения (ESP), и подконтрольной ей системе контроля тягового усиления (ETS), антиблокировку тормозов ABS и антипробуксовочную систему ASR бортовой компьютер сам решает, когда включать и как передавать крутящий момент на определенную ось.

Стоит помнить, что наличие такой системы в одной и той же модели автомобиля приведет к увеличения расхода топлива. Как заявляют инженеры, в автомобилях Mercedes-Benz S-Class расход увеличится как минимум на 0,4 л/100км.

Что касается блокировки дифференциала, то за это отвечает система ETS. Принцип работы аналогичный электронной блокировке. При её срабатывании межколесный блокируется, тем самым притормаживая буксующее колесо. В свою очередь увеличивая крутящий момент на колесо, у которого хорошее сцепление с дорогой. Благодаря такому равномерному и правильному распределения крутящего момента, достигается хороший разгон с места, ускорение при движении на плохой дороге и устойчивое управление.

Видео о принципе работы 4Matic от Mercedes-Benz:

Впервые представлена на Е-классе W124 в 1986 (1987?) году и была доступна на моделях с 2.6 и 3.0 литровыми 6-цилиндровыми бензиновыми и дизельными двигателями.

Подключение 4WD производилось электроникой автоматически по сигналам датчиков ABS и реализовывалось гидравлическими многодисковыми муфтами (блокировка межосевой муфты и заднего межколёсного дифференциала, передний дифференциал — открытый). При срабатывании системы ABS обе муфты размыкаются.

Имеет следующие режимы работы:

2WD, при котором ведущей была задняя ось, а передняя ось отключалась;
4WD с распределением 35/65 крутящего момента за счет переменной степени замыкания муфты (по другим данным, там все же был установлен дифференциал);
4WD с заблокированной межосевой муфтой и соотношением крутящего момента 50/50 (при необходимости система ASD также блокировала задний дифференциал).

Плюс: некоторая экономия топлива в режиме 2WD.

Минусы: невысокая эффективность 4WD on-demand, сложная и дорогая конструкция.

[свернуть]

Второе поколение 4Matic (W210 и W163, постоянный 4WD)

Раскрыть...

Реализовано на автомобиле Mercedes-Benz W210 E-class с 1997 года в качестве опции (только для леворульного варианта). В стандарте присутствовала на моделях M-класса (W163), запущенных в продажу с 1997 года, и на R-class. Устанавливалась только на леворульных версиях.

Представляет собой постоянный 4WD с тремя открытыми дифференциалами и имитацией их блокировки при помощи системы контроля тяги (технология 4ETS, 4-wheel Electronic Traction System). Распределение тяги 35/65 вперёд/назад через планетарную передачу.

Плюсы: простота конструкции, отличная адекватность и лучшая проходимость 4WD.

Минус: чуть больший расход топлива относительно 2WD на потери в трансмиссии (как минимум на 0,4 л/100км).

[свернуть]

Третье поколение 4Matic (W203, W211 и W220, постоянный 4WD)

Раскрыть...

Появилось в 2002 году на автомобилях С- (W203), Е- (W211) и S-классов (W220). Представляет собой развитие второго поколения за счет добавления электронных систем, что позволило повысить проходимость и адекватность/устойчивость автомобилей.

4WD — постоянный, все дифференциалы открытые. Имитация блокировок и вообще устойчивость автомобиля обеспечивается набором систем (стабилизации ESP, управления тяговым усилием 4ETS, антипробуксовки ASR, системой контроля при спуске DSR и конечно ABS).

Распределение тяги по осям:

для легковых автомобилей (кроме W221) и кроссоверов - 40/60 (по другим данным — 35/65) перед/зад;
для GL, ML и R-классов - 50/50 (симметричный);
для S- и V-классов - 45/55;
для Mercedes-AMG (система AMG Performance 4Matic), таких как E63 AMG, CLS63 AMG (Shooting Brake), S63 AMG (Coupe) - 33/67.

Полный привод 4Matic третьего поколения состоит из:

автоматической коробки передач;
раздаточной коробки;
карданной передачи на переднюю ось;
карданной передачи на заднюю ось;
главной передачи и заднего межколесного дифференциала;
главная передачи и переднего межколесного дифференциала;
полуоси задних колес.

Центральным конструктивным элементом системы 4Matic является раздаточная коробка, бесступенчато распределяющая крутящий момент по осям автомобиля. Раздатка объединяет сдвоенный планетарный редуктор (выполняет в коробке функцию несимметричного межосевого дифференциала), цилиндрические шестерни, а также приводные валы. Приводной вал соединен с водилом планетарного редуктора. Вал привода задней оси вращается от солнечной шестерни большего диаметра. Вал привода передней оси полый, соединен с солнечной шестерней малого диаметра, с другой стороны с помощью цилиндрических шестерен соединен с карданной передачей передней оси.

1 - автоматическая коробка передач, 2 - раздаточная коробка, 3 - карданная передача привода передней оси, 4 - главная передача и передний межколесный дифференциал, 5 - приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей, 6 - карданная передача привода задней оси

1 - приводной вал, 2 - вал привода задней оси, 3 - планетарный редуктор, 4 - цилиндрические шестерни, 5 - вал привода передней оси

[свернуть]

Четвертое поколение 4Matic (постоянный 4WD)

Раскрыть...

Было представлено на автомобиле S550 4Matic 2006 года, а затем на W204.

Является дальнейшим развитием 2-го и 3-го поколений на базе более продвинутой электроники. Использует цилиндрический дифференциал, «подблокированный» неуправляемым двухдисковым фрикционом, который распределяет подводимый крутящий момент между осями в пропорции 45/55 в пользу задних колёс. При разгоне на однородном скользком покрытии фрикцион блокирует межосевой дифференциал, добавляя автомобилю стабильности. В том случае, если разница крутящих моментов между передней и задней осями превышает 50 Нм, фрикцион пробуксовывает - например, в поворотах. Работу по управлению тягой обеспечивает система 4ETS при помощи рабочих тормозов. Системы ESP, ASR и 4ETS в новой системе откалиброваны таким образом, чтобы срабатывать как можно позже, что позволяет максимально реализовать мощность двигателя.

[свернуть]

Пятое поколение 4Matic (4WD on-demand)

Раскрыть...

Представлено в 2013 году на автомобилях CLA 45 AMG и Mercedes-Benz GL 500 и представляет собой 4WD on-demand (т.е. не постоянный, а подключаемый) на переднеприводной архитектуре с поперечно установленным спереди двигателем.

Передний и задний дифференциалы открытые, межосевой дифференциал отсутствует. Набор электронных систем тот же, имитация блокировок также обеспечивается 4ETS. Отбором мощности на заднюю ось занимается блок PTU (power take-off unit), встроенный в роботизированную коробку передач 7G-DCT с двойным сцеплением. PTU получился очень компактным, и он обладает общей с коробкой системой смазки, за счёт чего было сэкономлено 25% веса.

В нормальных условиях крутящий момент распределяется между передней и задней осями в пропорциях от 100/0 до 50/50. Так, при ускорении автомобиля с полной нагрузкой на скорости 50 км/ч соотношение изменяется на 60/40, при быстрых прохождениях поворотов становится 50/50, при потере сцепления с дорогой передних колёс - 10/90, в случае резкого торможения с ABS - 100/0. Перераспределение момента достигается за счет переменной степени сжатия межосевой муфты.

[свернуть]

Прочие варианты

Раскрыть...

ML

Постоянный 4WD с тремя свободными дифференциалами, имитация блокировок дифференциалов системой 4ETS. Срабатывает при скорости до 60 км/ч, и если необходимо работает до 80 км/ч. Раздаточная коробка Borg-Warner 44-06 с понижающей передачей 2,64:1, включаемой кнопкой. При включении пониженной передачи центральный дифференциал жестко блокируется.

G-class 461 …-1991

4WD part-time (жестко подключаемый), жёстко блокируемые вручную передний и задний дифференциалы.

G-class 463 1991-…

Постоянный 4WD с тремя дифференциалами и понижайкой 2.16:1. Дифференциалы жёстко блокируются кнопками на панели приборов, для включения блокировки требуется проехать несколько метров.

Продолжаю рассказывать про непонятные аббревиатуры на различных моделях автомобилей, и так уж получилось, что и эта подробная статья будет про Мерседес (в первой ). Однако сегодня мы будем говорить о таком понятии как 4 MATIC. Такую надпись можно найти на некоторых модификациях концерна, например GL, ML, да и даже на С-классе. Так это же это обозначает и для чего наносится на кузов? Читайте дальше …

Для начала небольшое определение.

4 MATIC (Фирматик) – это обозначение полного привода на автомобилях мерседес. Если расшифровать эту надпись, то получается — 4 Wheel Drive and Automatic – привод на 4 колеса и автоматическая трансмиссия.

Как видите это почти обозначение 4 Х 4 на наших отечественных автомобилях, с одной лишь разницей, что применяется автоматическая трансмиссия, а у мерседесов она может быть гидротрансформаторный автомат, либо робот.

Три поколения 4 MATIC

НА заре появления этой системы, а было это 1986 году совместными инженерами Mercedes-Benz и Steyr-Daimler-Puch, была изобретено первое поколение этого привода.

Первое поколение

Впервые установили на модель W124 (современный E-class), именно здесь впервые применили полный привод и автомат. Нужно отметить, что здесь не было постоянного полного привода, а был так называемый «подключаемый». Все 4 колеса включались при помощи блокировки межосевого и заднего межколесных дифференциалов. А вот электроника первого поколения 4 MATIC управляла двумя гидравлическими муфтами. Сразу выявились первые плюсы и минусы устройтсва.

Плюсы :

Когда не было нужды в полном приводе, работал только задний мост, что экономило топливо.
Соответственно увеличивался ресурс конструкции.
Муфты были сделаны из высокопрочных материалов, что при пробуксовки колес практически их не стирало.

Минусы :

Подключаемый привод оказался не таким эффективным по сравнению с постоянным.
Внедорожные способности были мягко сказать не внушительными.
Конструкция получилась сложная и очень дорогая, при поломке нужно было хорошо раскошелиться.

Поэтому инженеры Мерседес работали над вторым поколением, которое в итоге очень сильно отличалось от первого.

Второе поколение

Позже в 1997 году на модели W210 презентовали второе поколение 4 MATIC. Эта система получилась более прочной и производительной, отличий было масса.

Это постоянный полный привод, а не автоматически подключаемый.
Дифференциалы (межосевой и межколесный) уже не комплектовались механическими блокировками. Здесь была впервые установлена система контроля тяговых усилий 4ETS (Electronic Traction System), которая вообще практически исключает блокировки.

Какие преимущества это дало?

Конструкция упростилась, а поэтому ремонт был дешевле.
Постоянный привод делал свое дело, независимо от пробуксовки колес, то есть чувствовал себя уверенно и на сухой дороге и на бездорожье.
Внедорожные характеристики намного улучшились (опять же если не брать легковые автомобили, здесь все 4 колеса давали уверенность на трассе при обгонах, поворотах и т.д.)
Прекрасная работа с автоматической трансмиссией.

В общем, конструкция удалась, это была своего рода «работа над ошибками», и теперь впредь 4MATIC будет только «постоянноприводной».

Недостатки – их не много, если только учесть что расход топлива вырос по сравнению с первым поколением, да и износ теперь идет всей конструкции, то есть она всегда постоянно работает. Однако как заверяют инженеры Мерседес – ресурс здесь действительно большой.

Третье поколение

Появляется в 2002 году, сразу на большом количестве автомобилей C, E, и S класса. Разработчики не стали отказываться от удачной второй версии, а сделали ее «умнее», заставили трудиться «4ETS» вместе с такой системой как «ESP».

Суть очень проста – сейчас в конструкции начинают применять так называемые свободные дифференциалы, которые работаю в купе с электронной системой ESP. Контроль над дорогой и бездорожьем сейчас практически полный:

При пробуксовке одного колеса, система начинает его «стопорить», передавая повышенный на другие колеса, которые находятся в лучшем зацеплении.

Плюсы такой системы на лицо – проходимость увеличилась примерно на 30 – 40%. Также вырос контроль над дорогой в условиях больших скоростей (заносы, резкие повороты и т.д.). Нужно отметить, что 4 MATIC удостоен множества наград.

Распределение крутящего момента

Важно отметить, что этот привод может автоматически настраиваться и передавать неодинаковый крутящий момент на колеса.

Так например — легковые машины (кроме люксового S-класса) имеют соотношение примерно 35/65. 35% идет на передние колеса, а вот 65% на задние.

Внедорожники (паркетники) GL, ML и R класс имеют равное соотношение 50% на 50%.

Люксовые автомобили (S-classe) – настраиваются на соотношение 45% (передние) и 55% (задние).

Такое соотношение крутящего момента выверено многими испытаниями, а также структурой и особенностями кузова. Именно такие показатели делают машины устойчивее, безопаснее и комфортнее в управлении.

Система полного привода 4Matic, являющаяся официально зарегистрированным товарным знаком, была разработана несколько лет назад в компании Mercedes-Benz, и в наши дни устанавливается на несколько моделей легковых автомобилей. Автомобили, имеющие полный привод 4Matic комплектуются исключительно переключения передач.

Система полного привода 4Matic предназначена для придания автомобилю устойчивости на дороге и управляемости в любых ситуациях: во время начала движения, при прохождении поворотов, по заснеженному, обледеневшему или мокрому покрытию дороги, а также во время выполнения .

Система 4Matic передает от двигателя автомобиля крутящий момент на все колеса одновременно, но распределяет их в разной пропорции. Например:

для всех легковых автомобилей за исключением S-class – 40% на передние и 60% на задние колеса;
GL, R и ML-класс – 50/50;
S-класс – 45/55.

Полный привод 4Matic обладает одной весьма интересной особенностью: теперь у автомобиля нет систем межколесных дифференциалов и межосевого дифференциала. Вместо этих систем установлена принципиально новая система Electronic Traction System (4ETS), которая управляет тяговым усилием. Именно эта система не дает на скользком дорожном покрытии проскальзывать колесам автомобиля.

Как только колесо начинает пытаться проскользнуть, система 4ETS автоматически увеличивает крутящий момент одновременно на остальных колесах, которые с дорогой имеют хорошее сцепление. Поэтому автомобиль, оборудованный системой 4Matic, всегда с дорогой имеет хорошее сцепление и большой запас силы тяги.

Устройство 4Matic

В систему 4Matic входят следующие устройства:

автоматическая коробка переключения передач;
раздаточная коробка;
карданная передача на переднюю ось;
на заднюю ось;
и задний межколесный дифференциал;
главная передача и передний межколесный дифференциал;
полуоси задних колес.

Схема системы полного привода 4Matic:
1 — автоматическая коробка передач; 2 — раздаточная коробка; 3 — карданная передача привода передней оси; 4 — главная передача и передний межколесный дифференциал; 5 — приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей; 6 — карданная передача привода задней оси.

Центральный конструктивный элемент системы 4Matic – это раздаточная коробка, при помощи которой бесступенчато распределяется по осям автомобиля крутящий момент. Состоит раздаточная коробка из:

приводного вала;
вала привода задней оси;
планетарного редуктора;
цилиндрических шестерен;
вала привода передней оси. Роль несимметричного межосевого дифференциала в раздаточной коробке выполняет планетарный редуктор.

Схема раздаточной коробки системы 4Matic:
1 — приводной вал; 2 — вал привода задней оси; 3 — планетарный редуктор; 4 — цилиндрические шестерни; 5 — вал привода передней оси.

Инновационная система ESP, которая полностью интегрирована в 4Matic, делает работу системы еще более эффективной. Так как система получает от множества датчиков полную информацию о том, с какой скоростью вращаются колеса, каков угол поворота управляемых колес, какова угловая скорость рыскания и поперечное ускорение. Эти данные обсчитывает встроенный микропроцессор системы, и делает траекторию движения автомобиля оптимальной.

Если курс был задан водителем, а автомобиль от него отклонился, то система 4Matic вмешивается в управление и корректирует величину крутящего момента или тормозной момент. Взаимодействие систем 4Matic и ESP является на сегодняшний день уникальным. Автомобиль всегда стабилен и движется по оптимальной траектории движения.

Видео:

Всё. Всем удачи на дорогах!

Многие автомобилисты расценивают полный привод как синоним вездепроходимости авто. Не секрет, что распределение тяги на четыре колеса увеличивает сцепления автомобиля с дорогой, тем самым уменьшая возможность пробуксовки, а также увеличивая управляемость, курсовую устойчивость машины даже на скользких дорогах.

Полный привод от Мерседес

До восьмидесятых годов прошлого века полный привод не на внедорожниках, а на простых легковушках расценивался как некий технический курьез.

Полноприводная трансмиссия - это не только дополнительные узлы конструкции, которые прибавляют веса авто, но и система, которая делает автомобиль шумным, чувствительным к разным вибрациям.

Полный привод требует определенных средств на обслуживание, а увеличение веса авто и механические потери дополнительных узлов приводят к не экономичности сравнительно с подобными машинами на одну ось.

Разработчики компания Мерседес решили отказаться от услуг давнего партнера и изобрели собственный полный привод, так как сочли данную разработку делом очень серьезным.

Комплекс постоянного полного привода Мерседес 4 Matic (Форматик), который подключается когда это необходимо, смог обеспечить максимальное сцепление колес машины с обледеневшей, заснеженной, мокрой и плохой дорогой.

Возможности и преимущества 4 Matic :

поддержание максимальной безопасности, благодаря постоянной активности системы, что обеспечивает моментальную реакцию на сложные условия;
гармоничная связка Форматика с двигателем, коробкой передач обеспечивают отличную динамику авто;
высокая эффективность 4 Matic, благодаря использованию дополнительных электронных систем, которые обеспечивают рекордное использование тяги, поддержание устойчивости авто;
уникальная способность сохранения тягового усилия.

Принцип работы 4 Matic на первый взгляд достаточно прост, где ведущими стали задние колеса на хорошей дороге. Ну а в случае пробуксовки умная автоматика посылает сигнал на главный компьютер, который включает многодисковое сцепление, перераспределяя крутящий момент на передние колеса. Как показывает практика, данная система оказалась не хуже полноценной полноприводной трансмиссии, единственный минус которой, пожалуй, высокая стоимость и достаточно сложная конструкция.

Новое поколение 4 Matic от Мерседес

В 2013 году разработчики Мерседес представили миру новое пятое поколения системы 4 Matic с различными вариациями исполнения полноприводной трансмиссии.

Очередное поколение 4 Matic от производителей Мерседес представляет собой совершенно новую конструкцию. Если раньше мощность задней оси передавалась на переднюю часть, то теперь принцип работы подключаемого Форматика несколько иной.

Сами разработчики расценивают свое произведение как выход на новый уровень. И гордятся тем, что смогли добиться оптимального соотношения использования энергии, динамики и безопасности. Пятая версия является не заменой, а дополнением к предыдущим версиям Форматиков.

В нормальных условиях автомобиль двигается исключительно на экономичном переднем приводе. В случае попадания в сложные условия система автоматически перебрасывает крутящий момент на задние колеса, при выходе из которых переброс мощности происходит в обратном направлении за считанные минуты.

Новая полноприводная система имеет следующие преимущества :

уменьшенный вес системы;
высокий КПД;
высокая экономичность.

В условиях недостаточной либо избыточной поворачиваемости, то есть если автомобиль не вписывается в повороты, либо его заносит, тяговой момент распределяется так, чтобы добиться максимальной стабилизации машины на дороге. В случае неэффективности принятых мер используется адаптивная электронная система стабилизации либо система управления тягой в комплексе с системой Форматик для максимального удержания авто на нужной траектории.

Новый привод стал очередным дополнением к предыдущим вариантам исполнения 4 Matic. Теперь для каждого класса будет свой оптимальный вариант привода 4х4, начиная от CLA и заканчивая внедорожниками. Новая структура Форматика призвана обеспечить максимальную экономию энергии в комплексе с отличной динамикой, высокой безопасностью.