Jak funguje pohon všech kol? Existuje 6 různých koncepcí

  • Vedle stálého pohonu 4×4 existují různé varianty s připojováním druhé nápravy

  • Soustava tří diferenciálů je konstrukčně nejsložitější a navzdory obecnému přesvědčení má řadu nevýhod

  • Funkce moderních systémů 4×4 nezávisí jen na jejich technickém řešení, ale i na nastavení elektroniky

  • Navzdory rozmanitým možnostem budoucnost zřejmě patří elektromotorům, nikoliv sofistikovanému propojení náprav

Každé šesté nové auto prodané u nás má pohon všech kol, přičemž u dražších SUV a obecně aut od střední třídy výš je 4×4 dnes v podstatě samozřejmostí. Pod tímto jednoduchým označením, které vyjadřuje, že auto dokáže pohánět kola obou náprav.

Pohon všech kol zlepšuje trakci, respektive maximální možnou tažnou sílu, zlepšuje průchodnost v náročnějším terénu a u vyspělejších systémů také může prospívat ovladatelnosti. Pro využití všech výhod ale nestačí k pohonnému ústrojí jen připojit všechna kola. Existují nejrůznější technická řešení, která rozdělili jsme je do šesti základních skupin.

1. Stálý pohon 4×4

Trojice diferenciálů je nejlogičtějším a také nejstarším způsobem, jak pohánět všechna kola. Ostatně takové schéma používal už Spyker 60-HP z roku 1903, první benzinová „čtyřkolka“ v historii, i některé z nejstarších off-roadů před druhou světovou válkou. Slávu mu pak v osmdesátých letech zajistily hlavně značky Subaru a Audi, které se v některých svých modelech tohoto principu drží dodnes. Využívá ho ale také většina Mercedesů a dnes je prakticky standardem ve světě luxusních SUV, jako jsou Range Rover nebo Toyota Land Cruiser.

Výhodou je stálé výchozí rozdělení hnací síly mezi nápravy v poměru 50:50. Použití diferenciálu mezi nápravami ale přináší i podstatnou nevýhodu známou z nápravových diferenciálů – při ztrátě trakce jednoho z kol klesá točivý moment, který jsou ostatní kola schopna přenést. Proto u auta se stálým pohonem 4×4 hrozí, že zůstane bezmocně stát s jedním protáčejícím se kolem.

Klasickým řešením tohoto problému je mechanická uzávěrka mezinápravového diferenciálu, kterou má například dodnes Lada Niva a v první generaci systému quattro se objevovala také ve vozech Audi. Uzávěrka zablokováním diferenciálu napevno spojí pohon přední a zadní nápravy, hodí se proto jen pro jízdu na nezpevněném nebo kluzkém povrchu.

Lada Niva Extreme Cross: Krátké svezení s ruským monster truckem

Pokročilejší možností je samosvorný diferenciál, typicky Torsen. Toto řešení vynutí přenos síly od nápravy s protáčejícími se koly na druhou stranu, což zlepšuje trakci a působí proti přirozené nedotáčivosti aut se stálým pohonem všech kol. Samosvorný diferenciál po desetiletí využívají vozy Audi s motorem podél, v minulosti se objevoval ale i v Alfách Romeo s motorem napříč (modely 156 a 159). V terénních vozech se samosvorné mezinápravové diferenciály neobjevují, protože při extrémním prokluzu kol se chovají jako otevřený diferenciál a nepředstavují žádnou výhodu.

Nákres diferenciálu Torsen ve voze Audi 200 quattro (1979-1991)
Nákres diferenciálu Torsen ve voze Audi 200 quattro (1979-1991)
Alfa_Romeo-159_Sportwagon-2009-1600-20
Alfa 159 kombinovala diferenciál Torsen s příčně uloženým motorem

Alternativním řešením, jehož průkopníkem je Subaru, je doplnění mezinápravového diferenciálu o blokovací spojku. Ta může být viskózní, jako u čtyřkolek Subaru s manuální převodovkou nebo kdysi u Jaguaru X-Type, případně elektronicky ovládaná. Druhý typ převládá ve velkých SUV, jako je Mercedes ML/GLE nebo VW Touareg – její výhodou je možnost nahradit mechanickou uzávěrku diferenciálu.

V moderních autech nad přenosem síly motoru na kola samozřejmě dohlíží stabilizační systém a kontrola trakce. Tyto elektronické systémy vše výše uvedené relativizují, protože přibrzďováním jednotlivých kol dokáží potlačit výše uvedené neduhy. A to do takové míry, že pod označením 4Matic se v osobních Mercedesech s motorem podél už od roku 1996 skrývá soustava tří otevřených diferenciálů regulovaných jen přibrzďováním kol.

+

  • stálý pohon všech kol je nejuniverzálnějším řešením
  • mechanický přenos je nejrobustnější a nejspolehlivější
  • existuje pestrá škála způsobů, jak posunout jeho možnosti

  • mnoho ozubených soukolí zvyšuje jízdní odpory
  • kvůli vlivu na spotřebu paliva má ohroženou budoucnost
  • největší nároky na zástavbové rozměry

2. Přiřaditelný pohon 4×4

Hlavním rozdílem proti stálému pohonu všech kol je nepřítomnost mezinápravového diferenciálu. Ve většině situací jsou proto poháněna zadní kola, v terénu lze „natvrdo“ připojit i ta přední. To přiřaditelný pohon 4×4 předurčuje k použití v autech určených primárně pro jízdu v terénu – dnes jsou to jednodušší off-roady jako Suzuki Jimny a pick-upy.

Předností je pochopitelně menší konstrukční složitost, která stojí i za tím, že se tato koncepce začala masově šířit jako první, a to už v době okolo druhé světové války. Jízdní vlastnosti na silnici ale toto 4×4 nijak zlepšit nemůže, v typickém spojení s tuhou zadní nápravou má naopak takto navržené auto zaděláno na záludné chování.

Jeep Wrangler _047
Nový Jeep Wrangler kombinuje přiřaditelný pohon 4×4 s mezinápravovým diferenciálem

Speciálním případem je pak kombinace přiřaditelného pohonu 4×4 a mezinápravového diferenciálu. Takové uspořádání mají systémy SuperSelect od Mitsubishi (dnes v modelu L200 a spřízněném Fiatu Fullback) a Selec-Trac v některých starších Jeepech a zbrusu novém Jeepu Wrangler. Možnost odpojit 4×4 u nich v běžném provozu pomáhá snížit spotřebu.

+

  • nejjednodušší možné řešení, přitom robustní
  • nižší spotřeba na silnici než u stálého pohonu 4×4

  • v režimu 4×4 se vždy chová jako stálá 4×4 s uzávěrkou
  • z toho vyplývá, že na silnici nelze 4×4 používat
  • použitelnost auta z velké části závisí na řidiči

3. Viskózní spojka

První úspěchy Audi a Subaru v osmdesátých letech ukázaly, že pohon všech kol má potenciál i v silničních autech, pro která však z nejrůznějších důvodů dvě výše popsané robustní koncepce 4×4 nejsou vhodné. Jako první řešení se objevila viskózní spojka – kompaktní a schopná druhou nápravu připojovat podle potřeby.

Viskózní spojka spojuje dvě hřídele napojené na nápravové diferenciály. V uzavřeném obalu s olejovou lázní má sadu lamel střídavě upevněných k přední a zadní hřídeli. Prokluz kol na jedné nápravě, a tím vytvořený rozdíl v otáčkách obou hřídelí, změní viskozitu oleje, a to vynutí sepnutí spojky. Tento efekt lze využít také u výše zmíněné kombinace mezinápravového diferenciálu s blokovací viskózní spojkou.

Systém reaguje pasivně na vnější impulzy, což zajistí bezproblémové fungování, ale znemožňuje jakoukoliv regulaci. Právě z těchto důvodů zažila viskózní spojka postupný ústup – jestliže v devadesátých letech představovala hlavní tahák u Volkswagenů s označením syncro, sloužila v Porsche 911 i prvních čtyřkolkách od Volva, dnes se její využití omezuje jen na nejdostupnější čtyřkolky. Tedy Fiat Panda a Suzuki Ignis a Swift.

+

  • nízká hmotnost, jednoduchý princip fungování
  • nevyžaduje žádný regulační software
  • vždy zajistí připojení druhé nápravy v potřebných situacích

  • chování viskózní spojky nelze nijak ovládat
  • nelze dobře sladit se zásahy ESP („hádají se“)
  • riziko fatálních škod vyplývající z nemožnosti chránit spojku před přehřátím

4. Aktivně ovládaná vícelamelová spojka

Potřeba aktivně ovládat rozdělení sil mezi nápravami dala vzniknout systémům, které připojují druhou nápravu na základě rozhodnutí řídicí jednotky. I zde obě nápravy propojuje vícelamelová spojka, její spínání je však ovládáno nezávisle na vnějších podmínkách. Možná řešení jsou dvě: hydraulické čerpadlo, jako například u systému označovaného Haldex, nebo rozšířenější elektromagnetický princip – například xDrive od BMW nebo nejrůznější modely převážně asijských značek.

Spojku Haldex v našich končinách zpopularizovala první generace Octavie 4×4
BMW 5 E61 xDrive
Modely BMW xDrive s lamelovou spojkou využívají elektromagnetický princip ovládání

S první generací Haldexu v roce 1998 ještě výsledek nebyl ideální, okolo roku 2005 ale výpočetní výkon řídicích jednotek dosáhl takové úrovně, že je možné předvídat hrozící prokluz kol a na tuto situaci reagovat v předstihu. Z pohonu 4×4 se díky tomu definitivně stává prvek aktivní bezpečnosti, který zlepšuje ovladatelnost a chování auta bez ohledu na povrch pod koly.

Osm nejlepších ojetých dieselových kombíků s pohonem všech kol do 250 000 Kč

Vedle přizpůsobení reakcí aktuálním provozním podmínkám je výhodou také možnost dát uživateli volbu různých nastavení – ať už je to sportovní režim, deaktivace pohonu 4×4 nebo naopak režim „Lock“ vyskytující se především ve vozech z aliance Renault-Nissan a u dalších modelů japonského a korejského původu. I s přítomností této funkce, která zajistí stejné otáčky předních a zadních kol, se ale nejedná o stálý pohon 4×4. Elektronika bdí nad provozním stavem spojky a ve vyšších rychlostech nebo při jejím ohřátí nad bezpečnou mez pohon všech kol odpojí.

Ačkoliv je tento způsob pohonu všech kol v dnešní době nejrozšířenější, z principu se nehodí pro jízdu v těžkém terénu a nedokáže zastoupit stálý nebo přiřaditelný pohon 4×4. To také vysvětluje, proč je dnes ve světě SUV v podstatě standardem, ale do opravdových off-roadů si cestu nikdy nenašel.

+

  • možnost přesně ovládat připojení druhé nápravy
  • ve spolupráci s dalšími systémy dokáže reagovat proaktivně
  • při správném nastavení se na silnici chová lépe než stálá 4×4
  • nižší spotřeba než u evolučně starších systémů

  • nehodí se pro dlouhodobé používání v těžkém terénu
  • pokud je systém nastaven velmi úsporně, systém 4×4 se aktivuje jen v extrémních provozních podmínkách

5. 4×4 s jediným diferenciálem

Z dobrých zkušeností s vícelamelovou spojkou mezi nápravami vzešel nápad nahradit podobným zařízením i zadní diferenciál. Tvůrcem tohoto systému je britská společnost GKN, která svoji náhradu mechanického diferenciálu označuje Twinster. Největší slávu Twinsteru zajistil Ford Focus RS poslední generace (2015-2018), stejný systém se ale už o rok dříve objevil jako volitelná výbava v Range Roveru Evoque, využívá ho také druhá generace Opelu Insignia a několik amerických SUV.

twinster2
Systém Twinster od společnosti GKN využívá k distribuci hnací síly dvě sady lamelových spolek, umístěné u zadní nápravy

Kouzlo tohoto řešení spočívá ve spojení dvou nesouvisejících požadavků: snížení spotřeby a zlepšení ovladatelnosti. Nápravový diferenciál totiž nahrazuje sada dvou spojek, které mohou kola „natvrdo“ spojit s pohonnou jednotkou nebo naopak zcela odpojit. Vedle toho lze samozřejmě libovolně regulovat přenos síly k jednotlivým kolům, do značné míry tedy odpadá nutnost zasahovat do činnosti systému 4×4 přibrzďováním jednotlivých kol. Právě z velké variability přenosu hnací síly na jednotlivá kola vzešel slavný driftovací mód ve Focusu RS.

Čtyřikrát 4×4: Souboj ostrých čtyřkolek

Součástí systému je i funkce AWD Disconnect, kterou využívají (v kombinaci s nápravovým diferenciálem) také Fiat 500X a současné Jeepy s motorem napříč. Odpojením kardanu od předního diferenciálu se dále snižují mechanické ztráty při jízdě s pohonem jen jedné nápravy. Celkovou úsporu paliva se systémem Twinster oproti hydraulicky ovládané spojce Haldex vyčíslil Land Rover v roce 2014 na 11,4 % – podle normy NEDC, praktický přínos tedy bude nejspíš menší, ale stále znatelný.

Ze soustavy tří spojek, jejichž činnost je potřeba přesně a synchronizovaně ovládat, vyplývají jediné dvě nevýhody: vysoké nároky na naladění softwaru a prodleva při náhlém zapojení zadních kol, kterou se výrobci snaží řešit možností přepínat mezi různými jízdními režimy (úsporný, sportovní, terénní…).

+

  • možnost libovolně měnit poměr dělení hnací síly mezi koly zadní nápravy
  • menší mechanické ztráty než u systémů s nápravovým diferenciálem
  • další výhody shodné s vícelamelovou spojkou

  • nároky na ladění a výpočetní výkon
  • prodleva při přechodu z režimu s odpojenou zadní nápravou do 4×4
  • další nevýhody shodné s vícelamelovou spojkou

6. Elektrický pohon 4×4

Nemusí se vám to líbit, ale nejnovější trend je jasný: pohon všech kol obstará elektřina. S touto myšlenkou experimentoval už v roce 1900 Ferdinand Porsche ve voze Lohner-Porsche Mixte. Do velkosériové výroby se však tento nápad dostal o poznání později – v roce 2005, když se začaly prodávat Lexus RX 400h a technicky spřízněná Toyota Highlander Hybrid. V tomto podání přední kola roztáčí hybridní systém tvořený benzinovým motorem a elektromotorem, zadní kola pak pohání ještě jeden elektromotor. Nepřítomnost kardanu je částečnou kompenzací za vyšší hmotnost hybridu, který si s sebou veze i nezbytné baterie.

GKN eAxle
Společnost GKN stojí i za systémem eAxle, který se objevuje mj. v hybridních variantách Volva XC90 a S90, BMW 2 Active Tourer a dokonce i v Porsche 918 Spyder

Tento princip ale nevyužívají jen nejrůznější modely Lexusu a Toyoty. Variantu se slabšími elektromotory pojmenovanou HYbrid4 nabízel v letech 2011 až 2015 koncern PSA v Peugeotech 508 RXH a 3008 nebo v Citroënu DS5. Právě nízký výkon zadního elektromotoru způsobil (27 kW), že toto konkrétní řešení neprorazilo.

Jaguar I-Pace je všehoschopný elektromobil, který může nahradit běžná auta (první jízdní dojmy)

V současné době se uspořádání s jednou elektricky poháněnou nápravou uplatňuje především u plug-in hybridů. Nejširší nabídka je u Volva, které svůj systém T8 Twin Engine (benzinový dvoulitr s elektromotorem vpředu, elektromotor vzadu) dodává do všech modelů řad 60 a 90. Obdobný systém se vyskytuje i v dobíjecích hybridech od BMW – 225xe a i8.

Mitsubishi Outlander Plug-In Hybrid elektromotory dokonce pohánějí obě nápravy, spalovací motor zde slouží primárně jako generátor elektrické energie. Elektromotor u každé nápravy používají také všechny současné elektromobily s pohonem 4×4 – ať už jde o Teslu, Jaguar I-Pace, Audi e-tron nebo chystaný Mercedes EQC.

Elektromotor společný pro obě kola daní nápravy se v současnosti zdá být řešením budoucnosti. Nahrávají tomu rostoucí výkony elektromotorů, relativně skromné nároky na zástavbu a žádný přírůstek neodpružených hmot – na rozdíl od elektromotorů v kolech, kterými se konstruktéři zabývali dříve.

+

  • V hybridním pohonu dokáže elegantně spojit hospodárnost s lepší trakcí
  • Nepotřebuje kardan, což dává větší volnost při uspořádání součástek v autě
  • Použití elektromotoru na každé nápravě je jedinou cestou, jak opravdu dosáhnout rozdělení točivého momentu na kolech libovolným poměrem od 100:0 do 0:100

  • Pro smysluplné využití musí elektromotor mít výkon alespoň ve vyšších desítkách kilowatt
  • Podmínkou fungování jako 4×4 je dostatečné nabití baterií
  • Při jízdě v těžkém terénu je proto využitelný jen s velkou kapacitou baterií
Jak funguje pohon všech kol? Existuje 6 různých koncepcí
Ohodnoťte tento článek!
4.83 (96.67%) 6 hlas/ů

PŘIDAT KOMENTÁŘ: