Štirikolesni pogon - Za udobje in varnost; ali ga res potrebujete?

V bistvu je rešitev zelo podobna človeški naravi. Ko je prenaporno in ne gre po dveh, se človek skloni in nadaljuje po štirih. Pri avtomobilih je podobno. Sicer so ti ves čas na štirih kolesih, pridejo pa dlje, če so gnana vsa štiri.

Audi Quattro je štirikolesni pogon vpeljal v svet relija in tako odprl novo poglavje v svetu motošporta. (foto: Audi Communications Motorsport) Audi Communications Motorsport
12. 1. 2021

Če kdaj, potem ravno pozimi večina voznikov največkrat pomisli na štirikolesni pogon. Nekateri preprosto zato, ker že vozijo avtomobil s štirikolesnim pogonom, nekateri pa zato, ker si to želijo. Drži pa, da je med vozniki tudi veliko takih, ki prednosti štirikolesnega pogona z veseljem uporabljajo praktično ves čas.

Seveda je obdobje spolzkih cest in slabih vremenskih razmer največkrat edina okoliščina, v kateri večina voznikov spozna predvsem prednosti štirikolesnega pogona. Hrib, gozdna pot, blato? Seveda. Sneg? Še vprašate! Z njim so zadovoljni tudi tisti, ki za seboj pogosto vlečejo težko prikolico, zlasti pa z njim uživajo tisti, ki si ga privoščijo v kombinaciji z močnim motorjem in izrazito športnim podvozjem. A še preden vam predstavimo osnove štirikolesnega pogona, ki bi jih moral poznati vsak voznik, samo na kratko o zgodovini tega danes vse bolj popularnega avtomobilskega dodatka.

Zgodovina

Štirikolesni pogon je eden od redkih v osebne avtomobile naseljenih sistemov, ki ne izvira iz motošporta, kar je glede na famo, ki jo s seboj nosi eden najbolj prepoznavnih štirikolesnih pogonov Quattro, za marsikoga nekaj novega. V resnici se je štirikolesni pogon v avtomobil prenesel iz kmetijstva, kjer so njegove prednosti spoznali že v času parnih traktorjev, ki so jih uporabljali, ko sta gospoda Otto in Diesel šele razmišljala o tem, da bi svoje izume predstavila svetu.

Čeprav se morda sliši neverjetno, je že tisti traktorski štirikolesni pogon poznal glavnino sestavnih delov še pred kratkim modernega štirikolesnega pogona. Imel je diferencial na vsaki osi, poleg tega pa še dodaten diferencial med obema osema.

V svet avtomobilov se je štirikolesni pogon prenesel kmalu, natančneje leta 1900, ko je Lohner-Porsche predstavil svoj model Mixte. Inženir Ferdinand Porsche je razvil hibridni avtomobil, pri katerem je zadnji kolesni par poganjal bencinski motor, v sprednja kolesa pa sta bila vgrajena dva elektromotorja. Ideja, ki nam jo kot novost prodajajo danes, je torej stara okroglih 120 let.

Klasični štirikolesni pogon, kjer en motor poganja vsa štiri kolesa, pa se je v avtomobilizmu pojavil zaradi potreb po čim boljšem oprijemu, torej optimalni izrabi motornega navora. Jasno, šlo je za potrebe dirkanja, leta 1903 pa je s štirikolesno gnanim dirkalnikom prvič nastopila nizozemska posadka. Avtomobil sicer ni osvojil pomembnih dirkaških trofej, so pa prednosti štirikolesnega pogona prepoznali številni konstruktorji. Prvi maloserijski avtomobili s štirikolesnim pogonom so se tako na drugi strani velike luže pojavili še pred drugo svetovno vojno.

Večji razmah je takšen pogon dosegel z drugo svetovno vojno, kjer so ga uporabili za vojaška vozila, v modernejši avtomobilski zgodovini pa velja, da je prvi serijski avtomobil z moderno samonosno karoserijo britanski športni kupe Jensen FF (1966–1971). Tudi tokrat je tehnologijo štirikolesnega pogona posodil znan proizvajalec kmetijske tehnike Ferguson, zaradi takrat nerazumno visoke cene pa so izdelali le nekaj več kot 300 teh avtomobilov.

Za masovno popularizacijo štirikolesnega pogona bi morali največ zaslug pripisati japonskemu Subaruju. Ta je leta 1972 predstavil model Leone, ki je imel priključljiv štirikolesni pogon. Čeprav je bil ta za vožnjo po suhem asfaltu praktično neuporaben, pa je hitro prepričal vse tiste, ki so prednosti štirikolesnega pogona občasno potrebovali tudi zunaj sicer neprehodnih terenov.

Mit o štirikolesnem pogonu pa se je zares rodil leta 1980, ko je Audi predstavil pogon Quattro in z njim kmalu osvojil svetovno prvenstvo v reliju. Quattro je ponižal praktično vse do takrat nepremagljive dirkalnike z zadnjim pogonom. Zadnji proizvajalec, ki se mu je še uspelo upreti Quattru, je bila Lancia, in sicer leta 1983.

Ideja, da je Audi sploh začel razmišljati o tem, da bi v svoje limuzine vgradil štirikolesni pogon, se je porodila nekemu njihovemu inženirju med testiranjem na zasneženih podlagah. Ta je namreč ugotovil, da je spremljevalno vozilo, terenski Iltis, ki ga je VW izdeloval za nemško vojsko, na spolzkem brez težav prehiteval zmogljivejše limuzine.

Vrste štirikolesnega pogona

Marsikdo ob skovankah 4WD, AWD, 4X4 in podobnih, kar danes uporabljajo različni proizvajalci, pomisli, da gre vedno za isto rešitev, ki je pač drugače poimenovana. No, v resnici na tem področju vlada neki določeni red, ki ga je, preden se odločite za nakup vozila s štirikolesnim pogonom, vsekakor dobro vsaj v osnovah razumeti. Treba je namreč vedeti, da je avtomobilski razvoj do danes postregel z izredno velikim številom različnih konfiguracij štirikolesnega pogona.

Če izhajamo samo iz dejstva, da je že motor lahko vgrajen spredaj (prečno, vzdolžno), sredinsko (prečno, vzdolžno) in zadaj, je jasno, da je število kombinacij zelo veliko. Glede pogona pa lahko zapišem, da za potrebe običajnih voznikov obstaja tisti za na teren ter tisti za na cesto. Vojaški, dirkaški, vlečni in drugi pogoni so pač namenjeni bolj specifičnim uporabnikom.

Priključljiv štirikolesni pogon (4WD)

Tistim, ki se pogosto znajdejo na brezpotjih in se soočajo s težko premagljivimi ovirami, bo najbolj ustrezal priključljiv štirikolesni pogon. Gre za najbolj tradicionalno obliko pogona, največkrat uporabljeno na klenih terenskih vozilih z nosilno šasijo, kjer motor v osnovi poganja zadnji kolesni par, po potrebi pa voznik z različnimi vzvodi (oziroma stikalom) vklopi pogon prednje osi. Za menjalnikom je dodan še razdelilnik pogona z reduktorjem, ki je pravzaprav še en dvostopenjski menjalnik z dolgim razmerjem za običajno vožnjo ter skrajšanim razmerjem za premagovanje ovir in vleko.

Ko je govora o osebnih avtomobilih, je tak pogon danes stvar preteklosti, še vedno pa se uporablja pri resnih terenski vozilih, danes pa ga je mogoče (v posodobljeni obliki) najti le še v robustnih terenskih vozilih. Povečana masa, omejena in zapletena uporaba, manjša okretnost, neekonomičnost in glasnost v sodobne avtomobile pač ne sodijo, zato boste tak pogon našli zgolj še pri kakšnem specialnem vozilu oziroma (v posodobljeni obliki) kakšnem robustnem poltovornjaku.

Prilagodljiv štirikolesni pogon (AWD)

V tem primeru lahko besedo prilagodljiv razumemo tudi kot besedno zvezo 'po potrebi'. Zasnova je s pojavom elektronike sicer doživela nekaj različnih variacij, a v osnovi velja, da tak štirikolesni pogon zavzema manj prostora, ima manjšo maso, ima manj sestavnih delov in je posledično tudi cenejši. Na terenu je tak pogon manj zmogljiv, še vedno pa dovolj učinkovit na blagih brezpotjih, grobi podlagi in seveda na cesti.

Pred leti ga uporabniki niso pretirano hvalili, saj se je odzival počasi, danes pa je s pomočjo elektronike in mehatronike, ki je naravnana predvsem na učinkovitost, več kot dovolj hiter za njegov namen. Razmah tega sistema je omogočila elektronika, lastniki starejših avtomobilov pa so si ga zapomnili po stroških, ki so jih imeli z večploščno viskozno sklopko. Predvsem se tak sistem odlično izkaže pri poslabšanem stiku med kolesi in podlago (sneg, makadam, trava, blato).

Tovrstni štirikolesni pogon se uporablja v večini sodobnih avtomobilov z motorjem spredaj. Iz menjalnika poleg dveh polgredi, ki poganjata prednji kolesni par, izstopa še tretja gred, ki prek kardanske osi in večploščne sklopke (običajno pred zadnjim diferencialom) motorni navor prenaša tudi na zadnji kolesni par. Prav ta sklopka je zadolžena, da določeno razmerje navora po potrebi oziroma glede na okoliščine (trenje) pod kolesi prenaša na zadnji kolesni par.

Vse skupaj deluje na principu zaznavanja (ali celo predvidevanja) zdrsa koles. Takrat se sredinska sklopka vklopi (mehansko, električno, elektrohidravlično) in motorni navor odvede tudi na zadnji kolesi. Razmerje navora je praviloma omejeno na 50/50 na podlagi z visokim trenjem, pa vse do različnih variacij na podlagi z manjšim oprijemom (sneg, blato).

Posamičen štirikolesni pogon (IWD)

IWD (Individual Wheel Drive) je z razmahom električnih avtomobilov na novo odkril svoje mesto v sodobnem avtomobilu. Podobno kot pri 120 let starem Porschejevem Mixtu je tudi v tem primeru za vsako kolo zadolžen en dodatni elektromotor oziroma neka podobna konfiguracija. Pri Tesli je na primer za vsak par polgredi zadolžen en elektromotor, pri nekaterih avtomobilih pa je eden (ali dva) elektromotor zadolžen zgolj za sprednji ali zadnji kolesni par, medtem ko drug kolesni par še vedno poganja motor z notranjim zgorevanjem (E-4WD).

Stalni štirikolesni pogon

Pri stalnem štirikolesnem pogonu gre pravzaprav za nadgradnjo različice priključljivega oziroma prilagodljivega pogona, ki sta izdelana tako, da motor ves čas vožnje poganja vsa štiri kolesa. O tem, kakšno je razmerje med razdelitvijo navora med prednji in zadnji kolesni par, se na podlagi pričakovanj kupcev zedinijo inženirji v tovarni.

Pri tovrstnem pogonu so razmerja oziroma elektronika, ki ta razmerja določa in odmerja, naravnana tako, da se daje prednost enemu kolesnemu paru, seveda pa se lahko razmerje med podajanjem navora po potrebi tudi popolnoma obrne. Za to skrbi sredinski diferencial ali sklopka v odjemu pogona.

Zapora diferenciala

Ker tudi štirikolesni pogon ni imun za vrtenje koles v prazno (led, blato, sneg), so mu za boljšo učinkovitost ter za to, da avtomobil ne obstane na mestu, pogosto dodane zapore diferencialov. Te zapore učinkujejo tako pri razdelitvi navora na eni osi kot tudi pri razdelitvi navora med obe osi. Zapore so lahko delne (športni avtomobili) ali pa popolne (terenska vozila), z vidika vklopa pa poznamo mehanske (več različnih konstrukcij) in elektronske zapore diferenciala.

Pri elektronskih zaporah v bistvu ne gre za klasično zaporo diferenciala, ampak za elektroniko, ki prek zavornega sistema poskrbi za zaviranje kolesa, ki se vrti v prazno, in posledično prenos vrtilnega momenta na nasprotno kolo na osi. Medtem ko pri starejših in resnih terencih za vklop zapore poskrbi mehanski vzvod, pa je vklop pri novejših avtomobilih in športnih terencih električen ali celo samodejen.

Kombinacija dveh večploščnih sklopk za vektoriranje navora

Verjetno je v tem trenutku najbolj napreden in tudi zahteven sistem dveh posamičnih sklop na vsaki zadnji pogonski osi, ki nadomeščata vlogo klasičnega diferenciala. Tak sistem z napredno mehatroniko in računalniško podporo lahko pomaga porazdeljevati navor med obema zadnjima kolesoma (0–100 odstotkov), lahko pa tudi med prednjo in zadnjo osjo, deluje pa tudi kot klasična zapora diferenciala na zadnji osi.

Zaradi sposobnosti vektoriranja navora in s tem aktivnega vpliva na vozno dinamiko, je seveda najbolj priljubljen pri bolj športnih modelih, uporabljajo pa ga tudi nekateri športni terenci.

Kakšne rešitve so v uporabi v sodobnih avtomobilih in športnih terencih?

Kot rečeno, izpeljank štirikolesnega pogona je več, v sodobnih avtomobilih pa sta se v glavnem uveljavila dva sistema prilagodljivega štirikolesnega pogona.

Prvi je pogon, pri katerem za porazdelitev prenosa navora skrbi klasičen sredinski diferencial, ki je lahko kombiniran z zaporo (torsen-mehansko ali z večploščno lamelno sklopko). Vse pogosteje pa se v avtomobile vgrajuje pogon, ki ima pred zadnjo osjo vgrajeno ohišje s sklopko, ki simulira delo sredinskega diferenciala pri prenosu navora med prednjo in zadnjo osjo.

V ohišju je tako več lamel v oljni kopeli, pri čemer je en sklop lamel povezan z vhodno, drug sklop pa z izhodno osjo. Če je ta sklopka viskozna, mora priti do razlike v hitrosti vrtenja prednje in zadnje osi, da se olje zgosti in poveže lamele. Ker to vzame nekaj časa, so zaradi zagotavljanja boljšega odzivanja začeli uporabljati oljno črpalko, ki prek aktuatorja zagotavlja dovolj pritiska za brezstopenjsko stiskanje lamel ter tako omogoči hipen prenos moči.

Razlog, da je ohišje večploščne lamelne sklopke nameščeno tik pred diferencialom zadnje preme, je seveda v optimalni razporeditvi mase in osne obremenitve. Pri motorjih z vzdolžno zasnovo pa je sklopka pri sredinskem diferencialu oziroma odjemu pogona za prednjo os. Sodoben štirikolesni pogon je seveda podprt s hitrimi in inteligentnimi krmilniki, ki neprestano (tudi do 100-krat v sekundi) izračunavajo, kolikšen je idealni pogonski moment za zadnjo premo.

Predkrmiljenje, ki je odvisno od vozne situacije, pa vseskozi skrbi, da ne prihaja do izgub vlečne sile. Pri normalni vožnji, torej pri majhnih obremenitvah in v fazah brez dodajanja plina, lamelna sklopka motorni navor prenaša pretežno na sprednji kolesni par in tako prispeva k manjši porabi goriva.

Dodatna nova vloga štirikolesnega pogona

Sodobni štirikolesni pogoni so že davno tega presegli svoj osnovni namen in ne omogočajo samo boljšega oprijema in učinkovitejše vleke, ampak pripomorejo tudi k stabilnosti in lažjemu obvladovanju avtomobila.

Tako je štirikolesni pogon postal odličen aktivni varnostni pripomoček, ki pa seveda ni vsemogočen. Pri cestni uporabi je tako dobro vedeti, da se v res ostro odpeljanem zavoju večina štirikolesnih pogonov še vedno obnaša podobno kot prednji pogon, vsaj v začetni fazi zavoja.

Pri pretiravanju bo tako v primeru izklopljenih varnostnih sistemov naprej najprej oddrsela prednja prema (podkrmarjenje), zato potrebujete precej vaje, preden boste poskušali atraktivno odpeljati priljubljen makadamski odsek. Preden bo sistem zaznal zdrs in večino navora prenesel na zadnji kolesni par ter tako zadku pomagal v ovinek, bo za marsikoga, sploh če bo medtem popustil plin, že prepozno.

Toda večina sodobnih sistemov zmore marsikaj, predvsem pa zmore izredno hitro prenašati navor med osema in celo med posamičnimi kolesi (vektoriranje navora), tako da je vožnja skozi zavoje, zlasti na bolj spolzki podlagi, lahko bolj tekoča, mirna in tudi hitrejša – predvsem pa varnejša.

In seveda, kljub vsemu, kar ta pogon omogoča, ostaja nasvet enak kot pri prednjem ali zadnjem pogonu: ne pretiravajte. Tudi občutek oprijema je lahko varljiv, zlasti na spolzkih podlagah.

Pred nakupom velja dobro razmisliti

Čeprav teorija govori predvsem o tem, da štirikolesni pogon prinaša izključno prednosti, pa velja pred nakupom dobro razmisliti o tem, ali ga resnično potrebujete. Prvič, vsak štirikolesni pogon v avtomobilu zavzema nekaj prostora, povečuje maso in porabo goriva ter ne nazadnje tudi ceno avtomobila.

Drugič, treba je vedeti, da štirikolesni v primerjavi z dvokolesnim pogonom izboljša lego na cesti, vendar le takrat, ko pritiskate na plin. Le takrat namreč ob boljšem oprijemu avtomobil bolje drži zastavljeno smer. Če torej takrat, ko že gre kaj narobe, niste sposobni tega rešiti aktivno, z močjo motorja, potem na pomoč pogona ne bi smeli računati.

Tretjič, tako pri pospeševanju in vožnji skozi ovinke kot pri zaviranju z motorjem ali s pomočjo zavor velja, da o vsem skupaj še najbolj odloča fizika. Natančneje, stik med pnevmatiko in podlago. Mimo tega pač ne gre.

Če si torej želite olajšati življenje pri vleki prikolice ali pa vas pot pogosto zanese na strme in spolzke terene, potem doplačilo za štirikolesni pogon ne bo stran vržen denar. Če pa računate zgolj na tistih pet ali šest zasneženih dni na leto, boste najverjetneje preživeli tudi brez njega.