Napęd quattro i systemy w Audi A7 Sportback – zasada działania + film

We wnętrzu międzyosiowego mechanizmu różnicowego obracają się dwa koła koronowe, które swoją nazwę zawdzięczają geometrii zębów. Przednie koło napędza wał napędowy mechanizmu różnicowego przedniej osi, tylne koło – wał kardana do mechanizmu różnicowego osi tylnej. 

Koła koronowe znajdują się w zazębieniu z czterema obrotowo ułożyskowanymi kołami wyrównawczymi – satelitami. Są one ustawione względem siebie pod kątem 90 stopni i otrzymują napęd z obudowy mechanizmu różnicowego, czyli z wału wyjściowego skrzyni biegów. Podczas normalnej jazdy koła koronowe obracają się tak szybko jak obudowa. Z uwagi na ich specjalną geometrię występują celowo nierówne ramiona działania sił w podstawowym rozdziale 60 procent momentu obrotowego silnika jest przekazywane na oś tylną a 40 procent trafia na oś przednią.

Gdy momenty napędowe przesuną się w wyniku utraty przyczepności przez jedną z osi, powstaną różne prędkości obrotowe i siły osiowe we wnętrzu mechanizmu różnicowego – powodują zaciśnięcie wbudowanych pakietów płytek tarcz. Działanie samoblokujące, które wtedy powstaje, umożliwia skierowanie większości momentu napędowego na oś z lepszą przyczepnością. Gdy pogorszy się przyczepność kół osi przedniej,  nawet do 85 procent siły napędowej przekazywane jest do tyłu. Jeżeli koła tylne mają mniejszą przyczepność, to do 70 procent momentu napędowego przesyłane jest na oś przednią.

Napęd quattro w Audi A7 Sportback – schemat mechanizmu.

fot. Audi

Z tak ekstremalnie szerokim rozdziałem momentów centralny mechanizm różnicowy z kołami koronowymi przewyższa swoich poprzedników – trakcja jest jeszcze lepsza. Powrót do pierwotnego rozdziału następuje bez żadnego opóźnienia czasowego i absolutnie płynnie, mechaniczna zasada działania gwarantuje najwyższą efektywność i natychmiastowe reakcje. Zaletą mechanizmu różnicowego z kołami koronowymi jest również jego zwartość i niewielki ciężar – ważąc 4,8 kilograma jest o 2 kilogramy lżejszy, niż jego poprzednik. Wał kardana nie jest do niego przykręcony śrubami, tylko połączony z nim wtykowo, co pozwala zredukować ciężar o kolejne 0,6 kilograma.

Nowy międzyosiowy mechanizm różnicowy z kołami koronowymi ściśle współpracuje z inteligentnym oprogramowaniem w sterowniku hamulca: selektywne sterowanie rozdziałem momentu na poszczególne koła może działać na każde z czterech kół. Przy szybkiej jeździe na zakrętach program określa optymalny rozdział sił napędowych. Jeżeli na podstawie zmienionych obciążeń kół rozpozna on, że koła po wewnętrznej stronie zakrętu znajdują się tuż przed poślizgiem, przyhamowuje je bardzo lekko – wystarcza delikatne przysunięcie klocków hamulcowych z minimalnym ciśnieniem do tarczy. Dzięki temu koło zewnętrzne względem zakrętu może przenieść większy moment napędowy.

Praca selektywnego sterowania rozdziałem momentu na koła przebiega w sposób płynny i ciągły. A7 Sportback zachowuje się w granicznym obszarze jazdy bardzo długo neutralnie, lekka podsterowność podczas skręcania i przyspieszania zostaje praktycznie skompensowana. Ingerencje systemu ESP następują później i bardziej miękko – jeśli w ogóle są jeszcze potrzebne. 

Selektywne sterowanie rozdziałem momentu na koła
Dla tych, którzy szukają jeszcze więcej dynamiki, Audi montuje na życzenie sportowy mechanizm różnicowy. Nowoczesna przekładnia tylnej osi rozdziela siły napędowe bezstopniowo, w sposób zmienny, za pomocą dwóch przekładni planetarnych, między koła tylne. Każda z przekładni planetarnych składa się z dwóch kół słonecznych i jednego koła z uzębieniem wewnętrznym, obracają się one o 10 procent szybciej niż półoś napędowa.

Sprzegło wielotarczowe wytwarza połączenie między półosią napędową i przekładnią planetarną. Gdy zostanie włączone, płynnie narzuca zewnętrznemu kołu wyższą prędkość obrotową przekładni planetarnej. Dodatkowy moment obrotowy konieczny do szybszego obracania się koła zostaje odebrany przez mechanizm różnicowy kołu znajdującemu się po wewnętrznej stronie zakrętu. Prawie cały moment obrotowy może być przeniesiony na jedno koło, możliwa jest różnica do 1.800 Nm.

Podczas szybkiej jazdy na zakrętach, ten dynamiczny rozdział momentów dokładnie wpasowuje pięciodrzwiowe coupé w krzywiznę zakrętu – A7 Sportback jedzie jak po szynach. Sportowy mechanizm różnicowy działa w fazie hamowania silnikiem tak samo skutecznie jak podczas jazdy z pełną mocą. Jego regulacja odbywa się elektronicznie w ciągu niewielu setnych sekundy, jest bardzo precyzyjna. Sterowanie systemu jest zintegrowane z systemem dynamiki jazdy Audi drive select , kierowca może w każdej chwili zmienić jego sposób działania przełączając między różnymi charakterystykami pracy.

W napędzie na przednią oś : ESP z elektroniczną blokadą poprzeczną
Wersja A7 Sportback z napędem przednim, w celu zwiększenia dynamiki na zakrętach, korzysta z systemu stabilizacji toru jazdy ESP z elektroniczną blokadą poprzeczną. Gdy jego sterownik rozpozna zbyt mocne odciążenie koła przedniego wewnętrznego względem zakrętu, rozpoczyna celową lekką ingerencję hamulcową. Dzięki temu nadmiarowy moment obrotowy przepływa do koła zewnętrznego względem zakrętu, które posiada lepszą przyczepność.

Jednocześnie różnica sił napędowych wytwarza określony moment obrotu względem osi pionowej – pięciodrzwiowe coupé obraca się lekko w stronę zakrętu, wspomagając kierowcę. Samosterowność pozostaje w obszarze granicznym wyraźnie dłużej neutralna, właściwości jezdne są jeszcze bardziej precyzyjne, dynamiczne i stabilne.

Podwozie
Jako wahacze służą części odkuwane z aluminium, które zmniejszają masy nieresorowane; wsporniki kół i zwrotnice są również wykonane z tego materiału. Stabilizatory są elementami rurowymi, co także przyczynia się do redukcji ciężaru.

Oś przednia składa się z pięciu wahaczy przypadających na jedno koło – dwóch wahaczy poprzecznych w górnej płaszczyźnie, wahacza nośnego i wahacza prowadzącego w dolnej płaszczyźnie oraz z drążka kierowniczego. Dopracowana w szczegółach konstrukcja może przejmować siły wzdłużne i poprzeczne, które na nią działają, niezależnie od siebie. W kierunku poprzecznym łożyska są sztywne, z korzyścią dla sportowej precyzji, natomiast w kierunku wzdłużnym reagują miękko.

Wspornik mocowania silnika i osi przedniej tworzy podstawę zawieszenia kół przednich. Jest sztywno przykręcony do przedniej części samochodu – jego wysoka sztywność umożliwia bezzwłoczne przekazywanie sił kierowania do kół. Kozioł łożyskujący, do którego mocowane są wahacze górne, jest wykonany z aluminium, podobnie jak gniazda mocowania kolumn zawieszenia. Belka poprzeczna z odlewu ciśnieniowego jeszcze bardziej zwiększa sztywność przedniej części pojazdu.

Elektromechaniczny układ kierowniczy w A7 Sportback jest nową konstrukcją. Dzięki koncentrycznemu zamontowaniu listwy zębatej i napędu elektrycznego, układ posiada wyjątkowo zwartą budowę. Wspomaganie jest realizowane zależnie od prędkości jazdy. Układ kierowniczy stanowi połączenie bardzo precyzyjnego utrzymywania toru jazdy z małą wrażliwością na zakłócenia nawierzchni jezdni. Dzięki całkowitemu przełożeniu 15,9:1 układ kierowniczy pracuje sportowo-bezpośrednio.

System pracuje bardzo efektywnie – ponieważ podczas jazdy na wprost nie wymaga żadnej energii, obniża  zużycie paliwa w zależności od silnika, nawet o 0,3 litra na 100 km. Elektromechaniczny układ kierowniczy umożliwia zastosowanie nowego asystenta kontroli pasa ruchu i asystenta parkowania.

Oś tylna Audi A7 Sportback opiera się na zasadzie korygującej zbieżność osi z wahaczami trapezowymi – ta zwarta konstrukcja stanowi połączenie doskonałego komfortu i właściwości jezdnych. Oba puste w środku wahacze trapezowe są odlane z utwardzanego dyspersyjnie aluminium, wsporniki kół powstają w procesie kokilowego odlewania aluminium. Elementy odkuwane z aluminium służą jako wahacze poprzeczne i drążki zbieżności.

Ponieważ rozmieszczone oddzielnie sprężyny śrubowe i amortyzatory opierają się bezpośrednio na wspornikach kół,  inżynierowie mogli zrealizować duże przełożenie amortyzatorów – dzięki temu amortyzatory reagują nadzwyczaj precyzyjnie. Wspornik osi składa się z dwóch stalowych rur podłużnych i dwóch poprzecznych ; cztery łożyska hydrauliczne łączą wspornik z karoserią. Również one bardzo mocno przyczyniają się do wysokiego komfortu toczenia.

Seryjnie Audi A7 Sportback opuszcza fabrykę z zawieszeniem ze sprężynami stalowymi; na życzenie montuje Audi zawieszenie sportowe, które obniża poziom karoserii o 10 milimetrów. Firma quattro GmbH oferuje jeszcze sztywniejsze zawieszenie sportowe S line z dalszym obniżeniem o 10 milimetrów; stanowi ono część pakietu sportowego S line. Pakiet zawiera ponadto 19-calowe koła, czarne wnętrze nadwozia ze specjalnymi detalami, siedzenia sportowe i napisy S line. 

Adaptacyjne zawieszenie pneumatyczne
Kolejnym opcjonalnym układem w A7 Sportback jest zawieszenie pneumatyczne adaptive air suspension wraz z elektronicznie regulowanym tłumieniem – za jego pomocą pięciodrzwiowe coupé pokonuje nierówności każdego rodzaju w sposób elastyczny i suwerenny. W A7 zastosowano najnowszą wersję systemu. Na osi przedniej pracują kolumny resorujące, w których sprężyny powietrzne obejmują amortyzatory dwururowe, z tyłu działają oddzielnie zamontowane sprężyny powietrzne i amortyzatory. Kompresor jest lekki i pracuje wydajnie. Zasobnik ciśnienia we wnęce koła zapasowego, wykonany
z aluminium, gromadzi 5,8 litra objętości powietrza pod ciśnieniem 18 barów.

System adaptive air suspension reguluje różne poziomy ustawienia karoserii, w zależności od prędkości jazdy i życzenia kierowcy. Sterowanie odbywa się przez system dynamiki jazdy Audi drive select. 

W automatycznym trybie pracy nadwozie jest obniżane o 20 milimetrów, gdy tylko A7 Sportback przez pół minuty jedzie z prędkością większą niż 120 km/h – zwiększa to stabilność ruchu i zmniejsza opór powietrza. W programie „comfort” poziom nie jest obniżany. Natomiast w trybie pracy „dynamic” karoseria jest od początku ustawiona o 10 milimetrów niżej, a przy progowej prędkości przełączenia obniża swój poziom o kolejne 10 milimetrów.

Na dużych nierównościach drogi adaptive air suspension może podnieść nadwozie o 20 milimetrów. Zawieszenie pneumatyczne służy także jako zaawansowany technicznie układ regulacji poziomu nadwozia – utrzymuje on poziom karoserii na odpowiedniej wysokości, niezależnie od obciążenia ładunkiem. Do ciągnięcia przyczepy i zmiany koła do dyspozycji są osobne programy.

Amortyzatory CDC (CDC: continuous damping control) wyróżniają się małym tarciem wewnętrznym. Procesor  adaptacyjnego zawieszenia pneumatycznego, który jest zaopatrywany w wiele danych, zarządza sposobem działania amortyzatorów w zależności od stanu nawierzchni drogi, stylu jazdy kierowcy i trybu wybranego w Audi drive select. Nastawia on reakcje wciąż od nowa, w milisekundowym takcie, dla każdego koła osobno. Elektromagnetycznie uruchamiane zawory zmieniają przepływ płynu hydraulicznego między rurą wewnętrzną i zewnętrzną – kiedy przekrój staje się większy lub mniejszy, zmienia się charakterystyka amortyzatorów.