W programie CoDrive Cezarego Gutowskiego Kickster zachwycał się przednionapędową Hondą Civic Type R X, która w zakrętach radziła sobie jak samochód z napędem na cztery koła. Dyskusja w komentarzach szybko zeszła na dobrze znane przekonanie, że AWD – a szczególnie słynne quattro Audi – z definicji zapewnia większą przyczepność. Ile jest w tym prawdy? Wyjaśniamy.
Problem w tym, że w tym stwierdzeniu mieszają się trzy różne pojęcia: przyczepność, trakcja i stabilność. Współczesne napędy na cztery koła rzeczywiście potrafią znacznie zmienić zachowanie samochodu, ale nie oznacza to, że sam taki układ „dodaje” oponom przyczepności.
Audi sprzedawało coś więcej niż trakcję
Skojarzenie quattro z wyjątkowym „trzymaniem się drogi” nie wzięło się znikąd. Audi przez dekady budowało swoją markę wokół napędu na obie osie, podkreślając jego wpływ na trakcję, prowadzenie, dynamikę i stabilność. Rajdowe sukcesy dodatkowo utrwaliły przekonanie, że quattro daje ogromną przewagę w trudnych warunkach.
Techniczna przewaga była jednak przede wszystkim związana z możliwością skuteczniejszego przenoszenia momentu obrotowego na nawierzchnię o niskiej przyczepności. Układ 4×4 pozwala rozdzielić siłę napędową pomiędzy większą liczbę opon.
I właśnie tutaj pojawia się różnica między potocznym „trzymaniem się drogi” a fizyką.
Przyczepność to nie to samo co trakcja
Maksymalną siłę, jaką opona może przenieść na nawierzchnię, określają m.in. jej właściwości, warunki pracy i obciążenie pionowe. Dostępny potencjał można wykorzystać do generowania siły poprzecznej, potrzebnej do skręcania, oraz siły wzdłużnej, odpowiadającej za przyspieszanie i hamowanie.
Dobrze obrazuje to koło lub elipsa tarcia. Jeżeli opona mocno pracuje poprzecznie, ma mniej możliwości przenoszenia dodatkowej siły wzdłużnej. Gdy z kolei mocno ją obciążamy podczas przyspieszania, część potencjału zostaje odebrana sile bocznej.
Dlatego AWD nie tworzy dodatkowego tarcia między oponą a asfaltem. Przy dwóch identycznych samochodach, jadących po tym samym łuku ze stałą prędkością i bez istotnego momentu napędowego, samo napędzanie drugiej osi nie zwiększa maksymalnej siły bocznej generowanej przez opony.
Skąd więc przewaga AWD?
Sytuacja zmienia się po naciśnięciu gazu. Samochód przednionapędowy musi przenosić siłę napędową przez przednie koła, które jednocześnie odpowiadają za skręcanie. AWD może rozdzielić moment pomiędzy obie osie, dzięki czemu skuteczniej wykorzystuje dostępną przyczepność do przyspieszania.
fot. Audi
Najbardziej widać to na mokrej lub śliskiej nawierzchni oraz w mocnych samochodach. Na wyjściu z zakrętu kierowca może wcześniej otworzyć przepustnicę, ponieważ moment napędowy nie musi być przenoszony wyłącznie przez dwie opony. Auto mniej chętnie buksuje i skuteczniej przyspiesza.
To właśnie trakcja, a nie stworzenie dodatkowego „gripu”.
Wejście, środek i wyjście z zakrętu
Na wejściu w zakręt kierowca hamuje i inicjuje skręt, więc opony pracują jednocześnie wzdłużnie i poprzecznie. W środkowej części łuku główną rolę odgrywa generowanie siły bocznej. Sam fakt napędzania drugiej osi nie zwiększa wówczas potencjału opon do jej wytwarzania.
Na wyjściu sytuacja się zmienia. Kierownica zaczyna być prostowana, a coraz większą część możliwości opon można przeznaczyć na przyspieszanie. Wtedy AWD pokazuje swoją podstawową przewagę: moment może zostać rozdzielony pomiędzy obie osie, zamiast trafiać wyłącznie do przednich lub tylnych kół.
Dlatego samochód z układem 4×4 może wcześniej i skuteczniej przyspieszać po wyjściu z łuku. Im gorsza nawierzchnia i większa moc, tym różnica może być wyraźniejsza.
AWD może zmieniać zachowanie samochodu
Na tym jednak możliwości nowoczesnych układów się nie kończą. Rozdzielenie momentu pomiędzy osie może odciążyć przednie opony i zmienić zachowanie samochodu pod gazem. W mocnym FWD przednie koła muszą jednocześnie skręcać i przenosić dużą siłę napędową, co może prowadzić do podsterowności.
Nie oznacza to jednak, że AWD z definicji zapewnia lepszy rozkład mas. Zależy on od architektury konkretnego samochodu: położenia silnika i skrzyni, konstrukcji układu napędowego czy rozmieszczenia akumulatorów.
Cezary Gutowski zwrócił natomiast uwagę na inne zjawisko:
„Czteronapęd generalnie stabilizuje auto”.
To trafne rozróżnienie. Rozdział momentu może sprawić, że samochód będzie bardziej przewidywalny i stabilny podczas przyspieszania w zakręcie. Stabilność nie jest jednak tym samym co maksymalna przyczepność boczna. Auto może być łatwiejsze do kontrolowania, a jednocześnie osiągać niższe graniczne przeciążenie poprzeczne niż lżejszy model na lepszych oponach.
I wtedy pojawia się torque vectoring
Współczesne AWD potrafi zrobić znacznie więcej niż tylko dzielić moment między osie. Torque vectoring pozwala różnicować go również pomiędzy lewym i prawym kołem.
Jeżeli system skieruje większy moment na odpowiednie koło, może wygenerować dodatkowy moment obracający samochód wokół osi pionowej, czyli yaw moment. Układ napędowy zaczyna wtedy aktywnie uczestniczyć w kształtowaniu zachowania auta w zakręcie.
Audi wykorzystuje takie rozwiązania m.in. w modelach ze sportowym mechanizmem różnicowym. Większy moment kierowany do zewnętrznego tylnego koła może ograniczać podsterowność i pomagać samochodowi w rotacji.
W elektrycznych odmianach quattro możliwości sterowania są jeszcze większe, ponieważ silniki elektryczne pozwalają bardzo szybko zmieniać rozdział siły napędowej.
Stary mit częściowo dogonił technikę
Stwierdzenie, że AWD nie pomaga w zakrętach, również byłoby więc błędne. Pomaga, ale nie dlatego, że cztery napędzane koła automatycznie zwiększają maksymalną przyczepność opon.
fot. Audi/retuszowane AI
AWD może skuteczniej wykorzystywać dostępną przyczepność podczas przyspieszania, zmieniać zachowanie samochodu pod gazem, poprawiać stabilność, a w zaawansowanych układach również aktywnie wpływać na jego rotację.
To różnica między stwierdzeniem „mamy więcej przyczepności” a „potrafimy lepiej wykorzystać przyczepność, którą już mamy”.
Quattro to nie jeden napęd
Jest jeszcze jeden problem z uproszczeniem „Audi ma quattro, więc lepiej się trzyma”. Pod tą nazwą przez lata kryły się różne rozwiązania: mechaniczne centralne mechanizmy różnicowe, sprzęgła wielopłytkowe, sportowe mechanizmy różnicowe czy elektryczny rozdział momentu.
O zachowaniu konkretnego Audi decyduje cały pakiet: opony, masa i jej rozkład, geometria zawieszenia, amortyzatory, sprężyny, stabilizatory, aerodynamika, układ kierowniczy, elektronika oraz sposób sterowania napędem.
Dlatego przypisywanie całego efektu napisowi „Quattro” na klapie nie ma technicznego uzasadnienia.
Quattro to nie klej do asfaltu
Najprościej można to ująć tak: AWD nie sprawia, że opona nagle ma większą przyczepność. Pozwala natomiast inaczej i często skuteczniej wykorzystać przyczepność, którą już dysponuje.
Na wyjściu z zakrętu może zapewnić lepszą trakcję, pod gazem może stabilizować samochód, a zaawansowany torque vectoring może aktywnie wpływać na jego zachowanie.
Dlatego kierowca Audi może całkiem słusznie odnieść wrażenie, że samochód „trzyma się jak przyklejony”. Tyle że fizyczne wyjaśnienie tego efektu jest znacznie bardziej złożone niż stwierdzenie, że quattro po prostu daje większą przyczepność.
