Технический экскурс на фоне Альп

В начале декабря в окрестностях горнолыжного курорта Хохгургль (Hochgurgl), расположенного в Австрийских Альпах, проходил тест-драйв новой модели Mercedes, оснащенной системой 4Matic второго поколения. Поездка по высокогорной дороге Austrian Timmelsjoch High Alpine Road (2500 м над уровнем моря) была посвящена прежде всего демонстрации возможностей совместной работы полного привода, установленного на GLK, и его электронных систем стабилизации движения.

Давайте договоримся: я не буду вас отвлекать, утомлять, расстраивать (нужное подчеркнуть) рассказами о красивейших горных пейзажах и великолепно подготовленных горнолыжных трассах, покрытых свежим снегом, освещаемым утренним солнцем. Надеюсь, что к моменту выхода в свет этого номера затянувшаяся осень наконец-то закончится, серая хмарь пройдет, выпадет белый чистый снег, а дни начнут увеличиваться, давая возможность дольше наслаждаться зимой и в средней полосе России. А теперь, собственно, о новом автомобиле…

GLK впервые был представлен публике весной этого года, когда фирма праздновала небольшой юбилей: системам полного привода Mercedes-Benz исполнилось 105 лет. Именно в 1903 году работы Пауля Даймлера, сына основателя компании, на деле доказали перспективность привода на все колеса (см.: «Следы на песке». С. 84). Множество легковых и грузовых моделей Mercedes-Benz с тех пор было укомплектовано полным приводом, преимущество которого при движении по плохим дорогам (или вне их) стало аксиомой. На сегодняшний день MercedesBenz применяет различные системы постоянного полного привода на 51 модели легковых автомобилей своей производственной гаммы.

Он такой мужественный!..

Формы кузова нового MercedesBenz GLK говорят о существенном изменении в направлении дизайна кроссоверов фирмы. Представители штутгартского концерна утверждают, что сделано это было на основании результатов исследований, согласно которым покупатели хотят видеть полноприводную машину более «мужественной», чем легковые модели. Кстати, это видно и по обновленному MercedesBenz ML (см.: «Рестайлинг». ORD. 2008. № 11), и подтверждается популярностью таких, мягко говоря, недешевых автомобилей, как G-500.

Но вернемся к нашему герою. Интерьер GLK не дает забыть, что вы находитесь именно в Mercedes. Он сильно напоминает интерьер С-класса последнего поколения, слегка измененный в стиле «техно». Селектор семиступенчатого «автомата» находится в традиционном месте на трансмиссионном тоннеле (видимо, для создания имиджа серьезного внедорожника маркетологи немецкого автопроизводителя решили пожертвовать большими подстаканниками в стиле R-класса). Сиденья и рулевая колонка имеют традиционные для фирмы большие диапазоны регулировок.

Пока без мочевины

На Mercedes GLK применена дебютировавшая на С-классе подвеска с динамической системой регулирования амортизаторов Agility Control, но с адаптированными под движение по неровной дороге алгоритмами управления и увеличенным, во избежание перегрева, объемом рабочей жидкости. Усилены также рычаги и подрамники. А теперь о моторах. На GLK пока устанавливаются только шестицилиндровые моторы, за исключением новейшего «мочевинного» четырехцилиндрового битурбодизеля ОМ651 объемом 2,1 л (но этот двигатель, отвечающий нормам «Евро-6», в Россию пока поставляться не будет из-за несоответствия нашего топлива). Зато в России будет доступен трехлитровый 224-сильный турбодизель, причем без сажевого фильтра и впрыска мочевины, аналогичный устанавливаемым на GL, ML, R-классы (см.: «Дизельная прогулка». ORD. 2008. № 9). Бензиновые «шестерки» те же, что и у С-класса, объемом 3 и 3,5 л (231 и 272 л.с. соответственно). Коробка одна – семиступенчатый гидродинамический автомат 7G-Tronic. Российская комплектация включает в себя защиту днища автомобиля. Картер двигателя прикрыт стальным листом, все остальное – панцирем из стеклопластика GMTex.

Технологическая смелость

GLK построен на платформе полноприводного С-класса (для североамериканского рынка предусмотрен и заднеприводный вариант GLK). И на нем (первом из кроссоверов Mercedes-Benz) применена новейшая трансмиссия 4Matic второго поколения, обладающая большим количеством интересных технических решений. Таких, например, как шестерни вала привода переднего моста с непараллельными осями (впервые применяются в крупносерийном производстве трансмиссий автомобилей высокого класса). Отмечу, что для того, чтобы использовать такую технологию в условиях массового производства, надо обладать большой смелостью. Изготовление таких передач требует решения большого количества задач, и, кстати говоря, влечет за собой создание гипоидной главной передачи переднего моста с неперпендикулярными осями (что тоже непросто). Ранее такие передачи ставились в основном на строительную и сельскохозяйственную технику, где требования к шуму и вибрациям не очень высоки. Сегодня аналогичное решение применила и фирма Audi в своих преселективных КПП. А как вам такое технически красивое (хотя и вынужденное) решение, как карданный шарнир, расположенный внутри шестерни?!

Кнопка на центральной консоли

В трансмиссии 4Matic второго поколения крутящий момент распределяется в пропорции 45:55 между передней и задней осью соответственно. Представители фирмы утверждают, что именно это базовое соотношение моментов, в отличие от применявшегося ранее 40:60, наиболее выгодно с точки зрения улучшения активной безопасности в целом и курсовой устойчивости в частности.

Машины, в комплектацию которых входит Оff-road Еngineering Рackage (не путать со стайлинг-пакетом), имеют переключатель «off-road» или кнопку «G» (как ее именуют представители Mercedes). Заветная кнопка находится на центральной консоли и служит для комплексной активизации систем, которые должны служить делу увеличения проходимости GLK. В этом случае электронный блок управления изменяет алгоритм переключения передач АКПП 7G-Tronic в сторону увеличения оборотов переключения, снижает чувствительность педали газа и активирует «внедорожные» режимы работы ABS и 4ETS. Ну а кнопкой, расположенной по соседству, можно включить DSR. В этом режиме автоматически поддерживается скорость спуска от 4 до 18 км/ч (может регулироваться с помощью рычажка круиз-контроля).

Зоны ответственности

И все же самое интересное в трансмиссии 4Matic второго поколения – ее идеология. Дело в том, что это первая из известных мне трансмиссий, созданная исходя из задачи максимально эффективной работы совместно с электронными системами. То есть наличествует так называемое «разделение зон ответственности». В одних ситуациях наилучшим образом работает механика, а в других электроника. На сегодняшний день основная проблема трансмиссий, в которых один из мостов подключается через электронно-управляемые фрикционные муфты, находится как раз в системе управления, а точнее в ее быстродействии. В результате получается, что поведение машины, оборудованной такой системой, не повторяется при прохождении одного и того же поворота раз от раза. Причем с ростом скорости движения разница только увеличивается. А это приводит к тому, что на высокой скорости и в предельном режиме такой машиной невозможно научиться управлять ввиду отсутствия прозрачного алгоритма действий.

Для обеспечения безопасности на машинах с такой трансмиссией делают следующее: при превышении определенного порога скорости муфту просто отключают, и машина становится моноприводной. Естественно, в зависимости от совершенства электроники и исполнительного механизма этот порог существенно различается. Так, Jeep Compass отключает задний мост уже при 110 км/ч, а BMW X5 деактивирует передний только на 180... Таким образом, можно сказать, что стабильность характеристик на любой скорости обеспечивают только системы постоянного полного привода с механической дифференциальной связью. Но при наличии открытых дифференциалов начинаются проблемы и с проходимостью, и с контролем над автомобилем (если безопасный предел все же превышен).

Так как при любой пробуксовке каждого из колес момент резко падает на всех остальных, здесь тоже может не хватать быстродействия электроники и тормозных механизмов. Особенно в зимних условиях… Ведь на льду любая пробуксовка сильно снижает коэффициент сцепления, а рывок при срабатывании тормозных механизмов может сорвать в скольжение и другие колеса. В такой ситуации помогают самоблокирующиеся дифференциалы (например, Torsen, применяемый в трансмиссии Audi Quattro). Но и у них есть недостатки, связанные с тем, что у дифференциалов такого типа свои законы регулирования перераспределения момента, зависящие от многих параметров. В результате этого их работу сложно увязать с воздействием электронных систем стабилизации движения, что еще более снижает быстродействие в целом, поскольку в некоторых условиях механика и электроника начинают бороться между собой.

Равнение на электронику

В трансмиссии 4Matic второго поколения изменение соотношения моментов между передней и задней осями (оно наиболее сильно влияет на управляемость) происходит очень быстро за счет работы механической многодисковой фрикционной муфты, способной перераспределять крутящий момент в соотношении от 30:70 до 70:30. При этом законы, по которым происходит это перераспределение, просты и эффективны, когда речь идет об относительно небольших моментах, характерных для низких коэффициентов сцепления или высокой скорости движения. Вмешательство электронных систем ESP, 4ETS или ASR происходит в последнюю очередь и только тогда, когда может начаться существенное проскальзывание колес обоих мостов, и это вмешательство происходит в режимах, где электроника очень эффективна, а недостаток ее быстродействия незаметен.

Вступление в работу электронных систем происходит малозаметно для водителя, но, тем не менее, он немедленно получает информацию, что ведет автомобиль на грани разумного. В этом случае желтая предупредительная лампочка загорается на комбинации приборов, указывая на то, что он должен управлять автомобилем в соответствии с текущей дорожной обстановкой и не пытаться нарушать законы физики.

То есть можно сказать, что 4Matic второго поколения – это система полного привода, изначально ориентированная на работу с электронными системами управления движением. Кстати, в чем-чем, а в таких системах компания MercedesBenz – специалист. Взять хотя бы наш тест Mercedes GL (см.: «Две ветви одного дерева». ORD. 2007. №3), который на деле доказывает, что прогресс в этой области достигнут значительный. Есть у этой трансмиссии еще одно принципиальное достоинство. В ее фрикционной муфте гасятся крутильные колебания, являющиеся бичом всех дифференциальных систем полного привода.

Согласно законам физики

Ну вот, с теоретической частью вроде бы разобрались, теперь перейдем собственно к презентационному тест-драйву. Обойти законы физики создателям GLK не удалось, и при ускорении на миксте (когда под колесами одной стороны автомобиля лед, а под другими рыхлый снег) машину заметно затягивает в сторону большего сопротивления. Но при этом разгон уверенный, а настройки 4ETS даже позволяют «покопать» снег, что бывает необходимо в таких условиях движения.

Одним из впечатлений от теста в Альпах стало заметное изменение алгоритма работы ESP. Традиционно строгая у Mercedes, не допускающая вольностей (причем даже в отключенном состоянии), на GLK она сильно смягчила свой характер и ненавязчиво направляла машину, сильно ограничивая двигатель, только при откровенной провокации (чуть раньше, чем начинала срабатывать система Pre-Safe). Стрекот тормозных механизмов и мерцание контрольной лампы тоже начинались не так рано, как, например, на MLклассе. Более того, GLK можно даже «помогать» входить в поворот при помощи газа, правда, добавлять его надо очень умеренно, иначе ESP «спохватится» и начнет распрямлять траекторию, готовясь к «неизбежной» аварии. Если же асфальт горного серпантина был сух и чист, ESP позволяла от души «поскрипеть» резиной. Руль достаточно легкий и одновременно информативный, большого сноса передней оси нет, хотя поворачиваемость явно недостаточная. Реакция на добавление газа вполне адекватная, крены умеренные даже для кроссовера. В общем, автомобиль понравился.

Остаток с оговорками

А вот о работе ABS сказать этого без оговорки я не могу. «Оговорка» следующая: при торможении на участке снега, уплотненного ратраком, но уже разъезженного, ABS, несмотря на включенный внедорожный режим, не разобралась, что делать, и начала тупо бороться с блокировкой колес, не позволяя эффективно остановиться в этих условиях. И это при том, что буквально минутой ранее GLK вполне эффективно «греб» рыхлый снег заторможенными колесами. Понимаю, что этот дефект характерен практически для всех систем ABS легковых машин, но ведь у GLK заявлен и внедорожный режим!

Что же в сухом остатке?.. Если учитывать, что GLK – не внедорожник, а система его полного привода создавалась из соображений улучшения управляемости и повышения безопасности, то надо согласиться: на бездорожье она менее эффективна, чем электронно-управляемые блокировки, стоящие в трансмиссиях Mercedes GL и ML с off-road пакетом или Land Rover Discovery 3. А в остатке приятный легковой полноприводный автомобиль с отличной для поездки на горнолыжный курорт проходимостью и неординарной внешностью. В общем, кроссовер.

ОКРУЖНОСТЬ КАММА

Все типы полного привода подчиняются законам физики. Наглядно это можно продемонстрировать с помощью «окружности Камма» (для простоты объяснения мы опустим то, что окружность на самом деле не окружность, а овал, причем весьма неправильной формы). Основным положением является то, что шина обладает конечной силой сцепления с дорогой. Если основной вектор силы направлен продольно движению, как это происходит во время разгона или торможения, то уменьшается максимально возможная сила сопротивления колеса боковому скольжению, что бывает заметно по рысканью при разгоне с предельно возможным ускорением. Поворот машины вызывает обратную ситуацию. Для поддержания стабильной траектории движения автомобиля шина должна обеспечить максимальное сопротивление боковому скольжению, при этом доступная продольная тяга, соответственно, уменьшится. При расчете оптимального распределения тяги между осями автомобиля и настройке электронных систем управления главное – обеспечить наилучшую управляемость, возможную при текущем коэффициенте сцепления колеса с дорогой. Но, несмотря на все усилия инженеров, безопасность дорожного движения зависит в первую очередь от водителя.

На извилистой дороге, покрытой снегом или льдом, курсовая устойчивость обеспечивается в первую очередь противобуксовочной системой ASR, которая ограничивает обороты двигателя. Во время движения продольное и боковое ускорение контролируется системой датчиков ESP, а момент срабатывания ASR зависит от конкретной дорожной обстановки. Распределение векторов сил, действующих на колесо при сцеплении с дорогой, иллюстрируется «окружностью Камма». Чтобы избежать заноса при движении по извилистой дороге, необходимо контролировать силу тяги колес (сила, направленная продольно движению), ограничивая обороты двигателя, чтобы иметь запас силы сопротивления боковому скольжению (сила, направленная поперечно движению). В полном соответствии с законами физики при прохождении поворота ESP и ASR контролируют положение автомобиля, обеспечивая запас силы сопротивления боковому скольжению. На первом этапе происходит только ограничение максимального крутящего момента, подаваемого на внешние колеса, чтобы шины могли обеспечить достаточное сопротивление боковому скольжению. Если этого недостаточно для поддержания траектории движения, ESP активирует тормоза для выравнивания автомобиля.

текст: Алексей ИСАЕВ
фото: Алексей ИСАЕВ
Mercedes-Benz