Napędy i zawieszenia crossoverów i SUV‑ów – dlaczego nie nadają się do jazdy w terenie?

Auta terenowe od crossoverów różnią się tym, że pierwsze zostały stworzone do jazdy po bezdrożach i tak, by umożliwiały jazdę po drogach utwardzonych. Drugie natomiast zostały stworzone do jazdy po drogach utwardzonych z możliwością okazjonalnego odwiedzania bezdroży. Dlaczego samochody uterenowione nie sprawdzają się w terenie?

Umówmy się, że dla crossovera bezdroża to drogi nieutwardzone. Jazda takimi autami w terenie jest o tyle ryzykowana, że łatwo je uszkodzić. Ponadto mają wiele ograniczeń, a dwa podstawowe to układy napędowe i zawieszenia, ponieważ ogumienie można sobie stosunkowo tanio wymienić.

Dziś chcielibyśmy przybliżyć Wam te aspekty współczesnych crossoverów. Z poniższego artykułu dowiecie się ograniczenia techniczne do jazdy w terenie mają auta uterenowione. Proponuję jednak najpierw obejrzenie poniższego filmu, który jest poniższym artykułem w pigułce.

Podstawowym problemem crososverów nie jest wcale napęd na cztery koła o zupełnie innej konstrukcji niż w samochodach terenowych, ale ich układy jezdne. Sprawa jest prosta – zostały stworzone do jazdy po drogach utwardzonych i tam mają się sprawdzać. I dokładnie tak jest.

Nawet dynamiczna jazda drogą szutrową crossoverem jest bezpieczniejsza niż klasyczną terenówką. Niezależne zawieszenia, jakie stosuje się w crossoverach, świetnie wybierają nierówności, nie są czułe na występowanie kolein, wybojów i dziur, pod warunkiem, że nie są zbyt duże i nie przekraczają możliwości samochodu.

O układach niezależnych i wielowahaczowych oraz ich zaletach i wadach przeczytacie w artykule „Zawieszenia wielowahaczowe – nie zawsze drogie w eksploatacji, nie zawsze lepsze od prostych rozwiązań”.

Współczesne crossovery mają zwykle zawieszenie przednie oparte na kolumnach MacPhersona i układ wielowahaczowy z tyłu. Niestety nie do końca sprawdza się to na bezdrożach. Posłużmy się prostym przykładem, który każdy z Was może sobie wyobrazić.

Typowy SUV/crossover stoi na równym podłożu z utwardzonego piasku. Naciski kół na nawierzchnie wynikają jedynie z masy i jej rozkładu, a zatem wszystkie koła naciskają maksymalnie na podłoże. Teraz weźmy łopatę i wykopmy dołek pod lewym tylnym kołem. Wraz z pogłębianiem się dołka, koło pod którym powstaje, zaczyna opadać, ale tylko do pewnego stopnia.

Gdy dołek jest nieco głębszy, koło już wisi w powietrzu i nie dotyka podłoża. Natomiast samochód wciąż stoi mocno na trzech pozostałych kołach i najwyżej minimalnie przechyli się na lewą stroną. Dlaczego tak się dzieje?

Otóż wynika to z konstrukcji zawieszenia, które jak sama nazwa mówi, pracuje niezależnie. Oznacza to, że każde koło ma swoje zawieszenie i ich praca nie ma wpływu na pozostałe. W naszym przykładzie wykopywanie dołka pod lewym tylnym kołem, powoduje jego opuszczanie się i w końcu zawiśnięcie w powietrzu, podczas gdy dla pozostałych kół nie ma to znaczenia.

Teraz przejdźmy dalej i wykopmy drugi dołek pod prawym przednim kołem. Efekt będzie dokładnie taki sam. Zacznie się ono delikatnie opuszczać i po chwili zawiśnie w powietrzu. A co z pozostałymi kołami? Poza tym, że teraz to tylko na nich stoi nasz przykładowy samochód, przejmą naciski z pozostałych kół, które nie dotykają podłoża. Natomiast samochód nadal będzie stał w miarę równo.

W naszym przykładzie mamy samochód dobrze wyważony, ale gdyby tak nie było, sytuacja nieco by się zmieniała, choć w rzeczywistości niewiele. Nawet gdyby samochód przechylał się na tylne koło, pod którym wykopaliśmy pierwszy dołek i ostatecznie koło to wpadłoby do dołka mając nadal kontakt z nawierzchnią, to wówczas przednie prawe oderwie się od ziemi. Tak czy inaczej samochód stałby na trzech kołach.

Teraz przyjrzyjmy się analogicznej sytuacji z samochodem, który ma dwa zależne zawieszenia, tzw. sztywne mosty napędowe. Kopiąc dołek pod tylnym kołem zacznie się ono opuszczać, a zwiększający się nacisk masy samochodu na koło prawe tylne, spowoduje, że poprzez most napędowy działający jak dźwignia, będzie ono jeszcze bardziej opuszczać w dół koło lewe.

Co więcej, dzięki w pełni zależnej konstrukcji zawieszenia (czyt. praca jednego koła wpływa na pozostałe), kopanie jeszcze głębszego dołka pod lewym tylnym kołem spowoduje również, że przednie lewe zostanie dociążone i tym samym ono dociśnie poprzez most napędowy koło prawe przednie do podłoża.

Dzięki takiemu działaniu, samochód terenowy z zależnym zawieszeniem będzie miał kontakt z podłożem wszystkimi kołami tak długo, aż skończy się w którymś z kół skok zawieszenia, choć w przeciwieństwie do crossovera całe nadwozie przechyli się w stronę dołka. A zatem taka konstrukcja powoduje, że zawieszenie zawsze "stara się" uzyskać przyczepność, podczas gdy zawieszenie niezależne zawsze "stara się" utrzymać nadwozie samochodu w poziomie.

Gdy wykopiemy już dwa dołki, crossover będzie stał dwoma kołami na podłożu, a karoseria będzie nadal w miarę blisko poziomu. Natomiast w samochodzie terenowym, każde koło będzie miało kontakt z podłożem i co ciekawe, nadwozie jeżeli dołki będą tak samo głębokie również utrzyma się w poziomie, choć będzie miało tendencję do przechylenia się na którąś ze stron.

Co ciekawe, w naszym przykładzie można też dostrzec podobną zależność jeżeli zamiast kopać dołki pod kołami, zaczniemy jednym z nich najeżdżać na pagórek, na przykład lewym przednim kołem. Co się wówczas dzieje? Samochód jedzie poziomo, ale po chwili koło po drugiej stronie osi oderwie się od nawierzchni.

W zależności od ukształtowania terenu albo ono zostanie w powietrzu, albo samochód przechyli się na prawy bok i kontakt z podłożem straci lewe tylne koło. W analogicznej sytuacji, w samochodzie terenowym lewe koło dociśnie prawe do podłoża, a samochód nadal pozostanie w poziomie dopóki nie skończy się skok zawieszenia.

Zrozumienie powyższego jest bardzo ważne, ponieważ przyczepność i tym samym zdolność samochodu do dalszej jazdy często w większym stopniu zależy od zawieszenia niż układu napędowego gdy mówimy o jeździe w terenie. A zatem błędem jest mówienie o niesprawnym, słabo działającym układzie napędowym, gdy samochód nie ma kontaktu z podłożem.

Jazda na większych nierównościach (np. muldy) samochodem uterenowionym wiąże się z częstym odrywanie kół od podłoża. Jeżeli koła będą dotykały nawierzchni, to naciski na nią stale się zmieniają i momentami samochód może mieć bardzo małą przyczepność.

Mechanizm różnicowy jest niezbędny do jazdy po drogach utwardzonych, ale niestety bardzo przeszkadza w sytuacjach opisanych w powyższym przykładzie. Nie będziemy wnikać w jego teoretyczną zasadę działania, a tym bardziej budowę, ale wyjaśnię krótko jak w praktyce działa mechanizm różnicowy w terenie, gdyż zrozumienie tego jest niezbędne do zrozumienia dalszej części tekstu.

Osiowy mechanizm różnicowy o ile nie jest to mechanizm o ograniczonym poślizgu (LSD) zawsze rozdziela moment obrotowy po równo na oba koła danej osi. To jest jego ogromna wada w terenie.

Jeżeli oba koła mają taką samą przyczepność, to na koła trafia tyle momentu ile akurat generuje układ napędowy oraz tyle, ile są w stanie przenieść koła na podłoże. Załóżmy, że jest to 200 Nm, czyli po 100 Nm na koło. Gdy jedno zacznie tracić przyczepność i na podłoże może przenieść jedynie 20 Nm momentu, to na drugie koło nie trafia 180 Nm, ale dokładnie tyle samo, czyli 20 Nm i samochód zaczyna tracić trakcję.

Gdy jedno z kół oderwie się od podłoża to nie może na nie przenieść momentu obrotowego (0 Nm), ponieważ nie ma oporu. Dokładnie tyle samo momentu, czyli 0 Nm trafia na koło po drugiej stronie i auto nie może ruszyć z miejsca.

Teraz pewnie zapytacie co się dzieje z resztą z 200 Nm momentu obrotowego? Nic. Część idzie w powietrze na bezradnie kręcące się w miejscu koło i to wszystko. Pytanie jest analogiczne jak to, co dzieje się z prądem, gdy z lampki wykręcimy żarówkę jeżeli nie wyłączymy lampki?

Przez opisane działanie mechanizmu różnicowego pojawiła się konieczność wymyślenia urządzeń przeciwdziałających takim sytuacjom podczas jazdy w terenie, gdy koła często mają zmienną przyczepność. Napęd na cztery koła z klasycznym mechanizmem różnicowym niczego tu nie zmienia, ponieważ jedno koło wiszące w powietrzu unieruchamia trzy pozostałe.

Dlatego samochody terenowe mają blokady mechanizmów różnicowych i różnego rodzaju mechanizmy o ograniczonym poślizgu wewnętrznym. Warto na marginesie zaznaczyć, że te drugie nie działają gdy jedno z kół całkowicie straci przyczepność. Dlatego najskuteczniejszym rozwiązaniem pozostaje mechaniczna blokada 100 proc., która sprawia, że dwa koła pracują tak jak jedno, ponieważ są ze sobą na stałe połączone.

W SUV-ach i crossoverach nie ma miejsca na toporne i drogie blokady mechanizmów różnicowych, skoro nie ma nawet miejsca międzyosiowe mechanizmy różnicowe. Za przeniesienie i rozdział napędu pomiędzy osiami odpowiada zwykle międzyosiowe sprzęgło wielopłytkowe i jest to wbrew pozorom bardzo dobre rozwiązanie pod warunkiem, że nie pracuje ono stale przez długi czas.

I tu dochodzimy do sedna sprawy i częstych nieporozumień wynikających z niezrozumienia tego, co odpowiada w samochodach tego typu za dystrybucję i tym samym działanie napędu na cztery koła. Problemem nie jest bowiem samo sprzęgło wielopłytkowe, które na dobrą sprawę działa w terenie lepiej niż klasyczny mechanizm różnicowy, ale elektronika.

Każdy współczesny samochód jest wyposażony w kontrolę trakcji, ponieważ każdy ma też system ESP. W crossoverach z napędem na cztery koła jest to standard od bardzo dawna. Jak pokazuje praktyka, takie systemy są dość przydatne, ale nie zawsze sprawdzają się w terenie.

Wiecie już, że w samochodach uterenowionych w terenie koła często tracą kontakt z nawierzchnią i mają bardzo zmienną przyczepność. Systemy przeciwpoślizgowe są więc bardzo przydatne, ale pod warunkiem, że działają właściwie. Różnica pomiędzy klasyczną kontrolą trakcji (dalej zwaną TC) a tzw. elektroniczną blokadą mechanizmu różnicowego (dalej zwaną ELD) jest ogromna.

Z technicznego punktu widzenia nie ma różnicy, ponieważ oba systemy działają na tej samej zasadzie – gdy jedno z kół straci przyczepność i zdolność do przenoszenia momentu obrotowego, zostaje przyhamowane.

Na tym kończą się w praktyce podobieństwa, bowiem cele TC i ELD są zupełnie różne. TC działa tylko po to, by koło, które wpadło w poślizg przestało się ślizgać i TC przestaje działać gdy spadnie prędkość obrotowa tego koła. Niestety działa nie tylko hamulcami, ale także, gdy poślizg jest duży, odcina moment obrotowy silnika do poziomu, który są w stanie przenieść koła napędzane.

Teoretycznie więc, gdy samochód stojący na bardzo śliskiej nawierzchni może przenieść tylko 5 Nm momentu, to do tego poziomu kontrola trakcji obetnie go z silnika po to, by nie było potrzeby hamowania. TC nie ma nawet na celu umożliwienie ruszania na śliskiej nawierzchni, ale jego ułatwienie, a właściwie zrobienie tego w sposób bezpieczny, bez utraty sterowności.

W praktyce auto może wcale nie ruszyć z miejsca, ponieważ moment będzie zbyt mały, by pokonać podstawowe opory. W zasadzie sytuacja będzie bardzo podobna nawet wtedy, gdy jedno z kół napędzanych straci przyczepność. Dlatego praktycznie we wszystkich samochodach montuje się wyłączniki kontroli trakcji.

Inny jest cel stosowania systemu ELD. Tu mówimy o blokadzie, ale jest to określenie umowne. Jest to niejako proteza blokady, choć jak pokazuje życie, lepiej mieć protezę niż nie mieć nic. ELD ma na celu nie tyle zapobieżenie poślizgowi, co zablokowanie koła ślizgającego się i wywołanie na nim oporów bez jednoczesnego zmniejszania momentu obrotowego silnika.

Opór wynikający z działania hamulca trzymającego koło powoduje, że do jego pokonania potrzebny jest moment obrotowy o określonej wartości i zgodnie z zasadą działania mechanizmu różnicowego, którą już poznaliście, ta sama wartość momentu trafia na drugie koło danej osi, które ma przyczepność. To powoduje sytuację, że może być ono zdolne do ruszenia samochodu z miejsca i możliwa będzie dalsza jazda.

A zatem jak widać, systemy działające teoretycznie tak samo mają inny cel, a cel ten jest zapisany w komputerze sterującym ich pracą. Odpowiednia kalibracja kontroli trakcji to tak naprawdę system ELD. Dlatego niektóre samochody uterenowione mają tzw. program offroad, który jedyne co zmienia, to działanie systemu TC.

Co więcej, producenci słynący wręcz z budowy samochodów terenowych jak Land Rover czy Jeep chętniej używają tańszego i prostszego systemu ELD niż mechanicznych blokad. Wystarczy wspomnieć o Land Roverze Defender, którego działanie napędu opiera się w zasadzie na takim rozwiązaniu. Również w pierwszych Discovery II nie stosowano żadnych blokad mechanizmów różnicowych.

Jak zatem wynika z powyższego, skuteczność napędu na cztery koła współczesnych crossoverów w terenie zależy od kalibracji kontroli trakcji i stosowania tzw. elektronicznej blokady dyferencjału. Z doświadczenia wiemy, że niektóre systemy TC działają pośrednio, jakby pomiędzy TC a ELD. Dobrym przykładem jest testowany przez nas niedawno SsangYong Korando lub Fiat Panda Cross, która przynajmniej zdaniem producenta ma system ELD.

Działanie systemu ELD widać w samochodach VAG z napędem na cztery koła i trybem offorad. Różnice możecie zauważyć na poniższych filmach. Zwróćcie uwagę co na początku filmu z SsangYongiem dzieje się z jego tylnym lewym kołem, oraz w końcówce filmu z Audi z jego prawym przednim. To jest działanie systemu TC i ELD.

Samochody tylko z kontrolą trakcji są niemal bezradne gdy jedno z kół straci przyczepność, co możecie zobaczyć na filmie poniżej. W takich autach można liczyć jedynie na duży skok zawieszenia, ale te niestety coraz częściej są dość twarde, co jeszcze bardziej ogranicza mobilność takich samochodów na nierównej nawierzchni.

Podsumowując: czy napędy na cztery koła współczesnych crossoverów nadają się do jazdy w terenie? Niektóre tak i w dodatku spisują się bardzo dobrze. Jednym z samochodów, który ma taki właśnie napęd jest Nissan Pathfinder poprzedniej generacji, który mimo, że ma reduktor, to pod względem napędu i zawieszenia jest 100-procentowym SUV-em.

Jednak nie każdy układ napędowy, mimo identycznych konstrukcji działa w terenie dobrze. Jak już wiecie, najwięcej zależy od elektroniki. Natomiast każdy z tego typu napędów nie nadaje się do długotrwałej jazdy w terenie, ponieważ sprzęgło wielopłytkowe ma tendencję do przegrzewania się.

Większość, jeśli nie wszystkie zawieszenia crossoverów są za to zbyt delikatne do dynamicznego pokonywania trudnego terenu, a cały spód tego typu aut rzadko jest chroniony przed uszkodzeniami, pomijając już fakt, że zwykle jest zbyt blisko podłoża.

Kolejna kwestia to niska wydajność zawieszeń niezależnych na bardzo nierównym podłożu. A zatem czy crossovery nadają się do jazdy w terenie? Odpowiedź może brzmieć po części twierdząco, ale nie zalecamy takiej jazdy, więc najlepiej od razu powiedzieć NIE.