BMW xDrive – Autoubik
Dwuosiowy układ napędowy xDrive został po raz pierwszy wprowadzony przez BMW w X3 w 2003 roku, a wkrótce potem w przeprojektowanym X5. Stopniowo ten zaawansowany system przeniknął do innych modeli marki.
Jednak BMW przeszło na napęd na wszystkie koła znacznie wcześniej. Historia pierwszego samochodu z niebiesko-białym śmigłem i napędem na obie osie sięga okresu międzywojennego. W 1937 roku został zamówiony przez ówczesny Wehrmacht i był to otwarty czterodrzwiowy samochód z brezentowym dachem. Następnie napęd 4×4 producenta samochodów pozostawał na uboczu przez długi czas, aż pojawił się konkurencyjny model Audi Quattro, który nie mógł pozostawić producenta samochodów BMW na biegu jałowym. W 1985 roku do produkcji seryjnej wprowadzono model E30 z napędem na wszystkie koła, BMW 325iX. W 1993 roku wyposażył także sedana BMW 525iX z wyższej półki średniej w bardziej nowoczesną technologię współpracującą z układem ABS z napędem na wszystkie koła. Centralny mechanizm różnicowy ze sterowaniem elektromagnetycznym umożliwiał rozdział momentu obrotowego w zakresie 0-100%, a tylny mechanizm różnicowy rozdzielał siłę na koła poprzez blokadę elektrohydrauliczną. Dalsza ewolucja układu napędu na wszystkie koła, wyposażonego w trzy dyferencjały, polegała na zastąpieniu ich blokad hamowaniem poszczególnych kół, co odpowiadało za system stabilizacji DSC. Podczas normalnej jazdy moment obrotowy rozkładał się na poszczególne osie w stosunku 38:62%. Taki system zastosowano np. w modelach E46 czy przedliftowych modelach X5. Kontynuując rozwój napędu 4×4, BMW oparło się na fakcie, że większość posiadaczy takich pojazdów rzadko jeździ po drogach, a jeśli już, to po prostu łatwiejszy teren.
Co to jest xDrive?
xDrive to stały napęd na wszystkie koła współpracujący z elektronicznym układem stabilizacji DSC, zawierającym sprzęgło wielopłytkowe, które zastępuje klasyczny mechaniczny centralny mechanizm różnicowy. Opracowując nowy napęd na wszystkie koła, celem BMW było zachowanie, oprócz poprawy trakcji pojazdu, typowych właściwości jezdnych klasycznej koncepcji silnika z przodu iz tyłu.
Moment obrotowy silnika jest rozdzielany przez elektronicznie sterowane sprzęgło wielopłytkowe umieszczone w przekładni rozdzielczej, która zwykle znajduje się za skrzynią biegów. W zależności od aktualnych warunków jazdy rozdziela moment obrotowy między przednią i tylną oś. System xDrive jest połączony z systemem stabilizacji DSC. Prędkość, przy której sprzęgło jest w pełni załączone lub odłączone, jest mniejsza niż 100 ms. Chłodzenie wlewu oleju, w którym znajduje się sprzęgło wielopłytkowe, nazywane jest tzw. Oznacza to, że zewnętrzna obudowa ma żebra, które odprowadzają nadmiar ciepła do otaczającego powietrza z powodu pędu powietrza podczas ruchu.
Podobnie jak konkurencyjny system Haldex, xDrive jest stale udoskonalany. Aktualnym priorytetem jest zwiększenie sprawności całego układu, co prowadzi do zmniejszenia całkowitego zużycia paliwa przez pojazd. Najnowsza wersja posiada zintegrowany serwomotor sterujący sprzęgłem wielopłytkowym w obudowie skrzyni biegów. Eliminuje to potrzebę stosowania pompy olejowej, co skutkuje mniejszą liczbą części w całym systemie. Najnowsza ewolucja systemu xDrive zapewnia 30% redukcję strat tarcia, co oznacza ogólne zmniejszenie zużycia paliwa od 3 do 5% (w zależności od typu pojazdu) w porównaniu z pierwszą generacją. Zadanie polega na zbliżeniu się jak najbardziej do zużycia paliwa modelu z wyłącznie klasycznym napędem na tylną oś. W normalnych warunkach jazdy system rozdziela moment obrotowy na tylną oś w stosunku 60:40. Ponieważ wielu fanów marki początkowo krytykowało model xDrive za to, że jest mniej zwinny, masywny, a także podatny na podsterowność w ciasnych zakrętach, producent pracował nad tuningiem. Tak więc w najnowszych rozwiązaniach tylna oś jest oczywiście preferowana w maksymalnym stopniu, przy jednoczesnym zachowaniu niezbędnej ogólnej przyczepności i bezpieczeństwa pojazdu podczas jazdy. System xDrive jest dostępny w dwóch wersjach. W przypadku limuzyn i kombi tzw. rozwiązanie bardziej kompaktowe, czyli przeniesienie mocy silnika na wał napędowy prowadzący na przednią oś odbywa się za pomocą koła zębatego. Pojazdy terenowe, takie jak X1, X3, X5, a także X6, wykorzystują koło zębate do przenoszenia momentu obrotowego.
Opis systemu i xDrive w praktyce
Jak już wspomniano, xDrive bardzo szybko reaguje na zmieniające się warunki jazdy. Dla porównania, 100 ms potrzebne do pełnego włączenia lub wyłączenia sprzęgła to znacznie mniej czasu, zanim pojazd będzie mógł zareagować poprzez przyspieszenie i natychmiastową zmianę położenia pedału przyspieszenia. Wynika to z faktu, że pomiędzy wciśnięciem pedału przyspieszenia a reakcją silnika w postaci wzrostu mocy upływa około 200 milisekund. Mowa oczywiście o wolnossącym silniku benzynowym, w przypadku silników z doładowaniem lub diesla ten czas jest jeszcze dłuższy. W praktyce więc system xDrive jest gotowy, zanim zareaguje skompresowany akcelerator. Działanie systemu nie kończy się jednak tylko na zmianie położenia pedału przyspieszenia. System jest dynamiczny, a raczej przewidywalny dla innych parametrów jazdy i stale monitoruje stan samochodu, aby jak najbardziej optymalnie rozłożyć moment obrotowy silnika między obiema osiami. Pod mikroskopem np. czujnik przyspieszenia bocznego odpowiada za prędkość obrotową kół, kąt ich obrotu, siłę odśrodkową, skręt pojazdu czy aktualny moment obrotowy silnika.
Na podstawie informacji otrzymanych z różnych czujników system może określić, czy wymagana jest reakcja, jeśli pojazd ma tendencję do nadsterowności lub podsterowności. Kiedy podsterowność się zmniejsza – przednie koła są skierowane na zewnętrzną krawędź zakrętu – sterowane elektronicznie sprzęgło wielopłytkowe przenosi moment obrotowy z przedniej osi na tylną w dziesiątki milisekund. Dążąc do nadsterowności, czyli gdy tyłem do krawędzi jezdni, xDrive przekierowuje siłę napędową silnika z tylnej osi na przednią i tzw. wyciąga samochód z nieuchronnego poślizgu. W ten sposób aktywna zmiana rozkładu momentu obrotowego silnika uniemożliwia interwencję systemu stabilizacji DSC, który jest aktywowany tylko wtedy, gdy wymaga tego sytuacja na drodze. Dzięki połączeniu systemu xDrive z DSC interwencja silnika i sterowanie hamulcami mogą być aktywowane w znacznie łagodniejszy sposób. Innymi słowy, system DSC nie interweniuje, jeśli odpowiednie rozłożenie mocy silnika jest w stanie wyeliminować ryzyko nadsterowności lub podsterowności.
Podczas ruszania sprzęgło wielotarczowe jest blokowane przy prędkości około 20 km/h, dzięki czemu podczas przyspieszania pojazd ma maksymalną przyczepność. Po przekroczeniu tego limitu system rozdziela moc silnika między przednią i tylną oś w zależności od aktualnych warunków jazdy.
Przy niskich prędkościach, gdy duża moc silnika nie jest wymagana, a pojazd skręca (na przykład podczas pokonywania zakrętów lub parkowania), system odłącza napęd przedniej osi, a moc silnika jest przekazywana tylko na tylną oś. Celem jest zmniejszenie zużycia paliwa, a także ograniczenie wpływu niepożądanych sił na jazdę.
Podobne zachowanie systemu można zaobserwować na przykład przy dużych prędkościach. podczas płynnej jazdy po autostradzie. Przy tych prędkościach ciągły napęd na obie osie nie jest wymagany, ponieważ zwiększy to zużycie podzespołów, a także zwiększy zużycie paliwa. Przy prędkościach powyżej 130 km/h elektronika sterująca wydaje polecenie otwarcia środkowego sprzęgła wielopłytkowego, a moc silnika przekazywana jest tylko na tylne koła.
Na nawierzchniach o niskiej przyczepności (lód, śnieg, błoto) system wstępnie blokuje przyczepność, zapewniając najlepszą przyczepność. Ale co, jeśli jedno koło ma dobrą przyczepność, a pozostałe trzy są na śliskich nawierzchniach? Tylko model wyposażony w system DPC może przenieść 100% mocy silnika na jedno koło. Dzięki mechanizmowi różnicowemu i systemowi DPC (Dynamic Performance Control) umieszczonemu na tylnej osi, moment obrotowy jest aktywnie rozdzielany między prawe i lewe tylne koła. Tak np. wyposażone jest BMW X6. W innych pojazdach 100% mocy silnika przenoszone jest na oś, na której znajduje się koło o najlepszej przyczepności, np. jeśli są trzy koła na lodzie i jedno np. na asfalcie. W tym przypadku system dzieli stosunek 50:50 na prawe i lewe koło, natomiast koło na mniej przyczepnej nawierzchni jest hamowane przez DSC, aby nie było zbytniej nadsterowności. W takim przypadku system rozdziela moc silnika tylko na osie, a nie na poszczególne koła.
System xDrive również korzysta z minimalnych wymagań konserwacyjnych. Producent zaleca wymianę oleju po około 100 000 - 150 000 km, szczególnie w pojazdach, które często poruszają się po drogach gruntowych lub służą do ciągnięcia przyczepy. System xDrive zwiększa masę pojazdu o około 75 do 80 kg, a zużycie paliwa, w zależności od wersji i typu silnika, wynosi od 0,4 do 1 litra paliwa w porównaniu do modeli z napędem na tylną oś.
