Čo je to Haldex, ako funguje, poruchy, servis

Ortodoxní Subaristi alebo Quattristi stále ohŕňajú nad Haldexom nos. Najčastejšie sa pri tom spomínajú dôvody ako „Haldex nie je permanentná štvorkolka“, „Haldex zaberie až pri šmýkaní predných kolies“, „Haldex ťa nepodrží v zákrute“ alebo „to sa ti zachviľu rozsype“. Nuž v začiatkoch Haldex naozaj výraznejšie strácal na schopnosti svojich mechanických konkurentov, za roky svojej existencie ale prešiel poriadnym vývojom a najnovšie generácie sa za svoje schopnosti naozaj nemusia hanbiť.

Pri laickom porovnávaní treba spomenúť aj fakt, že ani Quattro a ani štvorkolka od Subaru už nie sú tým čím bývali. Do činnosti im čím ďalej viac zasahuje elektronika a spomenúť treba aj skutočnosť, že pod názvom Quattro nepoužíva Audi vo svojich kompaktných modeloch Torsen ale práve Haldex. Rovnako Subaru sa vo vozidlách s automatickou prevodovkou CVT spolieha na služby elektronicky riadenej medzinápravovej spojky.

Haldex a jeho história

Slovo Haldex sa v poslednej dobe skloňuje pomerne často a používané je mnohými automobilkami. Je to chránená značka firmy Haldex AB, Ladskrona (Švédsko). Švédska firma Haldex AB, ktorá ho pôvodne vyvinula, vytvorila samostatnú divíziu pod názvom Haldex Traction, ktorá je od roku 2011 súčasťou amerického gigantu BorgWarner. Haldex odvtedy nesie označenie Haldex XWD. Prvá generácia bola uvedená na trh v roku 1998, kedy ju ako prvý dostal Volkswagen Golf 4Motion. V súčastnosti sa používa už piata generácia.

Systém priraditeľného pohonu všetkých kolies pomocou medzinápravovej spojky Haldex bol pôvodne vyvinutý ako lacnejšia alternatíva k čisto mechanickým pohonom 4×4 (napr. Audi Quattro, Subaru AWD) a tiež aby šetril pohonné hmoty, ktoré permanentný pohon na obe nápravy mierne zvyšuje (v závislosti od motorizácie cca o 10-15%). Systém je naozaj o niekoľko percent úspornejší, ale rozdiel spotreby v porovnaní s obyčajnou predkolkou stále zostáva. Dôvodom je o niečo vyššia hmotnosť vozidla (samotná medzinápravová spojka, kardanový hriadeľ, poloosi, rozvodovka+zadný diferenciál či náročnejšia konštrukcia zadnej nápravy, zvyčajne väčšia nádrž…) a mierne zvýšený jazdný odpor (tzv. mechanický odpor väčšieho množstva zariadení).

K miernej úspore paliva v porovnaní s čisto mechanickými systémami každopádne došlo a roky prevádzky tiež ukázali, že Haldex sa pri správnej údržbe a bežnom používaní vyznačuje slušnou spoľahlivosťou. Potešia aj priaznivé náklady na údržbu a za výhodu možno považovať tiež skutočnosť, že do veľkej miery je zachovaný obvyklý pocit z jazdy vozidla s predným pohonom. Mierne citeľná je len určitá ťažkopádnosť spôsobená nárastom hmotnosti, ktorá sa však prejavuje len v limitných situáciach, napr. pri prudkých zmenách jazdného smeru.

Staršie Haldexy (1. a 2. generácie) trocha bojovali s rýchlejším prejazdom zákruty, keďže obslužná elektronika ešte nevedela optimálne ovplyvniť rýchlosť otáčania kolies, čo neraz vedie k zhoršeniu stability (priľnavosti kolies) resp. zásahu stabilizácie a následnému pomalšiemu prejazdu zákrutou. Haldex 4. generácie spolu s jazdnými systémami už takéto situácie zvláda oveľa lepšie, keďže dokážu v zákrute vnútorné koleso pribrzdiť a naopak vonkajšie popohnať. Vozidlo tak zatáča o poznanie akčnejšie a prejazd zákrutou je rýchlejší.

Haldex je v drvivej väčšine prípadov využívaný len vo vozidlách s pohonom predných kolies a priečne uloženým motorom. Existujú však zaujímavé modely, kde je využitý aj iným spôsobom. Konkrétne sa jedná napr. o Bugatti Veyron. U tohto superšportu je Haldex v špeciálnej úprave použitý k realizácii permanentného pohonu všetkých kolies. Priraďovaná je ale predná náprava. Podobnými úpravami prešiel aj ďalší superautiak s názvom Lamborghini Aventador.

Fungovanie Haldexu

I. generácia

Prvá generácia je z pohľadu fungovania pomerne simplexné riešenie, keďže pracuje na tzv. reaktívnom princípe. V praxi to znamená, že k pripojeniu zadnej nápravy dochádza až pri preklze predných kolies. Haldex I. generácie je po konštrukčnej stránke pomerne jednoduchý, zložený z viaclamelovej spojky, riadiacej jednotky, olejového čerpadla, vstupného/výstupného hriadeľa a hydraulického regulačného ventilu. Systém je umiestnený medzi kardanovým hriadeľom a rozvodovkou zadnej nápravy.

Za bežných jazdných podmienok (všetky kolesá vozidla sa otáčajú rovnakou rýchlosťou bez prešmyku) je medzinápravová spojka takmer rozpojená a na zadné kolesá sa neprenáša takmer žiadny krútiaci moment. Akonáhle ale dôjde k preklzu predných kolies (približne o 1/4 otáčky kolesa), nastane nárast tlaku na lamely spojky (vytvárajú ho mechanické axiálne piestové čerpadlá – zvýši sa tlak oleja) a dochádza k aktivácii/zopnutiu spojky. Zopnutá spojka umožňuje prenos krútiaceho momentu na zadnú nápravu. Čím väčší je rozdiel v otáčkach, tým väčší je tlak, teda väčšie zovretie spojky.

Celý tento proces je riadený príslušnou elektronikou pomocou hydraulického regulačného ventilu. Za bežných podmienok sa tak prenáša na predné kolesá asi 90% výkonu (10% na zadnú) a pri plnom zopnutí spojky je rozdelenie krútiaceho momentu približne 50 na 50.

Ako už bolo spomenuté, na pripojenie zadnej nápravy je potrebná zmena otáčok (preklz) predných kolies asi o štvrtinu oproti zadným. Toto pripojenie býva často sprevádzané citeľným trhnutím. Opatrnosť treba najmä pri prejazde zákrutou na šmykľavom povrchu (napr. snehu). Pri prudšom pridaní preklznú predné kolesá čo následne aktivuje zadnú nápravu. Okrem citeľného cuknutia sa ale zmení aj charakteristika vozidla na pretáčavú, čo môže menej skúseného vodiča nepríjemne zaskočiť.

Tento systém má ešte jednu na prvý pohľad nezaujímavú nevýhodu. Tou je absencia pripojenia zadnej nápravy pri cúvaní. Za normálnych okolností zanedbateľný detail, ktorý sa však zíde napr. pri zapadnutí vozidla.

Výhodou Haldexu I je tak hlavne lepšia trakcia vozidla za zhoršených adhéznych podmienok (sneh, blato a podobne). Systém sa deaktivuje (iba pohon prednej nápravy) v prípade brzdenia – pre lepšie fungovanie ABS, parkovania, zatiahnutej ručnej brzde (dovoľuje otočky za pomoci ručnej brzdy) a pri vyšších diaľničných rýchlostiach.

II. generácia

Druhá generácia sa objavila v roku 2002 a v podstate sa jedná len o vylepšenú prvú generáciu. V našich končinách je najtypickejším reprezentantom Škoda Octavia 4×4 druhej generácie predávaná od roku 2005. Systém naďalej pracuje na tzv. reaktívnom princípe – nedokáže situáciu predvídať.

Prenášaný krútiaci moment na zadnú nápravu je tiež určovaný pracovným tlakom hydraulického oleja, systém ale dostal nový solenoidový regulačný ventil a nezávislé elektrické čerpadlo, ktoré pomáha udržiavať vyšší prevádzkový tlak oleja. Pripojenie pohonu zadnej nápravy sa  tak aktivuje podstatne rýchlejšie – už pri zmene-preklze len 1/7 otáčok predných kolies, rovnako tak samotné prenesenie krútiaceho momentu na zadné kolesá prebieha oproti I. generácii podstatne plynulejšie.

III. generácia

Haldex tretej generácie, predstavený v roku 2004 pod názvom Haldex PreX^TM solution, priniesol zásadnú zmenu. Aj keď sa konštrukčne jedná o evolúciu predchádzajúcich generácií, vďaka pokročilejšej elektronike funguje systém už v tzv. proaktívnom režime, čo znamená, že je schopný kolesá zadnej nápravy pripojiť skôr, ako dôjde ku preklzu predných kolies.

Pomocné elektrické čerpadlo totiž funguje hneď po naštartovaní motora a udržiava potrebný tlak v systéme pre pripojenie zadnej nápravy podľa aktuálnych jazdných podmienok. V prípade preklzu sa doba reakcie systému skrátila iba na 1/24 otáčky kolesa. Za bežných podmienok je prenášaných 95% krútiaceho momentu motora na prednú a len 5% na zadnú.

Zapracovalo sa aj na obslužnej elektronike, ktorá aktívne spolupracuje s ďalšími systémami aktívnej bezpečnosti (protiblokovacím systémom bŕzd ABS, protipreklzovým zariadením ASR, elektronickou uzávierkou diferenciálu EDS či stabilizačným systémom ESP).

Táto generácia bola pôvodne vyvinutá spoločne s Land Roverom pre použitie v druhej generácii modelu Freelander, ale používal ju aj Ford Kuga do roku 2008 a tiež modely Volvo do toho istého roku.

IV. generácia

Výrazný krok vpred znamenala štvrtá generácia predstavená na jeseň 2007 a do praxe uvedená v roku 2008 (do Škody Octavia 4×4 druhej generácie sa dostal až koncom roka 2010). Riadiaca jednotka spojky Haldex pripája zadnú nápravu na základe údajov z riadiacej jednotky motora, snímača otáčok motora, polohy škrtiacej klapky, akcelerátora, riadiacej jednotky ABS a ESP – údajov zo snímača otáčok kolies, spínača brzdových svetiel, snímača natočenia volantu, či snímača priečneho a pozdĺžneho zrýchlenia. Riadiaca jednotka systému Haldex tak reguluje tok krútiaceho momentu medzi jednotlivé nápravy podľa aktuálnych jazdných podmienok bez ohľadu, či došlo alebo nedošlo k preklzu predných kolies.

Potrebný tlak v systéme vytvára elektrické čerpadlo, pričom reguláciu zabezpečuje elektromagnetický ventil na základe signálov z riadiacej jednotky. Čerpadlo sa aktivuje až po naštartovaní motora a udržiava potrebný tlak v zásobníku tlaku oleja (cca 30 bar). Úroveň zopnutia spojok-množstvo prenášaného krútiaceho momentu na zadné kolesá je tak plynulé a podľa aktuálnej potreby.

V prípade akcelerácie je tak prenos krútiaceho momentu na zadnú nápravu v rámci možností spojky čo najväčší, naopak pri jazde ustálenou rýchlosťou či parkovaní je potrebné posielať na zadnú nápravu len minimum sily motora. Pri brzdení či stojacom vozidle nie je potrebné vôbec prenášať krútiaci moment na kolesá zadnej nápravy a spojka je rozpojená.

V prípade jazdy po klzkom povrchu resp. svižnej jazde na hranici adhézie prerozdeľuje riadiaca jednotka krútiaci moment medzi obe nápravy na základe údajov riadiacej jednotky ABS+ESP, konkrétne snímačov otáčok kolies, snímača natočenia volantu, či snímača priečneho a pozdĺžneho zrýchlenia. Podľa údajov zo snímačov jednotka rozpoznáva preklz kolies prípadne hroziaci pretáčavý/nedotáčavý šmyk. Reakčný čas sa pritom pohybuje na úrovni 80 ms.

Ďalšou novinkou u štvrtej generácie je aj možnosť doplnenia systémom, ktorý zabezpečuje rozdelenie krútiaceho momentu podľa potreby medzi zadné kolesá – nesie označenie Cross Wheel Drive (XWD). Systém obsahuje elektronicky riadené uzatváranie zadného diferenciálu viskóznou spojkou eLSD, pomocou ktorej dokáže preniesť až 85% sily na jednotlivé zadné koleso. Na vývoji sa podieľala dnes už neexistujúca automobilka Saab. Ako prvé vozidlo vybavené týmto systémom bol model 9-3 Turbo-X.

Konštrukčne jednoduchšie a lacnejšie riešenie, ktoré je v súčastnosti preferované je ale tzv. elektronická uzávierka diferenciálu (EDS), resp. XDS Plus. EDS zabezpečuje zvýšený prenos krútiaceho momentu na koleso s lepšou trakciou tým, že pribrzdí pretáčajúce sa koleso na povrchu s nižšou adhéziou (ľad, sneh, blato a pod). Ak sa teda pretáča jedno koleso na prednej náprave, systémom EDS je pribrzdené, čím sa zabepezpečí zvýšený prenos momentu na opačné koleso a taktiež na kolesá zadnej nápravy. V prípade ak sa pretáčajú obe kolesá prednej nápravy a jedno zadné, opäť sú pribrzdené EDS (dostávajú asi 5% momentu) a na zostávajúce jedno koleso prepošle riadiaca jednotka podľa možností až 85% krútiaceho momentu motora.

Systém XDS zase pomáha pri svižnejšej jazde zákrutou tým, že aktívne kontroluje/pribrzďuje pretáčajúce sa vnútorné koleso a preposiela viac sily na rýchlejšie sa odvaľujúce vonkajšie koleso. Prejazd zákrutou je tak podstatne akčnejší a rýchlejší.

V. generácia

Medzinápravová spojka Haldex 5. generácie sa objavila v roku 2012 a bola použitá vo Volvo V40 a Audi A3. Zakrátko pribudol Golf VII a ďalšie vozidlá VW Group. Haldex č. 5 je jednoduchší, kompaktnejší a o niečo ľahší v porovnaní so štvrtou generáciou. Jednoduchšia konštrukcia znamená, že nemá riadiaci elektromagnetický ventil, zásobník a filter oleja, čo znamená že celkovo je v obehu podstatne menej oleja.

Riadiaca jednotka ovláda pripájanie zadnej nápravy pomocou otáčok axiálneho čerpadla, ktoré je poháňané elektormotorom. Axiálne čerpadlo používa šesť piestikov a tri páky, na ktoré pôsobí odstredivá sila, ktoré otvárajú prívod oleja k pracovnému piestu. Pri bežnom jazdení, kedy je väčšina krútiaceho momentu prenášaná na predné kolesá cirkuluje olej iba medzi čerpadlom a zásobníkom. V prípade potreby pripojenia zadnej nápravy vzrastú otáčky čerpadla, pomocou odstredivých síl sa aktivujú páky a prepustí sa olej k pracovnému piestu. Zvýšený tlak oleja zopne spojky a na zadnú nápravu sa prenáša viac krútiaceho momentu motora. Akonáhle nie je potreba zvýšeného prenosu krútiaceho momentu na zadnú nápravu, riadiaca jednotka zníži otáčky čerpadla, páky uzatvoria prívod oleja k pracovnému piestu, v sústave klesne tlak a spojka sa rozpojí.

Vďaka jednoduchšej konštrukcii a nižšej energetickej náročnosti je piata generácia nielen o niečo lacnejšia, ale aj ušetrí ďalších pár percent paliva. Ako je známe, vozidlá s pohonom oboch náprav sú v porovnaní s tými s pohonom iba jednej nápravy o niečo ťažšie (cca 100-150 kg) a majú aj väčšie mechanické odpory. V prípade koncernu VW sa rozdiel v spotrebe pohybuje približne od 0,5-1 liter paliva naviac podľa typu motora (1,6 TDi, 2,0 TDi, 1,8 TSi a pod.).

Spojka Haldex 5. generácie je umiestnená pred zadným diferenciálom a vyrába sa v rôznych výkonových prevedeniach. Pod výkonom sa myslí aké maximálne množstvo Newton-metrov dokáže preniesť na zadné kolesá. Napr. v prípade Škodoviek alebo Seatov je to až 3200 Nm. Ak si zoberieme najpoužívanejšie motory 2,0 TDi s výkonom 110 kW a krútiacim momentom 340 Nm, resp. 135 kW a 380 Nm, vynásobíme prevodový pomer prvého stupňa a stáleho prevodu, dostávame, že v prípade 110 kW verzie a zaradenom prvom stupni sa k zadným kolesám prenesie až 64% dostupného krútiaceho momentu, v prípade 135 kW verzie cca 55% z celkovo dostupných viac ako 5700 Nm na výstupnom hriadeli z prevodovky. V prípade vyšších prevodových stupňov môže byť percento prenášaného momentu samozrejme vyššie, keďže násobenie krútiaceho momentu zaradením vyššieho prevodového stupňa sa znižuje.

Servis a kontrola

Prax ukázala, že spoľahlivosť systému Haldex je na pomerne slušnej úrovni. Podmienkou je samozrejme kvalitný servis a tiež primerané používanie vozidla. Octavia 4×4 s Haldexom nie je a ani nikdy nebude Pajerom, Nivou či Jimnym a do náročného terénu sa proste nehodí. Okrem podvozku dostáva do tela aj samotný Haldex. Podobne je to aj s ťahaním ťažkých prívesov či vyťahovaním zapadnutých vozidiel.

Nadmerné zaťažovanie negatívne vplýva na životnosť systému, v niektorých prípadoch sa môže prejaviť aj zničením spojky (napr. spálením lamiel, mechanickým poškodením a podobne). Haldex pomáha zlepšovať trakciu, v novších prevedeniach aj jazdné vlastnosti, na nadmernú záťaž-suplovanie off-roadu ale stavaný nie je.

V medzinápravovej spojke Haldex sa nachádza olej, ktorý sa musí v určitých intervaloch meniť. Do roku 2009 bol interval výmeny každých 60 000 km resp. 3 roky. Od roku 2010 je každé 3 roky bez ohľadu na počet najazdených kilometrov.

Skúsený mechanici ale odporúčajú zachovať pôvodný interval a olej každých 60 000 km vymeniť. Dôvodom je jednak spôsob používania (zaťažovania) vozidla kedy sa môže olej rýchlejšie znehodnotiť, ale tiež riziko znehodnotenia oleja vplyvom vzdušnej vlhkosti, ktorá do systému preniká cez odvzdušňovací ventil. Znehodnotený olej negatívne vplýva na fungovanie regulačného ventilu, ale aj spojok, valcov a čerpadiel.

Olej je potrebné kontrolovať resp. vymeniť aj v rozvodovke (v zadnom diferenciáli). Aj tu olej degraduje, najčastejšie z dôvodu prieniku vlhkosti. Odporúča sa vymeniť olej v rozvodovkách po najazdení 120 000km resp. 5 rokov. Treba mať na pamäti, že celoživotná olejová náplň v prevodovkách alebo rozvodovkách napriek tvrdeniam výrobcov jednoducho neexistuje.

Najčastejšie poruchy systému Haldex

• Hučanie – na vine je buď porucha v Haldex spojke alebo opotrebované ložiská rozvodovky. V Haldexe býva vo väčšine prípadov príčinou hluku opotrebované čerpadlo.
• Hučanie resp. vibrácie – na vine býva opotrebovaný (popraskaný) zadný gumový pružný kotúč spájajúci kardan a Haldex spojku.
• Poruchy obslužnej elektroniky – snímač natočenia volantu, snímač ABS, chybný spínač ručnej brzdy, kabeláž resp. samotná riadiaca jednotka systému Haldex. Poruchy sa zvyčajne prejavujú chybovým hlásením, fungovaním systému len pri zatočení volantu, spojka je zopnutá aj pri zatianutí ručnej brzdy resp. systém nefunguje ani pri preklze kolies a podobne.
• Poruchy regulačného ventilu – nefunkčnosť pohonu zadnej nápravy, resp. pripájanie len za určitých podmienok.
• Mechanická porucha systému, spálené lamely, degradovaný olej, málo oleja a podobne.

Overiť funkčnosť systému je najlepšie zveriť skúsenému mechanikovi, ktorý skúšobnou jazdou resp. vhodnou diagnostikou zistí prípadné nedostatky. V prípade ak nie je takáto osoba nablízku, väčšinou postačí aj vnímavejší vodič so skúsenosťami s Haldexom, ktorý systém vo vozidle poriadne poskúša pri rôznych jazdných režimoch a adhéznych podmienkach.