4MATIC (z angl . 4 -wheel drive and auto matic ) je marketingový název systému stálého pohonu všech kol německého koncernu Daimler AG [1] , který rozděluje točivý moment na všechna kola vozu. Technologii vyvinuli inženýři Mercedes-Benz společně se společností Steyr-Daimler-Puch (nyní Magna Steyr ), která třídu G montovala v Rakousku [2] [3] .
Téměř všechna vozidla s pohonem všech kol 4MATIC jsou vybavena automatickou převodovkou . V současné době je systém 4MATIC rozdělen do dvou typů (pro automobily a SUV) a je dostupný na modelech A- , B- , C- , E- , G- , S- (a dřívější CL ), GLA- , GLK- ( nyní GLC), M- (nyní GLE ), GL- ( nyní GLS ), CLA- , CLS-třídy a Vito (a Viano ) [4] .
V roce 2016 představil Mercedes-Benz novou modifikaci pohonu všech kol s názvem 4MATIC + s možností vypnutí pohonu všech kol (v tomto případě se z vozu stává pohon zadních kol) [5] .
Historie systému 4MATIC má 5 generací. Podle výrobce dlouho před jeho objevením (v roce 1903) vypracoval německý inženýr Paul Daimler počáteční návrhy vozidel s pohonem všech kol. Již v roce 1907 představila společnost DMG nákladní automobil Dernburg-Wagen , který je považován za první na světě s pohonem všech čtyř kol [6] [7] . V roce 1951 byla zahájena výroba čtyřkolového nákladního automobilu Unimog , původně určeného pro zemědělské použití a vybaveného pohonem všech kol.
První generace systému 4MATIC byla představena na autosalonu ve Frankfurtu v roce 1985 [4] , sériově se objevila na Mercedesu-Benz W124 v úpravě 300E. Systém zahrnoval středový diferenciál s uzávěrkou typu Ferguson s rozdělením točivého momentu vpředu/vzadu 35/65 a uzávěrkou zadní nápravy 50/50. Z důvodu bezpečnosti a stability je přední diferenciál ponechán volný. Uzávěrka diferenciálu byla prováděna hydraulickými spojkami; spínání spojek - pomocí vysokorychlostního elektrohydraulického systému a řízení celého systému - vlastním počítačem podle údajů ze snímačů otáček 3-kanálového ABS a snímače úhlu natočení volantu. Předpokládaly se tři po sobě jdoucí provozní režimy: 1) oba diferenciály jsou volné; 2) středový diferenciál je uzamčen; 3) jsou zablokovány mezinápravové i zadní mezikolové diferenciály (neexistují žádné informace o přítomnosti přechodných režimů). Při brzdění se odemkly oba diferenciály. Poměr točivého momentu 35/65 vpředu/vzadu způsobil, že vůz měl pro řidiče téměř pohon zadních kol a činnost systému v režimech 2 a 3 byla primárně zaměřena na sebevědomou akceleraci, nikoli na aktivní jízdu s bočními prokluzy [8 ] . Systém 4MATIC byl volitelně k dispozici po celou dobu výroby řady W124, a to nejen u modelu 300E, ale obecně u všech jeho modifikací s benzínovými a naftovými šestiválci 2,6 a 3,0 l . Na úpravách se čtyřmi a osmiválcovými benzínovými pohonnými jednotkami a pětiválcovým naftovým motorem nebyl použit pohon všech kol 4MATIC [9] .
Druhá generace našla své uplatnění na Mercedes-Benz W210 od roku 1997. Model byl na přání vybaven stálým pohonem všech kol s volnoběžnými diferenciály a simulací svornosti středových diferenciálů pomocí systému kontroly trakce. Řízení trakce bylo dosaženo pomocí technologie ETS . Systém byl instalován pouze na vozech s levostranným řízením. Jako standardní výbava byla tato technologie přítomna na modelech třídy M (W163), které byly uvedeny do prodeje od roku 1997 [2] .
Třetí generace se objevila v roce 2002 na třídách C- ( W203 ), E- ( W211 ) a S ( W220 ). Byly vybaveny stálým pohonem všech kol a diferenciály volného typu. Pohyb vozidla je řízen systémem kontroly stability. Navíc může obsahovat systém kontroly trakce.
Čtvrtá generace 4MATIC byla představena na S550 4MATIC 2006 [10] [11] [12] .
V roce 2013 byla představena 5. generace systému 4MATIC [13] [14] [15] . Jestliže dříve přední náprava přebírala výkon ze zadní, pak v nové verzi platí opak: pohon není stálý, ale připojený. CLA 45 AMG a Mercedes-Benz GL 500 se staly prvními vozy, na které byla instalována nová generace 4MATIC .
V roce 2016 oznámil Daimler AG vysoce výkonný E63 AMG S 4MATIC+ (W213) s novou verzí vypínatelného pohonu všech kol. Elektronicky řízená lamelová spojka této úpravy umožňuje zcela vypnout přenos síly na přední kola vozu [5] .
Systém pohonu všech kol 4MATIC je navržen tak, aby poskytoval vozu stabilitu a ovladatelnost ve všech situacích: při rozjezdu, při zatáčení, na zasněžené, zledovatělé nebo mokré vozovce, stejně jako při tažení přívěsu.
Systém stálého pohonu všech kol 4MATIC spolupracuje s elektronickým systémem řízení dynamiky vozidla, který se skládá z elektronického stabilizačního systému ESP a elektronického systému kontroly trakce 4ETS ( 4-wheel Electronic Traction System ) . Systém 4ETS spolupracuje s protiblokovacím brzdovým systémem ( ABS ), protiprokluzovým systémem ( ASR ) a systémem sjíždění z kopce ( DSR ), aby optimálně rozdělila točivý moment mezi všechna čtyři kola a zvýšila jejich přilnavost na neustále se měnícím terénu.
Třetí generace systému 4MATIC umožňuje aplikovat točivý moment na všechna kola současně s následujícím rozdělením:
Koeficient tření μ je 0,9 na suché vozovce a 0,3 na zasněžené vozovce [4] .
Třetí generace pohonu všech kol 4MATIC se skládá z [21] [22] :
Centrálním konstrukčním prvkem systému 4MATIC je rozdělovací převodovka, která zajišťuje plynulé rozdělování točivého momentu podél os vozidla. Rozdělovací převodovka kombinuje dvojitou planetovou převodovku (plní funkci asymetrického středového diferenciálu ve skříni), válcová ozubená kola a hnací hřídele. Hnací hřídel je spojena s hřídelí planetového převodu. Hnací hřídel zadní nápravy je poháněna centrálním kolem s větším průměrem. Hnací hřídel přední nápravy je dutý, spojený s centrálním kolem malého průměru, naopak pomocí válcových kol je spojen s kardanovým pohonem přední nápravy.
4. generace 4MATIC využívá válcový diferenciál „uzamčený“ neřízenou dvoukotoučovou spojkou, která rozděluje vstupní točivý moment mezi nápravy v poměru 45:55 ve prospěch zadních kol [23] . Při akceleraci na rovnoměrném kluzkém povrchu spojka blokuje středový diferenciál, čímž vozu dodává stabilitu. V případě, že rozdíl točivého momentu mezi přední a zadní nápravou přesáhne 50 Nm, spojka prokluzuje – například v zatáčkách. Kola přitom neobrušují vozovku - práci kontroly trakce doplňuje elektronický systém 4ETS za pomoci provozních brzd [24] . Systémy ESP , ASR a 4ETS v novém systému jsou kalibrovány tak, aby se účastnily jízd na poslední chvíli, což prodlužuje dostupnost maximálního množství točivého momentu motoru [25] . Mercedes-Benz W204 je druhý v produktové řadě Mercedes-Benz vybavený čtvrtou generací kompaktní převodovky 4MATIC.
5. generace systému pohonu všech kol 4MATIC je zcela novým vývojem na architektuře pohonu předních kol s motorem uloženým vpředu napříč [13] . Jeho základní princip fungování je následující: systém je aktivován tak často, jak je potřeba, a zároveň tak zřídka, jak je to možné. Pokud podmínky umožňují, aby se auto pohybovalo výhradně na předním pohonu - tak se to stane. Jinak se točivý moment okamžitě přenese na zadní nápravu. Když už to není potřeba, například při prudkém brzdění se zásahem ABS , dochází k přenosu výkonu v opačném směru stejně rychle, v milisekundách. Systém přichází na pomoc v případě nedotáčivosti nebo přetáčivosti a využívá rozdělování točivého momentu ke stabilizaci vozidla - předtím, než zasáhne ESP a kontrola trakce 4ETS .
Vývodový hřídel k zadní nápravě má na starosti PTU ( power take-off unit ) [13] , která je zabudována do dvouspojkové robotické převodovky 7G-DCT. Ukázalo se, že PTU je velmi kompaktní a sdílí mazací systém se skříní, díky čemuž bylo dosaženo 25procentní úspory hmotnosti [13] .
Za normálních podmínek je točivý moment rozdělován mezi přední a zadní nápravu v poměru od 100:0 do 50:50 [15] . Takže při zrychlení vozu s plným zatížením při rychlosti 50 km / h se poměr změní na 60:40, při rychlém projíždění zatáček se stane 50:50, se ztrátou trakce předních kol - 10:90, v případ prudkého brzdění s ABS - 100 :0 [15] .