Początkowo w pojazdach 2WD (klasycznych, tylnonapędowych) napęd był przekazywany przez wał do przekładni głównej i poprzez mechanizm różnicowy trafiał na tylne koła. W przypadku rozwiązań 4WD konieczna okazała się dodatkowa skrzynia rozdzielcza, za pośrednictwem której napęd ze skrzyni biegów przekazywany był do obydwu osi. Taki mechanizm powszechnie nazywany jest reduktorem, co tylko częściowo oddaje funkcje, które ten podzespół pełni. Zadaniem skrzyni rozdzielczej jest bowiem rozdział momentu obrotowego na mosty. Realizacja więcej niż jednego przełożenia jest coraz częściej funkcją dodatkową.
Klasyczna skrzynia rozdzielcza to odrębny podzespół zamontowany pomiędzy skrzynią biegów a mostami napędowymi, połączony poprzez wały napędowe z przegubami lub wielowypustami. Skrzynie rozdzielcze i skrzynie biegów mogą być połączone wałem napędowym lub występować jako jeden podzespół, bez zewnętrznych elementów pośrednich. Spotyka się też rozwiązania zintegrowane – pełniące funkcje skrzyni biegów, rozdziału napędu, przekładni głównej i mechanizmu różnicowego przedniego mostu
Z uwagi na sposób prowadzenia napędu skrzynie rozdzielcze możemy podzielić na przelotowe i równoległe. Układ przelotowy wykorzystuje się w prostych rozwiązaniach będących rozwinięciem układu tylnonapędowego. Wałek wejściowy i zdawczy tylnego napędu znajdują się w jednej osi, co wymusza bezpośrednie przełożenie drogowe. Z kolei w skrzyni równoległej obydwa wałki wyjściowe, prowadzone na przednią i tylną oś, znajdują się w jednej linii, a prze- łożenie drogowe zwykle nie jest już przełożeniem bezpośrednim. W konstrukcjach skrzyń przelotowych do przekazania napędu do przedniej osi wykorzystywane są elementy pośrednie, a w równoległych – z uwagi na współosiowość wyjść do przedniego i tylnego mostu – używa się międzyosiowego mechanizmu różnicowego.
W pierwszych latach stosowania napędu 4×4 pojawiły się rozwiązania z kołami zębatymi. Później wprowadzono układy redukcyjne i rozdzielcze oparte na pracy wałków i kół zębatych. Z początkiem lat 60. do powszechnego użycia weszły wielorzędowe łańcuchy zębate używane w reduktorach. Ich zaletą było uproszczenie konstrukcji, dzięki wyeliminowaniu wałków pośrednich oraz obniżenie wagi całego podzespołu.
Skrzynia rozdzielcza, jak wspomniałem wcześniej, rozdziela napęd, ale może również stopniować (redukować) przełożenia. Bieg o niższym przełożeniu jest wykorzystywany do jazdy w terenie, ten o wyższym – do jazdy po szosie. Dlatego też pojazdy terenowe najczęściej korzystają ze skrzyń rozdzielczych (dwubiegowych) wyposażonych w przełożenie zredukowane, czyli drugi bieg.
Rozwiązanie jednobiegowe w typowych pojazdach terenowych występuje niezmiernie rzadko i wymaga dosyć elastycznego silnika i dobrze zestopniowanej skrzynia biegów z pierwszym biegiem terenowym, ewentualnie trzeba pogodzić się z ograniczeniem przeznaczenia pojazdu wyłącznie do jazdy po utwardzonych nawierzchniach. Skrzynie rozdzielcze wykorzystują proste przekładnie o stałych parametrach. Wprowadzenie drugiego przełożenia wiąże się zwykle z koniecznością zastosowania wałka pośredniego lub przekładni obiegowych. W takiej konstrukcji koło koronowe jest nieruchome względem korpusu obudowy, moment wejściowy przekazywany na ko- ło słoneczne a wyjściowy odbierany z jarzma satelitów. Zmiana przełożenia odbywa się przez zazębienie sprzęgłem kłowym wałka z dedykowaną parą kół lub – rzadziej – przy wykorzystaniu przesuwnego koła zębatego o zębach prostych. Zwykle skrzynie redukcyjne nie posiadają synchronizacji a ich przełączanie podczas jazdy jest co najmniej niewskazane
W obecnie produkowanych pojazdach dominują układy z poprzecznie ustawionymi silnikami. W takich konstrukcjach wszystkie rozwiązania przeniesienia napędu muszą dysponować przekładnią kątową zmieniającą kierunek obrotów wałków o 90 stopni. Najczęściej auta wyposażone są w dostawki do odpowiednio przystosowanej, poprzecznie ustawionej skrzyni biegów. Napęd przenoszony jest z wydłużonego wałka zdawczego skrzyni biegów na przekładnię stożkową, której wyjście stanowi wał napędowy przenoszący moment obrotowy na tylne koła. Przekładnia ma zapewniać tylko zmianę kierunku napędu, a nie jego rozdział, tak więc wał napędowy kręci się zawsze, zaś układ dołączający napęd na tylne koła jest najczęściej montowany na wejściu do tylnego mechanizmu różnicowego lub jest z nim zintegrowany w jednej obudowie.
Rozwiązanie part time jest najprostszym i jednocześnie bardzo skutecznym systemem przekazywania napędu, stanowiącym rozwinięcie układu wzdłużnego z napędem na tylną oś. Za jego pośrednictwem napęd przekazywany jest do jednej z osi (najczęściej tylnej) niejako „na sztywno”, bez udziału mechanizmu różnicowego. W przeszłości taką konstrukcję mogliśmy znaleźć w prawie wszystkich pojazdach 4×4, jednak z czasem została ona wyparta przez bardziej zaawansowane rozwiązania. Obecnie spotykamy ją głównie w pojazdach użytkowych i klasycznych terenówkach. Do niewątpliwych zalet rozwiązania part time należy prostota konstrukcji, a przez to mniejsza awaryjność, możliwość przenoszenia potencjalnie większych przeciążeń i niedroga produkcja.
Rozwinięciem układu part time jest konstrukcja umożliwiająca jazdę z napędem tylko na tylną oś lub z napędem na obie osie, gdy moment jest przekazywany przez mechanizm różnicujący nierównomiernie lub – po zablokowaniu – równomiernie. Na rynku możemy spotkać dwa typy takich rozwiązań: pierwsze wykorzystuje walcowy mechanizm różnicowy z możliwością blokowania, drugi jest konstrukcją stożkową współpracującą ze sprzęgłem wiskotycznym i pełną blokadą.
Kolejną grupą rozwiązań są konstrukcje full time, stale przekazujące napęd na obie osie. Wykorzystują one zazwyczaj mechanizm różnicowy: symetryczny stożkowy (równy podział momentu obrotowego między osiami) i niesymetryczny walcowy (nierównym podział momentu). Ponadto wyróżniamy też mechanizmy różnicowe o zazębieniu ślimakowym lub ślimakowo-walcowym z odpowiednio równym lub nierównym podziałem momentu obrotowego. Zaletą zazębienia ślimakowego jest dodatkowe tarcie wewnętrzne mechanizmu, które zwiększa możliwość przekazania siły napędowej na oś mającą trakcję, w sytuacji gdy druga ją straci.
Torsen jest powszechnie uważany za jeden z najlepszych samoblokujących mechanizmów różnicowych. W podstawowej wersji zawiera trzy pary zazębień ślimakowych. W każdej parze ślimaki połączone są ze sobą przy pomocy kół zębatych o zębach prostych, co umożliwia obrót z taką samą prędkością, ale w przeciwnych kierunkach. Jednocześnie każda para ślimaków zazębiona jest ze ślimacznicami, które są połączone z półosiami lub wałami napędowymi. W każdej parze ślimaków jeden z nich jest połączony z jedną ślimacznicą – jeden ze ślimacznicą prawej półosi, a drugi ze ślimacznicą lewej półosi. W normalnych warunkach pracy działa to jak typowy, otwarty mechanizm różnicowy, w którym ślimacznice zachowują się jak koła koronowe, a pary ślimaków są odpowiednikami satelitów
Współczesne SUV-y powstają zwykle na bazie samochodów osobowych posiadających poprzeczny układ napędowy. Zwykle korzystają one z tych samych silników i skrzyń biegów co osobówki, a czasami nawet z tych samych, lekko modyfikowanych płyt podłogowych. W większości
pozbawione są one klasycznego reduktora i nie dysponują przełożeniem terenowym, ale
ich nowoczesne, wspomagane elektroniką układy przeniesienia napędu powoli zaczynają dorównywać skutecznością klasycznym rozwiązaniom. SUV-y zyskują przy tym coraz liczniejsze grono zwolenników, głównie ze względu na niskie koszty produkcji i eksploatacji
W przypadku utraty przyczepności jednej z osi układ rozdziału napędu przekazuje moment na drugą oś
On-demad, czyli napęd realizowany na żądanie, to konstrukcja, w której klasyczny układ napędowy, zwykle poprzeczny, rzadziej wzdłużny, rozbudowany jest o mechanizm sprzęgający tylny most. Najczęściej mechanizm przedni dopędza drugą oś poprzez sprzęgło wielopłytkowe. Jednym z pierwszych tego typu rozwiązań był układ ControlTrac zaprojektowany przez firmę Borg Warner. Wielopłytkowe sprzęgło dopędzało koła przednie według algorytmu wpisanego w komputer sterujący siłownikiem elektromagnetycznym. Rozwiązanie tego typu może też powstać poprzez rozwinięcie klasycznej skrzyni rozdzielczej, do której „dołożone” jest sprzęgło wiskotyczne. Skrzynie rozdzielcze czy rozdzielczo-redukcyjne wyposażone w mechanizmy różnicujące zwykle konfigurowane są z blokadami kłowymi odpowiedzialnymi za spięcie osi „na sztywno”, tym samym omijając mechanizm różnicowy
Rozwiązanie oparte na sprzęgle wiskotycznym, w przeszłości montowane na wale napędowym a obecnie najczęściej przy tylnym dyferencjale, umożliwia automatyczne dołączenie napędu na ślizgające się koła, bez udziału kierowcy. Wielotarczowe sprzęgło wiskotyczne, zamknięte w obudowie i wypełnione specjalnym olejem silikonowym, składa się z dwóch kompletów tarczek, z których jeden połączony jest z wałem napędowym wychodzącym od skrzyni biegów, a drugi z wałem napędzającym (lub bez jego pośrednictwa) tylny mechanizm różnicowy. Poślizg kół jednej z osi wywołuje różnice w prędkości obrotowej płytek, które są „sklejane” poprzez rozgrzewany na skutek tarcia i przepływający pomiędzy nimi olej. Dzięki temu płytki przenoszą napęd na drugą oś. Układ ten jest prosty i niezawodny, jednak dosyć ospały: sprzęgnięcie odbywa się ze zwłoką i na dodatek może być dość gwałtowne.
W pierwszych wersjach układu Haldex, które pojawiły około dwadzieścia lat temu, za załączanie napędu odpowiadała wyrafinowana hydraulika, sterowana przez elektronikę. Układ ten działał o wiele szybciej i pewniej od typowego sprzęgła wiskotycznego, ale też nie zapewniał idealnej trakcji. Koła przedniej osi musiały wykonać aż ćwierć obrotu, by sprzęgło zostało uruchomione. W kolejnych generacjach mechanizm został dopracowany, dzięki czemu włączenie napędu trwa zaledwie ułamek obrotu. W układzie Haldex decydujący wpływ ma przyczepność kół, któ- ra wyznacza graniczną możliwość przeniesienia napędu. Klasycznym tego przykładem jest sytuacja, w której jedna z osi zostaje uniesiona w powietrze i nie przenosi napędu w ogóle. W teorii bierze się pod uwagę sytuację, w której wszystkie koła mają przyczepność. Gdy nie ma poślizgu, Haldex pierwszej generacji dzieli napęd w proporcji 99:1 (przód/tył). Kolejne generacje są pozbawione tej wady. Haldex IV zapewnia utrzymywanie przekazania napędu na tylną oś przez prawie cały czas jazdy, a nie tylko w momencie wystąpienia poślizgu przednich kół, dzieląc napęd w proporcji 90:10 (przód:tył). W skrajnej sytuacji na tył chwilowo może trafić nawet do 90% momentu. Haldex V pozwala na rozdział napędu na obie osie w stosunku przód/tył od 90:10 do 10:90.
Opracowane prawie na nowo rozwiązanie stawia na elektronikę, eliminując akumulator ciśnienia oleju oraz zawór regulacji ciśnienia, tym samym stosując specjalną pompę elektryczną, która dba o regulację ciśnień. Za pracę Haldexa odpowiada 16-bitowy sterownik, monitorujący pracę układu ESP oraz silnika
Kolejny układ również wykorzystuje wielotarczowe sprzęgiełka, jednak ich praca jest sterowana elektromagnesem. Sterownik decyduje o tym, ile momentu przekazać na drugą oś, regulując to siłą działania elektromagnesu. Specjalny mechanizm zwiększa siłę zacisku tarczek i podnosi precyzję momentu włączania sprzęgiełka, umożliwiając szybkie i precyzyjne przekazania napędu. Inną wersją tego systemu jest układ, w którym za ściskanie tarczek odpowiada tłok napędzany ciśnieniem oleju wytwarzanym przez elektryczną pompę. Rozwiązanie to jest jeszcze szybsze i precyzyjniejsze od poprzedniego.
Innym rozwiązaniem jest system z dodatkową przekładnią, w którym tylne koła napędzane są do prędkości niewiele wyższej niż przednie, uzyskując bardzo dobrą trakcję w czasie przyspieszania. Zaletą konstrukcji jest brak tylnego mechanizmu różnicowego, który został zastąpiony przez dwa niezależne sprzęgła na obu tylnych półosiach. Elektroniczny system sterowania tymi sprzęgłami pozwala na ich uślizg w trakcie skręcania oraz pozwala kontrolować stabilność samochodu w wielu sytuacjach, w skrajnym przypadku rozłączając jedno sprzęgło i napędzając tylko jedno koło tylne. Dodatkową zaletą jest możliwość równoczesnego napędzania obu stron – tak jak przy mechanicznej blokadzie
Pojawienie się pojazdów hybrydowych z napędem na cztery koła wymusiło zaprojektowanie kolejnych rozwiązań rozdziału napędu. W obecnie w produkowanych hybrydach napęd przekazywany jest niezależnie, bez połączenia mechanicznego pomiędzy osiami. Koła przedniej osi napędzane są zarówno przez silnik spalinowy, jak i połączoną z nim jednostkę elektryczną. Może się to odbywać łącznie lub wybiórczo. Tylna oś napędzana jest okresowo, o czym decyduje moduł z oddzielnym silnikiem elektrycznym, zwykle o niższej mocy niż motor główny. Dzięki dalszemu rozwojowi samochodów elektrycznych możemy być świadkami wprowadzenia pojazdów z czterema silnikami elektrycznymi, przyporządkowanymi do każdego z kół. Za napęd odpowiada wtedy sterownik decydujący o mocy przekazywanej na poszczególne koła, zapewniający optymalną trakcję i wspomagający utrzymanie zadanego toru ruchu.
