Классическая схема автомобиля это
Как и почему сложилась «классическая схема» автомобиля. От «рено» XIX века к «Победе» и «Жигулям»
— Классическая! Это четыре колеса?
— Нет, не только четырехколесная схема, но обязательно с передним расположением двигателя и приводом на задние колеса.
— Когда вы сказали классическая, я сразу вспомнил Гомера. Книгу о жизни автомобиля можно было бы назвать одиссеей автомобиля.
— Да, автомобиль пережил немало приключений, пока не скатился в нашу жизнь на своих классических четырех колесах.
Классическая схема сложилась не сразу. Первыми автомобилями этой схемы считаются французский «панар-левассор» и «рено» конца прошлого века.
Еще незадолго до их появления могло показаться, что некая установившаяся схема автомобиля уже есть — четырехколесная, что-то вроде пролетки без лошади, но с двигателем под (или за) задними сиденьями с ременным или цепным приводом от него к задним колесам. И сиденья были расположены как в пролетке. Двое пассажиров сидели либо на передней скамеечке лицом назад, либо на высоком «облучке», и водитель занимал место кучера. Никто как будто и не представлял себе автомобили иными.
Но двигатели становились все более мощными, автомобили развивали все большие скорости. И вот наступил момент, когда большому и тяжелому двигателю стало не хватать места под сиденьями, он перегружал задние колеса. Установленный около него радиатор-охладитель плохо справлялся со своей задачей, ему нужен был обдув.
Изменения в схеме начались с того, что радиатор перенесли вперед, где его охлаждал встречный поток воздуха. Для связи радиатора с двигателем служили трубы рамы. Получалась сложная система, часто дававшая течь. А двигатели продолжали расти, им было тесно даже без радиатора. Вскоре и они перекочевали на передний конец рамы.
Несмотря на все еще сохранявшийся силуэт высокой пролетки с прилепленным к ней спереди двигателем, это был автомобиль уже принципиально новой схемы. Конструктор Э. Левассор дополнил ее механизмом сцепления и коробкой передач. Правда, еще не было собственно коробки — теперешнего картера, — в которой заключались бы шестерни. Они находились, можно сказать, на свежем воздухе, а точнее — в дорожной пыли. Для их смазки служила батарея бачков, так называемых капельниц, смонтированных на переднем щитке кузова. Время от времени водитель нажимал кнопки капельниц, и смазка подавалась (капала) на шестерни. От «коробки» усилие передавалось парой конических шестерен на поперечный вал, а с шестерен-звездочек (велосипедного типа) на его концах цепями к колесам.
Для полного сходства с будущей классической схемой машине Э. Левассора недоставало не так уж многого: упомянутого картера, вала с карданными шарнирами вместо цепной передачи да еще рулевого колеса вместо «коровьего хвоста».
Это немногое внесли в классическую схему братья Рено. На первом кх автомобиле рулевое колесо еще было полукольцом с ручками; потом кольцо замкнулось, а ручки исчезли.
Перенос двигателя вперед был настолько радикальным отклонением от тогдашних представлений о самодвижущейся коляске, что для его оправдания приводили наряду с техническими доводами и такие: ведь и лошадь прицепляют к коляске спереди, и паровоз идет в голове поезда!
Распространению новой схемы способствовал рост скорости. Высокие автомобили-пролетки были неустойчивыми и оказывали значительное сопротивление воздуху. Отсутствие же двигателя под сиденьями давало возможность понизить машину. Постепенно сложился новый ее силуэт: длинный капот двигателя, начинающийся около расположенного над передней осью латунного радиатора; капот уступом переходит в корпус кузова, тоже длинный и узкий, все еще похожие на пролеточ-ные передние и задние брызговики-крылья соединены дощатыми подножками; рулевая колонка сильно наклонена; под кузовом от двигателя к заднему мосту тянется трансмиссия — механизм сцепления, вал к коробке передач, сама коробка, от нее еще один вал; рычаги перемены передачи и тормоза находятся снаружи кузова, над подножкой.
Тому, что эта схема надолго стала классической, было много причин: убедительная для обывателей «конская» и «паровозная» логика; важное для ходовых качеств автомобиля сравнительно равномерное распределение масс (масса двигателя нагружает передние колеса; а полезная нагрузка и кузов — задние); простота системы охлаждения и органов управления. Все это до поры до времени возмещало недостатки схемы: труднодоступную для обслуживания трансмиссию; высокий уровень пола над ней или выступающий в кузов тоннель; большую длину и соответственно массу всего автомобиля.
То один, то другой конструктор вносил что-то новое. Приблизительно к середине 30-х годов сложилась компоновка автомобиля, примером которой может служить отечественный ГАЗ-MI. Радиатор у него расположен все еще над передней осью, двигатель (теперь уже в одном блоке со сцеплением и коробкой передач) — сразу позади нее. Очертания блока в боковом виде напоминают ботинок, башмак, повернутый носком назад. Далее следует пассажирское помещение. Заднее сиденье находится между колесами. Его ширина и определяет ширину кузова, хотя габарит автомобиля значительно шире. За пределы кузова выступают крылья и подножки. Пространство над ними не используется. Также пропадает пространство впереди радиатора, до буфера. Механизмы и кузов установлены на тяжелой раме, а рама — на рессорах над осями (мостами). При таком устройстве автомобиль большой, но тесный.
В этот период конструкторам (как известно, они проектируют машины на несколько лет вперед) стало ясно, что неизбежны коренные изменения в устройстве автомобиля. Возрастет скорость, — значит, потребуются особые меры по устойчивости автомобиля, обтекаемые кузова, мощные тормоза, новые типы шин. Расширится круг автомобилистов, все меньшую часть его будут составлять энтузиасты, мирящиеся с неудобствами и трудностями автомобилизма, — значит, понадобятся комфортабельные кузова с вентиляцией, отоплением и радио, мягкие подвески колес, бесшумные и простые в обслуживании механизмы, легкое управление. Ну и, конечно, во весь рост встанут экономические проблемы — расход топлива и других эксплуатационных материалов, себестоимость и цена автомобиля.
Все это закономерно привело к появлению в 30-40-х годах принципиально новых конструкций автомобилей. В США основной упор был сделан на комфорт, динамику и эстетику, а в Европе начали распространяться экономичные и компактные машины. Классическая компоновка стала претерпевать изменения. Они хорошо видны при сравнении ГАЗ-MI с пришедшей ему на смену уже после войны «Победой».
У «Победы» (главный конструктор А. Липгарт, художник-конструктор В. Самойлов) балка передней оси и рессоры заменены независимой подвеской колес на пружинах и качающихся рычагах. В пространстве между рычагами установлен двигатель, а радиатор смещен дальше вперед. Сместились и сиденья. Заднее вышло из тесноты между колесными кожухами и расширилось; стал шире весь кузов; колеса углубились в его корпус; выступающие крылья и подножки исчезли. В задней части машины освободилось место для багажника (у ГАЗ-M1 его не было). Все механизмы крепятся не к раме, а к корпусу кузова. Машина стала ниже.
Говоря о компоновке «Победы», стоит остановиться вообще на значении этого автомобиля для развития автомобильной техники. Не будем утверждать, что зарубежные конструкторы копировали «Победу». Скорей всего они сами пришли к тем же решениям, что и горь-ковские конструкторы. Но остается фактом: все массовые автомобили с передним расположением двигателя, появившиеся после «Победы», построены по ее схеме. Есть среди них и такие, которые по внешности не сразу от нее отличишь.
В 50-х годах иностранная пресса не удостаивала советские автомобили внимания и объективных оценок. Однако лондонский журнал «Мотор» не смог не признать отличных качеств «Победы». А во «Всемирной истории автомобиля», изданной в 1958 году во Франции, авторы, как ни старались избежать упоминания советских автомобилей, все же поместили крупную фотографию «Победы». Она снята в Вене, где находилась союзническая администрация и где «Победа» поражала всех своей новизной, особенно заметной по соседству с довоенными моделями o автомобилей, на которых ездили представители других держав.
Сегодня «Победа», конечно, устарела, но все-таки не слишком противоречит современным взглядам. Ее черты видны и в польской «Варшаве», выпускавшейся до февраля 1973 года. И хотя в ней многое уже изменилось — уменьшились ободья колес, ветровое стекло стало гнутым и большим, появились новые контуры багажника и облицовки радиатора, — общий вид, однако, оставался прежним.
Секрет успеха «Победы» заключался в самих принципах конструирования автомобиля. Его авторы задались целью создать такую машину, которая превосходила бы тогдашний уровень развития техники, а не повторяла существующие модели.
Другая судьба постигла «крайслер», модель «эрфлоу» («воздушный поток»), тоже один из первых серийных автомобилей классической схемы в ее современном исполнении. Его архитектор Г. Бюринг сделал кузов широким, но крылья сохранил, сильно наклонил заднюю стенку, а капот выполнил спадающим до переднего буфера в виде широкой наклонной решетки. Ни дать ни взять бегемот! Сходство с бегемотом (а не с легким воздушным потоком!) вызвано грузностью основного корпуса и подчеркнуто непропорционально хилыми крыльями, покатостью решетки и выпученными глазами-фарами по ее бокам. Архитектор «эрфлоу» не сумел полностью отойти от традиционной формы автомобиля и придать обтекаемому кузову его нынешнее изящество, Как ни старалась фирма впоследствии облагородить «эрфлоу», сбыта он не нашел.
Следующий шаг в развитии классической компоновки приводит уже в сегодняшний день. Кажется, что еще можно «выжать» из нее? Однако достаточно присмотреться хотя бы к наиболее массовому в нашей стране автомобилю «Жигули», чтобы увидеть, во-первых, современные черты самой схемы: пониженный благодаря особой передаче в заднем мосту карданный вал, убранные из-под багажника в его боковые части для увеличения его полезного объема запасное колесо и бензобак; во-вторых, сокращение размеров и массы отдельных элементов схемы, в основном двигателя и колес. В результате машина на 600 миллиметров короче, на 200 ниже, на 200 уже и на 500 килограммов легче «Победы», а кузов остался той же вместимости. Скорость возросла на 30 процентов, а расход топлива настолько же снизился!
Устройство автомобиля –
«Какие бывают компоновки автомобилей»
Ладно скроен
Классика жанра
”VW Bora” – типичный представитель переднеприводного “клана”.
ПОЖАЛУЙ, самая известная компоновка – классическая. Двигатель, сцепление и коробка передач расположены в передней части автомобиля, а ведущие колеса – задние. Такое решение, в общем-то, лежало на поверхности. Моторы становились мощнее, скорости росли, надо было повышать и безопасность. В первую очередь, чтобы избежать опрокидывания в повороте, центр тяжести машины требовалось сделать ниже. Двигатель следовало убрать из-под сиденья, а куда? Вперед! (Возможно, сработала инерция мышления – ведь и паровоз, и коня ставили впереди поезда и кареты.) Ведущей же осталась задняя ось. Поэтому появилась сложная трансмиссия – с дополнительными жесткими валами и традиционной цепной передачей к колесам.
Такую схему предложил в конце XIX века знаменитый конструктор Эмиль Левассор. А в 1898 году Луи Рено заменил цепи привычным сегодня карданным валом.
Развесовка (распределение массы по осям) “классического” автомобиля близка к оптимальной – примерно 50/50. В поворотах он послушно следует за рулем, и подправлять траекторию движения не надо. Шины изнашиваются равномерно. Кроме того, можно сделать большой багажник, ведь его объем ограничивают только элементы подвески и привода.
Однако при движении по прямой машина такой компоновки не слишком устойчива. Неведомо, в какую сторону под действием внешних сил она вильнет. Ведь толкать в выбранном направлении всегда сложнее, чем тянуть. Простой эксперимент – попробуйте толкать пальцем карандаш, лежащий на столе, острием вперед. Он будет постоянно стремиться куда-то повернуть. То же самое и с автомобилем. “Классика” склонна к заносу, и самое важное, что он прогрессирующий – сила инерции пытается развернуть машину. Для его укрощения современные инженеры выдумали электронные системы стабилизации, что ведет к удорожанию машины. С другой стороны, опытные водители любят заднеприводные модели именно из-за азартного характера их управляемости.
Еще один минус: высокий туннель карданного вала отнимает толику комфорта в салоне. Среднему пассажиру на заднем диване сидеть неудобно. Агрегатов много, конструкция тяжелая, а это значит, что надо применять более мощный двигатель. Цена машины опять-таки возрастает.
На протяжении почти ста лет конструкторы применяли классическую схему. Но технический прогресс не стоит на месте. Более совершенные компоновки сменили “классику”. Сегодня ее можно встретить в основном на автомобилях высшего сегмента, например “Lexus” и “Jaguar”. Кроме того, верность традициям хранят BMW и “Mercedes” – большинство их моделей оборудуются именно задним приводом.
Наследие Швенке
“BMW Z8” отличается классической компоновкой: мотор – спереди, ведущие колеса – задние.
В НАШИ дни наиболее популярна переднеприводная компоновка. Силовой агрегат (двигатель, сцепление и коробка передач) расположен спереди. Ведущие колеса – тоже передние.
Есть довольно распространенное заблуждение, что пионером подобной схемы был конструктор завода DKW Арльт, применивший ее в 30-х годах прошлого века. На самом деле еще в 1902 году немецкий инженер Роберт Швенке запатентовал, а по непроверенным данным – и реализовал такую конструкцию.
Основные достоинства переднего привода – компактность, малая масса, хорошая устойчивость машины на прямой. Повторите опыт с карандашом, только возьмите его за острие и тяните. Он будет послушно следовать за вашей рукой. Если возникает снос, сила инерции не дает автомобилю развернуться. Передние колеса загружены сильнее задних – улучшается проходимость. Багажник больше, чем у “классики”, потому что нет привода задней оси. Комфортабельность по сравнению с моделями классической компоновки тоже выше. Нет напольного туннеля, исчез один из основных источников шумов и вибраций – карданный вал. Кстати, его отсутствие позволяет уменьшить высоту автомобиля. А салон благодаря компактному силовому агрегату получается просторнее. Да и в целом стоимость конструкции небольшая, поскольку деталей меньше, вес невелик и лишней мощности двигателя не надо.
Недостатков, впрочем, тоже хватает. Износ шин неравномерный из-за большей нагрузки на передние колеса. При интенсивном разгоне они разгружаются и не могут реализовать большой крутящий момент, а при торможении, наоборот, основной вес приходится на них – задние тормоза почти не работают. Маневренность машины невысокая – радиус поворота мал из-за ограниченной подвижности шарниров равных угловых скоростей (ШРУСов), необходимых при переднем приводе.
На переднеприводном автомобиле двигатель может стоять поперек или вдоль моторного отсека. Наиболее распространен первый вариант. Именно он позволяет максимально реализовать преимущества переднего привода. Всех автомобилей такой компоновки и не перечислишь: “?Skoda Octavia”, “Nissan Primera”, “Toyota Camry” и многие-многие другие. Второй вариант применяют реже – конструкторы “экономят” на длине машины. Тем не менее, если мотор располагать продольно, его размеры уже не ограничены элементами подвески, полный привод пристроить – тоже не проблема. А самое главное, приводные валы можно сделать одинаковой длины, и машину не будет тянуть в сторону при разгоне. Но из современных моделей, пожалуй, только “VW Pointer” может похвастать продольным расположением двигателя.
Несмотря на все свои достоинства, передний привод ощутимо потеснил “классику” лишь в конце ХХ века. Раньше промышленность не могла освоить массовый выпуск долговечных ШРУСов, необходимых для привода управляемых ведущих колес.
И нашим, и вашим
Семейство “Porsche 911” – пожалуй, самые известные заднемоторные автомобили в мире.
ОЧЕНЬ интересная компоновка – заднемоторная. Силовой агрегат размещен за задней осью, она же и ведущая.
Чрезмерная загрузка “хвоста” – главная особенность подобных автомобилей. Конструкторы использовали это поразному. Фердинанд Порше, например, сделал ее фирменной чертой своих спорткаров. При разгоне масса машины нагружает задние колеса, позволяя наиболее полно реализовать мощность двигателя и уменьшить время разгона. А вот советские “Запорожцы” отнюдь не отличались ураганной динамикой, зато славились феноменальной для таких малышей проходимостью. В умелых руках “Запорожец” мог продвинуться по бездорожью порой дальше, чем “Нива” и даже “уазик”.
С передним приводом заднемоторные автомобили роднит малая масса и меньшая (по сравнению с заднеи полноприводными моделями) стоимость. Силовой агрегат тоже может быть расположен как вдоль, так и поперек.
Чем же плох этот вариант? Прежде всего – развесовкой, которая далека от оптимальной. Мало того что шины неравномерно изнашиваются, склонность к заносу повышена, так еще и передние колеса разгружены. Им сложно цепляться за дорогу, поэтому машина неустойчива и при разгоне, и на прямой, и в повороте. Ее постоянно приходится “ловить” на дороге. Кроме того, багажник размещен спереди, поэтому его объем сильно ограничивают подвеска, рулевое управление и.. вытянутые вперед, как в гоночной “формуле”, ноги водителя и пассажира. Последнее – следствие стремления инженеров загрузить переднюю ось, продвинув вперед весь салон.
Тем не менее заднемоторная компоновка была, есть и, вероятно, будет применяться в будущем. Такими были рождены и российский автомобиль “Фрезе”, и знаменитый фольксвагеновский “Жук”, и многие чешские “Татры”. И сегодня, хотя особенности этой схемы плохо увязываются с современными требованиями к динамике, управляемости и скорости, заднемоторная схема используется на неповторимых “Porsche 911”.
Во имя спорта
Новый “Porsche Cayman S” создан по среднемоторной схеме.
“Chevrolet Corvette” имеет редкую компоновку “transaxle”: двигатель – спереди, но КПП отнесена к задним колесам ради улучшения развесовки по осям.
БОЛЬШИНСТВО спортивных автомобилей создано по среднемоторной схеме. Но это не значит, что двигатель располагается в середине машины. Обычно он стоит перед задней осью за спиной водителя, в пределах базы (между центрами передних и задних колес).
Такая компоновка позволяет почти идеально распределить вес по колесам в соотношении 50/50 и сосредоточить основные массы автомобиля вблизи вертикальной оси его поворота. При этом моменты инерции относительно нее минимальны. Именно поэтому “спортсмены” славятся превосходной управляемостью и устойчивостью.
Но для обычных дорожных машин среднемоторная компоновка пока неприемлема. Для багажа места нет, пассажиров тоже посадить негде – мешает двигатель. В лучшем случае, если за водителем и отмерено пространство, то удобно там будет разве что маленьким детям. Не исключено, конечно, что в будущем конструкторы сумеют удачно разместить двигатель под полом кузова – тогда среднемоторные машины станут более вместительными.
Между прочим, большинство первых автомобилей, ведущих родословную от конных экипажей, фактически были среднемоторными. А среди современных машин двигатели расположены в базе у “Lamborghini”, большинства моделей “Ferrari” и многих спорткаров других марок.
Компромисс
ДОСТАТОЧНО редкая схема – “transaxle”. Она очень похожа на классическую компоновку. Отличие в том, что коробку передач здесь перенесли от двигателя к заднему мосту и объединили с главной передачей. Такая сложность понадобилась ради получения оптимальной развесовки и сохранения приемлемого уровня комфорта для пассажиров. Яркий пример применения подобной схемы – некоторые модели “Maserati”.
Тяни-толкай
НАБИРАЕТ популярность и полноприводная схема. Силовой агрегат чаще всего располагают спереди, а все колеса – ведущие.
Такая компоновка обеспечивает полную реализацию мощности двигателя независимо от развесовки автомобиля. Лучше устойчивость и управляемость на скользкой и мокрой дороге. Высока проходимость.
Плата за это – сложная конструкция, большая масса и достаточно высокая стоимость машины.
Первоначально полный привод применялся только на внедорожниках, но со временем все больше автопроизводителей стали использовать его и на легковых моделях. Основоположниками этой традиции выступили “Audi” и “Subaru”. Яркий пример – “Audi A8 quattro”.
