Компоновочные параметры транспортных средств
Зачем мы массово пересели с заднего привода на передний и почему в будущем все будет совсем по-другому?
Фото автора и из открытых источников
Фото автора и из открытых источников
Классическая, переднеприводная, заднемоторная, среднемоторная… Почему применяются столь разные компоновки, почему только некоторые из них стали массовыми и что изменится с переходом на электротягу?
На заре автомобильной истории компоновочные решения были самыми разными, тот же двигатель часто располагался не только в передней части автомобиля, но и по центру, и сзади. Что, впрочем, неудивительно: конструкторы находились в творческом поиске, причем касалось это не только взаимного расположения агрегатов, но и их конструкции.
Классическая компоновка
Двигатель с коробкой передач расположен спереди, а привод посредством карданного вала осуществляется на задние колеса. С технологической точки зрения это едва ли не самое простое решение, посему на протяжении десятков лет его массово применяли практически все производители во всех классах легковых автомобилей, начиная с малолитражек и заканчивая представительскими лимузинами.
Лишь с 1970-х начался массовый переход на передний привод, да и то сначала лишь для компактных моделей. Более крупные автомобили среднего и бизнес-класса стали переводить на него ближе к 1990-м, но ряд производителей (например, BMW и Mercedes) остался верен классической компоновке.
Причины массового ухода от «классики» и сохранения ей верности отдельными марками кроются в плюсах и минусах этой компоновочной схемы. Коробка передач состыкована с продольно расположенным мотором и во многих моделях уже находится на уровне салона, что уменьшает его внутреннее пространство. Наличие карданного вала означает высокий трансмиссионный тоннель, что также сказывается на внутреннем пространстве. Добавим к этому дополнительную массу, избыточную поворачиваемость и худшую проходимость в зимних условиях.
Разумеется, не забудем сказать пару слов про схему Transaxle со сдвинутой к задней оси коробкой передач, совмещенной с главной передачей. Опять же все ради лучшей развесовки. Такая компоновка была применена, например, на довоенной Skoda Popular (на фото), а в 1980-х ее использовали и на Alfa Romeo 75.
Несмотря на свои преимущества, есть у Transaxle и недостатки. Во-первых, коробку как-то надо «подружить» с кузовом, чтобы не пострадала практичность. Во-вторых, при такой схеме карданный вал вращается со скоростью коленвала двигателя, что означает повышенные требования к подшипникам и увеличивает стоимость всего узла. В-третьих, усложняется конструкция механизма переключения передач, а ведь у «классических» машин рычаг КП обычно «растет» прямо из коробки.
Переднеприводная компоновка
Но даже на современных автомобилях принципиальные недостатки и особенности переднего привода никуда не исчезли. К ним можно отнести прежде всего неравномерную нагрузку по осям (обычно она составляет от 60:40 до 65:35 в пользу передней), разгрузку передних колес при интенсивном разгоне, а также действие паразитных сил в этой же ситуации, что приводит к боковому уводу, «рысканью». Также ШРУСы ограничивают выворот колес, что на некоторых моделях приводит к увеличенному радиусу разворота. Тем не менее основные преимущества (меньшая стоимость, масса и габариты) обеспечивают данному типу компоновки лидерство в массовом секторе. Но тем интереснее для «петролхэдов» возможные альтернативы.
Заднемоторная компоновка
Как и в случае с передним приводом, здесь обходится без лишних деталей в виде карданного вала и вынесенного отдельно редуктора, что позволяет экономить на размерах и массе автомобиля. Плюс это достаточно недорогое и простое решение, так что неудивительно, что часто оно применялось как раз на маленьких дешевых машинках.
Тем не менее для малолитражек более актуальным оказался передний привод, предпочтительный с точки зрения технологий (не надо «заморачиваться» по поводу управления отнесенной назад коробкой, мудрить с системами охлаждения и климат-контроля), практичности (с расположенным сзади мотором размеры и функциональность багажного отделения падают), наконец, безопасности.
Ведь у заднемоторных машин характер «капризный». В первую очередь из-за характерной развесовки, где большая часть массы приходится на заднюю ось, а передние колеса оказываются недогруженными. И на скользких покрытиях это оборачивается проблемой недостаточной поворачиваемости и даже тормозных качеств. Но здесь мы повторимся: современные системы активной безопасности частично решают эту проблему.
Стоп, а как же Porsche 911? Там тоже проблемы с управляемостью и торможением? Эти вопросы решаются за счет различных технических решений (шин, аэродинамики, компоновки узлов), применение которых оправдано на дорогой эксклюзивной технике, но для массового использования на дешевых машинах просто нецелесообразно.
Центральномоторная компоновка
Впрочем, из любого правила есть исключения. Достаточно вспомнить минивэн Toyota Previa первого поколения, у которого двигатель был расположен практически по центру, но это не помешало обеспечить достаточно вместительный салон. Однако обслуживание и ремонт такого автомобиля были куда сложнее, чем при традиционной компоновке.
А как же полный привод?
«Электрички» все изменят
Более дорогие и мощные модели имеют два мотора, по одному на каждую ось. А есть еще различные концептуальные разработки, где имеется три, а то и четыре двигателя. Не будем забывать и про эксперименты с мотор-колесами…
Впрочем, куда важнее не число и расположение моторов (хотя это позволяет отказаться от полноприводных трансмиссий в их привычном понимании и обеспечивать управление тягой в очень широких диапазонах). Куда более принципиально, что сами электродвигатели намного компактнее и легче традиционных ДВС, что позволяет реализовывать самые смелые компоновочные решения.
Определились с компоновкой? Теперь найдите свой вариант в базе объявлений Автобизнеса
Весовые компоновочные параметры автомобиля
Весовые компоновочные параметры автомобиля
1.1. Компоновочные параметры автомобиля 1.1.1 Общая компоновка автомобиля
С позиций влияния конструкций транспортного средства на его свойства важное значение имеет компоновка автомобиля – взаимное расположение его основных систем (двигателя, трансмиссии, движителя, систем управления,
несущей системы, кузова). За критерий, который позволит оценить целесообразность дальнейшего развития того или иного вида компоновки автомобиля, может быть принято то, насколько данные конструкции отвечают требованиям активной безопасности. Учитывая это положение, рассмотрим наиболее характерные виды компоновки современных автомобилей (рис. 1.1.1.).
Рис. 1.1.1. Компоновка легковых автомобилей: а – классическая; б – переднеприводная; в – заднемоторная; г – полноприводная с двигателем на базе классической; д – среднемоторная.
Переднемоторная компоновка является традиционной на всех этапах развития конструкций автомобиля и характеризуется расположением двигателя перед пассажирским салоном. Вынесение двигателя далеко вперед позволяет максимально придвинуть салон к переднему мосту, частично используя пространство между кожухами передних колес. Таким образом, обеспечивается наивыгоднейшее использование пространства в пределах базы и легко достигается необходимая нагрузка на передний мост. Несмотря на эффективное использование пространства внутри базы, автомобили данной схемы имеют значительную габаритную длину вследствие достаточно большого переднего свеса.
Увеличение базы за счет заднего багажника нежелательно из-за чрезмерной перегрузки переднего моста. Кроме того, расположение двигателя в самой
передней части автомобиля не позволяет улучшить его обтекаемость путем понижения линии капота. В последнее время широкое распространение получили переднеприводные автомобили, у которых управляемые колеса
являются ведущими. Автомобиль с такой компоновкой имеет наилучшую устойчивость и управляемость при движении с высокой скоростью, особенно по скользкой или мокрой дороге. Популяризации такой компоновки
способствовали также изменения в общем облике автомобиля и его развесовке по осям. Уменьшение габаритных размеров двигателей (при сохранении их мощности) и применение независимых передних подвесок позволили располагать двигатель над передним мостом или даже перед ним, что обеспечило необходимый сцепной вес (более 50% от общего веса автомобиля) на передние ведущие колеса. Еще одно преимущество переднеприводных автомобилей — меньший, чем в автомобилях с другой компоновкой, уровень шума в салоне вследствие удаленности ведущего моста и отсутствия карданного вала, часто являющегося источником вибраций. Однако как показывает практика, класс автомобиля (его размеры, качество изготовления и отделки, наличие шумоизолирующих обивок и мастик), а также тип кузова (рамный или несущий) влияют на уровень шума в салоне значительно больше, чем компоновочная схема.
Наряду с достоинствами переднеприводная схема не свободна и от недостатков, являющихся следствием либо перегрузки переднего моста, либо
наличия передних ведущих колес.
Во-первых, перераспределение веса при торможении приводит к тому, что в момент торможения на задние колеса приходится лишь 25-30% сцепного
веса, что, с одной стороны, вынуждает предусматривать в системе привода тормозов ограничитель тормозного усилия на задних колесах, с другой — увеличивать эффективность передних тормозов, а следовательно, и их
размеры, что не всегда возможно при использовании современных колес с малым диаметром диска (10-13″).
Во-вторых, шины передних ведущих, управляемых и более нагруженных колес изнашиваются значительно быстрее, чем задних, поэтому в
эксплуатации требуется достаточно частая перестановка передних колес назад, и наоборот.
В-третьих, передний ведущий мост требует либо относительно сложных в
производстве и дорогих шарниров равных угловых скоростей, либо дополнительных устройств (например, упругих муфт или торсионов) при использовании одинарных карданных шарниров.
В-четвертых, объединение двигателя в один силовой агрегат вместе с трансмиссией и ведущим мостом усложняет конструкцию и затрудняет доступ к отдельным элементам и вспомогательным агрегатам, особенно в тех
случаях, когда двигатель расположен поперечно и его картер объединен с картером коробки передач и дифференциала.
Однако широкое распространение легковых автомобилей с передним приводом в последние годы свидетельствует о том, что перечисленные
недостатки рассматриваемой схемы не могут служить серьезным препятствием для ее дальнейшего развития на легковых автомобилях разных классов.
Долгое время считалось, что переднеприводная компоновка применима лишь на автомобилях малого и среднего классов, мощность двигателей которых не превышает 100-110 л. с. На автомобилях больших размеров с мощными
двигателями переднеприводная компоновка не использовалась вследствие
опасений за работоспособность и надежность шарниров равных угловых скоростей, нагруженных большим крутящим моментом. Вызывала затруднения компоновка двигателя больших размеров в сочетании с передним ведущим мостом. Трудно было обеспечить необходимую развесовку. Кроме того, считалось, что для большого автомобиля достаточную устойчивость и управляемость можно получить и при классической компоновке. Тщательное изготовление элементов шасси и широкое применение шумопоглощающих материалов на дорогих моделях практически исключают возникновение шумов и вибраций даже от достаточно длинного карданного вала. Тем не менее сегодня даже в
автомобилях с объемом двигателя 2500-3500 см3 передний привод нашел широкое применение.
На характеристики автомобилей с передним приводом оказывает влияние относительное положение двигателя и переднего моста. Для автомобилей с двигателями большего рабочего объема расположение последнего над
ведущим передним мостом — практически единственный возможный вариант, так как по условиям развесовки и вследствие значительных габаритов двигателя его расположение впереди или за ведущим мостом невозможно, а
поперечное расположение также не дает преимуществ вследствие примерно равных габаритов двигателя по длине и ширине. Расположение двигателя над передним мостом позволяет добиться удовлетворительных результатов по
развесовке и использованию подкапотного пространства без увеличения переднего свеса (при наличии рядного четырехцилиндрового двигателя с рабочим объемом 1,3-1,6 л). При этом упрощается управление коробкой передач, но несколько затрудняется доступ к агрегатам трансмиссии.
Расположение двигателя за передним ведущим мостом позволяет плавно понизить линию капота до уровня переднего бампера и тем самым существенно снизить лобовое сопротивление автомобиля. Свободное
пространство под капотом перед двигателем в автомобилях с передним приводом позволяет разместить там запасное колесо, освободив от него задний багажник. Недостаток компоновки — внедрение двигателя в нижнюю
переднюю часть пассажирского салона между водителем и пассажиром, что уменьшает пространство для ног последних. Несколько затруднено также управление коробкой передач, которая оказывается вынесенной далеко
Компоновка автомобиля, когда двигатель размещается в пределах колесной базы автомобиля, практически за спинками сидений водителя и пассажира, встречается в автомобилестроении достаточно редко. Для улучшения
развесовки по колесам, в зависимости от объема и конструкции двигателя, он может размещаться как вдоль, так и поперечно. Хорошее распределение веса автомобиля по осям и повышенная безопасность при движении — основные
преимущества автомобилей с центральным расположением двигателя. Поэтому не удивительно, что по среднемоторной компоновке строятся скоростные, высокоманевренные автомобили, такие как Lamborghini, Ferrari,
MG. Например, Lamborghini — Callardo с двигателем V10 с рабочим объемом
4961 см3, способным развивать мощность до 500 л. с., что позволяет автомобилю развивать скорость до 309 км/ч.
При заднемоторной компоновке двигатель, объединенный с трансмиссией, располагается за задней подвеской автомобиля, что позволяет значительно снизить габариты автомобиля, а следовательно, его вес. Но при
заднемоторной компоновке на задние ведущие колеса приходится до 60% от общего веса автомобиля, что положительно сказывается на проходимости автомобиля, но отрицательно на его устойчивости и управляемости при движении с большой скоростью. Поэтому для улучшения развесовки,
приходится сдвигать пассажирский салон вперед, что при ограниченных габаритах автомобиля сокращает пространство для ног водителя и переднего пассажира. Сегодня только одна фирма в мире строит свои автомобили по
заднемоторной компоновке – Porsche.
Классическая компоновка это компоновка с передним расположением двигателя и с приводом на задние колеса. Применение карданного вала не
позволяет создать салон автомобиля без трансмиссионного туннеля, что сказывается на комфорте пассажиров. Кроме того, вибрации от карданного вала передаются на кузов автомобиля. Поэтому приходится применять
лучшую шумо- и виброизоляцию, что приводит к удорожанию автомобиля. Классической компоновке свойственен занос задних колес, особенно при прохождении поворотов на сырой или скользкой дороге. Сегодня
классическая компоновка встречается реже, но ей остаются верными такие гранды автомобилестроения, как BMW, Mercedes и Jaguar.
Источник статьи: http://bookbk.net/book/119-bezopasnost-avtotransportnyx-sredstv-lomakin-v-v/5-11-komponovochnye-parametry-avtomobilya-111-obshhaya-komponovka-avtomobilya.html
ГАБАРИТНЫЕ И ВЕСОВЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ОТНОШЕНИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
1. Требования к размерам транспортных средств
1.2. Максимальная ширина транспортного средства категорий M, N, O не должна превышать 2,55 м. Для изотермических кузовов транспортных средств допускается максимальная ширина 2,6 м.
При измерении ширины не учитываются следующие устройства, смонтированные на транспортном средстве:
-таможенная пломбировка и элементы ее защиты;
-устройства крепления тента и элементы их защиты;
-устройства контроля давления в шинах;
-выступающие гибкие части системы защиты от разбрызгивания из-под колес;
-для транспортных средств категории M3 входные рампы в положении для движения, подъемные платформы и аналогичное оборудование в положении для движения при условии, что эти устройства не выступают более чем на 10 мм за боковую поверхность транспортного средства и угловые кромки рамп, направленные вперед и назад, имеют радиусы закруглений не менее 5 мм; радиусы закруглений остальных кромок должны при этом быть не менее 2,5 мм;
-наружные зеркала и другие устройства непрямой обзорности;
-вспомогательные средства наблюдения;
-убирающиеся подножки;
-устройства освещения и световой сигнализации;
-деформирующаяся часть боковых стенок шин непосредственно над точкой соприкосновения с поверхностью.
1.3. Максимальная высота транспортного средства категорий M, N, O не должна превышать 4 м.
При измерении высоты не учитываются следующие устройства, смонтированные на транспортном средстве:
-антенны;
-пантографы или токоприемники в поднятом положении.
Для транспортных средств с подъемной осью следует принимать во внимание влияние этого устройства
2. Требования к весовым параметрам транспортных средств
категорий M3, N3 и O
2.1. Максимальная масса транспортных средств не должна превышать разрешенных значений, приведенных в таблице 1.
2.2. Максимальная масса, приходящаяся на ось (группу осей) транспортных средств, не должна превышать разрешенные значения, приведенные в таблице 2.
2.3. Вертикальная статическая нагрузка на тяговое устройство автомобиля от сцепной петли одноосного прицепа (прицепа-роспуска) в снаряженном состоянии не должна быть более 490 Н. При вертикальной статической нагрузке от сцепной петли прицепа более 490 Н передняя опорная стойка должна быть оборудована механизмом подъема-опускания, обеспечивающим установку сцепной петли в положение сцепки (расцепки) прицепа с тягачом.
3. Порядок оформления одобрения типа транспортного средства или свидетельства о безопасности конструкции транспортного средства при несоответствии измеряемых параметров требованиям настоящего приложения категорий M3, N3 и O
3.1. Если габаритные размеры транспортного средства превышают значения, указанные в пункте 1 настоящего приложения, то в одобрении типа транспортного средства или свидетельстве о безопасности конструкции транспортного средства делается запись о необходимости оформления специального разрешения для передвижения такого транспортного средства по территории государств — членов Таможенного союза.
3.2. Если технически допустимая максимальная масса транспортного средства, или технически допустимая максимальная масса автопоезда, или технически допустимая максимальная масса, приходящаяся на ось (группу осей), превышает значения, указанные в пунктах 2.1 и 2.2 настоящего приложения, то в одобрении типа транспортного средства или свидетельстве о безопасности конструкции транспортного средства делается запись о необходимости оформления специального разрешения для передвижения такого транспортного средства по территории государств — членов Таможенного союза, в случае фактического превышения транспортным средством установленных настоящим техническим регламентом весовых ограничений.
ОБЩАЯ КОМПОНОВКА АВТОМОБИЛЕЙ
Общая компоновка предусматривает рациональное взаимное размещение двигателя, агрегатов и узлов автомобиля, обеспечивающее наиболее эффективное выполнение назначения автомобиля.
Компоновочная схема легкового автомобиля (рис. 2.2) зависит от расположения силового агрегата (двигатель, сцепление, коробка передач) и ведущего моста. Наиболее распространены следующие три схемы:
Первая схема, часто называемая классической, обеспечивает хорошую доступность к двигателю для его обслуживания и ремонта и больший объем багажного отделения. Недостатки этой схемы: от-
Рис. 2.2. Компоновочные схемы легковых автомобилей при расположении силового агрегата:
а — спереди, ведущий мост задний; б — спереди, ведущий мост передний; в — сзади, ведущий мост задний
Рис. 2.3. Компоновочные схемы грузовых автомобилей:
а — кабина за двигателем; б — кабина над двигателем; в — кабина перед двигателем
носительно большая габаритная длина автомобиля и наличие туннеля в полу салона для размещения карданного вала. Такую компоновку применяют в легковых автомобилях среднего, большого и высшего классов.
Вторую схему применяют в автомобилях особо малого, малого и среднего классов. Здесь двигатель, сцепление и коробка передач выполнены в едином картере.
Преимущества схемы: обеспечение хорошей устойчивости и управляемости, минимальная длина автомобиля, уменьшение неснаря- женной массы, отсутствие туннеля в полу салона. Однако при такой схеме затруднен доступ к двигателю для его обслуживания и ремонта.
Третью схему используют в автомобилях особо малого класса с двигателем небольшого рабочего объема.
Компоновочные схемы грузовых автомобилей общего назначения определяются взаимным расположением двигателя и кабины.
Наибольшее распространение получили три основные схемы: кабина за двигателем, над двигателем и перед двигателем (рис. 2.3).
При первой схеме (рис. 2.3, а) обеспечиваются хороший доступ к двигателю, простота конструкции сцепления и коробки передач, расположение водителя и пассажиров в зоне пониженной вибро- нагруженности. Однако при этом увеличиваются база и габаритная длина автомобиля и ухудшается передняя обзорность.
Вторая схема (рис. 2.3, б) позволяет удлинить грузовую платформу, обеспечить загрузку мостов автомобиля до максимально допустимых значений, улучшить переднюю обзорность. Недостатком является необходимость опрокидывания кабины для обеспечения доступа к двигателю.
Третью схему (рис. 2.3, в) применяют при компоновке полноприводных многоосных автомобилей. Она позволяет равномерно распределить осевые нагрузки на дорогу и обеспечивает хорошую обзорность. Однако при такой схеме у автомобиля меньше длина грузовой платформы и затруднен доступ к двигателю и коробке передач.
Компоновочные схемы автобусов зависят от взаиморасположения двигателя и трансмиссии. Основными являются следующие схемы: двигатель расположен впереди переднего моста (рис. 2.4, а), над передним мостом (рис. 2.4, б), под полом в пределах базы (рис. 2.4, в), сзади с продольным (рис. 2.4, гид) или поперечным расположением.
Рис. 2.4. Компоновочные схемы автобусов: а — двигатель впереди переднего моста; б — двигатель над передним мостом; в — двигатель под полом в пределах базы; гид — двигатель сзади
Наибольшие преимущества у схемы с задним расположением двигателя: возможность понижения уровня пола и создания емких багажных отделений; изоляция двигателя от салона и хороший доступ к нему; минимальные вибрация и шум; возможность рациональной планировки пассажирского салона; создание более комфортабельных условий для водителя. Однако при такой схеме трудно управлять силовым агрегатом и сложно разместить радиатор системы охлаждения.