4.Оцінка впливу компоновочних параметрів автомобіля на безпеку руху

Рис.4.1. Габарити автомобіля

Компоновочна схема легкового автомобіля визначається насамперед відносним розташуванням двигуна і ведучих коліс і визначає розміри автомобіля, його масу, розподіл осьових навантажень на дорогу, комфорт пасажирів, стійкість руху.

Основними компонувальними схемами є: класична (рис.1, а), коли двигун розташований попереду, а ведучими колесами є задні; задньопривідна (рис. 1, б), із заднім розташуванням двигуна; передньопривідна (рис. 1, б), з переднім розташуванням двигуна.Класична схема компонування. Понад півстоліття більшість легкових автомобілів компонувати за класичною схемою. У процесі її розвитку зусилля конструкторів були спрямовані на зменшення висоти автомобіля і зсув пасажирського приміщення вперед, в зону комфорту.

Рис 4.2. Основні компоновочні схеми автомобілів

Введення незалежної передньої підвіски, що було обумовлено вимогами підвищення стійкості автомобіля, внесло корективи в класичну схему. Виявилося можливим розподіляти осьові навантаження по мостах порівну, що значно поліпшило комфортабельність і стійкість автомобіля. Крім того, з'явилася можливість знизити висоту центру ваги автомобіля за рахунок наближення двигуна до поверхні дороги без зменшення дорожнього просвіту.

Зрушення кузова вперед супроводжувався переміщенням двигуна вперед разом з першим рядом сидінь, що стало можливим із зменшенням його маси і довжини. Створення V-образних двигунів дозволило ще більше поліпшити можливості компоновки за класичною схемою за рахунок зсуву заднього сидіння вперед від осі задніх коліс в так звану зону комфорту, тобто всередину бази.

Однак в результаті вдосконалення класичної схеми вже не можна було отримати рівномірного розподілу осьових навантажень, що не могло негативно не позначитися на прохідності, керованості і стійкості автомобіля. Застосування ж незалежних підвісок на задніх колесах або зменшення навантаження на передні колеса за рахунок перенесення коробки передач назад і об'єднання її в один блок з головною передачею кілька покращує названі властивості автомобіля, однак це ускладнює конструкцію задньої підвіски.

Відмінною особливістю класичної компоновки є значна загальна довжина автомобіля, що позначається на масі автомобіля, яка безпосередньо впливає на собівартість, паливну економічність та динаміку автомобіля.

До недоліків класичної схеми слід віднести наявність тунелю для карданного валу, що погіршує умови розміщення пасажирів на задньому сидінні, а також їх вхід в автомобіль і вихід з нього.

До переваг класичної схеми компонування можна віднести наступні: простоту конструкції передньої підвіски, можливість установки двигуна більшої довжини, простоту ізоляції салону від шуму двигуна, рівномірне зношування шин, а також високу ефективність опалення в результаті наявності коротких повітряних і водяних теплових трас, ефективне охолодження двигуна завдяки розташуванню радіатора в передній частині автомобіля, можливість отримати просторий богажнік, простоту приводу перемикання передач і ін Крім того, при повному завантаженні автомобіля основне навантаження припадає на провідні задні колеса, що важливо для автомобілів-фургонів, пікапів.

Задньопривідна схема компонування із заднім розташуванням двигуна. Пошук компонувальних схем, що забезпечують найбільш високі споживчі якості автомобіля, привів до створення задньопривідних автомобілів з двигуном, розташованим позаду. Поява такої компоновки зумовило створення загального силового агрегату, в який входили б двигун, зчеплення, коробка передач і головна передача при розрізної задньої ведучої осі. Розташування двигуна ззаду дозволило поліпшити оглядовість, зменшити базу і габаритні розміри автомобіля, підвищити його маневреність при зниженні маси. При передньому звисі звичайної довжини автомобіль із заднім розташуванням двигуна коротше автомобіля, сконструйованого за класичною схемою компонування, на 10%. Вартість його менше, пасажири розташовуються в зоні комфорту.

До переваг задньопривідною схеми компонування із заднім розташуванням двигуна, крім згаданих вище, можна також віднести: простоту конструкції передньої підвіски, можливість розгону на мокрій дорозі, при ожеледі і на підйомі, а також відсутність тунелю в підставі кузова. Проте досвід експлуатації автомобілів показав, що дана схема компонування має і ряд суттєвих недоліків, практично майже не усунених. Основні з них такі: зайва обертальність і нестійкість руху на поворотах і при прямолінійному русі через значну перевантаження задніх коліс і шин, обмежені розміри багажника, складність комунікацій між механізмами управління та силовим агрегатом, погана керованість при ожеледі у зв'язку з малим навантаженням передніх коліс , підвищена чутливість автомобіля до дії бічного вітру та ін.

Передньопривідна схема з переднім розташуванням двигуна. Більшість автомобілів, що випускаються в даний час, виконані по передньопривідною схемою з переднім розташуванням двигуна. Такі автомобілі випускаються у всіх класах - від особливо малого до вищого.

Пояснюється це насамперед можливістю значного поліпшення стійкості автомобіля. Автомобілям з переднім приводом властива «недостатня» обертальність, так як на передні колеса доводиться значно більше навантаження, ніж на задні і, крім того, передні, а не задні колеса працюють у провідному режимі. Автомобіль цього типу, рухаючись з високими швидкостями по прямій траєкторії, не вимагає частого впливу водія на рульове колесо для збереження прямолінійного руху.

При приводі на передні колеса автомобіль менш схильний до заносу на поворотах і на слизькому дорожньому покритті і, крім того, занос легко запобігається збільшенням тягового зусилля, тобто за рахунок збільшення швидкості руху; автомобіль, сконструйований по передньопривідною схемою, в порівнянні з автомобілем із заднім приводом приблизно в два рази менш чутливий до впливу бокового вітру.

Прохідність автомобіля з переднім приводом при русі по м'яким грунтам вище, ніж автомобіля із заднім приводом (передні колеса, накочуючись в провідному режимі на перешкоду, легко долають його, в той час як у веденому режимі вони чи деформують грунт, якщо він м'який, або просто впираються в нього, стискаючи шину). Задні колеса, рухаючись у веденому режимі, йдуть по ущільненої колії передніх.

У виробництві передньопривідна схема компонування автомобіля дає можливість знижувати його масу або матеріаломісткість на 6 ... 10% (максимальне зменшення маси забезпечується при поперечному розташуванні двигуна). Цьому сприяє скорочення загальної довжини автомобіля, виключення з його конструкції карданного валу, використання менш металлоемкого заднього моста, об'єднання в один блок головної передачі і коробки передач. Номенклатура деталей передньопривідного автомобіля також скорочується. Крім того, при поперечному розташуванні двигуна конічні шестерні головної передачі замінюють циліндричними, завдяки чому знижується трудомісткість їх виготовлення, усувається необхідність у регулюванні при збірці на заводі і в експлуатації. Більш того, при поперечному розташуванні двигуна і відмову від конічних шестерень можна використовувати загальну мастильну систему для коробки передач і головної передачі.

Конструювання автомобіля по передньопривідною схемою компоновки стримувалося відсутністю довговічною конструкції карданних шарнірів передніх ведучих і керованих коліс, а також невдалим розподілом навантаження між передніми провідними (45%) і задніми (55%) колесами, пов'язаних зі збереженням компоновки пасажирського салону за зразком салону автомобіля, створеного за класичною схемою компонування. Внаслідок цього при повному завантаженні салону погіршувалася прохідність автомобіля, особливо під час подолання слизьких підйомів.

Для автомобілів з переднім приводом одні фірми вибирали схему компоновки з поперечним розташуванням двигуна, інші - з двигуном, розташованим по осі автомобіля. Перша забезпечувала отримання всіх переваг від застосування переднього приводу, друга - лише поліпшення ходових якостей автомобіля і комфорту для пасажирів. Провідні зарубіжні фірми в основному прийняли більш раціональну компоновку - з поперечним розташуванням двигуна. Найбільш сучасними в компонувальному відношенні є автомобілі «Audi 50», «Ford Fista», «Fiat 127» і «Volkswagen Polo» з поперечним розташуванням двигуна. Розподіл навантаження осьових навантажень цих автомобілів складає 61 і 39%. За такою ж схемою виконані і автомобілі ВАЗ-2108 і ЗАЗ-1102.

На легкових автомобілях в ненавантаженому стані розподіл осьових навантажень залежить в першу чергу від типу приводу: при розташуванні двигуна в задній частині автомобіля збільшується задня осьова навантаження, а в передньопривідних - передня. У табл. 1 наведені середні значення розподілу осьових навантажень та залежність їх від завантаженості автомобіля.

Як видно, вага двох чоловік, що знаходяться на передніх сидіннях, майже не впливає на розподіл осьових навантажень автомобіля передньопривідною схеми компонування (дані у %).

Табл. 4.1. Середні значення розподілу осьових навантажень на дорогу для різних схем компоновки і навантажувальних станів автомобілів, %

При повному завантаженні автомобіля на розподіл осьових навантажень впливають розміри і розташування багажника, тобто задній звис. Щоб не погіршувалися динамічні якості автомобіля і його здатність долати підйоми в зимових умовах, відносне розвантаження передніх коліс має бути незначним.

При класичній схемі компоновки вага двох чоловік, що сидять на передніх сидіннях, практично не змінює розподіл осьових навантажень на дорогу ненавантаженого автомобіля, при якому на передні колеса припадає 48 ... 56% ваги автомобіля і 44 ... 52% - на задні. Можна вважати, що при максимальному навантаженні відносно легких автомобілів відбувається збільшення задньої осьового навантаження на дорогу на 3 ... 10% (і, відповідно, таке ж зменшення передньої осьового навантаження), так що в середньому припадає 43% ваги автомобіля на передню вісь і 57% - на задню.

Більш важкі легкові автомобілі менш чутливі до навантаження, розподіл осьових навантажень у них змінюється приблизно на 4%.

У зв'язку зі зменшенням навантаження від переднього моста при максимальному завантаженні автомобіля раніше на автомобілях середнього класу прагнули збільшити навантаження на дорогу від передніх коліс ненавантаженого автомобіля (до 56% ваги автомобіля), але такі автомобілі мають на задньому мосту всього 44% ваги автомобіля, що не забезпечує ні прохідності, ні хорошої керованості на слизьких дорогах взимку і влітку.

В даний час осьові навантаження в автомобілів з класичною схемою компонування прагнуть розподіляти по 50% ваги автомобіля в ненавантаженому стані, що поліпшує стійкість і керованість автомобіля при частковому навантаженні.Межа, який в даний час може бути прийнятий для класичної схеми компонування - 53% навантаження на передній міст в ненавантаженому стані.В автомобілях із заднім розташуванням двигуна осьові навантаження з точки зору забезпечення безпеки руху розподіляються гірше.