Компоновки легковых автомобилей: а — классическая; б — переднеприводная; в — заднемоторная; г — полноприводная с двигателем на базе классической; д — среднемоторная
— классическая (а) — двигатель продольно расположен спереди, ведущие колеса задние, трансмиссия занимает пространство под полом кузова между двигателем и задней осью (компоновка позволяет использовать в качестве несущей системы раму); — переднеприводная (б) — двигатель размещен спереди продольно или поперечно, ведущие колеса передние, трансмиссия объединена с двигателем; — заднемоторная (в) — двигатель расположен сзади, ведущие колеса задние, трансмиссия объединена с двигателем; — среднемоторная (д) — двигатель расположен между передней и задней осями, ведущие колеса задние, трансмиссия объединена с двигателем. Преимущества и недостатки различных компоновок приведены в таблице Каждая из представленных компоновок может иметь полноприводной вариант, при котором ведущими являются все колеса. Это делается с целью повышения проходимости, а также и управляемости автомобиля, но связано с усложнением конструкции трансмиссии.
Преимущества и недостатки различных компоновок легковых автомобилей
Переднеприводная
Классическая
Среднемоторная
Заднемоторная
Тяговые свойства — порожний автомобиль
+
—
+
+
Тяговые свойства — груженый автомобиль
—
+
+
+
Развесовка (распределение веса автомобиля по осям)
Компоновка — это взаимное расположение основных агрегатов и компонентов автомобиля. Понятие компоновки включает число колёс, расположение управляемых колёс, расположение ведущих колёс и расположение двигателя. Абсолютное большинство легковых автомобилей имеют четыре колеса, из которых два передних — управляемые, поэтому под компоновкой обычно подразумевается расположение двигателя (спереди, сзади или по центру) и тип привода (задний, передний или полный). Соответственно выделяют восемь вариантов компоновки:
Расположение двигателя
Привод
Задний
Передний
Полный
Спереди
Двигатель спереди, задние колёса ведущие. Такая компоновка получила название классической, так как была распространена на большинстве серийных автомобилей до конца 70-х гг. Долгое время считалась самой оптимальной и простой для автомобиля, так как не требовала сложного механизма переднего привода, обеспечивала равномерное распределение веса, давала возможность установки любого двигателя независимо от длины и была достаточно надёжной. Со временем конструкторы осознали недостатки классической компоновки, связанные с большой массой, трансмиссионными потерями мощности, склонностью к заносу и пробуксовке и нерациональным использованием внутреннего пространства (наличие трансмиссионного тоннеля). В наше время заднеприводную компоновку имеют только спорткары и модели представительского класса. Это объясняется её высокой стоимостью и преимуществами при разгоне и управляемом заносе.
При классической компоновке двигатель всегда расположен продольно, но может находится как над передней осью, так и перед ней или за ней. Что касается трансмиссии, то здесь существует два варианта: либо коробка передач и сцепление находятся в одном блоке с двигателем и связаны с задним мостом карданным валом, либо они сблокированы с главной передачей и соединены карданным валом с двигателем. В первом случае обычно применяется жёсткий задний мост, во втором требуется независимая задняя подвеска.
Двигатель спереди, передние колёса ведущие. Первые серийные автомобили с передним приводом появились в конце 20-х гг., но на тот момент эта технология была ещё недостаточно развитой и дорогой в производстве. В США вплоть до конца 70-х гг. встречались только переднеприводные модели высшего класса, а в Европе, наоборот, такая компоновка была распространённой на малолитражках. К началу 70-х гг., когда появились достаточно надёжные шарниры равных угловых скоростей, переднеприводные автомобили стали набирать популярность, и сегодня они намного превосходят по продажам заднеприводные.
В переднеприводных автомобилях двигатель объединён в один блок с коробкой передач и передним мостом. Он может располагаться перед, за или над передней осью, продольно или поперечно. Продольная установка двигателя сегодня практически не встречается, так как поперечная даёт больше преимуществ: значительное сокращение длины, простую конструкцию трансмиссии и дешевизну в производстве. В целом переднеприводные автомобили отличаются хорошей управляемостью, большим пространством салона и ровным полом. Недостатки компоновки — недостаточная поворачиваемость, перегрузка передней оси, ограниченная мощность двигателя и низкая проходимость.
Компоновка легковых автомобилей
Доброго времени суток, дорогой читатель!
Целью данного Дзен-канала является повышение уровня автомобильной культуры. Мы работаем специально для вас, переходя от простых и общих тем к более детальному обзору конкретных механизмов.
Сегодня с вами мы рассмотрим виды компоновок легкового автомобиля, преимущества и недостатки каждого из них.
Компоновка — это взаимное расположение агрегатов автомобиля.
Начнем с так называемой «классической» компоновки. Визуальным примером нам послужит ГАЗ-24.
Конечно, это не единственный автомобиль такой компоновки — ВАЗ 2101 -07, ИЖ «Ода», все серийные «Москвичи» до модели 2141 являются автомобилями классической компоновки. Это роднит их с новыми BMW и Mercedes, которые одни из немногих, кто до сих пор верен такому решению.
Возвращаясь к сути, классическая компоновка — мотор спереди, ведущие колеса (те, к которым от двигателя приходит крутящий момент) задние.
+простая конструкция передней подвески
+возможность установки более габаритного двигателя
+эффективное охлаждение ДВС и системы отопления салона
+простота привода переключения передач в КПП
+при загрузке автомобиля вес приходится на ведущие колеса, улучшая сцепление с дорогой
-утяжеление кузова из-за наличия тоннеля карданного вала
-исходя из пункта выше — в салоне этот тоннель съедает полезное пространство
— склонность к заносу, который при отсутствии опыта вождения легко становится неуправляемым
-из-за расположения трансмиссии под полов в салоне становится шумнее
Данная компоновка на данный момент наиболее распространена на автомобилях. Для производителей она дешевле (в большинстве своем нет карданных валов, главная передача и дифференциал стоят не отдельно в мосту, как на классической компоновке, а в кпп), для потребителей — проще в обслуживании, безопаснее и более акустически комфортна. По сути, переднеприводная компоновка — двигатель и ведущие колеса спереди автомобиля.
+автомобиль менее склонен к заносу (однако склонен к недостаточной поворачиваемости)
+тише в салоне из-за отсутствия под ним элементов трансмиссии
+эффективное охлаждение ДВС и системы отопления салона
-загруженный автомобиль несколько теряет сцепление с дорогой ввиду разгрузки ведущих колёс
-может иметь больший салон, чем аналогичный кузов автомобиля, рассчитанный под классическую компоновку
Тут, конечно, хорошим примером будет герой многих анекдотов — «горабтый» 965ый ЗаЗ.
Конечно, из известных можно было бы добавить и большую часть автомобилей Porsche, однако уж если по распространенным компоновкам стали приводить в пример отечественные авто, то тогда уж и продолжим.
Ну и как следует из названия, заднемоторная компоновка — это расположение двигателя и ведущих колес в задней части автомобиля
+отличные тяговые свойства вне зависимости от загруженности
+меньшая масса авто
+не самый шумный салон
-проблемно сделать хорошее охлаждение
-маленькое багажное отделение
-увеличение длинны приводов управления трансмиссией и системами двигателя
-невозможно сделать много видов кузовов
Среднемоторная (центральномоторная) компоновка
Одна из наиболее сбалансированных по развесовке компоновка. Именно она используется в спорт-карах, как в гражданских, так и в Формуле 1.
Среднемоторная компоновка — двигатель находится внутри колесной базы (колесная база — расстояние между центрами передней и задней оси колёс).
Данная компоновка крайне не удобна для большинства автомобилей, используемых каждый день — в них достаточно шумно в салоне, мало посадочных мест, и не очень удобное обслуживание
+ и — аналогичны заднемоторному варианту, кроме шума в салоне — среднемоторная несколько громче.
Итак, сегодня мы узнали основные типы компоновки легковых автомобилей, разобрали их типичные положительные и отрицательные стороны. В дальнейшем мы разберём, какие типы кузовов бывают, и многие другие вещи, не пропусти, дорогой читатель!
Компоновка машины общие устройства
Автомобиль — это сложная механическая система, состоящая из набора взаимосвязанных узлов и агрегатов, выполняющих различные функции. Традиционно в конструкции автомобиля выделяли три основных блока: двигатель как источник механической энергии, шасси как совокупность элементов передачи крутящего момента к ведущим колёсам и управления автомобилем и кузов как внешняя оболочка и пространство для размещения пассажиров и багажа. С появлением несущих кузовов границы между кузовом и шасси практически стёрлись, но сохранилось функциональное разделение автомобиля на механическую часть, салон, грузовое отделение и внешнее оформление. Подробнее об экстерьере и интерьере автомобиля см. страницы Дизайн автомобиля и Интерьер автомобиля.
Во внутреннем устройстве автомобиля можно выделить шесть структурных компонентов:
несущую конструкцию;
двигатель;
трансмиссию;
ходовую часть;
системы управления;
электрооборудование.
Устройство автомобиля
Несущая конструкция
Несущая система автомобиля представляет собой остов, к которому крепятся все остальные агрегаты: двигатель, трансмиссия, подвеска, рулевое управление и т.д. Несущее основание должно быть достаточно прочным и жёстким, так как на него приходится основная нагрузка при движении автомобиля. Существует два типа несущих систем: отдельная рама (шасси) и несущий кузов.
Рама — это металлическая конструкция, которая несёт на себе кузов и другие компоненты. У автомобилей с отдельной рамой кузов является независимым структурным элементом и крепится к раме с помощью кронштейнов. Рама, двигатель, трансмиссия, подвеска, колёса и системы управления вместе образуют отдельное шасси, способное самостоятельно передвигаться без кузова. Рама обычно сделана из стали или алюминия и сама по себе выступает элементом пассивной безопасности машины.
По форме выделяют несколько разновидностей рам:
Лонжеронная (лестничная) рама состоит из двух продольных лонжеронов, соединённых поперечинами (траверсами), которые бывают прямыми, К-образными, Х-образными или трубчатыми. Лонжероны имеют прямоугольное швеллерное или замкнутое (короб) сечение, либо круглое сечение (трубчатая рама).
Периферийная рама — тоже состоит из продольных лонжеронов, но они расположены по периметру кузова на большом расстоянии друг от друга. В отличие от обычной лестничной, такая рама позволяет значительно опустить пол автомобиля и уменьшить его общую высоту.
Хребтовая рама — несущим элементом шасси является толстая центральная труба, соединяющая двигатель, коробку передач и ведущий задний мост.
Вильчато-хребтовая и Х-образная рамы — первая представляет собой хребтовую раму с передней и задней вилками для крепления двигателя и заднего моста, вторая — раму с продольными лонжеронами, в центральной части объединёнными в закрытый трубчатый профиль.
Несущее основание — хребтовая или лонжеронная рама, объединённая с полом автомобиля для повышения жёсткости, при этом пол в салоне отделён от кузова.
Преимущества рамной конструкции заключаются в простоте конвейерной сборки, возможности постоянного изменения дизайна автомобиля, простоте замены повреждённых панелей кузова, способности выдерживать большие нагрузки и хорошей шумо- и виброизоляции салона. В то же время рамные автомобили всегда тяжелее машин с несущим кузовом, при этом их конструкция невыгодна с точки зрения безопасности и рационального размещения узлов и агрегатов, а салон меньше по объёму из-за проходящих под кузовом лонжеронов. В наше время рамное шасси сохранилось только на грузовиках, полноразмерных пикапах и больших внедорожниках.
В современных легковых автомобилях функции рамы выполняет несущий кузов, который несёт на себе всё внутреннее оборудование. Как правило, такой кузов имеет несущий каркас из сваренных деталей и днище, а к ним крепятся подвижные элементы (двери, капот, багажник). Ранние автомобили с несущим кузовом оснащались приваренной к кузову обычной рамой или передним и задним подрамниками, забиравшими на себя часть нагрузки. Среди несущих кузовов различают каркасно-панельные (все внешние панели закреплены на внутреннем металлическом или деревянном каркасе), скелетные (панели являются несущими наряду с каркасом) и оболочковые (панели сварены в цельный корпус, заменяющий каркас) конструкции. Также существует бескаркасно-скорлупный тип несущего кузова (монокок), выполненный из высокопрочных композитных материалов (стеклопластика, углеродного волокна) и не требующий дополнительных усилений (хотя иногда объединённый с лонжеронными подрамниками).
Промежуточное положение между рамой и несущим кузовом занимает т.н. пространственная рама, которая сделана из алюминия или прочной стали и несёт на себе как внутренние агрегаты, так и отдельные панели кузова (обычно алюминиевые или пластиковые). На спортивных и гоночных автомобилях часто использовалась жёсткая пространственная рама из тонких труб.
Лестничная рама
Х-образная рама
Двигатель
Двигатель — источник механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Двигатель вырабатывает механическую энергию за счёт преобразования другого вида энергии (энергии сгорания топлива, электричества, солнечной энергии и т.д.). Соответственно выделяют несколько типов двигателей, различающихся по конструкции и используемому топливу:
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — Поршневой ДВС — Роторно-поршневой ДВС — Газотурбинный ДВС
Двигатель внешнего сгорания — Паровой двигатель
Реактивный двигатель
Электрический двигатель — с питанием от аккумулятора — с питанием от топливных элементов — на солнечных батареях
Гибридный двигатель — электромотор + поршневой ДВС
В наше время наиболее распространёнными на легковых автомобилях остаются четырёхтактные поршневые ДВС, которые делятся на бензиновые и дизельные. Конструкция поршневого ДВС включает не только сам двигатель (блок цилиндров, головка блока, КШМ, ГРМ), но и вспомогательные механизмы (системы хранения и подачи топлива, выпуска отработавших газов, охлаждения и смазки). Подробнее см. страницы Двигатель внутреннего сгорания и Виды ДВС.
Трансмиссия
Трансмиссия — это совокупность агрегатов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам, а также изменения его величины и направления. Простейшим вариантом трансмиссии является прямая передача, соединяющая двигатель с ведущим мостом напрямую. Однако в большинстве случаев частота вращения коленчатого вала поршневого ДВС не совпадает с оборотами колёс, поэтому возникает необходимость изменения передаточного числа трансмиссии. Для этого в состав трансмиссии автомобиля входят следующие компоненты:
Сцепление — механизм, соединяющий двигатель с коробкой передач. Устанавливается только на автомобили с механической или роботизированной (секвентальной) коробкой передач. В первом случае сцепление управляется педалью, во втором — автоматически при помощи электроприводов. Сцепление состоит из одного или нескольких фрикционных дисков и пружин, прижимающих их к маховику двигателя. При нажатии педали (выключении сцепления) двигатель разъединён с трансмиссией, при отпущенной педали (включении сцепления) — соединён. Сцепление необходимо выключать при переключении передач, так как под нагрузкой крутящим моментом переключение невозможно. Сцепления бывают однодисковые и многодисковые, сухие и мокрые (работающие в масляной ванне).
Коробка передач (КПП) — механизм, предназначенный для изменения частоты вращения приводного вала и преобразования крутящего момента. Коробка передач исправляет несоответствие оборотов коленчатого вала (от 500-800 до 5000-10000 об/мин) и ведущих колёс (0-2000 об/мин) и обеспечивает оптимальное использование мощности и крутящего момента. Коробки передач бывают механические, полуавтоматические, автоматические, вариаторные и автоматизированные (роботизированные). Подробнее см. страницу Коробка передач.
Главная передача — механизм, увеличивающий крутящий момент и передающий его к ведущим колёсам. Главные передачи бывают цепные и зубчатые (червячная, коническая, гипоидная и цилиндрическая). Основной характеристикой главной передачи является передаточное число, показывающее отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Существуют главные передачи с возможностью выбора одного из двух передаточных чисел.
Дифференциал — устройство, распределяющее крутящий момент между ведущими колёсами или ведущими мостами. Соответственно дифференциалы бывают межколёсными и межосевыми (в автомобилях с несколькими ведущими осями). Межколёсный дифференциал предотвращает проскальзывание ведущих колёс, возникающее при повороте автомобиля, когда они проходят разный тормозной путь. Дифференциал имеет планетарную конструкцию и состоит из конической зубчатой передачи карданного вала, корпуса и независимых друг от друга шестерней (сателлитов), вращающих полуоси. Обычный дифференциал имеет один недостаток: если одно из колёс теряет сцепление с дорогой, весь крутящий момент передаётся на него, а второе колесо остаётся неподвижным, что приводит к пробуксовке. Эта проблема решается либо ручной блокировкой дифференциала, либо использованием специального дифференциала с ограниченным проскальзыванием. Самоблокирующиеся дифференциалы бывают фрикционные (с вискомуфтой), шестерёнчатые и с электронным управлением.
Карданные передачи — служат для передачи крутящего момента между валами, не лежащими на одной прямой или изменяющими свои положения в пространстве. Состоят из карданных валов, шарниров, промежуточных опор и соединительных устройств. В заднеприводных автомобилях обычно используется один карданный вал, соединяющий коробку передач с ведущей осью.
Ведущий мост — конструктивный элемент трансмиссии, объединяющий главную передачу, дифференциал и полуоси с ведущими колёсами.
Трансмиссия полноприводных автомобилей имеет свои особенности. Различают подключаемый вручную (4WD), подключаемый автоматически и постоянный (AWD) полный привод. В первом случае автомобиль оснащается дополнительной раздаточной коробкой, распределяющей крутящий момент между ведущими мостами, обеспечивающий устойчивое движение машины по бездорожью на понижающих скоростях и отключающая одну ось. Во втором случае обычно применяется вискомуфта в сочетании с самоблокирующимся дифференциалом (Torsen), а в автомобилях с постоянным полным приводом наряду с двумя межколёсными дифференциалами устанавливается центральный межосевой дифференциал.
Ходовая часть
Ходовая часть автомобиля состоит из мостов, подвески и колёс (дисков и шин). Легковой автомобиль обычно имеет два моста (передний и задний) и четыре колеса, два или четыре из которых ведущие (колёсная формула 4х2 или 4х4). Исключения составляют трёхколёсные микрокары и машины со сдвоенной передней или задней осью.
Колесо — это движитель автомобиля, обеспечивающий его связь с дорогой и передвижение по ней. Колесо обычно состоит из ступицы, диска и металлического обода, а одевающаяся на обод шина является отдельным элементом. Размер колеса — это диаметр его обода в дюймах, обычно колеблется в пределах 10-25″. В каждом автомобиле есть ведущие (соединённые с трансмиссией и создающие при контакте с дорогой тяговое усилие), ведомые и управляемые (поворачивающиеся по команде водителя) колёса. Управляемые колёса всегда передние, ведущими могут быть как передние, так и задние. По конструкции выделяют следующие виды колёс:
Спицованные — с деревянными или металлическими спицами, встречаются только на классических автомобилях.
Стальные штампованные — сделаны из стального листа, диск приваренный к ободу.
Легкосплавные — изготовлены из алюминиевого или магниевого сплава, бывают литые, кованые и комбинированные.
Композитные — сделаны из лёгких композитных материалов.
Шина — упругая резиновая оболочка колеса, обеспечивающая сцепление с дорогой и поглощающая удары. Пневматическая шина состоит из покрышки с протектором и камеры (в бескамерных шинах камера отсутствует). В зависимости от внутренней структуры различают радиальные и диагональные шины, от предназначения — летние, зимние и всесезонные. В маркировке шины по метрической системе указываются ширина профиля (мм), отношение высоты профиля к ширине (%), тип (радиальная или диагональная) и диаметр обода («). Например, 225/50 R16.
В особых случаях вместо колёс на автомобилях применяются комбинированные движители. Это может быть полугусеничный движитель, состоящий из передних колёс (иногда со съёмными лыжами) и одного или двух задних мостов на гусеницах. Полугусеничные движители использовались на довоенных автомобилях повышенной проходимости и автосанях. Очень редко встречаются комбинации колёс и водомётного движителя (в амфибиях) или лопастного винта (в автомобилях на воздушной подушке).
Мост — это агрегат, соединяющий колёса на одной оси. Мосты крепятся к раме или несущему кузову с помощью подвески (см. Подвеска). Мост может быть ведущим (с ведущими задними колёсами), управляемым (в заднеприводных автомобилях с ведомыми передними колёсами), комбинированным (в переднеприводных и полноприводных автомобилях с ведущими передними колёсами) и поддерживающим (в переднеприводных автомобилях с ведомыми задними колёсами). По типу подвески выделяют неразрезные (зависимая подвеска) и разрезные (независимая подвеска) мосты.
Системы управления
К системам управления автомобилем относят рулевое управление, тормозную систему и электронные системы управления двигателем, трансмиссией и т.д.
Назначение рулевого управления заключается в изменении направления движения автомобиля за счёт поворота управляемых колёс. Состоит из рулевого колеса, рулевого механизма и рулевого привода. Водитель управляет автомобилем, вращая рулевое колесо, расположенное под необходимым углом. Рулевой механизм увеличивает приложенное усилие водителя и преобразует вращательное движение рулевого колеса в поступательное движение рулевых тяг. Он имеет передаточное число, обеспечивающее поворот колёс на максимальный угол за несколько оборотов рулевого колеса. Рулевой привод — это система тяг и шарниров, соединяющих рулевой механизм с управляемыми колёсами независимо от колебаний подвески. Детали рулевого привода образуют рулевую трапецию.
Существует три основных типа рулевых механизмов: — глобоидально-червячный (состоит из закреплённого на рулевом валу глобоидального червяка и ролика, вращающего связанную с рычагами ось); — винт-шариковая гайка (винтовой вал рулевого колеса перемещает гайку, связанную через тяги с рулевой трапецией); — реечный (закреплённая на рулевом валу шестерня двигает рейку, которая через тяги поворачивает колёса).
Для снижения прикладываемого к рулевому колесу усилия применяются усилители рулевого управления. Они бывают трёх типов: гидравлические (ГУР), электрогидравлические (ЭГУР) и электрические (ЭУР).
Тормозная система предназначена для снижения скорости движения автомобиля вплоть до полной остановки, а также для надежного удержания его на месте. Рабочая тормозная система обеспечивает замедление и остановку автомобиля, а стояночная — удерживает его неподвижно на дороге. Подробнее см. страницу Тормоза