Водитель может не иметь ни малейшего представления о том, что скрывается под капотом, под полом кузова, под обивкой салона, но обязательно должен знать, как поведет себя автомобиль в экстремальной ситуации. Что, например, произойдет, если на скользкой дороге резко газануть или ударить по тормозу, да еще проделать это при входе в поворот, к тому же на большой скорости? И вообще, от чего зависит, выражаясь профессиональным языком, управляемость автомобиля? Ответ один — от типа привода, то есть от того, какие колеса являются ведущими и где расположен двигатель.
Споры о том, какой привод лучше — задний, передний или на все колеса, — ведутся, наверное, с момента изобретения автомобиля. И, думаю, будут продолжаться. На выбор типа привода той или иной модели существенно влияют в том числе и традиции автопроизводителей. Всего существует 4 варианта расположения двигателя и ведущих колес (речь идет только о двухосных автомобилях): передний привод, классическая компоновка, привод на все колеса, заднемоторная и среднемоторная компоновка с приводом на задние колеса. Впрочем, теоретически возможна и компоновка, когда двигатель расположен сзади, а ведущие колеса — спереди.
Пристрастия автомобилестроителей со временем менялись: начиналось все с заднемоторной компоновки, затем настал черед классической. Несколько позже появились передний и полный приводы. Какое-то время все они равноправно сосуществовали, но сейчас заднемоторные автомобили почти вышли из употребления. Сократилось и число машин классической компоновки — их место заняли переднеприводные и полноприводные автомобили. С них и начнем.
Существует несколько разновидностей компоновок с приводом на передние колеса. Начнем с двигателя, установленного продольно перед передней осью. Такую схему любит Audi. Вынесенный вперед двигатель повышает нагрузку на ведущую ось, что улучшает тяговые характеристики автомобиля. Кроме того, на машине можно свободно разместить большие рядные или V-образные двигатели. Длинный передний свес, помимо всего прочего, работает как сминаемый элемент при лобовых столкновениях. Еще два плюса такой схемы — сравнительно простая коробка и механизм переключения передач.
Основные недостатки: увеличенное усилие на рулевом колесе, сильно выраженная недостаточная поворачиваемость автомобиля (об этом свойстве мы расскажем ниже), неблагоприятное распределение тормозных сил.
Продольно разместив двигатель за передней осью, можно добиться отличной плавности хода, так как колесная база при такой компоновочной схеме получается достаточно длинной. Но развесовка автомобиля в этом случае несколько хуже, чем в случае размещения двигателя перед осью. С этим можно мириться на машинах малого и среднего класса.
Существенным недостатком такой схемы является то, что двигатель слишком близко к салону. Это приводит к повышенному нагреву салона, затрудняет доступ к двигателю и очень плохо при лобовом столкновении. А привод механизма переключения передач приходится тянуть над или под силовым агрегатом. Такую компоновку использовали на переднеприводных машинах в 30-е годы (американский Cord), дольше всего она продержалась на Citroen Traction Avant (1934-1955 годы), Citroen DS (1955-1974 годы) и на Renault моделей 4, 16 и 5 — с конца 50-х до 1984 года.
Продольно расположенный двигатель можно установить и над передней осью, а главную передачу расположить под ним. Основные преимущества такого решения: хороший обзор и маневренность из-за небольшого переднего свеса, компактный силовой агрегат и неплохая развесовка. Недостатки: сложная конструкция коробки передач, меньший КПД и большая стоимость. Примеры автомобилей такой схемы: SAAB моделей 99 и 900 (только образца 1968 года), Toyota Tercel. Самый большой автомобиль, решенный по этой схеме — Oldsmobile Toronado 1964 года, 2-дверное 5-местное купе длиной 5,4 м, оснащенное V-образной восьмеркой с рабочим объемом около 7 л и мощностью 400 л. с. Это был первый послевоенный американский переднеприводный автомобиль.
Надо сказать, что сегодня в переднеприводных автомобилях продольно расположенный двигатель за или над передней осью уже не ставят — эти схемы вытеснены поперечным силовым агрегатом.
Эпоха современных переднеприводных автомобилей началась 35 лет назад, с появлением первой серийной Mini — легендарной машины, в которой двигатель был расположен поперечно. Коробка передач находилась под ним. Силовой агрегат получился очень компактным, так как двигатель и коробка имели общую масляную ванну. Преимущества этой схемы следующие: короткий моторный отсек, хорошая обзорность. К тому же между арками передних колес можно поместить достаточно длинный силовой агрегат. Отметим и недостатки — затрудненный доступ к двигателю и сложная конструкция коробки передач. Тем не менее эта схема дожила до наших дней и на Mini, и на маленьких Peugeot и Citroen.
В 1968 году на Fiat 128 и Simca 1100 двигатель установили поперек, а коробку передач — вслед за ним, на продолжении оси коленчатого вала. Но всеобщее признание к этой компоновке пришло только в 1973 году, когда концерн VW-Auto Union начал выпускать автомобили Audi 50, Volkswagen Polo, Golf и Scirocco. Поскольку коробка передач на продолжении оси коленчатого вала проста по конструкции, такая схема весьма рентабельна. И сейчас она применяется на подавляющем большинстве массовых автомобилей. Но для того чтобы силовой агрегат поместился между нишами передних колес, нужны короткий двигатель и очень компактная коробка. Как правило, в такой схеме сегодня используют или 4-цилиндровые рядные двигатели, или V-образные шестерки. Правда, Volvo на модели 850 ухитрилась поставить 5-цилиндровый рядный двигатель, а на Cadillac Seville стоит даже V8. Но у этих машин довольно широкая колея.
Несимметричное положение коробки передач в такой компоновочной схеме вынуждает применять полуоси разной длины, что отрицательно влияет на управляемость автомобиля и плавность хода. На массовых автомобилях с этим мирятся, на более дорогих машинах стараются установить одинаковые полуоси.
Перейдем теперь к классической компоновке — с передним расположением двигателя и задними ведущими колесами — до сих пор очень широко распространенной во всем мире. Для Mercedes-Benz, BMW и Rolls-Royce такая компоновка традиционна.
У большинства автомобилей классической компоновки двигатель и коробка передач расположены спереди, а главная передача и дифференциал — сзади. Преимущества этой схемы: между нишами передних колес можно свободно разместить двигатель большого рабочего объема, а передние (управляемые) колеса получают оптимальную нагрузку. На некоторых, главным образом спортивных, автомобилях для оптимальной развесовки двигатель сдвигают назад, за переднюю ось. Продольная установка коробки передач позволяет упростить механизм переключения и получить высокий КПД на прямой передаче.
Однако из-за того, что трансмиссия и задний мост в классической компоновке занимают много места, уменьшаются салон и багажник. Избавиться от тоннеля в полу кузова удается только на представительских автомобилях.
Желая улучшить развесовку и увеличить нагрузку на задние колеса, конструкторы перенесли коробку передач назад, объединив ее с главной передачей. Такой вариант классической компоновки назвали Transaxle. Но при нем усложняется управление коробкой передач. Встречалась эта схема в основном на мощных автомобилях, главным образом спортивных. Ее использовали Alfa Romeo, Lancia, Volvo, а сейчас — только Porsche.
Чем отличаются заднемоторная и среднемоторная компоновки? В том случае, если двигатель находится за задней осью, компоновку называют заднемоторной, если же он размещен в базе — среднемоторной. В обоих случаях коробка передач может оказаться по другую сторону оси.
Заднемоторная схема получила распространение в Европе после войны. По сравнению с другими она наиболее проста и дешева. Стоимость да еще хорошая тяга ведущих колес — все преимущества этой компоновки. Недостатков явно больше — перегруженные задние колеса, недостаточная устойчивость, маленький багажник между нишами передних колес, длинные магистрали управления двигателем и коробкой передач, меньшая безопасность при лобовых столкновениях. Изъяны эти стали все больше проявляться с ростом скорости машин и с ужесточением требований к их безопасности и комфорту. Сейчас заднемоторная компоновка сохранилась только на устаревшем Fiat 126 и на спортивных Porsche 911 и Renault Alpine V6 GT.
А вот среднемоторные автомобили (они исключительно спортивные и гоночные) выпускают многие фирмы, например, Ferrari, Lamborghini, Lotus. Не существует ни одной 4-местной среднемоторной машины. Это естественно, ведь на месте заднего сиденья расположен двигатель. Наиболее тяжелые агрегаты находятся рядом с центром тяжести автомобиля, что позволяет развивать высокую скорость даже на извилистой дороге и более полно реализовать мощность двигателя, поскольку ведущие колеса хорошо загружены. Минусы этой схемы, связанные прежде всего с управляемостью, во внимание просто не принимаются, покупатели платят исключительно за престиж.
Прогресс привел к появлению легких и мощных машин, у которых привод на одну ось уже не мог обеспечить достаточной курсовой устойчивости, особенно при движении по скользким и заснеженным дорогам. Кроме того, в последнее время были достаточно усовершенствованы механизмы распределения мощности, а развитие технологии значительно удешевило их производство. В 1980 г. Audi представила модель Quattro, скоростную машину с постоянным полным приводом. Справедливости ради стоит сказать, что полный привод применяли и раньше (внедорожники оставим в стороне), например в Bugatti 57A 1928 года для гонок Тарга-Флорио (Targa-Florio) или в Jensen-FF 1964 года. Но с 1980 года полноприводные модификации обычных машин заполнили рынок, теперь их не делают только ленивые.
Существуют два вида полных приводов: постоянный и отключаемый. Однако подвидов таких приводов достаточно много, так как двигатель может располагаться по-разному, а также существует множество разновидностей коробок передач, дифференциалов и валов. При постоянном приводе крутящий момент от двигателя передается одновременно на переднюю и заднюю оси через межосевой дифференциал непрерывно, пока движется автомобиль. При отключаемом непрерывно работает лишь одна ось, водитель включает привод на вторую только тогда, когда нужно улучшить тяговые свойства машины. Этот вариант несколько легче постоянного полного привода (из-за отсутствия межосевого дифференциала и блокировок межколесных дифференциалов) и дешевле. Привод с отключаемыми колесами применяется исключительно на маленьких недорогих автомобилях. Так как при переходе с одного типа привода на другой значительно меняется поведение машины, на автомобили с мощными двигателями стараются устанавливать постоянный привод всех колес.
Конструктивно привод на вторую ось проще осуществить при продольном (переднем или заднем) расположении силового агрегата и постоянно работающей, соответственно, передней или задней оси. Так поступают Audi и Porsche, делая полноприводные версии на основе переднеприводных моделей, или 911 Carrera 4 из обычной заднемоторной 911. Несколько сложнее сделать полный привод, если силовой агрегат расположен поперечно. Приходится добавлять в трансмиссию два конических редуктора, преодолевать проблемы с размещением раздаточной коробки в блоке с главной передачей. По этой схеме сделаны Fiat Panda 4x4 (у него отключаемый привод), Lancia Delta HF Integrale (с постоянным приводом).
Самым сложным и дорогим является полный привод на основе классической компоновки. Для него приходится разрабатывать сложную раздаточную коробку. Нелегко закомпоновать в готовый автомобиль и дополнительные приводные валы. Этот тип привода на все колеса имеет самый низкий КПД по сравнению с предыдущими, он же и самый тяжелый. Поэтому велик расход топлива. Все же такие автомобили существуют: BMW 525iX, Mercedes-Benz 4-Matic. Для них стоимость не является определяющей, главное — безопасность. Цена не волнует и создателей спортивных и гоночных машин — особенно для ралли. Они делают полноприводные автомобили, применяя среднемоторную компоновку. Силовые агрегаты могут размещаться как продольно (Lamborghini Diablo), так и поперечно (Peugeot 205 Turbo 16).
Полноприводные автомобили тяжелее своих аналогов с приводом на одну ось, они требуют дополнительного пространства в кузове для размещения сложной трансмиссии, но полный привод настолько улучшает ходовые качества автомобиля, что все больше производителей отдают предпочтение этой компоновочной схеме.
Теперь несколько слов о поведении на дороге автомобилей разных компоновочных схем. Многие почему-то считают недостаточную поворачиваемость отрицательным свойством автомобиля. Это верно лишь в том случае, если она особенно заметна — когда автомобиль упорно не желает входить в поворот, и для этого приходится прилагать дополнительные усилия. Избыточная поворачиваемость — куда более опасное явление. Но что же все-таки обозначают эти понятия?
Разберемся. Существует геометрический центр, вокруг которого автомобиль должен перемещаться, когда передние колеса повернуты по определенным углом. Центр лежит на пересечении перпендикуляра от линии движения передних колес и продолжения задней оси. Однако на поворачивающий автомобиль действует центробежная сила; шины, за счет своей податливости, при повороте выгибаются, и колеса стремятся отклониться от направления движения на небольшой угол. Называется это явление уводом. Более широкие низкопрофильные шины лучше сопротивляются уводу, узкие шины с высоким профилем — хуже. В любом случае автомобиль движется не вокруг геометрического, а вокруг реального центра поворота, расположение которого зависит от того, на какой угол уводит колеса задней и передней осей. Если автомобиль движется по большему, чем геометрический, радиусу, он будет менее охотно вписываться в поворот. Если реальный радиус меньше геометрического, автомобиль начинает проявлять чрезмерную, избыточную поворачиваемость.
Повернув руль и задав передним колесам определенную траекторию, вы вправе рассчитывать на адекватную реакцию автомобиля. Довернуть руль, когда автомобиль не хочет входить в поворот, всегда проще, чем предотвратить излишнюю склонность к поворачиванию. С нежелательной поворачиваемостью (как избыточной, так и недостаточной) борются путем подбора шин, изменяя конструкцию подвесок и расположение центра тяжести.
Переднеприводные машины обладают очень хорошей курсовой устойчивостью и недостаточной поворачиваемостью. Причем это свойство является неизменным как на сухом, так и на скользком покрытии. Но нужно учесть, что при сбросе "газа" переднеприводный автомобиль "ввинчивается" в поворот — независимо от движения рулем переходит на меньший радиус. Некоторыми конструктивными мерами можно "ввинчивание" либо полностью устранить, либо сделать прогнозируемым. Курсовая устойчивость переднеприводников очень хороша — тянуть лучше, чем толкать.
Курсовая устойчивость автомобилей с классической компоновкой несколько хуже. На скользких дорогах заднеприводный автомобиль склонен к заносу, особенно при пробуксовке задних колес или в повороте.
У заднемоторных и среднемоторных автомобилей при движении по прямой курсовая устойчивость весьма и весьма посредственна. Для спортивных автомобилей это не очень важно, так как возможность быстрее изменить направление движения облегчает прохождение извилистых трасс. Да и за рулем, как правило, опытный водитель. Машины такой схемы, обладая избыточной поворачиваемостью, еще более склонны к заносу задних колес, чем автомобили классической компоновки. На небольшой скорости это незаметно, но стоит нажать на газ... К тому же передок среднемоторных автомобилей достаточно легок, так как массы сконцентрированы возле центра тяжести. Внезапный порыв ветра например, может повернуть автомобиль вокруг вертикальной оси, отклонив его от заданного направления. Поэтому такие автомобили плохо держат курс как при поворотах, так и при прямолинейном движении. Пока конструктивными мерами излечить эти недостатки не удалось. Изготовители уповают на высокий профессиональный опыт владельцев.
По своим ходовым показателям на мокрых и скользких дорогах полноприводные автомобили превосходят остальные. Курсовая устойчивость и управляемость у них лучше. Правда, стоит отметить, что на хороших, сухих дорогах переднеприводные и классические машины оказываются немногим хуже, так как на первый план выходит совершенство подвесок, рулевого управления, тормозов, а не тяговитость и устойчивость на дороге.
Конечно, в рамках любой компоновки можно сделать как хороший, так и плохой автомобиль. Это зависит от способностей и возможностей конструкторов. Можно начинить шасси новейшими конструкторскими решениями — АБС, АПС, "думающими" подвесками, вязкостными муфтами или дифференциалами с электронным управлением. Уже появились машины, исправляющие ошибки водителя. Но по-прежнему поведение автомобиля на дороге задается в первую очередь его компоновкой.
Алексей Воскресенский
Пять вариантов расположения двигателя и ведущих колес
1. Передний привод: двигатель спереди, ведущие колеса — передние.
2. Классическая компоновка: двигатель спереди, ведущие колеса — задние. Этот тип привода остается самым распространенным на протяжении 95 лет.
3. Привод на все колеса, он же полный привод.
4. Заднемоторная и среднемоторная компоновки: двигатель расположен в задней части машины, ведущие колеса — задние.
5. "Невозможная" компоновка: двигатель сзади, ведущие колеса — передние. Не применяется из-за недостаточной нагрузки на ведущие колеса. Встретить его можно только на вилочных погрузчиках.
Подписи к приводам
1. Поведение автомобиля при избыточной и недостаточной поворачиваемости.
2. Audi A8 4,2 — двигатель расположен продольно в переднем свесе, все колеса — ведущие.
3. Volvo 850 Estate с поперечно расположенным двигателем и приводом передних колес.
4. "Классика" — традиционная компоновка BMW.
5. Range Rover имеет типичную для внедорожника компоновку — продольное расположение двигателя, раздаточная коробка в отдельном картере.
6. Двигатель в заднем свесе. Конечно же это — Porsche.