СТРОИМ АВТОМОБИЛЬ

Когда тип автомобиля определен: намечены приблизительные его габариты, масса, число мест в кузове, выбран тип двигателя, наступает, пожалуй, самый главный этап проектирования — разработка компоновки. Компоновка — это общее строение, взаимное расположение всех частей конструкции. Казалось бы, депо чисто техническое: увязка размеров, подсчет нагрузок и так далее. Но нет, все начинается совсем не с механизмов и чисел.

ВОКРУГ ЧЕЛОВЕКА

Всякий автомобиль должен быть рассчитан на использование его людьми различного роста и комплекции.

Однако только механическое соблюдение этого принципа привело бы к увеличению размеров и массы автомобиля — ведь пришлось бы учитывать и самых рослых! Поэтому ориентируются на фигуру мужчин среднего роста — 172 см, а для прочих водителей предусматривают в конструкции регулировку тех или иных размеров: расстояние от спинки сиденья водителя до педалей в пределах ±60 мм, до рукояток управления ±50 мм и т. д. От подушки сиденья до потолка и между спинками переднего и заднего сидений (шаг) расстояние выбирается в расчете на высокого человека ростом 182 см, то есть соответственно около 1000 и 680 мм.

Иногда высказывают пожелание о том, чтобы водитель мог менять позу для отдыха и предотвращения отеков тела. Это пожелание противоречит стараниям зафиксировать наиболее удобную рабочую позу водителя. Очевидно (и это уже признано многими конструкторами и солидными фирмами), что сиденье должно обеспечивать определенную геометрию рабочей позы и наименьшее удельное давление на тело водителя, причем давление должно перераспределяться при самых незначительных перемещениях тела. Тогда не будет отеков!

Этим требованиям отвечает полужесткое сиденье, облегающее тело человека. Такое сиденье, называемое анатомическим, на которое мы будем ориентироваться в дальнейшем, представляет собой «чашу» из металла или пластика, покрытую слоем эластичного губчатого материала толщиной 30— 50 мм.

Стало быть, сначала нужно сделать шаблоны такой «чаши» и «среднего человека» и начинать компоновку автомобиля с определения места для сиденья. Если оно слишком низкое, водитель вынужден поднимать голову, напрягать мышцы шеи и спины. И наоборот, если сиденье слишком высокое, ему приходится горбиться, наклонять голову. В этом случае быстро утомляются мышцы плечевого пояса, глаза, сжимаются желудок и легкие, затрудняется дыхание. В обоих случаях неудобно нажимать на педали. Чтобы движения водителя были быстрыми и точными, путь, который совершают руки или ноги, приводящие в действие рычаги или педали, должен быть наименьшим. Нужно, чтобы корпус и бедра водителя опирались на сиденье по всей их длине. Если для понижения высоты автомобиля необходимо уменьшить высоту сиденья, то должен быть предусмотрен соответствующий его наклон, который делают тем меньше, чем выше расположено рулевое колесо, и чем больше угол наклона рулевой колонки к горизонту.

На размеры и технические требования к рабочему месту водителя (грузового автомобиля) в Советском Союзе существует ГОСТ 9734-61, который может быть использован и при постройке самодельного автомобиля.

Несоблюдение ГОСТа приводит к печальным результатам. Например, близко расположенный к щиту приборов рычаг может вызвать травму руки.

Очень важна регулировка расстояния от педалей до спинки сиденья. Все чаще встречаются автомобили с неподвижно установленным сиденьем и регулируемыми педалями. Установка педалей на сдвижном или качающемся мостике под щитом приборов дает возможность удобно разместить водителя и сократить длину автомобиля.

Хорошая видимость пути с места водителя — одно из важнейших условий удобства управления автомобилем и безопасности его движения. Оно зависит от положения сиденья, размеров и формы окон, конструкции стоек кузова, формы капота и крыльев автомобиля.

Улучшение достигается: повышением сиденья и уменьшением его наклона; приближением его к переднему концу автомобиля; увеличением ветрового и других окон; уменьшением угла наклона стекла и приближением его к глазам водителя; уменьшением толщины стоек и их смещением назад. Осуществить все перечисленные мероприятия не всегда возможно. Поэтому конструктор должен найти какой-то компромисс.

В верхнем ряду — шаблон фигуры «среднего человека». Рекомендуемые размеры рабочего места водителя и размеры панели («чаши»). Примеры неудобной, слишком низкой посадки водителя. Стрелки показывают напряженные части тела. На третьей схеме — нормальная посадка. Слева — размеры панели («чаши») анатомического сиденья. Пунктиром показана покрышна (матрац) сиденья. Тонкие прямые линии даны для ориентации углов наклона. Размеры сетки 100×100. В нижнем ряду — возможная регулировка анатомического сиденья изменением его наклона. Регулировка педалей вместо перемещения сиденья позволяет укоротить кузов. На третьей схеме — наибольшие допустимые размеры невидимой водителю части дороги. Справа вверху — размеры очищаемого стеклоочистителем участка стекла.

В ГОСТе приведена несколько упрощенная схема оценки обзорности, показана допускаемая «слепая зона», закрытая от водителя корпусом автомобиля. Чтобы проверить соответствие еще не построенного автомобиля требованиям ГОСТа, нужно изобразить на чертеже проекцию стоек и передка автомобиля на поверхность дороги, проводя линии из «точки зрения» водителя — она обозначена на шаблоне фигуры человека — через точки контуров окон и передка.

Все сказанное выше о сиденье водителя относится и к местам для пассажиров. Конструктор не совершит ошибки, если унифицирует их конструкцию. Конечно, пассажирские сиденья не нуждаются в регулировке, могут быть установлены с несколько большим наклоном.

Здесь уместно еще раз затронуть вопрос о жесткости сиденья. Может показаться, что рекомендованное выше анатомическое сиденье — недостаточно удобное. Расчеты и практика показывают обратное. Мягкое пружинное или из губчатой резины сиденье трясет или укачивает седока, сидеть на нем жарко, места оно занимает много, тем самым сокращая полезную высоту и длину кузова. Поэтому мы будем далее ориентироваться на анатомическое сиденье.

РАЗРАБОТКА КОМПОНОВКИ АВТОМОБИЛЯ

Итак, приступаем к компоновке. Ее чертеж выполняем в масштабе 1:5. Готовясь к этой работе, чертим на картоне или, лучше, на целлулоиде контуры боковых проекций сидений, силового агрегата, колес, аккумулятора, топливного бака, вырезаем их и «складываем» боковой вид автомобиля. Для проверки удобства посадки используем шаблон фигурки человека в том же масштабе. Переносим полученную компоновку на будущий чертеж и выполняем соответствующие ей другие проекции (план, вид спереди), производя одновременно необходимые уточнения.

Высота уровня пола от поверхности дороги должна быть как можно меньше по соображениям устойчивости, плавности хода и обтекаемости автомобиля. На чертеже проводим линию пола параллельно поверхности дороги на расстоянии, равном величине дорожного просвета не менее 150 мм плюс толщина пола (металлического листа, фанеры или досок). Если автомобиль имеет раму, то пол устанавливается поверх нее или выполняется углубленным между ее брусьями.

Определив размеры кузова и его положение по высоте, намечаем предварительно места передней и задней осей. Впоследствии они могут быть несколько изменены при уточнении конструкции трансмиссии, подвески, рулевого привода.

Если автомобиль заднемоторный, какие чаще всего строят конструкторы-любители, то ось передних колес нужно поместить как можно ближе к сиденью водителя, чтобы сдвинуть вперед центр тяжести автомобиля. Расстояние от передней кромки сиденья до переднего контура дверного проема должно быть около 200 мм. Таким образом продольное расстояние от сиденья до передней оси складывается из радиуса колеса (не более 300 мм) плюс зазор между колесом и кожухом — около 50, плюс конструкция кузова между кожухом и дверью — 50—100, просвет двери — 200, всего около 600 мм. При этом педальный пол будет находиться очень близко от передней оси и потребует соответствующего устройства и расположения передней подвески и рулевых тяг. Наиболее подходят подвески с поперечными листовыми рессорами или с направленными от колес вперед качающимися рычагами и поперечными торсионами, как у «Запорожца»; поперечная рулевая тяга располагается либо перед осью колес, либо над ней.

Необходимо, чтобы ширина кузова между кожухами передних колес составляла не менее 700 мм, что достаточно для размещения педалей и ступней ног водителя и пассажира. Расстояние от внутренней стенки кожуха до продольной плоскости симметрии колеса (с учетом наружного радиуса шины не более 300 мм, ширины ее профиля 130—140 мм, поворота колеса примерно на 30° и зазора между повернутым колесом и кожухом 20—30 мм) должно составить не более 200 мм. Таким образом, колея должна быть равна не менее 1100 мм.

На рисунке даны рекомендуемые размеры пассажирского помещения кузова. Сиденье водителя показано в среднем положении.

Место для багажа под передним капотом, за спинкой заднего сиденья или в задней части кузова определяется из расчета по 10 кг (чемодан средних размеров) на каждого пассажира, то есть 0,1—0,2 м3 у двухместного автомобиля и 0,2—0,4 м3 у четырехместного.

Длина колесной базы для автомобилей данного класса, как известно из опыта, составляет 1500—2000 мм. Последняя величина достаточна для четырехместного автомобиля. Окончательный выбор размера базы зависит в большей мере от распределения массы по колесам. По соображениям устойчивости автомобиля и по нагрузкам на шины нежелательно, чтобы на задние колеса приходилось более 60% полной массы автомобиля. Зная хотя бы приблизительно значения массы отдельных частей автомобиля, составляют так называемое уравнение моментов и находят положение центра тяжести:

G_AxL_A = G_axL_a + G_зxL_з + G_пxL_п…

Здесь буквы «G» означают массу в кг, а L — расстояния от базовой линии (например, передней оси или переднего буфера) до центра тяжести автомобиля или его части. Индексы означают: а — автомобиля, д — двигателя, з — заднего моста, п — переднего моста, р — органов управления и т. д.

В таблице даны примерные значения масс частей автомобиля. На рисунке показана схема для составления уравнения; все размеры, кроме расстояния La от базовой линии до центра тяжести автомобиля, известны из предварительной компоновки автомобиля, массы частей — из таблицы или на основании взвешивания имеющихся готовых частей. Уравнение имеет только одно неизвестное, которое нетрудно найти, а затем узнать, какую часть колесной базы составляет расстояние от передней оси до центра тяжести (в %). Можно заранее сказать, что удовлетворительный результат, вероятно, будет получен только при расположении бака, запасного колеса, аккумулятора и инструмента в области передних колес (под «капотом»), В случае неудовлетворительного результата приходится либо удлинять базу, либо перемещать отдельные элементы автомобиля еще насколько возможно вперед, что и сделано, например, на новейших чехословацких заднемоторных автомобилях «Шкода» и «Татра». Проще всего было бы, как мы уже знаем, расположить двигатель впереди задней оси, но тогда не удастся использовать значительную часть кузова, ухудшится доступ к двигателю.

Мы уже отмечали, что строители самодельных автомобилей нередко применяют так называемую «вагонную» компоновку. При этом нужно учитывать некоторые ее особенности.

Двухместный автомобиль выгодно компоновать по схеме известной машины «Изетта», то есть, приняв длину базы около 1600 мм, установить сиденья передней кромкой вплотную к кожухам передних колес, а двигатель — перед задней осью. При выносе силового агрегата за заднюю ось разумнее сделать автомобиль четырехместным или по схеме «2 + 2» (два детских места). Наилучшее распределение масс достигается при установке сиденья между или над передними колесными кожухами, что, однако, связано с известными трудностями: приходится увеличивать либо колею и ширину кузова между кожухами, либо высоту автомобиля. Возможный выход из этого положения — использование особенностей анатомического сиденья, когда его боковые приподнятые части находятся над кожухами, а средняя опущенная — между ними. Подвеска разместилась бы под полом или сиденьем.

После предварительной компоновки автомобиля приступают к разработке трансмиссии и подвески, чтобы уточнить положение двигателя, проверить достаточность дорожных просветов, внести необходимые поправки в компоновку.

Чертеж компоновки следует снабдить координатной сеткой. Она облегчает и уточняет увязку размеров, а впоследствии понадобится для разработки формы кузова. За нулевые пинии отсчета принимают проекции на чертеж: для продольных размеров — вертикальную плоскость, проходящую через ось передних колес, для поперечных — плоскость симметрии автомобиля, для высотных — основную плоскость пола кузова. По всем направлениям на расстояниях, кратных 200 мм (или 100) в натуре, проводят линии, параллельные нулевым. Около линий ставят соответствующие числа. Очень важна точность сетки. Диагонали любого взятого из нее прямоугольника не должны отличаться более чем на 0,5 мм. У профессиональных конструкторов даже 0,25 мм. Советуем конструкторам сразу же «заложить» и плазовый чертеж автомобиля в натуральную величину на рулонной бумаге, плотном картоне или лучше — фанере, Чтобы уменьшить его размеры, проекции совмещают. На плазе удобно производить уточнения компоновки, увязку размеров.

Компоновщику очень помогает макетирование автомобиля с применением таких простых материалов, как фанера, картон, пластилин, деревянные планки.

Колесные кожухи должны быть рассчитаны на перемещение колеса и на его поворот плюс зазор в 20—30 мм по всей поверхности кожуха.

Вообще при компоновке микроавтомобиля нужно стремиться к максимальному использованию пространства, тогда машина получится сравнительно небольшой, просторной и легкой.