СТРОИМ АВТОМОБИЛЬ

ПО ВСЕМ ПРАВИЛАМ. Лет двадцать тому назад развернулась широкая дискуссия: разрешить или запретить самодельные автомобили? Идея их постройки имела упорных противников. Последние считали, что «самодельщиками» движет одно лишь стремление обзавестись с наименьшими затратами собственным автомобилем. Утверждали, что такой транспорт, изготовленный кустарным способом, по внешнему виду будет далек от совершенства и не станет украшением улиц. Но, главное, он может быть даже опасным, так как любительское производство не отвечает требованиям заводской технологии. Кроме того, скептики предполагали, что необходимость применения дефицитных деталей может толкнуть любителей на обход торговой сети и прочие злоупотребления.

Как известно, в дискуссии победили сторонники самодеятельного автостроения. Государственная автомобильная инспекция МВД СССР утвердила «Технические требования к самодельным малолитражным автомобилям и мотоколяскам». Как сказано в преамбуле требований ГАИ, они «имеют целью регламентировать и стимулировать самостоятельное творчество в области конструирования автомобилей, особенно среди молодежи, направить его на создание оригинальных, полезных и грамотных конструкций».

С тех пор построены многие сотни, а может быть, и тысячи самодельных автомобилей, которые полностью подтвердили свое право на существование. Ни с одним из них не произошло сколько-нибудь серьезной аварии, не зарегистрированы и злоупотребления. По формам и чистоте исполнения иные «самоделки» соперничают со многими заводскими моделями, их фотографии обошли мировую печать. Интересно отметить, что среди конструкторов-любителей есть и владельцы серийных автомобилей. Это лишний раз подтверждает творческий, а не «потребительский» характер самодеятельного автостроения.

Вместе с тем далеко не все конструкции назовешь «полезными и грамотными». Слишком часто строители действуют по методу проб и ошибок вместо того, чтобы использовать накопленный другими энтузиастами, автомобильной промышленностью опыт, применить проверенные методы и приемы с учетом теории проектирования и расчета автомобиля.

Конечно, любителю трудно соревноваться с профессиональным конструктором, работающим в большом коллективе, на современном оборудовании, в атмосфере, насыщенной информацией по автомобильной технике. Но почему бы не попытаться приблизить там, где это возможно, метод работы любителя к профессиональному уровню? В этом даже есть особый интерес.

Задача такого «приближения» и стоит сейчас перед нами.

Итак, будем проектировать и строить автомобиль по всем правилам, отступая от них лишь в той мере, какая неизбежна в условиях деятельности автоконструктора-любителя.

НАЗНАЧЕНИЕ

Прежде всего возникает вопрос: какую машину строить? И сразу же вступают в действие три фактора: практические нужды в будущем автомобиле, творческие замыслы самого конструктора, его «производственные» возможности.

Иной раз увлечение творческими замыслами уводит от должного учета практических нужд. Многие энтузиасты, например, мечтают построить плавающий автомобиль (см. «МК» № 6 и 10 за 1974 г.).

Зачем любителю амфибия! Как часто он будет использовать все ее возможности? Ведь работоспособный автомобиль-амфибия — это сложная, сравнительно тихоходная на суше машина, с герметичным кузовом, регулировкой давления в шинах для езды по прибрежному вязкому грунту и так далее. Амфибию и профессионалы-то по-настоящему освоили на полвека позже, чем сухопутный автомобиль.

А любители только начинают! Сотни раз в году они будут на суше вспоминать недобрым словом отсутствие дверей на кузове или тихоходность машины и лишь несколько раз поплавают на ней на рыбалке. Не проще ли пересесть в лодку?

ТАБЛИЦА 1

Автомобиль необходимо задумать так, чтобы он соответствовал основным условиям его эксплуатации. Однако если главная цель — сам процесс конструирования, тогда можно делать автомобиль хоть летающим! Словом, конструктору, будь то любитель или профессионал, в первую очередь должны быть ясны конкретная цель работы, назначение проектируемом машины.

Допустим, они ясны. Можно перейти к творчеству. Чаще всего конструктор либо хочет сделать машину непременно не похожей ни на какую иную, либо, наоборот, непременно напоминающей какую-то понравившуюся ему существующую модель. Любой из них будет прав только в том случае, если его замысел, с одной стороны, соответствует установленному ранее назначению машины, а с другой — третьему фактору — производственным возможностям.

Обычно начинают с определения числа мест в кузове и задают максимальную скорость (в нашем случае она ограничена требованиями ГАИ — 70 км/ч).

Число мест согласно требованиям ГАИ максимально — четыре. Многим автомобилистам это число почему-то кажется недостаточным. Между тем из статистики известно, что средняя загрузка автомобиля индивидуального пользования не превышает двух человек. Значит, можно сделать автомобиль двух- или трехместным или построить его по схеме «2 + 2», то есть с двумя местами для взрослых и двумя для детей. Это позволит свести к минимуму длину (она не должна превышать 3200 мм) и массу машины, придать кузову красивые пропорции, упростить его конструкцию. Вот почему строитель должен тщательно взвесить, на какую действительно нагрузку, без лишнего запаса «на всякий случай», следует рассчитать будущий автомобиль.

Выбор числа мест связан и с определением необходимой марки двигателя, так как его мощность, приходящаяся на тонну полной (с нагрузкой) массы автомобиля, должна быть опять же согласно требованиям ГАИ в пределах 20—25 л. с. В нынешних условиях, когда автомобильное движение стало более интенсивным и разрешается установка на самодельных автомобилях двигателя с рабочим объемом до 1000 см3, приведенные значения следует увеличить до 30—40 л. с./т. Такая удельная мощность не дает автомобилю чрезмерной «резвости» (что при не очень технологичном исполнении машины могло бы быть небезопасным), но обеспечивает при правильном подборе передаточных чисел в трансмиссии удовлетворительную динамику разгона, возможность преодолевать подъемы и плохие дороги, развивать достаточную скорость.

В таблице 1 примерно показано, какая мощность двигателя необходима в этих условиях для разных автомобилей.

Если имеется в виду двигатель одного из выпускаемых мотоциклов (кроме так называемых «тяжелых» — ирбитского и киевского заводов), то было бы ошибкой строить 4-местный автомобиль, сравнительно большой и тяжелый. Заранее известно, что мощности двигателя не хватит, он будет работать перенапряженно и быстро износится.

Разумный учет назначения автомобиля и пожеланий его владельца может облегчить работу конструктора. Если машиной будут пользоваться только летом, то можно обойтись без отопления кузова, выполнить его открытым. Если владелец и пассажиры — молодежь, спортсмены, то не надо заботиться об особых удобствах входа в автомобиль и сделать его кузов, как у гоночных машин, открытым, без дверей или с небольшими вырезами в боковинах. Если управлять автомобилем будет всегда один и тот же человек, то можно приспособить к его телосложению органы управления и сиденье, не применяя механизм регулировки последнего и т. д.

СПЕРЕДИ ИЛИ СЗАДИ!

Выбор схемы автомобиля напоминает математическую задачу с несколькими неизвестными. Ее решение обычно проходит в три приема. Сначала конструктор, руководствуясь анализом достоинств и недостатков разных схем и собственными творческими замыслами, останавливается на одной из них. При этом он чаще всего рассчитывает на силовой агрегат определенного типа. Затем производится предварительная компоновка будущего автомобиля, ориентировочный расчет его ходовых качеств и распределения масс по осям. На основе этих работ уточняется выбранная схема.

Однако автомобильные конструкторы считают, что в рамках любой схемы можно сделать и хороший, и плохой автомобиль. Все дело в умении выделить достоинства и ослабить недостатки той или иной схемы, а также привести ее в соответствие классу машины.

Начнем с последнего, Всякий самодельный автомобиль принадлежит согласно требованиям ГАИ к классу особо малых, так как рабочий объем его двигателя не должен превышать 1000 см3. Какая схема компоновки наиболее подходит для этого класса? Почему самые малые автомобили советского производства — «Запорожец» и серпуховский С3Д — имеют заднее расположение двигателя в отличие от остальных наших машин, построенных по так называемой классической схеме (двигатель спереди, ведущие колеса — задние)?

Рассказ о формировании классической схемы, разбор всех ее плюсов и минусов не входит в наши планы. Важно лишь отметить, что с распространением в 30—50-х годах особо малых автомобилей выяснилась непригодность для них классической схемы. Проходящий под полом кузова карданный вал не позволяет понизить пол. В результате ухудшается устойчивость, возрастает лобовая площадь автомобиля. Чтобы как-то исправить положение, сиденья делали очень низкими, а это вело к увеличению продольных расстояний между ними, к удлинению и утяжелению машины, ухудшению ее маневренности, большому расходу топлива. Могут задать вопрос: разве все это существенно только для малой машины? Дело в том, что на большом автомобиле, ввиду его «просторности», недостатки классической схемы сказываются слабее. Вот почему она вышла из употребления именно на малых автомобилях, уступив место схемам с расположением двигателя непосредственно около ведущего моста — спереди или сзади, без карданного вала под полом кузова. На эти-то схемы и должен рассчитывать самодеятельный конструктор, если он хочет сделать компактный и достаточно комфортабельный автомобиль.

Какое расположение силового агрегата выгоднее — переднее или заднее? У обоих есть достоинства и недостатки.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ РАСПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ АВТОМОБИЛЕЙ

Считается, что переднее (то есть переднеприводная схема) особенно целесообразно для быстроходных автомобилей, так как обеспечивает устойчивость машины на поворотах и скользкой дороге. Ведущие колеса одновременно служат направляющими. Кроме того, эта схема хорошо сочетается с кузовами типа «универсал», так как до самой двери в задней стенке кузова может быть сделан ровный пол. Недостаток переднего привода — наличие сложных, дорогих и сравнительно недолговечных шарниров на передних полуосях, а также то, что сцепление ведущих колес с дорогой ослабляется как раз тогда, когда оно особенно необходимо — при разгоне автомобиля и движении на подъем. В этих условиях происходит перераспределение нагрузки с передних на задние колеса. Чтобы улучшить работу шарниров, ограничивают угол их поворота, а от этого страдает маневренность машины. Несмотря на недостатки, переднеприводная схема получила в последнее время большое распространение в связи с ростом скоростей движения.

У «заднемоторного» автомобиля обратная картина. Конструкция ведущего моста простая; его колеса всегда хорошо нагружены, маневренность обеспечена.

Поскольку скорость самодельных автомобилей ограничена, для них целесообразна заднемоторная схема. Ее проще выполнить, имеются подходящие готовые агрегаты, которые нетрудно приобрести.

Из множества возможных комбинаций расположения агрегатов выбираем восемь наиболее распространенных, простых и реальных. Они сведены в таблицу 2.

ТАБЛИЦА 2

Схема А соответствует автомобилю «Запорожец», схема Б — его предшественнику, опытному отечественному автомобилю «Белка», схема В — серпуховскому автомобилю для инвалидов. По схеме Г построены многие., автобусы и некоторые экспериментальные легковые автомобили. Схема Д присуща английскому автомобилю «мини» и его многочисленным последователям в Западной Европе, схема Е — луцкому ЛуАЗ-970 (с силовым агрегатом «Запорожца»), схема Ж — ряду французских автомобилей, схема 3 — американским «торонадо» и «кадиллак-эльдорадо».

По каким признакам оценивать схемы? Во-первых, по использованию пространства, точнее — длины автомобиля. В этом отношении выгоднее всего поперечное расположение двигателя за пределами колесной базы; пассажирам предоставляется все пространство между передней и задней осями, и если нужно, еще и один из «свесов» кузова, причем «свес» в области двигателя — короткий. Длина последнего увеличивается при продольном расположении двигателя за пределами базы (Ж, А, Б, Е), то есть полезное пространство такое же, как и в первом случае, но длина автомобиля больше, значит, отношение полезной длины к общей (коэффициент использования длины) — меньшее. Для того чтобы в дальнейшем комплексе оценить разнородные признаки, применим пятибалльную систему. Дадим перечисленным вариантам оценки — соответственно 5, 4 и 3 балла — по признаку использования пространства.

Не менее важно распределение массы по колесам. Желательно, чтобы нагрузка на ведущие колеса была более или менее постоянной, независимо от числа пассажиров в кузове, и составляла 50—60% полной массы автомобиля. По этому признаку выгодно любое расположение двигателя за пределами колесной базы (4), но идеальное распределение (5) не достигается.

По признакам использования пространства и распределения масс особое положение занимают заднемоторные автомобили так называемого вагонного типа с выдвинутым вперед сиденьем водителя. Как правило, у них длина кузова используется очень эффективно, и поэтому машина может быть короче, поворотливее и легче, чем при любой схеме с выступающим впереди капотом. А масса двигателя, находящегося около задних колес, постоянно уравновешивается массой водителя около передних. Кроме того, обеспечивается хороший обзор дороги с места водителя. Недаром вагонная схема широко используется на автобусах и грузовых автомобилях. Привлекает она и самодеятельных конструкторов (см. «М-К» № 2, 1975 г.). Но создать хороший легковой автомобиль вагонного типа трудней, чем автобус или грузовик. Об этом будет рассказано в одной из последующих наших статей.

Однако вернемся к комплексной оценке разных схем.

Третий существенный признак — использование в конструкции готовых агрегатов. В распоряжении автостроителя — силовые агрегаты мотоциклов, автомобилей «Запорожец», С3Д и ЛуАЗ, трансмиссии перечисленных машин, а также при необходимости ведущие мосты и коробки передач автомобилей ВАЗ и «Москвич». Удобнее всего (5) использовать целиком силовой агрегат и ведущий мост «Запорожца» или (для двухместных автомобилей) С3Д, Несколько сложнее (4) все прочие схемы с продольным расположением двигателя и некоторые с поперечным, когда приходится комбинировать отдельные агрегаты от разных машин. Еще сложнее (3) обстоит дело, если такое комбинирование связано с приводом на передние колеса; единственный, как мы отмечали уже, пригодный для этого ведущий мост — автомобиля ЛуАЗ — выпускается в ограниченном количестве. Наконец, самое сложное (в любительских условиях) — это создание специальной трансмиссии, вмонтированной в картер двигателя (2).

Охлаждение двигателя лучше всего осуществляется при его переднем расположении; доступ к агрегатам наиболее удобен при поперечном (переднем или заднем). Самая простая система управления механизмами получается, если коробка передач и сцепление не отгорожены от водителя двигателем (5 при переднем расположении, 4 при заднем; в остальных случаях оценка снижается до 3). Эти три признака значительно менее существенны, чем первые. Поэтому при комплексной оценке целесообразно понижать их значение («весомость») примерно вдвое.

Сведем оценки в таблицу 2, суммируем их и получим такую картину. На первое место выдвинется компоновка В (однако пригодная лишь для двухместных автомобилей, поскольку имеется в виду использование сравнительно слабого силового агрегата С3Д), на следующие — компоновки А, Г, Д, затем Б, Е и 3, а замыкать таблицу будет схема Ж. Очевидно, что конструктору-любителю следует прежде всего ориентироваться на схему автомобиля с силовым агрегатом «Запорожца». Применение схем А, Г, Д дает также хороший результат, но представляет известные трудности.

ЧТО НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ

Требования ГАИ допускают постройку автомобилей самых разнообразных схем, в том числе и трехколесной.

Настоятельный совет строителю — делать автомобиль четырехколесным. Он более устойчив, не опрокидывается под действием сравнительно большой боковой силы, имеет хорошую проходимость по сравнению с трехколесным благодаря тому, что задние колеса пойдут по следу, проложенному передними.

Следует сказать, что использование трехколесного автомобиля с одним передним колесом и вовсе не разрешено Госавтоинспекцией. Этот запрет подсказан горьким опытом эксплуатации мотоколясок С1Д, выпускавшихся ранее Серпуховским мотозаводом.

Постройка трехколесного автомобиля может быть оправданной разве что для двухместной машины и по соображениям некоторого упрощения работы конструктора-строителя. При этом вряд ли целесообразен привод на передние колеса. Таким образом, в распоряжении конструктора остается практически трехколесная схема с приводом мотоциклетного типа на заднее колесо — цепным или карданным.

Промежуточное положение между четырех- и трехколесными машинами занимают автомобили с двумя сильно сближенными задними колесами; узкая задняя колея позволяет обойтись без дифференциала и применить простую систему привода мотоциклетного типа, но автомобиль приобретает целых четыре колеи!

Нельзя не упомянуть так называемые «среднемоторные» автомобили, то есть с расположением двигателя перед задним ведущим мостом. Несмотря на то, что при этой схеме достигается, равномерное распределение массы по колесам, она малопригодна для автомобилей общего назначения, так как полезное пространство кузова сильно ограничивается, ухудшается доступ к двигателю, его охлаждение. Если же сиденье водителя вынести вперед, то исчезает главное преимущество вагонной схемы, передние колеса оказываются перегруженными. Если бы мы включили такую схему в нашу таблицу, она получила бы самую низкую оценку. Поэтому ее можно рекомендовать, вернее — допустить лишь для двухместных спортивных автомобилей, открытый кузов которых дает удовлетворительный доступ к двигателю и обеспечивает его охлаждение.

Оглядываясь на проделанную работу, убеждаемся, что мы выполняли ее все время с оглядкой, пусть предварительной, на записанные в начале статьи три определяющих фактора — эксплуатационные требования (назначение машины, число мест), творческие замыслы («меня привлекает такая-то схема») и производственные возможности (использование готовых агрегатов). Будем соблюдать этот принцип и дальше.

(Продолжение следует)