Автомобили: Детская энциклопедия

Я познаю мир. Автомобили

Если мотор можно образно назвать «сердцем» автомобиля, то в таком случае шасси, на которых крепятся все механизмы и кузов, — не что иное как его «скелет». Шасси включает в себя механизмы, способствующие движению автомобиля и обеспечивающие его управление. Они состоят из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления, а трансмиссия в свою очередь — из сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи, дифференциала и полуосей.

СЦЕПЛЕНИЕ

Знакомство с механизмами шасси начнем со сцепления. Это устройство предназначено для передачи крутящего момента от двигателя автомобиля на коробку передач и позволяет кратковременно отсоединять от двигателя другие агрегаты трансмиссии и вновь плавно их присоединять.

Дифференциал — набор шестеренок, распределяющий энергию между полуосями.

Кожух — наружная оболочка механизма.

Схема устройства сцепления (а — педаль отжата, сцепление включено; б — педаль нажата, сцепление выключено):

1 — маховик; 2 — кожух; 3 —ведущий вал,; 4—тяга; 5 —ведомый диск; 6 —рычаг; 7 — пружина

Основными деталями сцепления можно назвать ведомый диск и нажимный диск с пружинами. Первый связан с ведущим валом, а второй — с коробкой передач. В состоянии покоя оба диска соединены между собой пружиной, которая при нажатии педали сцепления отходит, разделяя диски, что позволяет отсоединить механизмы и выбрать нужную передачу.

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Следующий элемент трансмиссии — коробка передач, которая необходима для преобразования крутящего момента по величине и направлению. Она обеспечивает также длительную работу двигателя на холостом ходу и позволяет автомобилю двигаться в широком диапазоне скоростей. На легковых автомобилях устанавливают четырехступенчатые (а иногда и пятиступенчатые) коробки передач, имеющие четыре передачи вперед и одну назад.

При включении сцепления двигатель начинает вращать ось сцепления, которая в свою очередь заставляет вращаться ось трансмиссии. Скорость вращения этой оси напрямую зависит от выбранной передачи. Каждой передаче в коробке соответствует своя шестеренка.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ИЛИ АВТОМАТИЧЕСКАЯ?

Рассмотрев устройство обыкновенной механической коробки передач, мы не можем обойти вниманием ее автоматического собрата. О том, что такое автоматическая коробка передач, знают многие, но не все равнозначно относятся к этому чуду инженерной мысли. У некоторых автолюбителей при одном лишь упоминании о ней начинают завистливо блестеть глаза, другие недовольно морщатся, третьи относятся к этому агрегату с завидным хладнокровием. Почему существует такая разница во мнениях?

Если обратиться к статистике, то можно обнаружить весьма интересный факт — в Америке количество автомобилей с автоматическими коробками передач составляет более 90%, а во Франции — всего 2,6%. Считается, что главная причина отказа французов от «автоматов» связана с экономией — такие коробки дороже механических в среднем на 1000 долларов, да и расход топлива у автомобилей с гидромеханическими трансмиссиями больше на 10—15%. Можно услышать и другое мнение, в основном бытующее в кругах «активных» водителей: «Передачи в «автомате» переключаются с запозданием, на обгон идти страшно, автомобиль не чувствуешь. И вообще, я не хочу, чтобы кто-то думал за меня!» Возможно, в этом заключается причина низкой популярности автоматических коробок среди французов, славящихся своим темпераментом на дороге.

С тех пор как после второй мировой войны на американских автомобилях появились первые гидромеханические автоматические коробки передач, принципиальных изменений в их конструкции не произошло. Гидротрансформатор, который представляет собой три лопастных колеса, вращающихся в заполненном специальным маслом герметическом корпусе, по-прежнему играет примерно ту же роль, что сцепление в механической трансмиссии. А после гидротрансформатора располагается обыкновенная механическая коробка передач, только переключения в ней происходят не по команде руки водителя, а с помощью гидравлики и фрикционов.

Самый первый автомобиль марки «Порше» зарегистрирован 8 июля 1948 г. Это была модель 356. В 9 часов утра 15 июля 1996 г. с конвейера сошел миллион-ный автомобиль — полицейская машина «911 -й» модели, самой массовой. Три четверти всех машин этой мебели, выпущенных с 1963 г., еще на ходу.

Было бы несправедливо утверждать, что за эти годы автоматические коробки передач не подвергались усовершенствованиям. Число переключаемых ими передач возросло с 2—3 до 4—5. Их сменой теперь управляет электроника, а гидротрансформатор — основной источник повышенных потерь и высокого расхода топлива на высших передачах, как правило, блокируется при переходе на них. Вскоре и примитивные электронные блоки управления были заменены цифровыми микропроцессорами, работающими по нескольким алгоритмам — «спортивному», «зимнему», «экономичному». Последней новинкой в этой области стало появление миникомпьютеров с заложенной в них программой, позволяющей автоматической коробке, по заверениям производителей, подстраиваться под стиль езды водителя. Появились даже гидромеханические трансмиссии, позволяющие водителю переключать передачи последовательным нажатием кнопки, расположенной на руле. Такие «автоматы», получившие название «ZF Тайптроник», можно встретить в некоторых моделях автомобилей, выпускаемых фирмами «Порше» и «Ауди».

Но основная задача, поставленная перед специалистами-трансмиссионщиками, — усовершенствовать «автомат» так, чтобы не надо было ничего дергать и переключать, а он все делал бы сам и при этом не ошибался — не была решена.

Среди европейских автомобильных фирм, занимающихся собственными трансмиссионными разработками, «Рено» занимает ведущее место. В наши дни практически все легко-вые автомобили фирмы «Рено» комплектуются трех- и четырехступенчатыми «автоматами» собственной разработки. Примером могут служить модели «Твинго», «Клио» и «Меram. Только два типа трансмиссий закупаются фирмой у других производителей. «Автоматы» фирмы «Эйшин Уорнер» устанавливаются на модели «Сафран» с двигателями 2,0 и 2,5 л, а «Лагуна» с V-образным 6-цилиндровым двигателем комплектуется агрегатами производства фирмы ZF.

«Меган Сценик» — автомобиль фирмы «Рено».

Последней разработкой фирмы «Рено» в области «автоматов» стала новая проактивная автоматическая коробка марки DPO. Она была разработана совместно со специалистами концерна «Пежо-Ситроен». Следует отметить, что даже эта новинка в своей конструкции не содержит ни одного принципиально нового решения. Специалисты «Рено» применили блокировку гидротрансформатора не только на повышенных III и IV передачах, как это чаще всего делают остальные, но и на II, а в особых случаях — на I передаче. При этом блокировка срабатывает не только при разгоне, но и при торможении.

Если для анализа стиля езды водителя использовать обычную логику с жестким двоичным принципом да/нет, то ошибка принятого решения будет слишком велика. Предположим, электроника управления коробкой считает, что когда педаль газа нажата до половины хода (50%), то водитель ведет себя «умеренно», а когда степень нажатия педали газа оказывается больше половины, то водитель «активен». Исходя из такого жесткого определения, электроника распознает ситуацию с 49-процентным нажатием педали как «умеренную», в то время как дополнительные 2% хода педали газа сразу же переводит водителя в разряд «активных». Последствия такого решения могут быть непредсказуемыми.

Программа переключения передач и блокировки гидротрансформатора работает по принципу так называемой нечеткой логики. Такой вид управления коробкой передач называется проактивным. Микрокомпьютер анализирует сигналы, поступающие отдатчиков положения педалей газа, тормоза, температуры и оборотов двигателя, гидротрансформатора, используя не обычные для других коробок, двоичные правила (двигатель горячий/холодный, педаль газа нажата/отпущена), а схожие с теми, какие использует водитель во время поездки, — т. е. допускающие множество промежуточных положений. Это позволяет микропроцессору более совершенно анализировать ситуацию. Поэтому и решения он принимает более соответствующие действительной ситуации, возникшей во время движения автомобиля.

Рычаг управления про активной коробки DPO практически не отличается от обычных «автоматов».

Компьютерный блок управления новой коробкой «Рено DPO» был разработан корпорацией «Сименс», которая одна из первых стала внедрять принципы нечеткой логики в автомобильную электронику. Скоро работающие по новой программе микрокомпьютеры появятся и в блоках управления подушками безопасности, где они наиболее точно будут определять тип и тяжесть столкновения и в зависимости от этого моделировать конфигурацию и степень надува этого средства защиты.

Возможно, повсеместное применение проактивных, «думающих» автоматических коробок передач окончательно поставит точку в вопросе, какую коробку желательно иметь в своем автомобиле. До этого времени «умеренным» водителям лучше использовать «автомат», а «активным» — «механику».

ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА

Следующим механизмом, входящим в состав трансмиссии, является главная передача. Она способствует увеличению крутящего момента и изменяет его направление под прямым углом к продольной оси автомобиля, передавая его на дифференциал и обеспечивая плавность и бесшумность в работе. Дифференциал в свою очередь передает крутящий момент от главной передачи к полуосям и позволяет им вращаться с разной скоростью при повороте автомобиля.

При движении автомобиля по прямой задние колеса встречают одинаковое сопротивление и вращаются с одинаковой скоростью, но как только условия движения изменяются (автомобиль совершает поворот), левая полуось начинает вращаться с меньшей частотой, так как левое колесо в этом случае встречает большее сопротивление.

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Для того чтобы автомобиль мог двигаться в заданном водителем направлении, необходим такой механизм, как рулевое управление, которое состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Рулевой механизм служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, которое прикладывает водитель к рулевому колесу, а рулевой привод передает это усилие колесам. Изменение направления движения осуществляется за счет поворота передних колес.

Сателлит — зубчатое колесо главной передачи с подвижной осью вращения.

Рулевое управление автомобиля (а — при движении по прямой; б — при повороте):

1 —рулевая передача;

2 —рулевое колесо;

3 — сошка рулевого привода;

4 —рулевой вал;

5 — продольная тяга;

6 — нижнийрычаг;

7 — поворотная цапфа;

8 — поперечная тяга.

Гидравлический привод — совокупность устройств с одним или несколькими объемными, гидравлическими двигателями для приведения в движение магиин и механизмов с помощью гидравлических жидкостей под давлением.

Барабанный тормоз (а — свободный ход; б — торможение):

/ — тормозной барабан;

2 — стяжная пружина;

3 — тормозная колодка;

4 — поршневой цилиндр.

ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА

Все автомобили оборудованы рабочей, запасной и стояночной тормозными системами, каждая из которых выполняет свои функции. Так, рабочая тормозная система необходима для снижения скорости движения, остановки автомобиля, а также для удержания машины в неподвижном состоянии. Для рабочей тормозной системы применяется гидравлический привод, а для стояночной — механический.

Дисковый тормоз (а — свободный ход; б — торможение):

/ — поршневой цилиндр;

2 — тормозной диск;

3 - ось;

4 — тормозная колодка.

Тормозные системы бывают двух видов — барабанные и дисковые. При работе тормозной системы ее механизмы препятствуют вращению колес, что вызывает возникновение тормозной силы между колесами и дорогой, которая способна остановить автомобиль. Тормозные механизмы располагаются на передних и задних колесах.

Тормозной привод служит для передачи усилия от ноги водителя на тормозные механизмы. Давление ноги усиливается гидравлической системой, а это в свою очередь приводит к передвижению тормозных колодок к колесу.

Сила трения, возникающая между двумя поверхностями, идет на замедление движения колеса. На задние колеса обычно устанавливаются барабанные тормоза, а на передние — дисковые, так как они более мощные. Конструктивной особенностью дисковых тормозных систем является то, что в этом случае тормозные колодки располагаются с обеих сторон диска, который вращается вместе с колесом.

В 1965 г. в Ганновере (ФРГ) был продемонстрирован автомобиль, оснащенный пятнадцатью приспособлениями и устройствами против угона. Его владелец Отто Шварц назвал свою машину «Отто неприкосновенный». Огромные замки запирали все, что можно было запереть. Отмыкались они пятнадцатью ключами. Через неделю после демонстрации «Отто неприкосновенный» ночью исчез из-под окна владельца и не был найден.

Чтобы повысить надежность тормозных систем, в приводах применяют различные устройства, которые способствуют сохранению работоспособности системы даже в случае выхода из строя какого-нибудь тормозного механизма. В качестве примера такого устройства можно привести разделитель, который автоматически отключает при торможении неисправную часть тормозного привода.

В последнее время автоматика пришла на помощь человеку даже в такой, казалось бы, незатейливой системе, как тормозная. Устройство получило название АБС. Однако ее применение на автомобиле вызвало такую же неоднозначную реакцию автолюбителей, как и в случае с автоматической коробкой передач. Постараемся разобраться, действительно ли АБС является помощником человека или это лишь рекламный трюк автопроизводителей, решивших поднять стоимость своего автомобиля на несколько сотен долларов за никчемную безделушку.

Сформулировать основное назначение АБС несложно — эта система предназначена для устранения эффекта блокировки колес, возникающего при торможении. Особенно часто это происходит при экстренном торможении, когда водитель резко нажимает на педаль тормоза, переводя ее в крайнее нижнее положение. Последствия бывают плачевными, ведь в случае блокировки колес машина неуправляемо скользит по дороге прямо, даже когда руль вывернут до упора. Чем в подобной ситуации может помочь АБС?

Педаль тормоза резким движением «вдавлена в пол». Электроника АБС, постоянно анализируя сигналы, поступающие с датчиков скорости вращения, установленных на каждом колесе, определяет момент внезапной остановки колеса и, открывая электромагнитный клапан, сбрасывает излишки давления, возникшие в тормозной системе, в специальный гидроаккумулятор. Тормозные колодки при этом несколько разжимаются, вращение колес восстанавливается, и клапан вновь подключает тормозную систему к давлению, которое с помощью вакуумного усилителя создает нога водителя, нажавшего на педаль тормоза. Если это давление оказывается все еще большим — процесс вновь повторяется.

В салоне автомобиля срабатывание системы можно определить лишь по негромкому треску, сопровождающему работу исполнительного блока, и толчкам, передающимся на педаль тормоза, сила которых зависит от качества и конструкции системы.

Фактически АБС имитирует действия опытного водителя, который, оказавшись на скользкой дороге, избегая блокировки колес, начинает притормаживать по прерывистой схеме. Только АБС это делает более аккуратно, со свойственной автоматике строгой регулярностью и большей частотой — 10—15 циклов в минуту. В результате действия автоматики автомобилю обеспечивается минимальный тормозной путь. И что важно — во время процесса торможения автомобиль остается послушным действиям водителя и рулю, ведь его колеса продолжают катиться. По заключению специалистов, в этом и состоит основное преимущество АБС.

Почему же отношение к этой системе так же неоднозначно, как и к автоматической коробке передач? Причина та же самая — автоматика вмешивается в действия человека и даже блокирует их. В случае экстренного торможения человек полностью исключен из этого процесса. С какой бы силой он ни давил на педаль, она толчками будет «выдавливаться» обратно. «Никакая электроника не сможет сравниться с действиями опытного водителя» — такое мнение звучит из уст профессионалов для АБС, как приговор. Машина с антиблокиратором тормозит самостоятельно, водитель не влияет на замедление движения и, следовательно, не может даже спрогнозировать, где остановится его автомобиль. Для тех, кто привык владеть ситуацией на дороге, это непростительно. Ведь не зря гонщики, участвующие в ралли, принципиально отказываются от АБС. Впрочем, не все за рулем ведут себя, как спортсмены на трассе, для них в первую очередь и предназначен антиблокиратор.

На 1 января 1964 г. в мире было зарегистрировано 114,4 млн. легковых автомобилей, 31,7 млн. грузовых и 1,2 млн. автобусов.

В 1999 г. автоматическими коробками передач в США было оснащено 90 % всех легковых автомобилей, в Японии — 80 %, в Европе — 13%.

ХОДОВАЯ ЧАСТЬ АВТОМОБИАЯ

Одной из основных частей автомобиля является его ходовая часть. Все ее детали (подрамник, передний и задний мосты, передняя и задняя подвески, ступицы колес и колеса с шинами) соединяют колеса с кузовом, обеспечивают восприятие всех сил, действующих на автомобиль, снижают нагрузки и гасят колебание кузова при движении по неровной дороге.

За плавное движение автомобиля на дороге отвечает подвеска. Пружины, расположенные между осями колес и кузовом, смягчают толчки и делают колебание корпуса менее ощутимым. Но одних пружин для этого недостаточно.

Ступица — центральная утолщенная часть колеса, имеющая отверстие сУгя оси гиги вала.

Схема устройства задней подвески (а — амортизатор без нагрузки; б — амортизатор под нагрузкой):

1 —верхний рычаг;

2 — поперечная балка;

3 —колесо;

4 —амортизатор;

5 —вертикальнаястойка;

6 — нижний рычаг.

Профиль металлический — изделие, полученное прокаткой, прессованием, формовкой между валками.

Поэтому подвеска оснащается амортизаторами, прокладками и рычагами.

Задняя подвеска по своей конструкции отличается от передней, но при этом она выполняет практически те же функции.

Непосредственную связь автомобиля с дорогой, обеспечение движения и изменение его направления выполняют колеса. В зависимости от назначения они делятся на ведущие, управляемые и комбинированные. Ведущие колеса преобразуют крутящий момент от трансмиссии в силу тяги, в результате чего возникает поступательное движение автомобиля; управляемые задают направление движения; комбинированные способны одновременно выполнять функции ведущих и управляемых колес.

Колесо крепится на ступице, которая устанавливается с использованием подшипников, снижающих трение, на оси.

 Основными частями колеса являются диск, который штампуют из листовой стали по специальному профилю, и пневматическая шина. Диск имеет обод, который также штампуется из стали. В средней его части есть углубление, что обеспечивает и облегчает шиномонтаж:.

Все детали и системы современных машин одинаково важны и необходимы. Насколько точны и надежны в работе будут все ее механизмы, во многом зависит от автовладельца. Пользуясь услугами «железного коня», не стоит забывать и о своих обязанностях. Своевременная замена смазочных масел и фильтров, замена охлаждающей жидкости, контроль за качеством топлива, профилактические осмотры и многое другое обеспечат бесперебойную работу любого автомобиля.

Самая выносливая машина — «Мерседес-Бенц 180» 1957 г. выпуска. За 21 год служения хозяину, Роберту О'Рейли из г. Олимпии (штат Вашингтон, США), автомобиль проделал путь в 2 млн. 14,5 тыс. км, т.е. почти 50 раз объехал Землю по экватору.