Колея — описание, рекомендации
Не менее важным фактором комфортной езды является дорожное полотно, а его качество зависит от укладки асфальта, геометрии рельефа, погодных условий и т. д.
Со временем без обязательного «ухода» за дорожным полотном (асфальтом или другими покрытиями) появляется колея.
Колея относится к геометрическим параметрам, имеющим непосредственное влияние на динамику и управляемость автомобиля.
Влияние колеи и других параметров на поведение автомобиля
Определяют оптимальное значение вышеописанных параметров и их необходимое соотношение инженеры-разработчики, участвующие в создании автомобилей. По итогам их расчетов автомобиль способен с минимальными затратами мощности и износом шин легко маневрировать, при этом показывая отличную устойчивость, что является залогом безопасного движения.
Колея, дорожный просвет и колесная база автомобиля относятся основным параметрам. Именно от них зависят устойчивость, управляемость, плавность хода, проходимость и эффективность торможения. Для передней и задней осей ширина колеи может быть различной, поэтому для их обозначения в характеристиках автомобиля предусмотрены отдельные строки.
Определения основных параметров автомобиля
Дорожный просвет, это расстояние от дорожного полотна до края наиболее низко расположенного элемента конструкции транспортного средства. От этого показателя зависит проходимость автомобиля.
Колесная база, это расстояние, измеряемое между центрами передних и задних колес.
Колея, это расстояние между средними линиями следов оставляемых от правого и левого колеса, расположенных на одной из осей автомобиля. Когда ось оснащена сдвоенными колесами (грузовики, автобусы), то под колеей подразумевают расстояние между серединами следов от левой и правой пары сдвоенных колес.
Размеры колеи напрямую влияют на поведение транспортного средства при прохождении поворотов и поперечный крен кузова.
Движение автомобиля при различных значениях передней и задней колеи на бездорожье будет затруднено тем фактом, что колеса заднего моста должны прокладывать для себя новую колею.
Жесткие ограничения по ключевым параметрам
Если сравнивать колею с колесной базой, то колея не может быть больше определенного значения. Так, отношение величины колеи к колесной базе (база/колея) находится в границах 1, 7 — 1,8 и не может быть меньше чем 1.6 практически для всех автомобилей.
Чем выше соотношение база/колея, тем автомобиль более устойчиво ведет себя на больших скоростях и, стало быть, он более комфортабелен.
При наличии на автомобиле различной колеи передних и задних колес, ему приходится, как уже сказано выше, прокладывать дополнительную колею для колес заднего моста при движении по песку, рыхлой почве или снегу. Это в свою очередь требует более мощного двигателя и как следствие дополнительные затраты энергии. К тому же в этом случае снижается проходимость, возрастает расход топлива из-за повышения сопротивления движению автомобиля.
Колея автомобиля задана конструкцией, разработанной изготовителем, и под этот размер рассчитаны основные узлы и детали подвески. Когда же производят самостоятельный тюнинг автомобиля, то зачастую стараются вынести колеса немного за пределы колесной арки, увеличивая тем самых колею колес.
Это в свою очередь увеличивает нагрузку на подвеску автомобиля, изменяя его характеристики. Так повышается нагрузка при торможении и штатная тормозная система уже не сможет эффективно выполнять торможение автомобиля. По этой причине помимо увеличения колеи необходимо установить и более мощную тормозную систему. Помимо всего прочего увеличение колеи отразится и на сроке службы подшипников ступиц, существенно сократив их ресурс.
В автоспорте при подготовке серийного автомобиля обычно увеличиваю колею колес не установкой проставок или дисков, а демонтируют балку, разрезают ее и вставляют новую часть и обваривают. Обязательным условием в таких случаях, является применение для вставки того же материала, что и материал самой балки.
Автомобиль, имеющий большую базу более устойчив на трассе даже при неблагоприятных дорожных условиях (ярко выраженная колейность или скользкое покрытие). Длинно базовый автомобиль равнодушен к мелким неровностям дороги, но при прохождении крупных колдобин растет риск задеть их днищем или оторвать глушитель, а также застрять в снегу или грязи.
Чем шире колея, тем безопаснее и устойчивее автомобиль в крутых поворотах и при маневрировании. Однако если автомобиль широкий, но короткий, то при попадании на заледенелый участок или глиняную или заснеженную обочину, она может просто слететь с дороги. Например, автомобиль «Нива» при отключенном полном приводе. Поэтому очень важен выбор соотношения параметров базы и колеи, которые определяют характеристики автомобиля. Это, конечно же, не единственные факторы, влияющие на поведение автомобиля и его управляемость – важна и компоновка авто (расположение двигателя), его привод, распределение веса по осям и т.д.
Теория выбора соотношения база/колея
При первом рассмотрении соотношение между базой и колеей задается классом автомобиля (уровнем комфорта в салоне), скажем лимузины длинные, а их ширина задается стандартами полосы дороги. Но это не совсем так.
Увеличение поверхности опор колес связано с достаточно жесткими допусками соотношения колеи и базы. Например, компактный автомобиль Ford Kа имеет такое же соотношение как и Audi A6 (кстати больше чем у Audi A4). Понятно, что некоторые предпочтения диктует класс авто: при передвижении по дороге для комфорта важнее его устойчивость на прямой, никто ведь не закладывает крутые виражи на лимузинах.
Из сказанного можно сделать некоторые заключения. Чем больше соотношение база/колея, тем автомобиль комфортнее. Наибольшие цифры имеют такие марки как BMW или Mercedes, а недорогие малолитражки имеют соотношение меньше как минимум на 0.1.
Стоит отметить, что большую разницу в ширине передней и задней колеи тоже нельзя делать на обычных машинах, что связано с различной нагрузкой, напрямую влияющую на управляемость. Так в купе спорт обычно находится два человека и может дорожная сумка в багажнике, что практически никак не скажется на развесовке. Когда же рассматривается семейный универсал, то учесть изменение положение центра тяжести достаточно трудно.
Что нужно знать о колее в процессе эксплуатации автомобиля
Самостоятельный выбор шин, отличающихся от заводских норм для данного авто может иметь негативные последствия. В данном случае будет нарушено соотношение база/колея и авто будет склонно к заносу и увеличится износ деталей подвески.
Не совсем понятно широкое применение производителями авто «российских пакетов», для наших дорог, которые увеличивают клиренс против базового. Известно, что любое изменение ведет к сбою настроек, включая изменение в соотношении база/колея
При выборе авто одним из аргументов может служить отношение база/колея, если оно меньше, то авто для города, а не для трассы. Когда же предполагаются частые поездки по трассе, то выбирается относительно узкая колея — большее отношение база/колея.
Таким образом выбирая себе автомобиль или уже выбрав его, для сохранения его жизни, своей и окружающих стоит выбирать маршрут передвижения оптимальный в соотношении с характеристиками Вашего автомобиля.
геометрические характеристики проходимости автомобиля
1. ЧТО ТАКОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ПРОХОДИМОСТЬ?
Геометрическая проходимость – это совокупность геометрических параметров автомобиля, влияющих на его способность преодолевать препятствия.
Если говорить о полной геометрической проходимости, то она складывается из нескольких групп параметров, которые можно условно обозначить как базовые и внедорожные.
Базовые параметры – это собственно габаритные размеры автомобиля: длина, ширина, высота и размер колесной базы. От них зависят как непосредственные показатели проходимости, так и геометрические внедорожные параметры.
2. КАКОВЫ БАЗОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ГЕОМЕТРИЧЕСКУЮ ПРОХОДИМОСТЬ?
Как уже было сказано выше, геометрическую проходимость во многом определяют именно параметры автомобиля: общая длина и длина колесной базы, высота и ширина автомобиля, а также ширина колеи и длина переднего и заднего свесов. Длина, ширина и высота машины в объяснении не нуждаются, а об остальных можно сказать пару слов. Так, длина колесной базы – это расстояние между осями передних и задних колес, ширина колеи – это расстояние между центрами колес одной оси в пятне контакта с поверхностью, передний свес – это расстояние между осью передних колес и крайней передней точкой автомобиля, а задний свес – соответственно, расстояние между осью задних колес и крайней задней точкой автомобиля.
3. КАКОВЫ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ПРОХОДИМОСТИ?
Обычно, говоря о геометрической проходимости, рассматривают пять основных параметров:
— клиренс, или дорожный просвет автомобиля;
— угол въезда;
— угол съезда;
— угол рампы, или продольный угол проходимости;
— угол опрокидывания.
Кратко поясним каждую из этих величин. Клиренс, или дорожный просвет – это расстояние от самого нижнего элемента автомобиля до поверхности земли. По ГОСТ это расстояние измеряется в центральной части автомобиля, но зачастую наиболее низкорасположенный элемент может быть смещен относительно центра: к примеру, им может являться резонатор глушителя или кронштейн амортизатора. Поэтому обычно клиренсом считают именно расстояние от этой нижней точки до горизонтальной поверхности, на которой стоит автомобиль.
Угол въезда – это угол между горизонтальной поверхностью и линией, проведенной между пятном контакта передних колес и нижней точкой передней части автомобиля. Иными словами, это максимальный угол рампы, на которую может въехать автомобиль, не коснувшись ее передней частью кузова. Несложно догадаться, что он зависит от клиренса и длины переднего свеса: чем больше клиренс и меньше передний свес, тем выше будет угол въезда.
Угол съезда – это то же самое, но для задней части кузова: угол между горизонтальной поверхностью и линией, проведенной между пятном контакта задних колес и нижней точкой задней части автомобиля. Иными словами, это максимальный угол рампы, на которую может въехать автомобиль при движении задним ходом, не коснувшись ее задней частью кузова. Он, очевидно, зависит от клиренса и длины заднего свеса: чем больше клиренс и меньше задний свес, тем больше будет угол съезда.
Угол рампы, или продольный угол проходимости – это максимальный угол, который может преодолеть автомобиль, не касаясь поверхности днищем. Он, в свою очередь, зависит от сочетания клиренса и длины колесной базы: чем больше клиренс и короче база, чем больше будет угол рампы. Его изменение, к примеру, можно наглядно увидеть в трехдверной и пятидверной версиях Lada 4X4: углы въезда и съезда у них одинаковы, а вот угол рампы у трехдверки больше, потому что у нее короче колесная база.
Угол опрокидывания, или угол поперечной статической устойчивости – это максимальный угол поворота автомобиля вокруг продольной оси, при котором он может не опрокинуться набок. Он зависит от сочетания ширины и высоты автомобиля, ширины его колеи, а также его центра тяжести: чем больше ширина автомобиля и его колеи, меньше высота и ниже центр тяжести, тем выше угол опрокидывания.
Кроме этих основных параметров геометрической проходимости есть и еще некоторые, определенно относящиеся к геометрии, но не связанные напрямую с габаритами автомобиля. Это максимальный преодолеваемый уклон, глубина преодолеваемого брода, ходы подвески и артикуляция подвески.
Максимальный преодолеваемый уклон – это предельный угол относительно горизонта той поверхности, по которой способен двигаться автомобиль без посторонней помощи, то есть, предельная крутизна уклона, на который может въехать автомобиль.
Глубина преодолеваемого брода – это максимальная глубина водного препятствия, которое автомобиль может преодолеть без негативных последствий для его технической части. Глубина брода прежде всего ограничена высотой расположения точки забора воздуха двигателем: если вода поднимется до нее, то проникнет во впускной тракт и далее в цилиндры, что может спровоцировать гидроудар и серьезную поломку мотора. У обычных автомобилей точка воздухозабора расположена под капотом, что ограничивает максимальную высоту преодолеваемого брода. Специально подготовленные же внедорожники оснащаются шноркелем – патрубком, выводящим точку забора воздуха на уровень крыши, что позволяет преодолевать более глубокие броды без риска гидроудара.
Ход подвески – это максимальное расстояние, которое может проделать колесо в вертикальном направлении от точки максимального сжатия подвески до момента ее полной разгрузки на грани отрыва от поверхности. Чтобы оценить этот параметр, автомобиль можно загнать одним из передних колес на препятствие такой высоты, чтобы заднее колесо на той же стороне оторвалось от поверхности – это называется диагональное вывешивание, поскольку второе переднее колесо в этом случае тоже будет на грани отрыва от земли. Ну а расстояние по вертикальной оси между высотой подъема переднего и заднего колеса на одной стороне автомобиля в таком положении – это и есть артикуляция подвески. Ходы подвесок колес и артикуляция оказывают косвенное влияние на показатели геометрической проходимости.
Выше мы обозначили и объяснили практически все параметры, характеризующие геометрическую проходимость автомобиля. На практике же, в «бытовом» понимании и беглом сравнении под геометрической проходимостью обычно понимают четыре из них: клиренс, а также углы въезда, съезда и рампы. Для описания возможностей своих кроссоверов и внедорожников автопроизводители используют именно эти цифры – и по большому счету, они вполне исчерпывающе характеризуют эксплуатационные показатели машины.
Однако ключевые слова здесь – «эксплуатационные показатели»: цифры геометрической проходимости – далеко не единственное, что определяет реальную проходимость. На нее в не меньшей степени влияют тип привода (а если привод полный – то тип его технической реализации, наличие межосевой и межколесных блокировок, а также характеристики используемых покрышек. И как показывает практика, именно последние становятся главным ограничением внедорожных способностей современных серийных автомобилей.
.
Главное и неизменное «действующее лицо» всех систем полного привода — это раздаточная коробка: специальный агрегат, который получает крутящий момент от коробки передач и распределяет его на переднюю и заднюю оси. А вот методик распределения, равно как и схем компоновки, есть несколько.
Системы полного привода принято делить на три типа:
Постоянный полный привод (Full-time)
Плюсы:
— надёжная «неубиваемая» конструкция;
— возможность езды с полным приводом как по бездорожью, так и по асфальту.
— сложность по сравнению с жестко подключаемым приводом;
— большая масса;
— сложность настройки управляемости;
— повышенный расход топлива.
Первое, что приходит в голову, когда есть задача передать крутящий момент на две оси, — это жестко подсоединить их к раздатке железными трубами. Но вот незадача: при прохождении поворотов колеса автомобиля проходят разные пути.
Если жестко соединить оси, то какие-то колеса будут ехать, а какие-то — пробуксовывать. В грязи, когда покрытие мягкое, это нестрашно. Во времена Второй мировой, скажем, легендарные «Виллисы» спокойно ездили с жестко соединенными осями, потому как эксплуатировались исключительно на бездорожье. А вот если покрытие твердое, то эти пробуксовки будут порождать крутильные колебания и медленно, но верно разрушать трансмиссию.
Поэтому в раздаточной коробке автомобилей с постоянным полным приводом располагается межосевой дифференциал — механизм, который распределяет мощность между осями и позволяет им вращаться с разной скоростью. И если какое-то колесо замедляется, то обороты другого увеличиваются, но настолько же падает и крутящий момент на нем.
Все это здорово, пока мы едем по асфальту, а что делать, если задней осью мы застряли в луже? На передних колесах, которые будут стоять на твердой поверхности, будет момент но не будет оборотов, зато задние будут вращаться очень быстро, но момент на них будет маленьким. Маленькой будет и мощность на заднем колесе и ровно такую же мощность дифференциал подаст на передок. Буксовать в таком случае можно хоть целую вечность — все равно не сдвинешься.
Для таких случаев дифференциал снабжают блокировкой — когда она включена, обороты на всех колесах одинаковые, а момент зависит только от сцепления колес с дорогой.
За счет наличия дополнительных узлов (дифференциала и блокировки) вся система получается достаточно тяжелой и сложной. Кроме того, постоянная передача момента на все колеса увеличивает потери энергии, а значит, ухудшает динамику и увеличивает расход топлива.
Постоянный полный привод в автомобилестроении до сих пор используется, хотя в последнее время эту систему постепенно вытесняет полный привод по требованию, о котором речь пойдет дальше.
Жестко подключаемый (Part-time)
— надежная механика;
— максимальная простота при высокой проходимости.
— по асфальту с полным приводом ездить не рекомендуется;
— от дифференциала и блокировок можно и отказаться, при условии, что одна из осей будет временно отключаться. По такой логике работает система жестко подключаемого полного привода.
Оси между собой соединяются без дифференциала, и момент распределяется в строгом соотношении. Как следствие, высокая проходимость и минимум затрат.
Парт-тайм на сегодняшний день практически вымер и используется только на сугубо внедорожных автомобилях. Современному водителю пользоваться этой системой неудобно. Подключать ось можно только в неподвижном состоянии, чтобы не повредить механизмы. Ну а если после покатушек в лесу выехать на шоссе и забыть отключить полный привод, то есть риск загубить всю трансмиссию.
Полный привод с муфтой
— дешевизна и простота устройства;
— малая масса;
— возможность тонкой настройки системы.
— слабая надежность и стойкость к перегрузкам;
— нестабильность характеристик.
Жесткая блокировка дифференциала — это неплохо на бездорожье, но как заставить систему полного привода дозировать момент в динамике? Степень пробуксовки ведь всегда разная… Решение было найдено в середине 50-х годов.
Обычный механический дифференциал дополнили вязкостной муфтой (вискомуфтой). Вискомуфта — это деталь, в которой ряды лопаток, связанных с входным и выходным валами, вращаются в специальной жидкости. Входной и выходной валы свободно вращаются относительно друг друга, но секрет муфты именно в наполнителе, который при повышении температуры увеличивает свою вязкость.
При обычном движении, легких поворотах или проскальзывании колес муфта не препятствует взаимному перемещению лопаток, но как только разница в скорости вращения передних и задних колес вырастает, жидкость начинает интенсивно перемешиваться и нагреваться. При этом она становится вязкой и блокирует перемещения лопаток относительно друг друга. Чем больше разница, тем выше вязкость и степень блокировки.
Сегодня муфты используются как на схемах с постоянным полным приводом совместно с механическими дифференциалами, так и самостоятельно. Ведущим валом они соединены с раздаткой, а ведомым — с дополнительной осью. При необходимости, когда одна из осей буксовала, часть момента через муфту уходит на нее.
В поздних конструкциях муфт от жидкости отказались в пользу трущихся дисков, которые работают по такому же принципу, как фрикционное сцепление. При необходимости электроника «поджимает» их и начинает передачу момента. Управлять дозировкой момента автомобиль может самостоятельно, без участия водителя.
При всем удобстве муфты имеют ряд недостатков, основной из которых — слабая выносливость на серьезном бездорожье. Трущиеся диски от нагрузки перегреваются, и муфта уходит в аварийный режим. Поэтому эта система применяется в основном на компромиссных кроссоверах и легковых автомобилях, где полный привод нужен не для преодоления буераков, а для лучшей управляемости.
Обычный механический дифференциал дополнили вязкостной муфтой (вискомуфтой). Вискомуфта — это деталь, в которой ряды лопаток, связанных с входным и выходным валами, вращаются в специальной жидкости. Входной и выходной валы свободно вращаются относительно друг друга, но секрет муфты именно в наполнителе, который при повышении температуры увеличивает свою вязкость.
При обычном движении, легких поворотах или проскальзывании колес муфта не препятствует взаимному перемещению лопаток, но как только разница в скорости вращения передних и задних колес вырастает, жидкость начинает интенсивно перемешиваться и нагреваться. При этом она становится вязкой и блокирует перемещения лопаток относительно друг друга. Чем больше разница, тем выше вязкость и степень блокировки.
Сегодня муфты используются как на схемах с постоянным полным приводом совместно с механическими дифференциалами, так и самостоятельно. Ведущим валом они соединены с раздаткой, а ведомым — с дополнительной осью. При необходимости, когда одна из осей буксовала, часть момента через муфту уходит на нее.
В поздних конструкциях муфт от жидкости отказались в пользу трущихся дисков, которые работают по такому же принципу, как фрикционное сцепление. При необходимости электроника «поджимает» их и начинает передачу момента. Управлять дозировкой момента автомобиль может самостоятельно, без участия водителя.
При всем удобстве муфты имеют ряд недостатков, основной из которых — слабая выносливость на серьезном бездорожье. Трущиеся диски от нагрузки перегреваются, и муфта уходит в аварийный режим. Поэтому эта система применяется в основном на компромиссных кроссоверах и легковых автомобилях, где полный привод нужен не для преодоления буераков, а для лучшей управляемости.
Дальнейшая эволюция систем полного привода, по всей видимости, будет связана с электромоторами. Первый электромобиль с двигателем на каждом колесе показал еще на Всемирной выставке в Париже 1900 года Фердинанд Порше. Тогда это был, как бы сейчас сказали, «нежизнеспособный концепт-кар». Моторы были слишком тяжелые, а конструкция — дорогой. Сейчас у такой схемы перспектив явно больше.
Есть потенциал и у гибридной схемы, где одна ось приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, а вторая — элекродвигателем. Впрочем, если говорить о настоящих внедорожниках, то никакие электроинновации и фрикционные муфты пока не заменят дешевой, простой и выносливой механики.
Ширина колеи автомобиля
Термин ширина колеи автомобиля означает расстояние между колесами, которые находятся на одной оси. Величину рассчитывают от средины одного колеса до средины второго. Если сзади у машины есть по два колеса с каждой стороны, то замеряется ширина от средины отпечатков каждой пары колес.
Часто этот показатель называют, как колея автомобиля. В народе эти слова означают след от машины, который она оставляет на дороге. Как правило, колея образовывается на дороге, по которой в одном и том же месте ездит много машин. Посмотрите на дороги и увидите, какой глубокой может быть колея. В некоторых местах колея может быть такой глубины, что можно даже поцарапать себе днище.
Также под понятием колея автомобиля может подразумеваться колея, которая образовывается зимой. Из нее довольно сложно выбраться и тоже можно повредить свою машину.
Разная ширина колеи автомобиля
В основном, ширина колеи на всех осях автомобиля одинакова. Иногда бывают случаи, когда она отличается. Стоит отметить, что этот момент может привести к некоторым сложностям. К примеру, когда вы двигаетесь по бездорожью, то каждой оси придется прокладывать дорогу заново. Обязательно это сказывается на следующих характеристиках:
Однако этот момент может быть не столь существенным для машин определенного класса – SUV. Этот вид машин создан специально для езды по бездорожью и имеет мощный двигатель и повышенный расход топлива. Примером такой машины является Мицубиси Джип. Для большинства других машин разная ширина колеи автомобиля имеет большое значение.
Почему машины переворачиваются
Сейчас рассмотрим преимущество широкой колеи перед узкой. В узкой колеи есть свое преимущество – машина проедет там, где тяжело проехать большинство автомобилей. Однако, если у вас широкая колея, ваш железный конь менее подвержен к опрокидыванию. На уклоне действуют две силы:
Также на склоне способствует перевороту сопротивление скольжению, которое оказывают покрышки. Разумеется, все эти факторы в совокупности способны привести к тому, что автомобиль перевернется. На схеме ниже все это хорошо показано.
Также на устойчивость машины влияет не только ширина колеи автомобиля. Еще важны следующие факторы:
С самого начала производитель тестирует машину на разных склонах и поворотах. От вас требуется лишь не проверять машину в чересчур сложных условиях, потому как есть риск перевернуться. Посмотрите видео ниже и поймете, что на машине лучше ездить по обычной дороге.
