Геометрическая проходимость автомобиля. Изучаем как влияет масса автомобиля на проходимость на примере пикапа Ford Ranger Проходимость транспортных средств

Под проходимостью понимают свойство автомобиля двигать­ся по неровной и труднопроходимой местности не задевая за не­ровности нижним контуром кузова. Проходимость автомобиля характеризуется двумя группами показателей: геометрическими показателями проходимости и опорно – сцепными показателями проходимости. Геометрические показатели характеризуют веро­ятность задевания автомобиля за неровности, а опорно – сцепные характеризуют возможность движения по труднопроходимым участкам дорог и бездорожью.

По проходимости все автомобили можно разделить на три группы:

– автомобили общего назначения (колесная формула 4x2, 6x4);

– автомобили повышенной проходимости (колесная формула 4x4, 6x6);

– автомобили высокой проходимости, имеющие специальную компоновку и конструкцию, многоосные со всеми ведущими колесами, гусеничные или полугусеничные, автомобили – амфи­бии и другие автомобили, специально предназначенные для работы только в условиях бездорожья.

Рассмотрим геометрические показатели проходимости.

Дорожный просвет – это расстояние между низшей точкой ав­томобиля и поверхностью дороги. Этот показатель характеризу­ет возможность движения автомобиля без задевания за препят­ствия, расположенные на пути движения (рис.5.9).

Радиусы продольной и поперечной проходимости, соответствен­но r пр и r поп, представляют собой радиусы окружностей, касатель­ных к колесам и низшей точки автомобиля, расположенной внут­ри базы (колеи). Эти радиусы характеризуют высоту и очертания препятствия, которое может преодолеть автомобиль, не задевая за него. Чем они меньше, тем выше способность автомобиля пре­одолевать значительные неровности без задевания за них своими низшими точками.

Передний и нижний углы свеса, соответственно α п1 и α п2 , обра­зованы поверхностью дороги и плоскостью, касательной к пере­дним или задним колесам и к выступающим низшим точкам пере­дней или задней части автомобиля.

Максимальная высота порога, который может преодолеть ав­томобиль, для ведомых колес составляет 0,35...0,65 радиуса коле­са. Максимальная высота порога, преодолеваемого ведущим ко­лесом, может достигать радиуса колеса и иногда ограничивается не тяговыми возможностями автомобиля или сцепными свойства­ми дороги, а малыми величинами углов свеса или просвета.

Максимально необходимая ширина проезда при минимальном радиусе поворота автомобиля характеризует возможность манев­рировать на малых площадках, поэтому проходимость автомоби­ля в горизонтальной плоскости часто рассматривают как отдель­ное эксплуатационное свойство маневренность. Наиболее манев­ренными являются автомобили со всеми управляемыми колесами. В случае буксировки прицепом или полуприцепов маневренность автомобиля ухудшается, так как мри поворотах автопоезда прицеп смешается к центру поворота, именно поэтому ширина полосы дви­жения автопоезда больше, чем одиночного автомобиля.

К опорно – сцепным показателям проходимости относятся сле­дующие.

Максимальная сила тяги - наибольшая сила тяги, которую спо­собен развивать автомобиль па низшей передаче.

Сцепной вес – сила тяжести автомобиля, приходящаяся на ве­дущие колеса. Чем больше сцен пой вес, тем выше проходимость автомобиля. Среди автомобилей с колесной формулой 4x2 наи­большую проходимость имеют заднемоторные заднеприводные и переднемоторные переднеприводные автомобили, так как при такой компоновке ведущие колеса всегда нагружены массой дви­гателя.

Удельное давление шин на опорную поверхность определяется как отношение вертикальной нагрузки на шину к площади контакта, замеренной по контуру пятна контакта шины с дорогой q = G: F.

Этот показатель имеет большое значение для проходимости автомобиля. Чем меньше удельное давление, тем меньше разру­шается грунт, меньше глубина образуемой колеи, меньше сопро­тивление качению и выше проходимость автомобиля.

Коэффициент совпадении колеи представляет собой отношение колеи передних колес к колее задних колес. При полном совпаде­нии колеи передних и задних колес задние катятся по грунту, уплотненному передними колесами, и сопротивление качению при этом минимально. При несовпадении колеи передних и задних колес затрачивается дополнительная энергия на разрушение зад­ними колесами уплотненных стенок колеи, образованной передни­ми колесами. Поэтому у автомобилей повышенной проходимос­ти часто на задние колеса устанавливают одинарные шины, умень­шая тем самым сопротивление качению.

Проходимость автомобиля во многом зависит от его конструк­ции. Так, например, в автомобилях повышенной проходимости применяют дифференциалы повышенного трения, блокируемые межосевые и межколесные дифференциалы, широкопрофильные шины с развитыми грунтозацепами, лебедки для самовытаскива­ния и другие приспособления, облегчающие проходимость авто­мобиля в условиях бездорожья.

Водителю, который не погружен в автомобильную тематику, приходится сталкиваться с новыми терминами. Если автовладелец обзавелся кроссовером, он может встретить такое понятие, как геометрическая проходимость автомобиля. Данный параметр является весьма важным для внедорожников, и в рамках данной статьи мы рассмотрим, что он собой представляет.

Оглавление:

Геометрическая проходимость автомобиля: что это такое

Первым делом нужно разобраться, что означает термин «геометрическая проходимость автомобиля». Если говорить кратко, это сочетание геометрических параметров транспортного средства, которые влияют на его способность преодолевать препятствия во время движения.

Не только у внедорожников имеется геометрическая проходимость, но именно у них на нее обращают особое внимание водители при выборе машины для эксплуатации в экстремальных условиях.

Какие параметры автомобиля влияют на геометрическую проходимость

Геометрическая проходимость автомобиля, в первую очередь, зависит от размеров самого транспортного средства. Базовые параметры, оказывающие влияние на данный показатель, следующие:

• Габариты автомобиля: длина, ширина, высота;
• Длина колесной базы;
• Ширина колеи – это расстояние между двумя колесами на одной оси в центре точки соприкосновения;
• Передний и задний свес – это расстояния от оси колес до передней (или задней) точки автомобиля.

В зависимости от данных базовых показателей определяется геометрическая проходимость автомобиля.

Основные параметры геометрической проходимости

В понятие геометрической проходимости автомобиля входит 5 основных параметров:

Также можно выделить несколько параметров, относящиеся к геометрической проходимости автомобиля, но не являющиеся ключевыми:

Зачем знать геометрическую проходимость автомобиля

Указанные выше параметры важны в той или иной степени для определения геометрической проходимости автомобиля. Но чаще всего при рекламе своих автомобилей производители заостряют внимание лишь на четырех из них – клиренс, углы въезда и съезд и угол рампы. Остальные параметры вторичны и мало о чем могут рассказать неопытному водителю, который планирует приобрести автомобиль.

Однако, геометрическая проходимость автомобиля – это далеко не всегда реальная проходимость автомобиля в сложных дорожных условиях. Реальная проходимость в значительной степени зависит от типа привода (и от метода его работы), наличия или отсутствия межколесных блокировок, качества резины, поверхности соприкосновения и так далее. И чаще именно указанные параметры, а не геометрические характеристики, определяют внедорожные качества автомобиля.

Проходи́мость - способность транспортного средства передвигаться по дорогам низкого качества и вне дорожной сети, а также - преодолевать искусственные и естественные препятствия без привлечения вспомогательных средств . Проходимость является одной из составных характеристик подвижности транспортного средства, как правило - она задаётся при проектировании техники исходя из её предполагаемого назначения с учётом экономической целесообразности .

По своей проходимости транспортная техника подразделяется на машины обычной, повышенной и высокой проходимости:

Типичные виды препятствий

Неровная дорога

Езда по неровной дороге снижает срок службы автомобиля. Если сила тяги, развиваемая автомобилем, недостаточна, он может застрять.

Для того, чтобы автомобиль справлялся с неровными дорогами, применяют такие меры:

• Автомобили высокой проходимости существенно прочнее, чем дорожные. У них более прочные кузов и рама, плюс усиленная подвеска.
• Высокий крутящий момент двигателя. Желателен полный привод , блокировка дифференциала .
• Высокий клиренс .
• Мягкие рессоры , большой ход подвески.
• Лебёдка для вытаскивания застрявшего автомобиля.

Точечные препятствия

Небольшие, но высокие препятствия (камни, пни, кочки) автомобиль должен пропускать под днищем. Для этого важны:

• Высокий клиренс .
• Чтобы препятствиями не повредить двигатель, внизу моторный отсек защищён прочным поддоном.
• Шарниры равных угловых скоростей с резиновыми пыльниками очень уязвимы. ШРУСы надёжно защищают, чтобы корягой нельзя было прорвать пыльник. Либо используют зависимую переднюю подвеску , в которой ШРУС находится внутри металлического кулака.

Подъёмы и спуски

При езде на подъём двигатель может заглохнуть. Если не хватает сцепления шин, автомобиль может сорваться вниз. При езде поперёк склона автомобиль может опрокинуться. При переходе с подъёма или спуска на ровное место автомобиль может зацепиться кузовом и застрять.

В трансмиссии должны быть пониженные передачи, которые позволяют взбираться по крутым склонам и двигаться по мягкому грунту .

Удельная мощность

Тяговооружённость

Отношение силы тяги к массе автомобиля.

Опорно-сцепные параметры

Удельное давление на грунт

На первых внедорожных автомобилях, а также их последователях военного и хозяйственного назначения традиционно использовались автомобильные шины высокого удельного давления на грунт с развитыми грунтозацепами. С одной стороны, малая ширина резины способствовала уменьшению сопротивления качению, что повышало скорость передвижения по твердым грунтам, улучшало показатели топливной экономичности. С другой стороны, узкие колеса, за счет большего удельного давления, давали лучшие возможности сцепления на неглубоких вязких и рыхлых грунтах. Преодоление заведомо непроходимых, без вспомогательных технических средств, местностей с глубокими вязкими грунтами (болота, сыпучие песчаники, снежные целины) не входило в задачи подобных автомобилей. На выполнение таких задач были ориентированы другие виды самодвижущейся техники - многоколесные, гусеничные вездеходы и пр.

Как только внедорожные автомобили стали активно использоваться на дорогах с твердым покрытием, появился новый уровень требований к их активной безопасности; для улучшения управляемости и возможностей торможения, стали использоваться более широкие колеса. Конструкция таких автомобилей стала предусматривать более мощные силовые агрегаты, за счет чего были отчасти нивелировано возросшее сопротивление качению.

Тем не менее, на автомобили повышенной проходимости, не рассчитанные на постоянное использование на дорогах с твердым покрытием, стараются установить колеса, имеющие как можно меньшее удельное давление на грунт, за счет их увеличенного диаметра и ширины. При наличии развитых грунтозацепов, такая конструкция колеса позволяет двигаться по относительно глубоким вязким грунтам. Увеличенный диаметр позволяет преодолевать препятствия большей высоты, в том числе улучшает способности машины по накату колеи и увеличивает дорожный просвет автомобиля.

На вездеходах на пневматическом ходу используются колеса сверхбольшого диаметра и ширины с низким внутренним давлением. Крайне низкое давление на грунт позволяет не повреждать поверхности почв, растения, а также обеспечивает плавучесть (при достаточном внутреннем объёме пневматической шины). Развитые грунтозацепы используются редко, так как фактически, их роль выполняет эластичная шина, повторяющая в месте пятна контакта форму грунта и за счет этого, повышающая силу трения.

Тип подвески

Специфика использования предъявляет к автомобилям повышенной проходимости следующие требования: повышенный, по сравнению с автомобилями дорожных модификаций, дорожный просвет, большая энергоемкость и долговечность упругих и демпфирующих элементов, большие ходы подвески, а также устойчивость элементов подвески к механическим воздействиям (удары о грунт, препятствия).

В большинстве случаев, зависимая конструкция подвески улучшает проходимость машины на пересеченной местности за счет больших, по сравнению с независимой, артикуляционных возможностей. Иными словами, на переломах профиля грунта, колеса, при такой конструкции подвески, с большей вероятностью смогут сохранять контакт с поверхностью грунта. У автомобилей с независимой подвеской и отсутствием блокирующихся дифференциалов, или систем, имитирующих их эффект, в подобных условиях возникает вывешивание колеса, что приводит к потере автомобилем подвижности. Картер моста зависимой подвески зачастую выполняет роль защиты картера двигателя, что важно при преодолении поверхностей с выступающими элементами (бревна, камни, пр.) С другой стороны, независимая подвеска, за счет высоко расположенного корпуса дифференциала, увеличивает дорожный просвет автомобиля. Также, независимая подвеска имеет большее количество нагруженных подвижных элементов, что понижает её надежность и повышает стоимость изготовления и обслуживания.

Однако, существует и тип зависимой подвески, способный значительно увеличить дорожный просвет автомобиля, при сохранении основных достоинств зависимой конструкции - мосты с колесными редукторами. Балка моста в них расположена выше оси вращения колес, дифференциал традиционно располагается на самой балке, однако редукторные механизмы расположены непосредственно у каждого колеса. Самые известные автомобили, использующие подобную конструкцию - Unimog, Volvo и УАЗ. Мосты подобной конструкции называют «портальными». К недостаткам могут быть отнесены повышенная вибро- и шумонагруженность, повышенная масса, потери в динамике, и, конечно, редкость и дороговизна.

С точки зрения управляемости, при скоростном передвижении по пересеченной местности, наиболее предпочтительна независимая конструкция подвески. В первую очередь, это обусловлено меньшим объёмом её неподрессоренных масс, большей энергоемкостью и меньшей склонности к крену. Именно такая конструкция используется на большинстве легковых автомобилей для ралли-рейдов, в том числе знаменитом Париж-Дакар.

Проходимость – это эксплуатационно-техническое свойство, определяющее возможность использования автомобиля по бездорожью и на дорогах с покрытием, находящимся в плохом состоянии.

Все автомобили должны в значительной мере обладать хорошей проходимостью, а для машин, которые систематически работают в трудных дорожных условиях, такое свойство имеет первостепенное значение. От проходимости зависит средняя скорость движения, производительность и сохранность автомобиля, безопасность движения и другие немаловажные факторы.

Сейчас пока еще не установлен единый параметр, который позволил бы точно и полно оценить проходимость автомобиля в различных дорожных условиях.
Однако уже известно, что для хорошей проходимости автомобиль должен обладать хорошими тяговыми свойствами, а также иметь достаточно крепкие детали и механизмы ходовой части.

Кроме того, выявлен ряд измерителей, которые в достаточной мере определяют возможности преодоления препятствий автомобилем. К основным измерителям необходимо отнести следующие:

1. Расстояние между низшими точками автомобиля и дорогой (дорожный просвет). Чем больше это расстояние, тем безболезненнее автомобиль будет преодолевать неровную дорогу, не рискуя задевать за кочки, камни, пни и т. д. Этим самым исключается возможность повреждения отдельных деталей шасси. У всех автомобилей наиболее низкими точками шасси являются картер маховика, передняя и задняя оси. Происходит много случаев, когда низкие части повреждаются, наскакивая на камни. Это чаще бывает в горных каменистых районах.

Рис. 9. Определение наименьшего дорожного просвета между нижней точкой шасси и дорогой.

Расстояние от низших точек автомобиля до поверхности дороги у большинства легковых автомобилей составляет 180-250 мм, а у грузовых – 250-325 мм (рис. 9, таблица 6).

Таблица 6
СРЕДНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОХОДИМОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ

Марки автомобилей	Дорожный просвет (в мм)	Радиус продольной проходимости в метрах	Угол в градусах
			передний	задний
Легковые	150-220	3-8	20-30	15-20
Грузовые	250-350	2,5-6	40-60	25-45
Автобусы	220-300	4-9	10-40	6-20

2. Радиусы продольной и поперечной проходимости.
Это второй показатель, определяющий проходимость автомобиля по пересеченной местности. Необходимо различать нижний и верхний радиусы продольной проходимости, а также радиус поперечной проходимости.
Нижний радиус продольной проходимости – это радиус дуги окружности, проведенной касательно к передним и задним колесам и нижней точкой между ними (рис. 10).

Рис. 10. Определение радиуса продольной проходимости автомобиля

Верхний радиус продольной проходимости – радиус дуги окружности, проведенной касательно к передним и задним колесам и выступающей передней или задней частью автомобиля.
Радиус поперечной проходимости – радиус дуги окружности, проведенной касательно к передним или задним колесам автомобиля и нижней точкой между ними соответствующей оси (рис. 11).

Рис. 11. Оыпределение радиуса поперечной проходимости

Чем меньше радиусы продольной и поперечной проходимости, тем большая способность автомобиля преодолевать рвы, крутые мосты, бугры цилиндрической формы, кюветы и т. д. без задевания за своими низшими точками.

3. Передний и задний углы проходимости.
Это углы образуются между опорной плоскостью дороги и касательными, проведенными из крайних точек, выступающих спереди и сзади частей автомобиля к переднему и заднему колесам (рис. 12).

Рис. 12, Определение пережднего угла въезда и заднего угла съезда автомобиля

Чем больше величина переднего и заднего углов проходимости, тем выше проходимость автомобиля при переезде через канавы, выступы, бугры и другие препятствия, которые могут встретиться в пути.

4. Удельное давление колес на опорную поверхность.
Определяется эта величина делением нагрузки, приходящейся на соответствующее колесо, на площадь отпечатка шины.
g = G/F кг/см2,
где:
G – вес, приходящийся на колесо в кг;
F – площадь отпечатка шины в см2;
Давление колес на опорную поверхность имеет большое значение для проходимости автомобиля, в особенности при движении его по песку, снегу, пашне, грязи, болоте и т. д. (рис. 13). Чем меньше давление колес, тем меньше глубина образуемой колеи, следовательно, меньше сопротивление движению и больше проходимость автомобиля.

Рис. 13. Средние удельные давления лыжника, пешехода, легкового автомобиля.

5. Сцепление ведущих колес с дорогой.
Часто на скользких дорогах с обледенелым дорожным покрытием, а также на дорогах с глинистым грунтом, черноземом происходит буксование ведущих колес.
Колеса буксуют в том случае, когда тяговое усилие, необходимое для движения автомобиля в данных дорожных условиях, превосходит максимально возможное значение реакции между ведущими колесами и дорогой.
Условия движения без буксования определяются следующим выражением:
Gв ? > P,
где:

? – коэффициент сцепление шин с дорогой;
Р – тяговое усилие, необходимое для движения автомобиля в данных
условиях.
Для сравнения проходимости автомобилей в части их предрасположения к буксованию ведущих колес используется следующая зависимость:
D? = Gв/Ga ?,
где:
D? – сцепной фактор автомобиля;
Gв – вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса;
Ga – полный вес автомобиля;
? – коэффициент сцепления; (? = 0,1, что соответствует движению
автомобиля по обледенелой, наиболее скользкой дороге).
Следует отметить, когда значение Dр больше, то автомобиль меньше предрасположен к буксованию колес и застреваниям и хорошо преодолевает подъемы на скользкой дороге.

6. Радиус поворота автомобиля.
Чем меньше радиус поворота автомобиля, тем удобнее водителю маневрировать при езде по дорогам с большим количеством поворотов и препятствий (рис. 14).

Рис. 14.Схема поворота автомобиля

7. Максимальная высота автомобиля (или расстояние от высшей точки автомобиля до плоскости опоры колеса).

Это качество важно главным образом автобусам, предназначенным для работы в городских условиях, где им приходится проезжать под мостами и другими сооружениями.
К оценке проходимости относятся и такие измерителя, как вес автомобиля и его распределение по осям, высота центра тяжести, габариты, высота расположения механизмов, ограничивающих глубину преодолеваемого брода, возможность преодолевания препятствий: вертикальных стенок, рвов и т. п.

Приведенными выше измерителями свойство проходимости автомобиля не исчерпывается полностью, но уже в достаточной мере определяет его.