Конструкции несущих систем автомобилей бывают очень разнообразны, и во многих случаях не укладываются в простую схему "рамный или с несущим кузовом". Отсюда - большая терминологическая путаница, особенно в случае "пограничных" вариантов. Попробую в меру своих сил и познаний если и не "разложить всё по полочкам" для читателя - то, во всяком случае, привнести в этот хаос хоть немного порядка и системы.
Сразу делаю необходимую оговорку: реальная жизнь всегда намного сложнее любой системы классификации и упорно не желает втискиваться в "прокрустово ложе" чётко определённых категорий. Поэтому не удивляйтесь тому, что вам встретится немало исключений из правил, "переходных типов" или случаев nomen dubium (сомнительно относимых к тому или иному виду). И вторая оговорка: данная статья не является перечнем всех существующих типов рам (таковой уже есть, скажем, в Википедии) - я скорее хочу дать читателю некую общую схему, позволяющую отличать друг от друга принципиально различные виды несущих конструкций автомобиля. А конкретная их типология в данном случае не столь важна.
Главное, что здесь нужно понять - это то, что разница между автомобилями с несущей рамой и с несущим кузовом пролегает не в области их конструкции, а главным образом в том, каким именно образом происходит восприятие возникающих при эксплуатации нагрузок. В частности - наличие физически отделяющегося от кузова шасси ещё не говорит о том, что перед нами автомобиль с несущей рамой; если будучи собранной вся эта конструкция работает как единое целое - то высоки шансы на то, что перед нами именно несущий кузов, а разъёмная конструкция является просто особенностью его технологического исполнения.
Впрочем, "начнём с начала". Чисто теоретически, существует два полярно противоположных способа обеспечения прочности и жёсткости автомобиля:
- При чистой рамной конструкции, все эксплуатационные нагрузки воспринимаются исключительно несущей рамой, а кузов является по сути декоративным прикрытием для шасси;
- При чистом несущем кузове (монококе в узком смысле этого слова - состоящем только из внутренней и наружной обшивки, без дополнительного подкрепления), нагрузки равномерно распределяются между всеми его частями.
В реальности, первый случай достижим только для грузовиков с откидной кабиной или очень специфических машин, представляющих собой не имеющий заметной собственной жёсткости пластмассовый обтекатель на пространственной раме; а второй на серийном автомобиле возможен, но довольно неудобен в производстве и эксплуатации, и из-за этого используется редко.
На практике наблюдается некий спектр из промежуточных вариантов, тяготеющих в большей степени к одной из этих крайностей. То есть, как бы это ни было неприятно любителям чёткой терминологии, по сути можно говорить лишь о том, что данный, конкретный автомобиль является в большей степени рамным, чем имеющим несущий кузов - или же наоборот.
Рама, строго говоря, является лишь одним из видов подкреплений для кузова - отличие её от аналогичных подкреплений, находящихся в составе несущего кузова, по сути лишь в том, что она выполнена с ним разъёмной (есть и исключения, своего рода переходные варианты - но и в этом случае рама достаточно чётко отделена от кузова конструктивно и с точки зрения технологии производства).
Ближе всего к чистой несущей раме находятся автомобили с мощной рамой и слабым кузовом, имеющим пренебрежимо малую собственную прочность и жёсткость и воспринимающим в лучшем случае только "служебные" нагрузки, вроде возникающих при посадке и высадке пассажиров.
Примером тут можно считать довоенные машины с кузовами, имеющими деревянный или чрезвычайно слабый металлический каркас, в особенности - открытыми. Будучи отделён от рамы, такой кузов превращался в "желе" и изгибается даже под своим собственным весом - поэтому он крепился к ней жёстко, без резиновых подушек; в лучшем случае между ними прокладывали полосы плотной ткани или резины для предотвращения скрипа.
А прямо-таки эталонный, "из палаты мер и весов", представитель - кузова, изготовленные по так называемому патенту Веймана (Уэймана), который подразумевал соединение всех элементов деревянного каркаса при помощи эластичных сочленений, без прямого контакта между ними, и обшивку из кожзаменителя. Такой кузов, будучи намертво притянут к раме болтами, послушно изгибался и скручивался вместе с ней, не оказывая никакого сопротивления, и за счёт этого в процессе эксплуатации не расшатывался и не скрипел.
В свою очередь, наиболее близким к "идеальному" несущему кузову с работающей обшивкой является кузов так называемого оболочкового типа, полностью состоящий из тонкостенных объёмных штамповок - внутренней обшивки, наружной обшивки и приваренных к ним усилителей. Его жёсткость в основном обеспечивается сложной пространственной формой оболочки, но почти всегда присутствует и местное подкрепление, например - в точках крепления массивных агрегатов. Как пример можно назвать "Жигули" или переднеприводные "Лады": да, у них есть детали, формально именуемые "лонжеронами" - но по сути это образованные обшивкой кузова и/или их усилителями закрытые полости, придающие всей конструкции жёсткость (не путать с лонжеронами таких автомобилей, как "Москвич" и "Волга", у которых они образуют полноценный подрамник и по своей сути ближе к раме - об этом см. далее).
Именно поэтому я использовал в качестве иллюстрации являющийся в этом отношении более наглядным кузов "Запорожца" - у него вы не найдёте, к примеру, привычных передних лонжеронов в виде двух продольных "палок" ) Всю жёсткость его передка обеспечивают имеющие сложную пространственную форму брызговики (колёсные арки) - дополнительно усиленные приваренными к ним "чашками" амортизаторов, крыльями и передней панелью; дно багажника, переходящее в верхнюю часть щита передка (передней стенки салона) и усиленное нишей запасного колеса; а также играющая роль нижней части щита передка и образующая закрытое коробчатое сечение усиленная поперечная переборка, к которой в точках 1 на чертеже крепится балка передней торсионной подвески:
Вот это и есть самый настоящий несущий кузов в практическом смысле этого термина. Но, поверьте, разница с теми же "Жигулями" тут не столь уж принципиальна: у них тоже основой передка являются усиленные брызговики крыльев, а то, что обычно называют "лонжеронами" по факту - повторюсь - просто накладные П-образные усилители, приваренные к брызговикам за фланцы и образующие имеющий полноценную собственную жёсткость закрытый короб только совместно с ними:
Все остальные типы конструкции кузовов находятся где-то между этими двумя крайними случаями, образуя целый спектр промежуточных вариантов.
У современных рамных автомобилей в абсолютном большинстве случаев и рама, и кузов представляют собой самостоятельные несущие системы, воспринимающие те или иные эксплуатационные нагрузки (совместно или порознь) и при этом так или иначе взаимодействующие друг с другом.
Например, существуют рамные автомобили у которых рама сохранена как физически отдельный силовой элемент, но при этом существенную роль в восприятии нагрузок играет и сам кузов, являющийся частично несущим (конструкции такого рода американцы иногда называют Body-And-Frame - имея в виду как раз то, что несущими в них являются И рама, И кузов). Собственно говоря, в строгом смысле таковы практически все более-менее современные рамные автомобили с цельнометаллическими закрытыми кузовами, имеющими значительную собственную жёсткость - и даже мало-мальски современные кабины грузовых автомобилей.
Так, на грузовике ЗИЛ-130 имевшая достаточно развитый каркас основания кабина рассматривалась в качестве самостоятельной несущей системы, шарнирно соединённой с рамой автомобиля и качающейся относительно неё на эластичных подушках вокруг своей задней опоры (выполненной в виде сайлент-блока).
Ещё более радикальный вариант - так называемые Х-образные рамы, обычно считающиеся разновидностью хребтовой, а точнее - вильчато-хребтовой (но это не точно; с терминологией в этом вопросе, как уже говорилось, в целом беда):
У них лонжероны в средней части максимально сближены друг с другом - часто настолько, что вместе образуют закрытый центральный тоннель. Благодаря расположению силовых элементов в непосредственной близости от оси кручения рамы жёсткость на скручивание у неё достаточно высока (по меркам плоской рамы, разумеется) - зато она сравнительно слаба в продольном и особенно поперечном направлениях. Что компенсирует являющийся частично несущим кузов, пороги которого в очень значительной степени воспринимают отдельные виды возникающих в процессе эксплуатации нагрузок:
Такая рама использовалась на GM-овских полноразмерниках рубежа пятидесятых и шестидесятых годов, горьковской "Чайке", а также некоторых старых моделях Mercedes-Benz, некоторых поколениях Toyota Crown или английских спортивных Triumph Herald/Spitfire и Lotus Elan (хотя у последнего рама сильно отличается от остальных по конструктивному исполнению).
Правда, в этом месте я хочу самого себя удержать от излишней генерализации: разумеется, конкретное распределение ролей очень сильно зависит от того, о каком именно автомобиле мы говорим. Например, довоенные "Татры", на которых была применена хребтовая рама в чистом виде, имели очень слабые кузова, часто - вообще с деревянным каркасом, которые явно не добавляли к общей прочности и жёсткости автомобиля чего-либо существенного - а значит, практически вся эксплуатационная нагрузка приходилась на сам "хребет" рамы.
Наиболее ярким же примером разделения несущих функций между рамой и кузовом могут послужить американские (и некоторые японские) легковые автомобили 1960-х - 1980-х годов с существенно облегчёнными рамами так называемого периферийного типа, у которых "обязанности" по восприятию нагрузок были разделены между рамой и кузовом примерно в соотношении 50/50:
Такая рама может выглядеть очень внушительно, но на самом деле весит всего в районе 150 кг, и если с обеспечением прочности и жёсткости в продольном направлении она вполне справляется - то нагрузки на скручивание воспринимает в основном именно кузов, поскольку рама не имеет серьёзных поперечин в средней части, и, соответственно, собственная крутильная жёсткость у неё - "никакая" (а многие варианты ещё и имеют в средней части открытое сечение лонжеронов); будучи отделена от кузова, она "играет" даже если просто встать на неё ногой:
Ещё более радикальный вариант того же принципа "Ситроен" в своё время реализовал на модели CX: у этого автомобиля была физически отделяющаяся от кузова рама, закреплённая на нём через резиновые подушки, но она практически не имела собственной жёсткости и не играла заметной роли в восприятии нагрузок. Основным смыслом её существования было дополнительное поглощение толчков и вибраций, возникающих при езде, с целью повышения комфортабельности - ну и, конечно же, упрощение сборки автомобиля на заводе за счёт предварительной подсборки на ней всех основных агрегатов:
Будучи отнята от кузова, эта "рама" превращается в болтающийся "кисель", поскольку соединяющие её перед и зад плоские "лыжи" - это просто открытые книзу П-образные профили из тонкого металла, не имеющие собственной жёсткости; работает она лишь в сборе с кузовом. Сами французы вполне справедливо считали эту машину имеющей несущий кузов, а "раму" - сугубо вспомогательным элементом.
Ну, а что будет, если такую практически не имеющую собственной жёсткости раму ещё и "распилить" на отдельные переднюю и заднюю части, полностью убрав расположенные под средней части кузова рудименты лонжеронов ? Да это же у нас получилась типичная для современных "кроссоверов" и многих обычных легковушек схема с несущим кузовом и привинченными к нему снизу подрамниками, используемыми для крепления узлов подвески, трансмиссии и силового агрегата:
В данном случае даже стойки передней подвески и задние амортизаторы крепятся не к раме, а к кузову, и передают возникающие при езде силы именно на него. Впрочем, это не является уникальной особенностью именно данной схемы: например, на легковых автомобилях Chevrolet выпуска 1940-х годов амортизаторы тоже крепились к усиленному полу кузова, а не к раме - которая при этом была вполне традиционной лонжеронной.
На противоположном конце спектра также "возможны варианты" - несущие кузова могут быть "в большей" или "в меньшей" степени несущими, а также сохранять в своей конструкции какие-то "рудименты" рамы (ниже мы ещё подробно рассмотрим эти варианты).
Например, у некоторых видов несущего кузова основную часть возникающих при движении автомобиля нагрузок воспринимает усиленное основание (пол салона с окружающими его силовыми элементами), а расположенные выше элементы играют преимущественно вспомогательную роль. Некоторые специалисты считают такие кузова разновидностью несущих, другие - выделяют в полностью отдельный тип кузовов с несущим основанием. К примеру, последнего подхода в своей брошюре 1961 года "Микроавтомобили: обзор конструкций" придерживался главный конструктор ЗАЗ-965 Борис Фиттерман, называя в качестве примера кузова с несущим основанием Renault Dauphine:
В качестве главного преимущества кузовов с несущим основанием Фиттерман называет меньше значение "показателя использования материала" - иными словами, по сравнению с обычным несущим кузовом на их изготовление уходило меньше металла (например, у того же "Дофина" толщина листа даже на силовых элементах составляла всего около 0,7 мм). Также он указывает, что благодаря тому, что элементы кузова этого автомобиля, расположенные выше основания, практически не играют силовой роли, на нём удалось применить крылья с креплением на болтах, а не приваренные - тем самым повысив ремонтопригодность.
Дальше идут уже совсем тонкие отличия. Например, может отличаться то, в какой степени несущий кузов полагается в обеспечении своей жёсткости на обшивку (что ближе к "монококу"), а в какой - на её подкрепление в виде усилителей и распорок (что ближе к каркасному кузову). Или, скажем, автомобили с крыльями, крепящимися на сварку, являются в больший степени чистыми "монококами", чем те, у которых оперение закреплено при помощи болтов, гаек и прочих скобяных изделий - потому что соответствующие тонкостенные элементы в большей степени участвуют в восприятии нагрузок. Но это уже скорее маловажные детали, ещё больше запутывающие и без того не самую простую тему...
Вообще, ключевое слово во всём вышесказанном - "тонкостенные". Именно разброс в толщине металла я и предлагаю считать одним из главных "бытовых" критериев, позволяющих отличить цельнометаллические рамный и несущий кузова:
- Несущий кузов всегда образован деталями примерно равной толщины (плюс-минус доли миллиметра) - вне зависимости от того, являются ли они силовыми или нет. Собственно говоря - уже само по себе данное выше определение несущего кузова должно подсказать, что в его случае такое деление лишено смысла: у него по сути все элементы являются силовыми.
- В рамной конструкции силовые элементы практически всегда выполнены из металла намного большей толщины, чем не несущие значительной нагрузки.
Почему так ? Не хочу углубляться в дебри сопромата - просто скажу, что несущий кузов в идеале должен являться телом равного сопротивления изгибу и кручению - то есть, под действием возникающей при его движении нагрузки деформироваться как единое целое. Или, во всяком случае, в нём должны отсутствовать чрезмерно нагруженные и вовсе не нагруженные элементы, а распределение напряжений и деформаций по силовой схеме - быть как можно более равномерным.
В противном случае под воздействием нагрузок в нём будет возникать локальная концентрация напряжений, которая в предельном случае рано или поздно приведёт к его разрушению. На практике добиться этого идеала крайне непросто, следствием чего является, в частности, появление усталостных трещин - бывшее частым дефектом кузовов старых машин, спроектированных до широкого применения систем автоматизированного проектирования, в особенности вокруг стоек крыши. Но всё же стремиться к этому крайне желательно.
Классическим и наиболее понятным аналогом для пояснения данного принципа является деревянная планка, имеющая посередине сучок или сквозное отверстие. Обычная планка, не имеющая таких дефектов, при изгибе деформируется как единое целое, а возникающие в ней напряжения распределяются по её объёму равномерно - и она спокойно выдерживает довольно сильный изгиб. Но при наличии такого концентратора возникающие при деформации напряжения как бы "сгущаются" вокруг него и локально могут достигать очень больших величин; а значит, при попытке её согнуть такая планка скорее всего сломается намного раньше, чем сплошная, имеющая равное сопротивление изгибу - и именно там, где расположен концентратор.
Так вот - имеющая сравнительно высокую жёсткость деталь из толстого металла, наглухо приваренная к подверженной деформации конструкции из намного более тонкого и податливого листа, является точно таким же концентратором напряжений. Если подвергнуть такую конструкцию значительной нагрузке, особенно динамической (постоянно меняющийся по величине и направлению, как например та, которую испытывает кузов при езде по неровной дороге) - то она будет пытаться работать как единое целое, но при этом на границе с менее податливой деталью из толстого металла будет происходить локальная концентрация напряжений - и через определённое количество циклов нагружения её просто оторвёт от кузова по сварочным швам. Кстати, этот принцип должен быть хорошо известен сварщикам.
Этого можно избежать, если, к примеру, обеспечить не ступенчатый, а плавный переход между толстым и тонким металлом. Именно согласно этому принципу, к примеру, выполнены стенки резервуаров, работающих под высоким давлением (см. рис. выше); тот же принцип использован в параболических рессорах, у которых толщина каждого листа меняется от середины к концам, но очень плавно - и за счёт этого каждый лист остаётся балкой равного сопротивления изгибу, не ломаясь при работе:
Но в случае кузова практичнее всего просто изготавливать его из металла плюс-минус одной и той же толщины. В большинстве случаев толщина металла элементов несущего кузова колеблется вокруг цифры в 1 мм (типично 0,8...1,2 мм) - тоньше как правило будут лишь совсем не работающие навесные элементы, вроде крепящихся на болтах крыльев или всевозможных щитков и декоративных панелей. А если какой-то встретившийся вам силовой элемент оказался намного толще - стоит задуматься, не относится ли он скорее к раме или подрамнику ?..
Кстати, а зачем нам вообще хотеть выполнить какие-то элементы кузова из намного более толстого металла ?
- Ну, во-первых, это позволяет намного уменьшить сечение несущих элементов при той же их прочности и жёсткости. Например, коробчатые балки сечением 150×150×1,5 мм и 120×80×3 мм имеют очень близкий момент сопротивления изгибу в вертикальной плоскости - ~40 и ~38 см³, но при этом более толстостенная балка намного более компактна, что в некоторых случаях может быть очень важно;
- Во-вторых - более толстостенные детали имеют, банально, более высокую служебную прочность: например, при ударе порогом с толщиной металла 1,2 мм о грунт или камень в пороге будет заметная вмятина, а раме с лонжеронами толщиной 3...4 мм при таком же ударе ничегошеньки не будет;
- В-третьих, толстостенные силовые элементы в принципе лучше воспринимают сосредоточенные (направленные в одну точку, а не распределённые по большой площади) нагрузки - например, сильные удары, возникающие в подвеске при проезде неровностей на скорости; в таких местах, как точки крепления рычагов или "стаканы" пружин, тонкому металлу кузова потребовались бы какие-то дополнительные подкрепления (причём, как вы уже поняли, их нельзя выполнить просто в виде "нашлёпок" из более толстого металла - приходится городить полноценные коробчатые элементы из тонкого листа);
- Ну и, наконец, весьма немаловажным является то, что более толстый металл при прочих равных намного дольше сопротивляется коррозии. А если он ещё и имеет сечение в виде открытого профиля (швеллера) - то и вовсе будет практически неуязвимым для неё.
Условно считается, что скорость коррозионного разрушения обычной стали без хорошей обработки в атмосферных условиях составляет 0,1...0,2 мм/год - то есть, при плохом качестве окрашивания уже через несколько лет тонкий металл силовых элементов несущего кузова может потерять до половины своей толщины, с соответствующим снижением прочности; а за 5...6 лет в нём уже могут появиться сквозные дыры. В то же время, например, раме УАЗа с толщиной стенки профиля в 3,5...4 мм опасаться коррозии особо не стоит, даже если с завода она и обработана крайне легкомысленно.
Именно поэтому очень долго рамные автомобили считались намного более долговечными - пока не научились эффективно защищать от коррозии тонкий металл за счёт целого ряда мер, включая внедрение специальных наносимых на листовой прокат в условиях металлургического комбината защитных покрытий, вроде цинковых или цинково-полимерных, грунтование погружением и использование для полостей кузова консервантов на основе искусственных восков с ингибиторами коррозии.
Нетрудно также усмотреть, что конструкция с толстостенными силовыми элементами хорошо подходит для внедорожников и грузовых автомобилей, эксплуатирующихся в тяжёлых условиях. Например, рама может без особого вреда для себя скручиваться в очень больших пределах - настолько, что её деформация становится составной частью артикуляции подвески; ни одному несущему кузову такое даже не приснится - это тот самый случай, когда быть несгибаемым плохо:
В общем - работающую отдельно от кузова раму в общем случае имеет смысл изготавливать именно из относительно толстого металла, чтобы уменьшить её сечение, увеличить служебную прочность и повысить стойкость к коррозии. И как следует изолировать от тонкого металла кузова при помощи резиновых подушек, чтобы они работали в какой-то мере отдельно друг от друга. А силовые элементы из тонкого листа - наоборот, следует выполнять как составную часть несущего кузова. Объединить их преимущества и просто наглухо приварить толстые силовые элементы к тонкому металлу кузова - не получится.
Хотя, разумеется, тут всё сильно зависит от соотношения собственной жёсткости рамы и кузова. Как уже говорилось выше - если кузов сам по себе хлипок, то его проще всего просто притянуть к раме намертво: это ничему не повредит, поскольку больших усилий при его деформации совместно с рамой просто не возникнет. Если же у кузова есть заметная собственная жёсткость - то уже необходимы полноценные резиновые подушки, позволяющие конструкции в целом "дышать", поскольку при деформации рамы кузов будет "сопротивляться", и в местах жёсткого крепления к ней в нём могут возникать большие напряжения. Которыми эти жёсткие крепления со временем попросту бы вырвало. С другой стороны - хлипкую раму из тонкого металла, не имеющую самостоятельной жёсткости и служащую только в качестве каркаса для агрегатов, упрощающего сборку автомобиля на заводе, тоже проще всего жёстко привинтить или приклепать к кузову - как это было сделано на Ford Prefect/Anglia и КИМ-10.
Так, а что же с так называемой "интегрированной рамой", как у "Нивы", Jeep Cherokee / Grand Cherokee, Suzuki Grand Vitara и многих других внедорожников, которая именно что приварена к полу кузова (иногда также фигурирует в литературе как рамно-объединённая силовая схема) ? А это по своей сути вовсе и не рама, а просто приваренные к днищу очень длинные усилители, соединяющие передние и задние лонжероны несущего кузова и за счёт этого повышающие его прочность и жёсткость. Толщина их металла - такая же, как и у самого днища, поэтому они спокойно работают вместе с кузовом как единое целое. Что и является определением понятия "несущий кузов". Сходство с рамой здесь - чисто внешнее, а сам по себе термин "интегрированная рама" придуман маркетологами чтобы объяснить привычному к рамным автомобилям покупателю, что машина хоть и не имеет отдельной от кузова рамы, но всё равно такая же хорошая и крепкая, как и рамные модели.
Впрочем, в прошлом по этой схеме строили далеко не только внедорожники, но и автомобили вполне себе легковые:
При этом нельзя не упомянуть о том, что с точки зрения компоновки автомобили, имеющие несущий кузов с "интегрированной рамой", как правило ближе именно к "рамникам": у них тоже салон расположен по большей части поверх силовых элементов, следствием чего является достаточно высокий центр тяжести. Так что лишено оснований распространённое в среде "джиперов" утверждение о том, что рамные автомобили всегда имеют более высокий центр тяжести и худшую управляемость по сравнению с имеющими несущий кузов. По сути, это вообще не связанные друг с другом вещи: можно спроектировать как очень приземистую рамную легковушку с низким центром тяжести (скорее всего - с периферийной или вильчато-хребтовой рамой), так и очень высокий и неуклюжий "кроссовер" с несущим кузовом, у которого пол салона "настелен" поверх высоченных лонжеронов.
Например, ниже показан поперечный разрез BMW X5 (E70) - и на нём совершенно чётко видно, что хотя эта машина и не имеет отдельной от кузова рамы, а только приваренные к днищу усилители, образующие вместе с ним коробчатое сечение, отличий от рамного автомобиля в плане общей компоновки у неё крайне немного:
По сути, вся разница здесь сводится к тому, что вместо соединённых с днищем кузова через резиновые подушки продольных лонжеронов применены выполняющие ту же самую функцию, но непосредственно приваренные к нему, усилители / лонжероны "интегрированной рамы" - а высота самого пола и, в конечном итоге, высота центра тяжести точно такая же, как и у настоящего рамного автомобиля с аналогичной компоновкой. Но кузов при этом - всё равно несущий, это даже никакой не переходный тип.
А вот что действительно можно назвать "переходным типом" от рамной конструкции к несущему кузову - так это автомобили старых выпусков, имеющие кузов с тем, что тоже обычно называют "подрамником", но по сути является короткой рамой ("полурамой"), которая доходит примерно до передних сидений. Получается, что передняя часть кузова - примерно треть его длины до щита моторного отсека или чуть более того - имеет рамную конструкцию, а остальные две трети - несущие. Причём между ними имеется некая "пограничная зона", в которой рама более или менее плавно переходит в несущие конструкции собственно кузова (в авиации аналогичная конструкция фюзеляжа самолёта именуется "смешанной").
Само по себе это описание звучит странно, но на самом деле такие переходные "полурамные-полунесущие" кузова в своё время были очень популярны. В частности - потому, что эта конструкция была более привычна с точки зрения технологии изготовления и сборки: так, силовой агрегат и переднюю подвеску подсобирали на "полураме", а затем опускали на неё кузов - как это происходит и при сборке рамного автомобиля:
В некоторых случаях автомобиль мог быть даже, так сказать, "на 2/3 рамным" - как Oldsmobile Toronado первого поколения, у которого передний подрамник, а по сути - укороченная периферийная рама, доходил до передних креплений рессор задней подвески. То есть, собственно кузову доставались только очень небольшие усилия, воспринимаемые задними концами рессор:
Похожую, но отличающуюся по принципу конструкцию имели, среди прочих, наши "Победы", "Волги" и заднеприводные "Москвичи"; у них крепление "подрамника" к кузову было жёстким - болтами без резиновых подушек или даже сваркой. Видимо, небольшая длина рамы (соответственно, сравнительно небольшая величина её линейной деформации при работе), наличие между ней и днищем кузова более тонких переходных деталей и в целом не особо большая толщина её металла при относительно толстом металле самого кузова (например, у ГАЗ-24: 2...3 мм рама, ~1,2 мм днище кузова) позволяли так делать, не опасаясь проблем из-за концентрации напряжений:
При сборке на заводе кузов этих автомобилей подавался на конвейер вместе с уже установленным на нём подрамником, а для предварительной подсборки передней подвески и двигателя использовались отдельная от полурамы поперечина передней подвески и специальный кондуктор (идущий по конвейеру технологический каркас для крепления агрегатов шасси).
Как такие автомобили классифицировать - выбирайте сами, но во всех справочниках для них указывает несущий тип кузова. Но при этом и несущая рама - тоже есть, пусть и в виде этакого рудимента... такой вот парадокс.
Встречается, в основном на лёгких грузовиках европейского производства, и в определённом смысле обратный вариант - когда к кабине, построенной по принципу несущего кузова, сзади пристыкована лонжеронная рама, которая точно так же через более тонкие переходные элементы плавно "срастается" с кабиной. Тот же самый принцип применён на отечественных ВИСах и т.п.
Ещё один вариант конструктивного исполнения несущей системы - кузов, имеющий полностью отделяемое основание с креплением на болтах, усиленный пол с прикрученными к нему агрегатами шасси, который может быть физически отделён от остального кузова и существовать в виде этакой "тележки". Это конструктивное решение использовалось, к примеру, на "Фольксвагене-жуке" или Renault 4 / 6:
Увы, но с этим типом царит полнейшая терминологическая неразбериха: иногда его относят к кузовам с несущим основанием, иногда - к обычным несущим, иногда - вообще к рамным. В английском языке обычно используется термин platform chassis, то есть "платформенное шасси" (платформа в буквальном смысле, а не в значении "технологическая платформа"). Так как соотношение между таким отъёмным основанием и остальным кузовом с точки зрения их доли в воспринятии эксплуатационных нагрузок может быть самым разнообразным, дать всем автомобилям с подобной конструкцией кузова некую общую характеристику с этой точки зрения будет весьма непросто.
Что касается автомобилей "Рено" - то у них усиленный пол хотя и может быть физически отделён от остального кузова, но отштампован из такого же тонкого металла, что и остальные его части, и, будучи собрана воедино, вся эта конструкция работает как единое целое. А значит скорее является разновидностью несущего кузова, чем рамы - пусть и с нестандартным технологическим оформлением в виде замены точек сварки на болты для удобства сборки на заводе и последующего ремонта. Косвенно об этом говорит то, что они именно притягиваются друг к другу "наглухо", болтами по всему периметру - а не всего в нескольких точках через резиновые подушки, как в случае рамы.
Это, впрочем, не отменяет того, что основную часть нагрузок при этом может воспринимать именно основание - а остальной кузов лишь немного добавляет к общей жёсткости конструкции. Так что если рассматривать кузова с несущим основанием как отдельный тип, то скорее всего это будет один из его примеров.
Что касается "Жука" - то с ним ситуация сложнее, поскольку именно основание кузова является у него основным несущим элементом. Более того, в его составе присутствует чётко выделяемая рама хребтового типа - мощная центральная труба с вилкой для крепления силового агрегата, в которой сосредоточена большая часть прочности и жёсткости. Причём изначально эта машина проектировалась именно с хребтовой рамой - с полом салона она "срослась" лишь на сравнительно позднем этапе разработки. Короче говоря - по сути это ещё один "переходный тип": от вильчато-хребтовой рамы к кузову с несущим основанием.
Хотя стоит отметить, что модернизированная версия "Жука" - так называемый Super Beetle - имела подвеску "макферсон" спереди, и её стойки замечательно упирались в являющиеся частью самого кузова (а не его основания) брызговики передних крыльев - а нагрузки от них не столь уж малые. Так что в воспринятии нагрузок здесь тоже участвует весь кузов, а не только его несущее основание.
Не менее своеобразна и конструкция кузова Citroёn 2CV: у него несущее основание, объединённое с центральной секцией пола салона, вообще выглядит на 100% как рама - с двумя лонжеронами и несколькими поперечинами. Но при этом оно выполнено из металла толщиной всего 0,6 мм (!!!), серьёзной собственной жёсткости не имеет, и, будучи плотно притянуто множеством болтов к полу кузова, работает с ним как единое целое. Исходя из этого, я склонен считать, что в целом это всё же разъёмный несущий кузов или отъёмное несущее основание, а не рамная конструкция sensu stricto.
С другой стороны, вышеупомянутый Борис Фиттерман в своё время писал, что "в автомобиле Ситроен 2CV рама является несущим основанием кузова". Что ж - звучит несколько непривычно, но как раз похоже на правду...
Применительно к современным электромобилям иногда также встречается определение "шасси-скейтборд", которое подразумевает что все критически важные компоненты автомобиля - несущие элементы, подвеска и рулевое управление, батареи, система менеджмента батарей, электродвигатель с системами управления им, трансмиссия и так далее - объединены в единую конструкцию (модуль), что резко упрощает проектирование автомобилей на базе того же шасси. Однако в большинстве случаев "скейтборд" является скорее концепцией проектирования, и на собранном автомобиле физически неотделим от остального несущего кузова.
Наконец, напоследок я приберёг спорный вопрос, в тонкостях которого и сам не могу сказать, что до конца разобрался: в чём именно состоит различие между несущей пространственной рамой, каркасным несущим кузовом и каркасно-панельным ? Эти названия часто употребляют чуть ли не как взаимозаменяемые - но на самом деле это, видимо, неверно.
Для начала - о разнице между каркасным и каркасно-панельным несущими кузовами. На самом деле даже в специализированной литературе этот вопрос изложен крайне нечётко, но насколько можно судить - "несущим кузовом каркасного типа" называют цельнометаллический несущий кузов, у которого практически вся жёсткость и прочность обеспечивается деталями каркаса, а обшивка почти не принимает участия в восприятии нагрузок. То есть, по сути, это один из концов того спектра, на противоположном конце которого - оболочковый несущий кузов-монокок, практически лишённый элементов каркаса и весь состоящий из сваренных друг с другом внутренней и наружной оболочек.
В основном такая конструкция применяется на автобусах, поскольку объёмы их выпуска делают нерациональным полноценное использование штамповки, вместо чего из готового сортамента поставляемых промышленностью профилей строится каркас, который обшивают плоскими, практически ничего не добавляющими с точки зрения прочности и жёсткости, листами стали или алюминия:
В прошлом пытались делать и автобусы с работающей обшивкой кузова, что в теории должно было дать облегчение конструкции при той же самой общей прочности и жёсткости. Однако, судя по всему, это оказалось невыгодно с точки зрения технологии изготовления и экономики: кузов получался очень сложным в производстве и ремонте, практически без заметного повышения реальных эксплуатационных качеств. Также пытались выпускать и легковые автомобили с каркасными цельнометаллическими кузовами - но и это оказалось нецелесообразно. Однако "переходный" вариант - кузов, у которого все наружные панели крепятся на болтах и практически не воспринимают нагрузок - оказался жизнеспособен в определённых условиях; например такой вариант был использован на ГДР-овском "Вартбурге".
Стоит отметить, что при расчётах любой кузов представляются в качестве так называемая оболочечно-стержневой конструкции, в которой основание и крыша рассматриваются как сложные оболочечные системы, состоящие из подкреплённой каркасом обшивки, а стойки крыши и лонжероны подрамника - как стержни. Это не означает наличия у него физического каркаса.
Что касается каркасно-панельного кузова - то, опять же, насколько я смог проникнуть в суть вопроса, так называют вполне конкретную разновидность каркасного несущего кузова, которая состоит из металлического несущего каркаса и навешенной на него обшивки - как правило из неметаллических материалов - которая разделена на отдельные облицовочные панели:
Впрочем, грань между этим типами очень тонкая, и - как это обычно и бывает в реальной жизни - на практике они не существуют полностью отдельно друг от друга, а частенько как следует перемешаны между собой. Типичным примером тут может послужить кузов выпускаемой на данный момент "маршрутки" на базе ГАЗели Next, у которого боковые части каркаса, составленного из готовых профилей и штампованных деталей, обшиты листами оцинкованной стали, крыша и облицовки оконечностей выполнены в виде стеклопластиковых панелей (кстати, сам ГАЗ называет их "масками" - отличая иллюстрация на тему "единства терминологии" в этой области), а капот - и вовсе штампованный металлический, взятый от базовой грузовой модели:
И да - каркас такого кузова далеко не обязательно состоит только из труб и иных готовых профилей; он вполне может быть и обычным штампованным из листа, или иметь показанную выше смешанную конструкцию из штампованных и трубчатых элементов. Классическим примером первого варианта является знаменитый "Трабант":
Впрочем, при всех внешних и технологических отличиях, с точки зрения восприятия нагрузок какой-то принципиальной разницы между грамотно спроектированной конструкцией из труб (увы, к показанному выше "Мишке" - "Михаэлю" это не относится) и штампованной, у которой аналогичные по конфигурации силовые элементы образованы полостями обшивки, в общем-то нет. Просто в первом случае для его изготовления использованы готовые доступные трубчатые "полуфабрикаты", позволяющие обойтись без штамповки или существенно снизить объём её использования. Как правило это несколько увеличивает массу получившегося каркаса и ограничивает возможности по приданию кузову эстетичной формы (по-простому - он получается в той или иной степени угловатым), но на эксплуатационных качествах так уж сильно не сказывается.
Наряду с каркасно-панельным иногда выделяют тип каркасно-оболочкового кузова, у которого также присутствует металлический внутренний каркас, но обшивка состоит не из отдельных панелей, а является цельной, как правило - выклеенной из стеклопластика, "скорлупой". Этим термином в советской литературе обозначен кузов британского спортивного автомобиля Peerless GT - и больше он, кажется, мне нигде не встречался. Хотя на мой взгляд в случае данной модели этот каркас не так-то просто отличить от того типа несущей конструкции, о котором речь пойдёт дальше...
Под пространственной рамой (она же "решётчатая", она же "трубчатая") обычно имеется в виду состоящая из труб (причём как правило бесшовных круглого сечения - для минимальной массы при максимальных прочности и жёсткости) несущая конструкция сравнительно простой геометрической формы, предназначенная для восприятия нагрузок и установки агрегатов шасси - и более ни для чего. Кузов же существует отдельно от неё и минимально с ней связан.
То есть, они соотносятся друг с другом именно как обычная рама с установленным на неё кузовом - просто пространственная рама более объёмная, и поэтому для неё под кузовом приходится отводить больше пространства; вплоть до того, что всё выглядит так, как будто кузов "охватывает" раму, а не просто расположен поверх неё. Из-за этого рама такого типа по-настоящему пригодна только для спортивных (причём скорее даже спортивно-гоночных) автомобилей, которые могут себе позволить отводить так много места под несущую конструкцию, ценой уменьшения объёма салона.
Например, у показанного ниже Mercedes 300SL алюминиевый кузов, сам по себе состоящий из наружной и внутренней обшивки, именно "надет" поверх пространственной рамы - хотя она и занимает под его полом и внутри его порогов намного больше места, чем "плоская" рама обычного автомобиля (что как раз является платой за объёмность и обеспеченное ей отличное соотношение массы и прочности / жёсткости). Кузов при этом очень чётко от неё отделён - как конструктивно, так и технологически - и сам обеспечивает свою служебную прочность и жёсткость:
В принципе, поставленный на такую раму кузов даже сам по себе может быть каркасно-панельным - то есть, иметь свой собственный каркас, играющий роль "промежуточного звена" между рамой и наружной обшивкой.
Ещё одно отличие: каркасный или каркасно-панельный кузов может быть и не несущим, а вот пространственная рама - несущая всегда, по определению. Например, кузова типа Superleggera имели обычную лонжеронную раму - а уже поверх неё неразъёмно крепился трубчатый каркас, на который навешивались алюминиевые панели; впрочем, конструкцию таких кузовов мы уже разбирали:
Наконец - существует такая пока ещё несколько диковатая с точки зрения рядового автомобилиста вещь, как целиком пластиковый несущий кузов, у которого полностью отсутствует металлический каркас или несущая рама, а вся прочность и жёсткость обеспечивается формой самой пластиковой обшивки (с незначительным локальным подкреплением). У нас такие кузова иногда называли "бескаркасно-скорлупными". Массовое автомобилестроение до широкого использования этого принципа ещё не дошло, и вряд ли дойдёт в ближайшему будущем, но такие кузова-монококи из очень лёгкого углепластикового композита встречаются на некоторых спорткарах:
Впрочем, при этом всё равно приходится использовать металлические подрамники в оконечностях кузова - как минимум, для обеспечения пассивной безопасности, поскольку углепластик при ударе ломается, а не деформируется с поглощением энергии, как это требуется.
В общем - надеюсь, что я хотя бы отчасти прояснил ситуацию и дал читателю пищу для размышлений, а не запутал его в этом непростом вопросе ещё больше )