Так уж устроен человек что он с трудом принимает всё новое. На заре автомобилестроения самоходные установки создавались по образу и подобию гужевых повозок. Позже уже на основе таких самоходных установок стали создавать автомобили.
Так возник конечный образ автомобиля, который на протяжении более века не претерпевал серьёзных изменений: четыре колеса, капот, багажник... Время-от-времени происходили революционные трансформации, но их в истории автомобилестроения было немного.
Первым кто задумался об аэродинамике, благодаря чему достиг высоких скоростных показателей был Ганс Ледвинка.
Позже были открывающиеся вверх и даже более практичные выдвижные двери, но все эти нововведения упирались в неразрешимые зависимости, обойти которые, увы, так и не удалось.
Создавать что-то из числа того что принято называть «super cars» — скучно: во-первых, этим не занимался в Fotoshop хотя бы раз только ленивый; во-вторых, давно достигнут предел мощности и акселерации для автомобилей, допускаемых на дороги общего пользования. Следовательно, всё что остаётся — это делать по сути их же, но уже более экологичными. А вот автомобилей, учитывающих запросы простых российских автолюбителей, и вместе с тем отвечающих требованиям к эксплуатации за пределами МКАД, увы, немного - даже удлинённая "Нива" со всеми её недостатками следом за "Надеждой" со всеми её преимуществами ушла в историю... Чтобы создать нечто, не похожее на уже знакомое, необходимо в определённом смысле максимально абстрагироваться от известных канонов.
Компоновка
Почему у автомобиля (как правило) четыре колеса? Именно такая компоновка обеспечивает наилучшую поперечную устойчивость: размещать дополнительную ось в легковом автомобиле попросту негде (да и не за чем); уменьшать же число колёс без полной потери устойчивости (без применения гироскопа) более чем на одно попросту нельзя, а трёхколёсная компоновка затрудняет обслуживание третьего колеса.
Касаемо размещения силового агрегата, он может располагаться спереди либо сзади, продольно либо поперечно. Существует так же так называемая «среднемоторная» компоновка (с размещением силового агрегата в пределах колёсной базы. Обычно (не всегда), компоновку определяет тип привода: для заднего привода целесообразной является заднемоторная компоновка, а для переднего привода — переднемоторная. Силовой агрегат нагружает ведущую ось, улучшая тем самым сцепление ведущих колёс с дорожным покрытием, однако и тут не всё просто — нагружая ведущую ось, мы вместе с тем ухудшаем общую развесовку. Ещё один своего рода "канон" гласит что мотор должен быть спереди (даже если это не целесообразно)...
К преимуществам заднего привода стоит отнести естественную загрузку задней оси при ускорении (при трогании с места): автомобиль раскачивается в продольной плоскости в зависимости от изменения скорости движения: при ускорении задняя ось нагружается (задок проседает), а передняя напротив облегчается. При торможении происходит всё наоборот.
К слову, в контексте продольной раскачки стоит отметить ещё один недостаток трёхколёсной базы: если одноколёсная ось расположена спереди и является рулевой, то нагрузка на колесо в целом и на шину в частности возрастает при торможении, а так же при маневрировании (пятно контакта с дорожным покрытием у одного колеса вдвое меньше, чем у двух); в случае же с четырёхколёсной базой нагрузка при торможении распределяется равномерно между передними колёсами, а в процессе маневрирования одно колесо частично компенсирует нагрузку на другое.
Продольная аэродинамика
Главным показателем является коэффициент лобового сопротивления. Важными в этой части является форма передней панели (она не должна быть плоской и перпендикулярной встречному воздушному потоку), линия капота, форма задка (она не должна создавать позади автомобиля встречающихся завихрений верхнего и нижнего воздушных потоков), а так же линия и форма лобового стекла: оптимальным углом наклона является угол в 55 градусов, а чем более выпуклым будет стекло — тем лучше).
Лидером в части продольной аэродинамики среди наземных трансопртных средств являются, пожалуй, скоростные поезда. Следовательно, именно на них нужно ориентироваться при проектировании экстерьера. По части поперечной аэродинамики эталоном является сигарообразная форма, то есть попросту... бочка.
Поперечная аэродинамика
Здесь главным показателем является опрокидывающая сила, возникающая в результате обдува боковым ветром. С целью уменьшения парусности очертания автомобиля по бокам всё чаще напоминают трапецию, а крыша получает наклон к задку. Между тем, овально-выпуклая формовка боковин так же позволяет уменьшить опрокидывающий момент.
Наиболее оптимальной для повседнейной эксплуатации является форма кузова «универсал». Она же имеет определённые преимущества и в части аэродинамики. «Возможно ли объединить в одном автомобиле фронт скоростного поезда, очертания бочки и «универсал»?» - задал я себе вопрос. И начал с... бочки, одновременно выявляя зависимости.
Намеченное - это несущий кузов и полукапотная (однообъёмная) компоновка с частично погружаемым в салон силовым агрегатом. Я отмерил кусок картонной трубы, срезал её с одной стороны по линии капота\лобового стекла, с другой — по линии задка, а так же сделал намеченный срез от центра к задней части, где подразумевается наличие полупрозрачной (тонированной) вставки. В нижней части перед лепкой выстелил ровный пол и сделал выемки для крыльев.
Такого рода кузов очень прост для штамповки, однако имеет недостаточную жёсткость, подразумевающую внутреннее армирование. Да, я изначально «лепил» модель в пластилине (хотя, само собой, были и параллельные наброски в карандаше), а уже потом срисовывал с неё то что получилось. Заготовку приходилось замораживать, потом размораживать вплоть до испарения конденсата, и лишь потом у меня было 20-30 минут на осуществление манипуляций, поскольку после пластилин становился слишком мягким, и каждое прикосновение оставляло (ненужный) след.
Далее наметил будущие двери, окна и капот:
Мне всегда было непонятно, почему нижняя часть дверей обычно ориентирована по горизонту: уровень копчика всегда в сидячем положении выше уровня ступней ног — ну не каждый же день в машину садится невеста в длинном подвенечном платье! По этой причине мои двери не такие: нижняя часть дверей почти параллельна линии капота.
Неразрешимые зависимости (теоретическая часть)
1. Вращение передних колёс. У любого поезда колёса находятся в фиксированном положении, у автомобиля же передние колёса вращаются, выходя при этом за пределы кузова и натыкаясь на скорости на встречный воздушный поток. Возможных вариантов сглаживания данной зависимости три:
а) Уменьшение колеи передних колёс
б) Использование танкового принципа распределения тяговых усилий по сторонам
в) Использование сферических колёсных колпаков
Первый вариант позволит уменьшить выход передних колёс за пределы кузова (крыла) при маневрировании, а второй позволит уменьшить угол поворота передних колёс без фактического уменьшения радиуса разворота
2. Сужение материнской бочки внизу обнажает колёса, что пагубно сказывается на аэродинамике. Кроме того, днище (в идеале) должно быть плоским, поскольку в противном случае левая нога водителя окажется выше правой, а правая нога пассажира справа выше левой. Варианты сглаживания данной зависимости:
а) Продольное усечение бочки снизу по всей её длине
б) Поперечное усечение бочки посредине между задним и передним колёсами с плавным переходом контуров (расширением бочки от её центра к каждому из колёс).
3. Ограниченное подкапотное пространство не подразумевает использование массивных силовых агрегатов (чего по сути и не требуется от семейного универсала), следовательно при сигарообразной форме кузова с единой линией капота и лобового стекла при использовании переднемоторной компоновки допустимо применение только компактных силовых агрегатов:
а) Малолитражные высокофорсированные двигатели внутреннего сгорания
б) Компактная электрическая силовая установка
в) Продольно ориентированный ДВС с внутрисалонной КПП (задний привод)
4. Уменьшение размеров капота в продольной плоскости затрудняет доступ к опорным подшипникам и креплениям амортизаторов
В случае с выпуклыми боковинами доступ к названным элементам может быть обеспечен через массивные зеркала заднего вида блочной конструкции (после их демонтажа)
5. Увеличенный угол капота в сочетании с его малыми габаритами в продольной плоскости (см. п.4) не позволяют использовать радиатор охлаждения классической конструкции.
Максимально длинный (в поперечной плоскости автомобиля) и максимально низкий по вертикали радиатор должен быть установлен под наклоном чтобы обеспечить большую ёмкость при меньшей высоте радиатора по вертикали.
6. Несущий кузов цилиндрической формы уязвим (подвержен деформации) при опрокидывании из-за недостаточной жёсткости конструкции
С целью увеличения жёсткости и предотвращения критической для жизни и здоровья пассажиров деформации кузова в аварийной ситуации целесообразно использовать упрочняющее кольцо в поперечине между задней и передней дверями
7. Единая линия капота и лобового стекла с одной стороны затрудняет посадку-высадку через передние двери (вынуждая наклонять голову при посадке), а с другой сильно усложняет профиль дверей. Но решение уже существует: так на автомобиле SX4 в передние стойки интегрированы дополнительные стёкла, что позволило упростить профиль дверей и дало возможность сделать передние стёкла полностью опускающимися.
Уже закончив модель, я снял с неё мерки (до того всё делал исключительно «на глаз», исходя из диаметра материнской трубы). Полученные значения (исходя из масштаба 1:23):
Крышка багажника и заднее стекло задуманы распахивающимися раздельно, в противоположных направлениях (крышка багажника откидывается вниз, а заднее стекло поднимается вверх). Такое решение вдвое сокращает вылет крышки багажника в открытом состоянии, кроме того позволяет снизить нагрузку на упоры заднего стекла и отказаться от упоров для крышки багажника как таковой).
На базе данного универсала можно с минимальными переделками сделать хэтчбэк...
Послесловие
Длина в 4.5 метра — это, пожалуй, максимальный показатель, в пределах которого эксплуатация автомобиля в мегаполисе остаётся комфортной. Развернуться в узком дворе или даже просто припарковаться на свободное место, к примеру на «Волге» с её без трёхсот миллиметров пятью метрами, впрочем как и на том же «Ларгусе», уже бывает затруднительно. При этом та же длина является минимальной для размещения трёх рядов сидений (даже если третий ряд и «детский»).
Высота внедорожника для легкового автомобиля была бы «перебором», если бы она влияла на «парусный» эффект или на центр тяжести. В моём случае эта высота достигается по сути в одной точке, и главным для меня было оставить пространство над головой задних пассажиров, что, как мне кажется, удалось, если за «точку не возврата» принять высоту задних дверей у Volga Siber (где для осуществления посадки нужно поклониться едва ли не «в пояс»).
Я несколько не удовлетворён итоговой шириной и полагаю, что её следовало бы увеличить до размеров Logan. Однако, в таком случае придётся приплюснуть материнскую трубу чтобы оставить неизменной высоту.
Я так же считаю незаслуженно и преждевременно списанным со счетов задний привод. Не секрет что уборка снега зимой в России зачастую оставляет желать лучшего, и нередко парковаться приходится передней частью буквально в сугроб. Выехать с такой парковки без посторонней помощи на переднеприводном автомобиле часто оказывается невозможно, а вот задние колёса (и задний привод) оказываются в выигрышном положении.
Задний привод позволяет отказаться от применения столь уязвимых элементов как шарниры равных угловых скоростей. И хотя на стадии проектирования дизайна говорить о типе привода в определённом смысле рано, лично я вижу свой автомобиль всё же с задним приводом.
Готова ли промышленность освоить производство подобных автомобилей? Полагаю что в краткосрочной перспективе нет. Решения пересмотреть выстроенный алгоритм производства всегда даются непросто, и если на сегодняшний день уже существует устоявшийся «костяк», на который крепятся функционально-декоративные внешние элементы, то переход на иной принцип сборки — это смелый шаг, коммерческие успехи которого довольно сомнительны в том числе по причине того что конечный потребитель тоже уже привык с усреднённому, едва ли не «на одно лицо» виду автомобиля как такового, и далеко не каждый проголосует своим рублём за кич.
До потребителя важно донести все преимущества, в том числе не очевидные - будь то «самолётная», по сути полукруглая дверь, позволяющая видеть висящий над автомобилем светофор, даже если по каким-то причинам пересечена стоп-линия или полупрозрачная крыша, позволяющая задним пассажирам в ясную погоду наблюдать звёздное небо в тёмное время суток...
