Способность транспортного средства передвигаться по дорогам низкого качества и за пределами дорожной сети называется проходимостью. Но чем же определяется эта способность? Почему одни автомобили застревают на сельской дороге, а другие с лёгкостью преодолевают снега, горы и болота? Давайте разбираться!
Сразу оговорюсь, что говорить мы будем только о колёсных машинах и начнём с того, что проходимость принято делить на профильную и опорную. Первая показывает, насколько хорошо машина справляется с неровностями местности, а вторая - со слабыми грунтами. Эта классификация достаточно условная, и далеко не все факторы проходимости можно отнести к одной из этих категорий, однако ничего лучше пока не придумали.
Согласно одному из определений профильная проходимость характеризует возможность автомобиля преодолевать неровности пути, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения [1]. Однако препятствиями могут быть как крутые подъёмы, требующие большой тяги на колёсах, так и броды, для преодоления которых важна герметичность ключевых агрегатов. Таким образом, профильная проходимость определяется чрезвычайно большим количеством совершенно разнородных факторов.
Поэтому пока что я ограничусь геометрической проходимостью и буду подразумевать под ней совокупность размеров, которые характеризуют возможность преодоления препятствий и при этом относятся к общей компоновке машины (автомобиля, трактора или чего угодно).
1. Просвет, свесы и радиусы
Начнём с размеров, которые упоминаются всегда, когда речь заходит о геометрической (или профильной) проходимости. Их всего три:
- дорожный просвет;
- углы свесов;
- продольный радиус проходимости.
Каждый из этих параметров имеет строгое определение в ГОСТ 22653-77 [2] и методику измерения в ГОСТ 22748-77 [3]. Здесь же я ограничусь только указанием этих размеров на рисунках.
Дорожный просвет (h) – или клиренс – характеризует глубину колеи, по которой способна двигаться машина, а также высоту валунов, кочек и пней, которые она может пропускать между колёсами. Для увеличение дорожного просвета есть два основных пути: увеличение диаметра колёс и использование портальных мостов.
Углы переднего и заднего свесов (γ1 и γ2) – они же углы въезда и съезда –показывают, насколько крутым может быть излом рельефа, по которому способна двигаться машина. Иногда отдельно упоминаются и сами свесы: передний (l1) и задний (l2), однако при известных углах свесов эти размеры не говорят ничего нового о проходимости машины.
Если углы свесов характеризуют способность машины двигаться по поверхности с вогнутым профилем, то за возможность преодоление выпуклых участков отвечает продольный радиус проходимости (R1). Во многих источниках встречается также и поперечный радиус проходимости (R2), который характеризует возможность движения машины вдоль кюветов, бугров и других продольных неровностей [4].
Если с двухосными автомобилями всё более-менее понятно, то определение параметров геометрической проходимости многоосных машин имеет некоторые особенности, связанные с работой подвески и подробно изложенные в ГОСТ 22748-77. Например, у трёхосных автомобилей с балансирной подвеской угол заднего свеса определяется при подъеме колес заднего моста до полного смятия буфера. Что же касается радиусов проходимости, то особенности их определения показаны ниже.
Так или иначе, все эти углы и радиусы увеличиваются вместе с размерами колёс. На углы свесов влияют также длины этих самых свесов, на поперечный радиус проходимости – колея (B), а на продольный – колёсная база (L).
2. Рвы и эскарпы
Во многих источниках к показателям профильной проходимости относятся ширина преодолеваемого рва и высота преодолеваемого эскарпа (стенки). Однако здесь мы разбираемся с размерами вездехода, а не местности, по которой он способен проехать.
Конечно, главным из этих размеров снова является радиус колеса (r). Ни для кого не секрет, что большому колесу намного легче закатиться на "ступеньку" или перекатиться через "ямку", чем бы они ни являлись.
Если мы говорим о высоте преодолеваемого эскарпа (hэ), то для полноприводных машин на хорошем покрытии она может достигать 2/3 от радиуса колеса, в то время как у моноприводных – всего лишь около 20% [1]. Теоретически её может ограничивать и высота свесов (h1 и h2), однако для машин высокой проходимости это не характерно.
Ширина преодолеваемого рва (lр) для двух- и трёхосных автомобилей также определяется размером колёс и может достигать 80-90% от их диаметра [4]. Многоосные машины могут преодолевать более широкие рвы, размер которых определяется не только радиусом колёс, но и расстоянием между осями.
3. Подъёмы и косогоры
Вездеходу важно уметь преодолевать подъёмы, спуски и косогоры, поэтому их углы часто включают в число показателей профильной проходимости. На их величину влияет тяга на колёсах, сцепление с опорной поверхностью, боковая жёсткость шин, и другие факторы, однако сейчас нас интересует геометрическая сторона вопроса, поэтому давайте поговорим об устойчивости машин.
Наиболее вероятно боковое опрокидывание, которое может произойти на крутом косогоре. Это возможно при условии, что центр тяжести окажется за пределами колеи автомобиля. На угол опрокидывания (β) отрицательно влияет высота центра тяжести (hc) и положительно – ширина колеи (B). Кроме того, важно, чтобы центр тяжести находился в плоскости симметрии автомобиля, т.е. чтобы боковое смещение центра тяжести (bc) было нулевым.
Опрокидывание назад при движении на подъём может произойти, если автомобиль перевозит тяжёлый габаритный груз. Но иногда это возможно и по причине непродуманной компоновки (например, как это было с Джигером на военных испытаниях [5]). Угол опрокидывания (α) уменьшается при переносе центра тяжести вверх (размер hc) и увеличивается при смещении центра тяжести вперёд (размер lc). Теоретически опрокидывание может произойти и на спуске, если центр тяжести окажется слишком сильно смещённым вперёд, например, из-за установленного навесного оборудования.
Таким образом, для достижения наилучшей устойчивости на подъёмах, спусках и косогорах центр тяжести должен располагаться как можно ниже и ровно в середине колёсной базы (L) и колеи (B), размеры которых должны быть как можно больше. Дело осложняется тем, что зачастую положение центра тяжести определяется не компоновкой машины, а её загрузкой, так что его координаты можно отнести к конструктивным параметрам лишь с некоторой натяжкой.
К тому же, в классической теории автомобиля вопросы устойчивости принято рассматривать отдельно от проходимости, поскольку опрокидывание машины на подъёмах и косогорах – лишь вершина айсберга устойчивости.
4. Маневренность
Одной из составляющих проходимости является способность "вписываться в требуемую полосу движения". Движение машины на местности может быть ограничено, например деревьями, обрывами, скалами или иными препятствиями, которые невозможно преодолеть, но можно объехать. В таких ситуациях преимущество будет на стороне машины, обладающей наименьшими габаритными размерами: длиной (L0), шириной (B0) и высотой (H0).
При этом важно и то, какое пространство потребуется машине для разворота. Оно определяется следующими размерами:
- Минимальным радиусом поворота (Rmin)
- Внешним габаритным радиусом поворота (R0)
- Поворотной шириной по следу колёс (BR)
- Шириной коридора, занимаемой автомобилем при повороте (BR0)
Радиусы поворота уменьшаются с увеличением углов поворота управляемых колёс (φ1 и φ2) и сокращением колёсной базы (L). Манёвренность также можно повысить, устанавливая управляемые колёса и спереди, и сзади.
Следует помнить, что маневренность не является специфическим требованием к вездеходам. Более того, городским автомобилям и складскому транспорту манёвренность нужна даже сильнее, чем внедорожным машинам. По этой причине она, как правило, рассматривается отдельно от проходимости.
5. Ходы подвески
Если машина имеет более трёх колёс, то некоторые из них при преодолении косых препятствий могут отрываться от опорной поверхности. Такая ситуация называется вывешиванием.
Избежать этого позволяет подвеска, которая помимо всего прочего всегда стремится прижать колеса к земле. По этой причине важно, чтобы ходы подвески вездехода были как можно больше, причём в идеале каждое колесо должно двигаться независимо от остальных. Единой мерой хода и независимости подвески может служить угол перекоса осей (γ), который как раз-таки характеризует способность машины двигаться по неровностям без потери контакта колес с опорной поверхностью, что значительно снижает неравномерность распределения нагрузки между колесами, способствует сохранению управляемости автомобиля и предотвращает падение силы тяги, создаваемой ведущими колесами [5].
6. Гибкость автопоездов
Машины могут передвигаться по бездорожью не только сами по себе, но и в составе автопоездов, поэтому к ним тоже предъявляются определенные требования, среди которых специфическими являются углы гибкости автопоездов в продольной и поперечной плоскостях (α1 и α2).
Как нетрудно догадаться, продольные углы гибкости отвечают примерно за то же самое, что и углы свесов и продольные радиусы проходимости одиночных автомобилей, то есть за возможность движения на местности с выпуклым и вогнутым профилем. А вот поперечные углы гибкости позволяют ведущим колёсам тягача не отрываться от опорной поверхности при преодолении асимметричных препятствий, то есть их можно считать аналогами углов перекоса осей одиночного автомобиля.
7. Подведём итог
Итак, по моему личному мнению к геометрическим показателям проходимости следует отнести следующие параметры:
Параметры, которые следует увеличивать:
- Радиус колёс (r) - важнейший размер, увеличение которого положительно влияет на величину преодолеваемых и рвов и ступенек, а также на дорожный просвет, углы съездов и продольный радиус проходимости.
- Дорожный просвет (h), увеличение которого позволяет двигаться в более глубокой колее, пропускать между колёсами отдельные камни, пни и кочки, а также положительно влияет на углы съездов и радиусы проходимости.
- Углы съездов (γ1 и γ2), увеличение которых позволяет машине двигаться по более вогнутым участкам рельефа.
- Высоты свесов (h1 и h2), которых должно быть достаточно для преодоления ступенек, которые могут быть преодолены колёсами данного размера.
- Число осей, увеличение которого позволяет уменьшить продольный радиус проходимости и преодолевать боле широкие рвы.
- Число управляемых осей, увеличение которого улучшает маневренность.
- Углы поворота управляемых колёс (φ1 и φ2), увеличение которых также положительно влияет на маневренность.
- Угол перекоса осей (γ), увеличение которого позволяет машине преодолевать асимметричные препятствия без вывешивания ведущих колёс.
- Продольный угол гибкости автопоезда (α1), увеличение которого позволяет автопоезду двигаться по более вогнутым участкам рельефа.
- Поперечный угол гибкости автопоезда (α2), увеличение которого позволяет автопоезду преодолевать асимметричные препятствия без вывешивания ведущих колёс.
Параметры, которые следует уменьшать:
- Продольный и поперечный радиусы проходимости (R1 и R2), уменьшение которых позволяет машине двигаться по более выпуклым участкам рельефа.
- Габаритные размеры (L0, B0, H0), уменьшение которых улучшает маневренность машины.
- Высота центра тяжести (hc) и его смещения от центров базы и колеи, уменьшение которых улучшает устойчивость машины.
Неоднозначные параметры:
- Колёсная база и колея (L и B), уменьшение которых уменьшает радиусы проходимости и улучшает маневренность, но ухудшает устойчивость на крутых подъёмах и косогорах. Кроме того, большая колёсная база на многоосной машине позволяет преодолевать более широкие рвы.
Иногда к числу показателей геометрической проходимости относят также коэффициент совпадения следов передних и задних колес, однако, на мой взгляд, это не совсем размер, и о нём лучше поговорить в следующей части, посвящённой опорно-сцепной проходимости.
