Топ-6 способов повысить проходимость авто по бездорожью

16.1. Габаритные параметры проходимости

Габаритные параметры характеризуют проходимость автомо­биля по неровностям дороги и его способность вписываться в до­рожные габариты.

Основными габаритными параметрами проходимости (рис. 16.1, 16.2) автомобиля являются дорожный просвет h, углы переднего α₁ и заднего α ₂свеса, продольный p₁и поперечный р₂ радиусы прохо­димости, наружный R_Hи внутренний R_Вгабаритные радиусы по­ворота, поворотная ширина b_к, углы гибкости в вертикальной β_в и горизонтальной α _г плоскостях.

Дорожным просветом называется расстояние между низшей точ­кой автомобиля и дорогой. Он характеризует возможность такого движения, при котором автомобиль не задевает сосредоточенные препятствия (камни, пни, кочки и др.). Обычно дорожный просвет определяется под картером главной передачи ведущего моста. Его величина зависит от типа автомобиля и условий его эксплуатации. Так, для грузовых автомобилей ограниченной проходимости до­рожный просвет составляет 245… 280 мм, а для автомобилей повы­шенной проходимости — 315… 400 мм. Увеличение дорожного про­света приводит к повышению проходимости, что может быть дос­тигнуто увеличением диаметра колес и уменьшением габаритов глав­ной передачи (например, разнесенная главная передача). Однако увеличение дорожного просвета приводит к повышению центра тя­жести автомобиля, что может ухудшить его устойчивость.

Рис. 16.1. Габаритные параметры проходимости автомобиля: О — центр поворота

Рис. 16.2. Углы гибкости автопоезда в вертикальной (а) и горизонталь­ной (б) плоскостях

Углами переднего и заднего свеса называются углы, образован­ные плоскостью дороги и плоскостями, касательными к перед­ним и задним колесам и к выступающим низшим точкам перед­ней и задней частей автомобиля. Они характеризуют проходимость автомобиля по неровным дорогам во время въезда на препятствие или съезда с него (наезд на бугор, переезд через канаву, яму, кювет и т.д.). Чем больше углы свеса, тем более крутые дорожные неровности может преодолеть автомобиль.

Для грузовых автомобилей ограниченной проходимости

α₁ =  25…42° и α₂ = 16…38°,

 а для автомобилей повышенной прохо­димости

α₁ = 35…55° и α₂ = 32…42°.

Продольный и поперечный радиусы проходимости представляют собой радиусы окружностей, касательных к колесам и низшим точкам автомобиля в продольной и поперечной плоскостях. Эти радиусы определяют контуры препятствий, преодолевая которые автомобиль не задевает их. Чем меньше указанные радиусы, тем выше проходимость автомобиля. Так, например, продольный ра­диус проходимости для обычных грузовых автомобилей составля­ет 2,7…5,5 м, а для автомобилей повышенной проходимости — 2… 3,5 м.

Внутренний и наружный габаритные радиусы поворота — это расстояния от центра поворота соответственно до ближайшей и наиболее удаленной точек автомобиля при максимальном пово­роте управляемых колес.

Поворотная ширина автомобиля характеризует разность между его наружным и внутренним радиусами поворота.

Радиусы поворота и поворотная ширина автомобиля характе­ризуют также и маневренность автомобиля — способность пово­рачиваться на минимальной площади. Одиночные автомобили более маневренны, чем автопоезда. Маневренность автопоездов ухудша­ется при увеличении числа единиц и базы прицепного состава.

Углами гибкости в вертикальной и горизонтальной плоскостях называются углы возможного отклонения оси сцепной петли при­цепа от оси тягового крюка. Угол гибкости в вертикальной плос­кости (см. рис. 16.2) автопоезда характеризует его проходимость по неровностям дороги, а угол гибкости в горизонтальной плос­кости — способность к поворотам, т. е. его маневренность. Для ав­топоездов с двухосными прицепами углы гибкости составляют: β_в не менее +62° и α_гне менее ±55°, а для седельных автопоездов β_в не менее ±8° и α_г не менее ±80°.

15.1. Продольная устойчивость автомобиля

При нарушении продольной устойчивости автомобиль может опрокинуться относительно оси передних или задних колес, а также скользить в продольном направлении.

Опрокидывание вокруг осей колес возможно только у автомо­биля с очень короткой базой и высоким расположением центра тяжести. Однако для большинства современных автомобилей, име­ющих низкое расположение центра тяжести, опрокидывание в про­дольной плоскости маловероятно. Возможно лишь продольное скольжение, вызванное буксованием ведущих колес, что более вероятно для автопоездов.

В связи с этим показателем продольной устойчивости автомо­биля является критический угол подъема по буксованию α_б.

Определим критический угол подъема по буксованию для ав­томобиля. С этой целью рассмотрим равномерное движение авто­мобиля на максимальном подъеме (рис. 15.1), так как разгон на нем невозможен. При преодолении максимального подъема ско­рость движения автомобиля небольшая, поэтому силой сопротив­ления воздуха Р_впренебрегаем. При этом сцепление ведущих ко­лес с дорогой полностью используется касательной реакцией до­рогиа касательной реакцией дороги на перед­них колесах пренебрегаем, так как она мала по сравнению с каса­тельной реакцией R_xr

Из условий равновесия автомобиля следует, что

Максимальное значение ка­сательной реакции дороги на ве­дущих колесах автомобиля огра­ничена сцеплением колес с до­рогой:

Подставим в это выражение значения реакций дороги R_Z2и R_X1и разделим обе части урав­нения на cos α. Учитывая в дан­ном случае, что α = α_б, опреде­лим критический угол подъема по буксованию:

Рис. 15.1. Схема для определения критического угла подъема по буксованию

Критическим углом подъема по буксованию называется предель­ный угол, при котором еще воз­можно движение автомобиля на подъеме без буксования ведущих колес.

Критический угол подъема по буксованию во многом зависит от коэффициента сцепления φ_х. Так, например, при φ_х= 0,3 (асфальт влажный и грязный или покрытый снегом) для автомобилей с колес­ной формулой 4×2 угол α_б  = 10… 15°.

Для автомобиля со всеми веду­щими колесами критический угол подъема по буксованию

Следовательно, такого типа автомобили могут преодолевать кру­тые подъемы без потери продольной устойчивости.

Угол α_б линейно зависит от коэффициента ф_х (рис. 15.2).

15.2. Продольная устойчивость автопоезда

Признаком нарушения продольной устойчивости автопоезда при движении на подъеме является его сползание вниз по подъе­му, которое вызывается буксованием ведущих колес автомобиля-тягача. Это может произойти, например, во время динамического преодоления автопоездом крутого подъема большой длины.

Продольную устойчивость автопоезда характеризует критичес­кий (максимальный) угол α_б подъема по буксованию.

Определим максимальный угол подъема, который может пре­одолеть прицепной автопоезд при равномерном движении без бук­сования ведущих колес автомобиля-тягача. При этом силами со­противления качению и воздуха пренебрегаем, так как автопоезд на подъеме движется с небольшой скоростью и значения этих сил невелики (рис. 15.3).

Из условий равновесия автомобиля-тягача следует:

где G_np— вес прицепа, Н; h_Kp — высота расположения крюка бук­сирного устройства; а — угол подъема.

Рис. 15.2. Зависимости критичес­кого угла подъема по буксованию от коэффициента сцепления:

1 — автопоезд; 2 — автомобиль обыч­ной проходимости; 3 — автомобиль повышенной проходимости

Рис. 15.3. Движение автопоезда на подъеме

Максимальное значение касательной реакции дороги R_X2огра­ничено сцеплением колес с дорогой:

Подставим в это выражение значения касательной R_X2и нор­мальной R_Z2реакций дороги, разделим обе части выражения на cos а и, приняв, что а = α_б, получим выражение для максимально­го, или критического, угла подъема, при котором возможно дви­жение прицепного автопоезда без буксования ведущих колес ав­томобиля-тягача:

Критический угол подъема по буксованию существенно зави­сит от сцепления колес с дорогой. Так, например, при коэффи­циенте сцепления φ_х. = 0,3 (асфальт, покрытый снегом) для авто­поездов этот угол не превышает 6°. Поэтому в зимнее время часто происходит буксование ведущих колес тягача автопоезда на отно­сительно пологих подъемах (см. рис. 15.2).

Проходимость обычно оценивается следующими параметрами:

• а) сцепной вес — вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса; для трактора — вес трактора является сцепным весом
• б) среднее удельное давление на дорогу в кг/см
• д) просвет между нижними точками шасси автомобиля и трактора и дорогой
• г) радиусы продольной и поперечной проходимости автомобиля
• д) передний и задний углы въезда автомобиля
• з) ширина преодолеваемых рвов
• ж) глубина преодолеваемого брода

Сцепной вес определяет возможную силу тяги автомобиля и трактора по сцеплению. С увеличением сцепного веса увеличивается и сила тяги по сцеплению. С увеличением числа ведущих колес увеличивается сцепной вес. У автомобилей со всеми ведущими колёсами сцепной вес равен весу автомобиля.

Проходимость автомобиля и трактора по местности и дорогам с мягким покрытием определяется главным образом удельным давлением.

С уменьшением удельного давления уменьшается глубина колеи и, следовательно, уменьшается сила, расходуемая на преодоление сопротивления качению. Удельное давление иа грунт составляет:

• а) для легковых 1,5—3,3 кг/см2
• б) для грузовых — 3,0—5,5 кг/см2
• в) для гусеничных тракторов 0,43—0,5 кг/см2

Просветы между нижними точками шасси автомобиля и трактора и дорогой характеризуют возможность движения по местности с вертикальными препятствиями, а также возможность преодоления автомобилем и трактором участков мягкого грунта, когда происходит погружение колес и гусениц в грунт.

Просвет составляет у современных автомобилей легковых — 180—250 мм; грузовых 200-320 мм, у тракторов — 350—400 мм.

Влияние на проходимость различных просветов между агрегатами одного и того же автомобиля и дорогой различно. Наибольшее значение для проходимости имеет величина просвета в середине базы автомобиля.

Для оценки проходимости вводится понятие продольного и поперечного радиуса проходиности.

Продольный радиус проходимости представляет собой радиус окружности, проходящей через низшую точку автомобиля и касательной к передним и задним колесам автомобиля.

Поперечный радиус проходимости представляет собой радиус окружности, проходящей через низшую точку оси автомобиля и касательной к колесам, расположенным на данной оси.

Чем меньше просвет автомобиля, чем ближе к центру, автомобиля располагается самая низкая точка и чем больше база, тем больше будет радиус продольной проходимости и проходимость автомобиля хуже.

Аналогично для радиуса поперечной проходимости указанные факторы имеют такое же значение, в этом случае вместо базы имеет влияние колея автомобиля.

Для оценки проходимости автомобиля через кюветы, выступы, бугры и другие препятствия служит величина углов переднего и заднего въезда автомобиля.

Углы перднего и заднего въезда образуются касательными, проведенными к передним и задним колесам из крайних точек, выступающих спереди и сзади частей автомобиля.

С увеличением этих углов увеличивается проходимость автомобиля.

Для проходимости трехосного автомобиля большое значение имеет возможный перекос осей, который будет определять величину радиуса продольной проходимости.

Возможность преодоления автомобилем и трактором различных рвов и канав определяется размерами колес (для автомобиля) и гусениц (для трактора).

Ширина рва, через которые может пройти двухосный автомобиль, ориентировочно может быть принята равной радиусу колеса.

Для автонобилей с двумя ведущими мостами ширина преодолеваемого рва несколько увеличивается.

Ширина рва, преодолеваемого гусеничных трактором, равна примерно половине длины опорной поверхности гусеницы трактора.

Кроме перечисленных параметров, проходимость автомобиля и трактора определяется также глубиной преодолеваемого брода.

Для современных автомобилей глубина преодолеваемого брода (без специальных приспособлений) лежит в пределах:

• для легковых — до 0,4 — 0,5 м
• для грузовых — до 0,6—0,9 м
• для гусеничных тракторов и тягачей глубина преодолеваемого брода составляет 0,6—1,2 м

Диагностика в техническом центре

В крупных населённых пунктах вы обязательно найдёте специализированный техцентр, в котором могут провести полную диагностику геометрии кузова. Здесь обычно имеется нужное нам компьютерное оборудование, подключенное к специальному стенду. Диагностика может проводиться с использованием механических систем, специальных систем с креплениями, лазерных установок и компьютерной диагностики. Транспортное средство сначала немного разбирают и устанавливают на стенд. После своеобразного «сканирования» данные поступают на компьютер, где и создаётся трёхмерная модель автомобиля. Компьютер же далее проводит сравнительный анализ данных машины и исходные данные модели.

Главным плюсом такой проверки является максимальная точность. Но данный способ требует времени и, конечно же, денежных затрат, примерно вам придётся потратить на это несколько тысяч рублей.

Продольный и поперечный радиусы проходимости

Вот они-то как раз и характеризуют способность автомобиля преодолевать рвы, короткие крутые мосты, бугры, кюветы, большие кочки и другие подобные неровности. В зарубежной литературе этих показателей вы не найдете — они используются у нас

Обратите внимание, высота преодолеваемого бугра может быть значительно больше, чем дорожный просвет

Ramp Brakeover Angle — угол перелома «рампы» (на самом деле, «ramp» переводится еще и как «наклонная плоскость», «аппарель», «эстакада»)

А этот показатель пришел к нам из-за рубежа. Судя по названию, изначально показывал, какой максимальный угол перелома автомобиль может преодолеть, въезжая куда-либо по наклонным аппарелям. Например, на смотровую эстакаду или железнодорожную платформу. В наше время повсеместно используется для внедорожной техники как показатель способности преодолевать переломы местности. В некотором смысле подобен нашему продольному радиусу проходимости.

Угол въезда и угол съезда — они же углы переднего и заднего свеса, они же передний и задний углы проходимости

Чем больше величина переднего и заднего углов проходимости, тем выше проходимость автомобиля при переезде через канавы, выступы, кюветы, бугры и другие подобные препятствия. Впрочем, во многих случаях важнее даже не абсолютные цифровые значения, а форма деталей, образующих свес.

Нетрудно заметить, что все перечисленные выше показатели так или иначе связаны с геометрическими параметрами автомобиля, его основными размерами: колесной базой, передним и задним свесами, колеей. Чем меньше база, чем меньше свесы, чем меньше колея, тем выше профильная проходимость. Впрочем, некоторые параметры автомобиля и сами напрямую служат показателями проходимости — на примере дорожного просвета мы в этом уже убедились. А еще нам могут пригодиться…

Показатель эластичности подвески

Один из самых важных параметров из всех описывающих геометрию проходимости. Он оказывает огромное влияние на практичность автомобиля в полевых условиях, поскольку от него зависит, насколько велико пятно контакта колес, которое будет контактировать с землей.

Как показано на фото, это угол между передней и задней осями, когда колеса на противоположных углах автомобиля находятся в положении максимального отклонения подвески. Поклонники скалолазания на автомобилях в США, в котором показатели эластичности подвески являются ключом к успеху, даже создали специальный индекс RTI Ramp Travel Index.

Высчитать индекс RTI очень просто:

Автомобиль въезжает одним колесом на 20° рампу и движется до места, где одно колесо отрывается от основания.

Далее расстояние, пройденное по рампе (чем дальше автомобиль проезжает, не отрывая колеса от земли, тем лучше результат), делится на колесную базу автомобиля. Полученный индекс умножается на 1000, чтобы получить «более удобное» для сравнений число.

Это стало настолько популярным, что сегодня на многих внедорожных соревнованиях присутствует такой элемент состязания, на потеху зрителей. Сегодня даже есть автомобили, построенные почти исключительно с учетом индекса RTI.

Hummer H1 – прекрасный пример, показывающий, что даже в чрезвычайно внедорожном автомобиле независимая подвеска отрицательно влияет на прогиб оси, что очень плохо

Показатель эластичности подвески в первую очередь зависит от хода подвески и производительности пружины. Чем эластичнее подвеска, тем дальше может продвинуться колесо, не отрываясь от поверхности и обеспечивая тем самым тягу. А тяга, как известно, для автомобиля – это краеугольный камень в фундаменте не только покорения внедорожья, но и езды по обычным дорогам в целом!

Особенности конструкции

Чтобы разбираться в особенностях сбора автомобилей, необходимо выбрать несколько моделей или марок для рассмотрения. Они помогут понять особенности конструкции, а также разобраться в том, как выполнить доработку так, чтобы на машине можно было смело покорять любое бездорожье, любые участки и зоны. Чаще всего в качестве основы рассматривают следующие авто:

• Лада «Нива»;
• УАЗ «Патриот»;
• ГАЗ-66;
• ГАЗ «Тигр»;
• Ленд Крузер 80.

Что касается двигателя, то для вездехода, настоящего «джипа», способного преодолевать любые неприятности дороги, важна не только и не столько мощность мотора, сколько его крутящий момент. Крайне желательно, чтобы максимальное значение данной характеристики мотор приобретал как можно при меньших оборотах. Если говорить просто, то двигатель должен хорошо «тянуть на низах». Этому требованию лучше всего соответствуют дизельные двигатели.

Трансмиссия ничуть не менее важна для хорошего внедорожника, чем двигатель. Этот элемент имеет множество разных конструкций, главное, чтобы сцепление было усиленным, так оно сможет выдержать максимально высокие нагрузки, возникающие в процессе езды по сложным участкам местности.

КПП у двигателя должна быть механической с ручным переключением. Конечно, на рынке полно внедорожников и с автоматической коробкой, однако для опытного автомобилиста сильнее важна проходимость, нежели комфорт езды, потому механика считается более предпочтительной. Большой опыт позволяет автомобилисту знать, когда нужно включить вторую передачу, чтобы преодолеть особенно сложный участок, пройти по которому на четвертой скорости не выйдет. К недостаткам АКПП относится также их дороговизна, сложный, а потому затратный ремонт, а в процессе преодоления сложных трасс возможны различные неприятности, именно поэтому лучше выбирать механическую коробку. Кстати, при выборе коробки нужно учитывать передаточные числа таких элементов, как: главная передача, КПП и раздаточная коробка.

Раздаточная коробка хорошего внедорожника должна иметь понижающую передачу, главное назначение которой заключается в увеличении крутящего момента. К примеру, если машина попадает с проселочной дороги на участок с песком, то можно быстро включить понижающую. Благодаря раздаточной коробке с понижением водитель вовсе не заметит разницы между ездой по грунтовке и по песку, разве что скорость уменьшится.

Дифференциалы на внедорожниках бывают межосевые и межколесные. Во время поворота машины, ее передние колеса проходят разное расстояние, поэтому необходима передача некоторой мощности от одного колеса другому. Для этого и нужны дифференциалы. Однако на бездорожье они иногда только мешают, так как при застревании одного колеса, второе продолжает крутиться.

В такой ситуации на дороге автомобилисту поможет блокировка дифференциала. Она позволяет передавать колесам равное количество мощности, благодаря чему автомобиль сможет выбраться даже из сильной грязи. На «джипы» устанавливают как ручные, так и автоматические дифференциалы, с полной или частичной блокировкой.

Самодельные внедорожники зачастую собираются из деталей от разных моделей. К примеру, на машину можно поставить диски с шинами от трактора, сиденья от «Мерседеса», подвеску от грузовика. Подбор запчастей от разных марок и моделей осуществляется для того, чтобы улучшить проходимость и заменить стандартные детали проверенными. Выбор запчастей нужно делать в зависимости от того, с какими целями машина собирается. Если автомобиль будет использоваться только для езды и развлечений, то мосты устанавливаются новые, выбираются достаточно большие колеса, подбирается шноркель и можно ехать. Если же хочется глобально модернизировать автомобиль, то нужна будет полная изменения конструкции, когда от основы не остается практически ничего – одна только рама, кузов и салон.

7. Определение величины динамического подъема

Динамическим подъёмом
называется прохождение подъёма с
разгона. На ровном участке дроги
происходит разгон автомобиля до
максимально возможной скорости
,
и на этой скорости он входит на подъём.
На подъёме скорость уменьшается и
движение автомобиля становится
замедленным.

Расчетным методом
можно определить величину динамически
преодолеваемого подъема с помощью
динамической характеристики (рис. 9).
Для этого на график
,
построенный для пятой передачи, на
которой будет преодолеваться подъем,
наносят характеристики дорог ψ₁
и ψ₂
с разными значениями углов подъема.

Рис. 9. Динамическая
характеристика, соответствующая 5
повышенной передаче, выбранной для
преодоления подъёма: 1 – ψ₁
на горизонтальном участке дороги; 2 –
ψ₂
на подъёме 1,2D_max

Кривую динамического
фактора (см. рис. 9) разбивают на 6
участков и для значений

по формуле (17) определяют величину
ускорения
,
которое имеет отрицательное значение,
что указывает на замедленное движение
автомобиля.

После этого строят
зависимость

(рис. 10).

Рис. 10. График
замедления автомобиля при динамическом
преодолении подъема

Интервал скоростей
от
до
разбивают
на 5–6 участков, а затем по формулам (37)
и (38) находят путьS_дп,
равный длине динамически преодолеваемого
подъема. S_дп
= 1219,3 м.

Результаты вычислений
параметров динамического подъёма
автомобиля представлены в таблице П. 7.

8.
Сравнение
расчетов с конкретными данными

Результаты сравнения расчётных
данных с конкретными значениями краткой
технической характеристики представлены
в таблице 2.

Таблица 2.

Пример схемы для наружной рампы

Рекомендуемый максимальный уклон для наружных рамп может быть установлен относительно высоты, которую нужно преодолеть, и зависит от длины плоскости. Основываясь на средних показателях и соображениях из разных стран — как в нормативных документах, так и в руководствах из Латинской Америки, например, наклон от 12 до 10 % может использоваться, например, только на очень малых высотах, таких как шаг до 20 сантиметров. Поскольку высоты требуют больших усилий, склоны начинают уменьшаться, чтобы достичь рекомендуемых значений 8% для высот до 50 сантиметров; 6% для высоты до 100 сантиметров; 5% для высот до 150 сантиметров; и 4% для пандусов, используемых пожилыми людьми.

По отношению к длине пандуса на короткие расстояния — до 1, 5 метров — наклон должен составлять менее 12%

Для расстояний до 3 метров оно должно составлять менее 10%, а для расстояний до 9 метров оно должно составлять менее 8%, всегда принимая во внимание вышеуказанные соображения относительно высоты

Рампы не должны иметь чрезмерную длину без перерывов — максимальную длину 9 метров — из-за усилий, необходимых для подъема без помощи в инвалидном кресле или силы, необходимой для перевозки тяжелых грузов.

Пример требуемого расчетного расстояния (d)

В качестве примера, чтобы преодолеть высоту 54 сантиметра, мы будем использовать наклон 6%, что приведет к горизонтальной плоскости 9 метров.

6 = (0, 54 м / д) х 100 d = 0, 54 м / 0, 06

d = 9 метров