Измерения проходимости: Теория

Практически каждый учебник по теории движения колесных или гусеничных машин (автомобилей, тракторов, специальной техники), не говоря уж о водительских учебных пособиях досаафовских времен, дает свое определение проходимости. Впрочем, все они очень похожи и отличаются лишь деталями. И практически в любом из этих определений фигурируют понятия «ухудшенные дорожные условия», «бездорожье» или еще что-нибудь подобное.

Но, согласитесь, сами эти понятия весьма относительны: водитель боевой разведывательно-дозорной машины и владелец легкового автомобиля могут вкладывать в них совершенно разный смысл. Равно как житель Германии и житель российской глубинки. Или, скажем, такой пример. Является ли «ухудшенными дорожными условиями» то, что у нас считается «лежачим полицейским» — асфальтовый горб высотой 20 см, нашлепнутый (вопреки всяким нормативам!) на гладкий асфальт городской улицы? Ведь его преодоление для многих импортных автомобилей заканчивается вполне конкретными повреждениями!

По здравому размышлению мы решили остановиться на самом общем определении, почерпнутом из толкового словаря и пригодном для всех случаев: «Проходимость — это свойство транспортного средства преодолевать препятствия пути». Естественно, под препятствиями понимаются не только всевозможные неровности, но также и снег, и грязь, и различные «водные преграды», и все остальное, что препятствует свободному движению по местности.

Само собой, понятие проходимости применимо к абсолютно любому автомобилю. Так и хочется добавить: просто у одних она лучше, у других — хуже. Но как раз этого мы делать не будем, потому что на самом деле проходимость — понятие настолько многоплановое, что вот так, двумя словами, расставить все на свои места попросту невозможно. Например, оказавшись молодцом на пересеченной местности, автомобиль может увязнуть в жидкой грязи. Или, скажем, имея полный привод и мощный двигатель, встанет на крутом подъеме из-за того, что топливо в баке отлило от заборной трубы. И таких вполне реальных ситуаций можно себе представить очень много. Как и всевозможных терминов и показателей, характеризующих проходимость автомобиля.

Мы рассмотрим основные из них, а в комментариях постараемся разъяснить их смысл. Надеемся, что фотографии, которые мы сделали при помощи наших друзей из Клуба внедорожных приключений «Зубр 4x4» и автомобиля Jeep Cherokee Renegade, помогут вам разобраться, какое отношение эти показатели имеют к реальной жизни. И как, читая технические характеристики, можно примерно оценить, способен ли выбранный автомобиль доставить вас к любимому месту отдыха (рыбалки, охоты).

Когда машина не справляется с препятствиями, мы говорим о потере проходимости. Полная потеря проходимости (застревание) — это когда автомобиль двигаться дальше не может. Частичная — это когда он все еще движется, но со значительным снижением скорости и (или) значительным ростом расхода топлива.

Произойти это может по разным причинам.

Прежде всего, для преодоления препятствий автомобилю может просто не хватить тягового усилия. Возможности двигателя и трансмиссии небеспредельны, но даже если теоретически их с избытком, это еще не все. Ведь производимый ими крутящий момент превращается в тяговое усилие колесом, «отталкивающимся» от поверхности дороги. И если сцепление колеса с дорогой будет недостаточным, то вся работа мотора пойдет впустую — колеса будут лишь буксовать.

Ну и совсем нетрудно себе представить, как колеса проваливаются или закапываются в рыхлый грунт (снег, песок) и машина просто-напросто «садится на брюхо». Или как задевает различными своими частями за те препятствия, которые приходится преодолевать.

Заметим, что трудности, которые автомобиль встречает на своем пути, можно поделить на две группы. Во-первых, это всевозможные неровности, как естественного, так и искусственного происхождения: бугры, рытвины, валуны, бордюры, окопы, канавы и прочие изобретения природы и человека. Во-вторых, это места, где состояние опорной поверхности не очень-то позволяет ее таковой считать: снег, грязь, песок, болото и т. п. Соответственно, проходимость принято делить на профильную и опорную. И каждая подразумевает свои общепринятые показатели, позволяющие оценить «способности» автомобиля. А некоторые показатели имеют отношение и к той, и к другой. Итак...

Дорожный просвет — расстояние между низшей точкой автомобиля и дорогой

Наиболее известный показатель проходимости. Один из основных геометрических параметров, указываемых в характеристике автомобиля. На самом же деле, дает представление о допустимой для автомобиля глубине дорожной колеи, а также характеризует способность машины преодолевать отдельные кочки, камни, пни и другие неровности, «пропускаемые» под днищем, «между колес». Дело в том, что самая низкая точка автомобиля редко находится в середине колесной базы, а чаще приближена к передним или задним колесам. У большинства автомобилей с независимой подвеской такими местами являются поддон картера двигателя, картер трансмиссии или закрывающие их защитные элементы. У автомобилей с зависимой подвеской — балка одного из мостов или картер соответствующей главной передачи. Так что и не думайте только по дорожному просвету судить о возможности преодоления бугров, канав, переломов местности и прочих крупных неровностей.

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...

Дело не только в том, что ее полезно знать, если вы собираетесь въехать по аппарелям на паром или перебраться через речку по временной переправе. Для автомобиля высокой проходимости крайне важно, чтобы колея передних и задних колес была одинакова — тогда он будет встречать меньшее сопротивление при движении по деформируемому грунту (снегу, грязи и т. п.). Ведь задние колеса будут катиться уже по «протоптанной дорожке»!

Представьте, что вам предстоит ездить по узким горным дорогам, проезжать под низкими мостами или забираться на автомобиле в лесную глушь, протискиваясь между деревьями и под нависающими ветвями. И вы поймете, почему ширина и высота тоже служат показателями проходимости, пусть и не самыми важными.

Многие параметры, определяющие проходимость, невозможно измерить на стоящем автомобиле или определить по чертежу внешнего вида — их выясняют из конструкторской документации или в результате испытаний. Но в характеристиках машин высокой проходимости вы их найдете, в силу их важности именно как показателей проходимости.

Имеется в виду отнюдь не короткий въезд на небольшую горку, куда вы влетели с разгона. Протяженность «зачетного» подъема должна быть не меньше двух длин автомобиля, а преодолевается он со стартом с места непосредственно от подножья. При этом, обратите внимание, не должны нарушаться условия нормальной работы агрегатов автомобиля. В переводе на нормальный язык это означает, что их конструкция должна быть приспособлена и к тому, что вы на этом подъеме задержитесь надолго. То есть топливо, масло, охлаждающая жидкость должны по-прежнему без перебоев поступать куда надо и в нужных количествах, мотор не должен перегреваться, подшипники должны выдерживать соответствующую нагрузку, из аккумулятора не должен выливаться электролит и т. д.

Предельный ровный косогор, по которому автомобиль может двигаться без бокового скольжения более чем на ширину профиля шины и уж тем более без опрокидывания. Опять же не должны нарушаться условия нормальной работы агрегатов.

У подвески различают ход сжатия, ход отбоя и полный ход. Ход сжатия — это расстояние между нормальным («нулевым») положением колеса и крайним верхним, когда упругий элемент (скажем, пружина) сжат до предела. Ход отбоя — расстояние между «нулевым» и крайним нижним положением. Полный ход подвески — расстояние между двумя крайними положениями, сумма хода сжатия и хода отбоя.

Чем больше ходы подвески, тем дольше колеса сохраняют сцепление с опорной поверхностью при движении по пересеченной местности. Понятно, что если колесо потеряло контакт с дорогой (говорят — «вывешено»), оно уже не может создавать тяговое усилие. Ну а если в приводе не предусмотрена блокировка дифференциалов, то вывешивание одного из ведущих колес означает полную потерю проходимости.

Для автомобилей с передней и задней зависимой подвеской в качестве подобного показателя иногда используют максимальный угол перекоса мостов.

Чтобы автомобиль мог уверенно преодолеть достаточно глубокий брод, конструктор должен предусмотреть многое. Подкапотное электрооборудование не должно заливаться водой, а значит, его надо поднять как можно выше. То же самое касается патрубка забора воздуха в двигатель. Еще вода не должна попадать в картеры двигателя, коробки передач, мостов, а ведь в них обычно предусматривают устройства вентиляции (сапуны). Салон тоже должен быть загерметизирован, хотя бы до уровня дверных замков. И еще много всего.

Условия эксплуатации специальных машин (скажем, боевых) часто подразумевают и специальные требования по проходимости. Так что не удивляйтесь, увидев где-нибудь такие характеристики...

Приближая этот показатель к более привычным для нас «легковым» условиям, разумнее сократить амбиции до «преодолеваемой ступеньки». Кстати, автомобиль, имеющий привод на все колеса и «обутый» в подходящие шины, мог бы преодолеть гораздо более высокую ступеньку, чем это ему позволяют низкий бампер и всевозможные аэродинамические элементы.

Ну уж об этом имеет смысл говорить только в применении к многоосным машинам.

Если же речь идет о преодолении водных преград автомобилями-амфибиями, то здесь уместнее говорить о плавучести, остойчивости, ходкости и прочих свойствах судов. Так что вернемся на сушу и поедем в грязь.

С мягкими, деформируемыми, грунтами тоже не все так просто. Ведь значительная часть вырабатываемой двигателем энергии тратится здесь на образование колеи, а перед колесом при движении образуется вал из грунта (так называемый бульдозерный эффект). Сопротивление качению колеса велико, и для его преодоления необходим запас тяги.

Однако помимо способностей силового агрегата, большую роль будут играть сцепные свойства шин, ведь сцепление колеса с мягким грунтом намного хуже, а буксование — это уже частичная, а то и полная потеря проходимости. Так что обратите внимание на тип шин и рисунок протектора.

Конечно, крайне важна схема привода. Скажем, обязательно должны быть предусмотрены блокировки дифференциалов, иначе буксование одного или нескольких колес приведет к полной остановке машины.

Очень важный показатель опорной проходимости — давление на грунт. Согласитесь, по глубокому снегу гораздо проще идти на лыжах, чем в ботинках, проваливаясь по колено при каждом шаге. Простая физика — чем больше площадь контакта шины с опорной поверхностью, тем меньше давление на грунт, тем меньше он деформируется. Так что широкие шины в данном случае приветствуются. И уж совсем хорошо, если машина оснащена системой централизованного регулирования давления в шинах. Она позволяет водителю, не выходя из кабины, поворотом регулятора снижать давление в шинах при движении по песку, снегу, заболоченному лугу. Как известно, приспущенная шина под весом автомобиля расплющивается сильнее, чем накачанная нормальным давлением. А значит, площадь ее контакта с опорной поверхностью увеличивается — и довольно значительно! Соответственно, давление на грунт во столько же раз снижается. А как только под колесами окажется твердая земля, водитель снова поднимет давление в шинах до нормального.