Положение задних колес определяется тремя факторами:
а) размером шин;
б) расстоянием от задних колес до заднего сиденья (спинки сиденья);
в) типом, компоновкой задней подвески (независимая, зависимая) и соотношением ее ходов.

Если не рассматривать зависимую подвеску с листовыми рессорами, которая имеет наилучшую компоновку, то по расположению колес почти не различаются между собой независимая подвеска и зависимая подвеска на рычагах. Чем ниже предполагается расположить заднее сиденье, тем дальше назад следует сместить колеса, чтобы они не соприкоснулись с подушкой или спинкой заднего сиденья. Таким образом, минимальная возможная высота автомобиля в значительной степени определяется положением заднего сиденья, которое в известной мере обусловливает форму задней части кузова (и крыши). На это обстоятельство часто не обращают достаточного внимания. Когда расположение задних колес по длине выяснено, можно определять колею колес, учитывая ширину сиденья (на уровне бедер), размеры шин и перемещения колес при ходах подвески. Колеса размещаются по высоте таким образом, чтобы обеспечивался достаточный дорожный просвет (примерно 180 мм). Это положение колес берется за основу для разработки всех эскизов и чертежей кузова и соответствует так называемому конструктивному весу автомобиля. В случае привода на передние колеса расположение заднего сиденья определяется только типом выбранной подвески колес и соотношением ее ходов, что является явным преимуществом переднего привода.

Расположение органов ножного управления (проект стандарта DIN 73001). Для правильного размещения сиденья водителя, выполненного отдельно от сиденья пассажира, очень важно учитывать номинальное положение сиденья и зону его регулировки, а также рабочий ход педалей, особенно педали управления дроссельной заслонкой карбюратора. Можно обоснованно считать, что при положении педали, соответствующем режиму холостого хода двигателя, стопа водителя располагается примерно перпендикулярно голени, а пятка упирается в пол, поэтому рабочий ход педали осуществляется за счет изменения угла в голеностопном суставе. Педали тормоза и сцепления в номинальном положении обычно несколько сдвинуты назад и вверх, кроме того, следует обеспечить достаточное пространство для размещения колен под рулевым колесом, которое является критерием правильного расположения рулевого колеса. Заданный конструктором шасси рабочий ход педали должен использоваться полностью без изменения расположения голенн. Само собой разумеется, что педали по возможности должны быть сгруппированы ближе к продольной оси сиденья водителя, но на автомобилях малого класса это не всегда осуществимо вследствие наличия тоннеля и малой ширины автомобиля.

Положение передних колес. Когда необходимо создать компактную конструкцию, следует учитывать, что компактность автомобиля наряду с другими факторами в значительной мере определяется расположением переднего сиденья. От телосложения водителя и рабочего хода педалей, прежде всего педали сцепления, зависят наклон пола под ногами и положение передней панели салона. Вследствие этого при левом расположении рулевого управления арка переднего левого колеса должна возможно меньше

Сравнение трех важнейших конструктивных концепций:

Рис. 1. Двигатель спереди, привод на задние колеса (классическая компоновка). Преимущества: оптимальное распределение массы, большой полезный объем, достаточная свобода в оформлении кузова, высокие ходовые качества и пассивная безопасность. Недостатки: карданный вал внедряется в салон, повышенная стоимость изготовления, относительно большая длина

Рис. 2. Последовательность разработки автомобиля классической компоновки. Этапы разработки:
1 — определение размеров, касающихся сидений; 2 — разработка наружного контура автомобиля; 3 — размещение агрегатов шасси (на рисунке отмечены позициями)

внедряться в определяемый ходом педалей объем, чтобы не сужалось пространство, необходимое для размещения ступни левой ноги водителя, и, соответственно, чтобы в нерабочем положении ступню можно было расположить слева от педали сцепления (при правом рулевом управлении арка колеса в меньшей мере ограничивает ход педали подачи топлива). Чтобы создать возможно малую по длине конструкцию, для небольших автомобилей это требование приходится нарушать. По этой причине положение передних колес по длине автомобиля устанавливают заранее. Следует учитывать пространство, занимаемое передним колесом при ходах подвески и поворотах, которое определяется конструкцией передней подвески. Если необходимо избежать недопустимого сужения салона арками колес, то следует откорректировать предварительно выбранную переднюю колею колес. Таким образом предварительно определяются база и колея колес.

Расположение двигателя и коробки передач (силового агрегата). Из материалов пп. 2.1—2.2.4. видно, что размеры салона в основном могут быть установлены без учета типа привода и расположения двигателя. Но схема привода автомобиля в дальнейшей работе становится определяющей, так как между автомобилем классической компоновки, переднеприводным автомобилем п заднемоторным существуют различия.

Переднее расположение двигателя с приводом на задние колеса. Эта схема вследствие обладания некоторыми преимуществами все еще является самой распространенной*, и при создании кузова автомобиля классической схемы требуется проведение существенных подгоночных работ, так как передняя часть кузова и конструкция пола взаимосвязаны. Имеется возможность наклона двигателя назад или на бок. Расположение двигателя .по высоте определяется необходимостью обеспечения достаточного дорожного просвета под маховиком, элементами передней подвески, а также .необходимостью получения прямолинейной трассы карданного вала. Для этого двигатель, насколько это только возможно, приближают к панели передней части кузова. Таким образом ориентировочно .находится положение двигателя и, следовательно, радиатора, определяемое установленным на двигателе вентилятором. В результате этого в первом приближении получаются контур капота и длина передней части автомобиля.

По расположению двигателя в общем случае предварительно можно определить высоту центрального тоннеля и линию оси карданного вала.

Для размещения карданного вала уже на этой стадии проектирования требуется некоторое внимание. По соображениям, продиктованным ценой и массой, стремятся обойтись одним валом с двумя шарнирами. .При независимой подвеске задних колес, т. е. при жестко прикрепленном .к днищу кузова корпусе главной передачи, и трансмиссии «трансэксл» *, это в большинстве случаев возможно. Однако в случае использования задней зависимой подвески с неразрезной балкой моста положение балки при ходах подвески меняется, при этом балка тянет за собой карданный вал. Применять двухшарнирный карданный вал в этом случае невозможно, так как недопустимо увеличится высота тоннеля. При конструктивной массе автомобиля карданный вал должен соединяться с выходным валом коробки передач по возможности без излома. В целях уменьшения шумов, вибраций и высоты тоннеля обычно применяют конструкцию расчлененного трехшарнирного карданного вала с промежуточной опорой, эластично прикрепленной к днищу кузова. Отметим, что в целях уменьшения занимаемого объема на автомобилях, малого класса иногда необходимо сместить двигатель вместе с карданным валом несколько вправо относительно направления движения автомобиля (для автомобилей с правым расположением органов управления — влево), чтобы создать достаточно места для размещения педалей. Получающийся при этом небольшой перекос карданного вала в горизонтальной плоскости вполне допустим.

Привод на передние колеса. При приводе на передние колеса карданный вал на автомобиле не нужен, и конструкторы-кузовщики независимы от конструкции шасси в проектировании деталей пола. Самыми оптимальными решениями размещения силового агрегата являются следующие: а) двигатель располагается продольно перед дифференциалом, а за ним — коробка передач; б) двигатель и коробка передач вместе с приводом колес располагаются поперечно перед осью колес или за ней.

Все последующие рекомендации относятся к указанным решениям, но в принципе возможны и другие варианты. Полное отсутствие всех элементов привода в пространстве кузова — большое преимущество, точно такое же, как возможность использования задней подвески простой койструкции, например, на продольных рычагах. Кроме того, конструкция первого типа предусматривает небольшой тоннель над коробкой передач, а для конструкции второго типа тоннель вообще не требуется. В связи с этим при одинаковых размерах сидений конструкция второго типа создает ощущение большого внутреннего пространства, кроме того, облегчает поперечное перемещение в салоне. Значительно упрощается определение положения заднего сиденья по высоте. Конструктор получает возможность расположить его ниже и, следовательно, сделать весь автомобиль меньшей высоты. Это особенно важно для автомобилей с кузовом универсал. Укрощается размещение топливного бака.

Конструкция первого типа наряду с другими преимуществами имеет свои конструктивные преимущества: создается более высокая нагрузка на передних колесах, упрощаются размещение других агрегатов (радиатора, отопителя, рулевого управления и т. д.). и доступ к ним. Продольное расположение предполагает более длинный капот, который желателен по соображениям аэродинамики и безопасности. По этой причине автор отдает предпочтение конструкции первого типа, хотя конструкция с поперечно расположенным двигателем в настоящее время очень популярна. В этом случае у автомобиля получается короткая передняя часть, но тем не менее размеры салона за счет этого не увеличиваются. Однако размещение систем и агрегатов, в особенности радиатора и вентилятора, в этом случае хуже. Под капотом узлы располагаются очень тесно, поэтому доступ ко всем агрегатам затруднен. Валы привода колес в обоих случаях не осложняют компоновку салона, но при учете их длины следует предусматривать возможное увеличение колеи, так как от этого зависит ширина автомобиля.

Автомобиль с задним расположением двигателя. При такой компоновке агрегат можно размещать так же, как и при приводе на передние колеса; часто двигатель располагают продольно позади главной передачи, а коробку передач размещают перед ними, в результате она оказывается под задним сиденьем. Возможна поперечная установка двигателя, и в этом случае для размещения задних сидений не существует каких-либо ограничений. Конструкция силового агрегата, а также расположение узлов системы охлаждения и вентилятпра в сильной степени определяют наружную форму задней части автомобиля, в то время как для пола с их стороны никаких ограничений не накладывается. Кроме того, необходимо обеспечить удовлетворительный подвод и отвод воздуха в отсек двигателя. Для этого приходится существенно изменять форму задней части автомобиля. Это описано ниже в других разделах книги. Оформление передней части автомобиля с учетом передней подвески, топливного бака и запасного колеса относительно независимое.

Размещение топливного бака, запасного колеса и системы выпуска отработавших газов. Топливный бак.

Особый вопрос—размещение узлов системы выпуска отработавших газов, в основном глушителей. Решение этого вопроса чаще всего предоставлено инженеру-шассисту в виде дополнительной работы. Но для первой предварительной компоновки кузова следует подумать о размещении глушителей и предусмотреть соответствующие места. Это особенно важно, поскольку разрабатываемые ЕЭС законы по снижению уровня шума и токсичности отработавших газов предусматривают установку больших глушителей или даже и химических нейтрализаторов, для размещения которых потребуется много места. Заметим, что расположение основного глушителя под полом задней части автомобиля является удачным решением с точки зрения снижения шума и вибраций (при двигателе, расположенном сзади, другого решения не может быть). Глушитель можно расположить под полом, примерно на уровне панели пола, служащей опорой для ног пассажиров сзади заднего сиденья или под ним, при этом на расположение глушителя влияет толщина заднего сиденья. По этой причине места крепления элементов системы выпуска отработавших газов следует проектировать своевременно. После того, как все вопросы по установке узлов шасси решены, можно переходить к решению вопросов установки остальных узлов и агрегатов.

Расположение рулевого колеса, панели приборов и рычагов управления, обзорность. Из соображений безопасности в настоящее время верхняя часть рулевого управления устанавливается независимо от рулевого механизма, и в современных легковых автомобилях едва ли можно найти единый цельный жесткий рулевой вал, так как обе части рулевого управления обычно соединяются шарнирно. В результате этого расположение рулевого колеса может в значительной степени соответствовать рабочей позе водителя и анатомически правильному направлению перемещения рук. При проектировании можно использовать уже упомянутые выше шаблоны, а также данные проекта стандарта DIN 33402 или Директивы 2780 Объединения немецких инженеров. Заметим, что рулевое колесо не должно касаться бедер, живота и ухудшать обзор спереди автомобиля из точки, лежащей на уровне глаз. Эти требования соблюсти одновременно для людей низкого и высокого роста нелегко. Поэтому уже из первых исследований становится ясной необходимость в регулировке положения рулевого колеса или

Рис. 6а. Оптимальные геометрические соотношения для сиденья водителя в среднем положении по Г. Дюпюи

Уже на этом этапе проектирования можно приблизительно определить расположение панели приборов и рычагов управления исходя из условия обеспечения досягаемости их водителем.

После решения этих вопросов можно предварительно определить положение ниж!ней кромки ветрового стекла, при котором сохраняется видимость контура капота. Кроме того, необходима проверка соответствия углов обзорности с места водителя требованиям действующих предписаний США и ЕЭК ООН. По существующему в США стандарту SAE J941 при определении углов обзорности используют глазной эллипс, внутри которого располагаются глаза 95% водителей (на основании замеров положения глаз водителя). К этому эллипсу снизу, сверху и по бокам проводят касательные, которые позволяют оценить зону видимости 2. По требованиям ЕЭК углы обзора строят из точек, лежащих на различных высотах (в зависимости от роста людей), относительно точки R (углы обзора вверх, вниз и влево равны соответственно 7; 5 и 17°). Этот метод измерения делает излишним определение глазного эллипса.

На основании указанных выше данных можно определить предварительный контур крыши; высота задней части крыши зависит от положения заднего сиденья. Таким образом находится профиль нового автомобиля в продольной плоскости. Поперечное сечение автомобиля можно установить по принятой ширине сидений (следует также учитывать данные Директивы 2782/3 Объединения немецких инженеров). Затем можно окончательно определить колею задних колес, причем она не должна отличаться от колеи передних колес более чем на 50 мм. На этом этапе уже можно получить приблизительное положение дверных проемов, стоек дверей и нижний контур окон (поясная линия), а также положение стекла заднего окна. Можно проверить соотношения углов обзорности внутреннего зеркала, которые должны соответствовать законодательным нормам.

Для принятия основных решений по кузову необходимо дополнительно выяснить места расположения вентиляционных отверстий и узлов системы отопления.

Расположение вентиляционных отверстий и узлов системы отопления. При предварительном проектировании кузова, как правило, достаточно только в принципе определить положение вентиляционных отверстий (воздуховодов), а также отопителя и приборов системы отопления и вентиляции. Для этого по меньшей мере должно быть известно следующее.

1. Размеры и расположение отверстий для подвода холодного воздуха, которые должны обеспечивать поступление воздуха через радиатор и обдув двигателя и подкапотного пространства. При удачном с точки зрения аэродинамики (низком) капоте из-за формы отверстий (широкие прорези), используемых для поступления воздуха, часто ухудшаются аэродинамические качества автомобиля и требуются специальные элементы для направления воздуха в них. Если передний бампер закрывает проход для воздуха, то необходимо внизу предусмотреть дополнительные отверстия для прохода воздуха. Отверстие для поступления воздуха в систему вентиляции и отопления лучше всего располагать под ветровым стеклом. Оба отверстия должны находиться в зоне повышенного давления воздушного потока, обтекающего кузов.
2. Положение отверстий вытяжной вентиляции салона, которые должны находиться в зоне пониженного давления, чтобы исключалась возможность подсоса обработавших газов. Отверстия чаще всего располагают сбоку задней части кузова или ниже стекла заднего окна.
3. Место, в котором устанавливается отопитель или кондиционер. Для кондиционера это особенно важно, так как его установка может потребоваться потребителю после приобретения автомобиля, а для размещения радиатора к вентиляторов требуется много места.

Рис. 3. Распределение зон повышенного и пониженного давления для легкового автомобиля (пониженное давление преобладает над верхней частью, что вызывает появление подъемной силы):
1 — верхняя часть автомобиля; 2 — днище автомобиля

4. Место, в котором располагаются внутренние воздуховоды, так как они не должны соприкасаться с другими приборами.

Общие замечания.

При проектировании кузова следует добиваться того, чтобы каркас кузова наряду с удовлетворительной обзорностью имел прочность, достаточную для восприятия нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации автомобиля и при авариях.

В общем виде это требование сводится к наличию следующего:
— достаточный длины «зоны деформации» в передней и задней ва в целом;
— частях автомобиля;
— достаточного пространства для размещения колен, особенно водителя и сидящего рядом с ним пассажира;
— достаточной жесткости стоек .кузова, особенно в средней части автомобиля (дуга безопасности);
— кривизны крыши, боковин, капота и крышки багажника, достаточной для получения необходимой жесткости панелей;
— выдавок на панелях кузова, предотвращающих вибрацию кузова;
— возможности крепления ремней безопасности к стойкам дверей, раме крыши и в задней части салона.