Энциклопедия автомобилей

Изобретения

Передний привод

Передний привод — компоновка и конструкция трансмиссии автомобиля, при которой создаваемый двигателем крутящий момент передаётся на передние колёса.

Впервые серийно был применён в 1929 году в США на автомобиле Cord L29. Массовое распространение получил в шестидесятые и семидесятые годы. В настоящее время является наиболее распространённым, особенно на сравнительно небольших и недорогих автомобилях.

Схема, иллюстрирующая положение колёс при повороте автомобиля
Cord L29 — первый серийный переднеприводный автомобиль.
(Автор: Motohide Miwa from USA - Monterey_Historics_2011-10-138, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17580004)

Общая характеристика

Переднеприводные модели считаются при прочих равных беспроблемными для водителя средней квалификации в подавляющем большинстве условий и обладают стабильными показателями устойчивости и управляемости, в то время, как заднеприводные автомобили требуют от водителя большей аккуратности и лучших навыков вождения в условиях гололёда и мокрого покрытия.

С точки зрения эффективности использования пространства переднеприводная компоновка является одной из наиболее совершенных: построенный по ней автомобиль получается ощутимо короче, чем при классической, особенно в случае использования поперечно расположенного силового агрегата, а в сравнении с заднемоторной — обеспечивается более удобное расположение багажного отделения в задней части кузова, облегчается создание грузопассажирских модификаций. Отсутствие проходящего под полом пассажирского отсека приводного вала в сочетании с вынесенным далеко вперёд двигателем позволяют получить в тех же габаритах более просторный интерьер, а простая конструкция задней подвески и отсутствие редуктора заднего моста — опустить пол багажника и сделать его практически ровным, за счёт чего увеличить его объём либо при том же объёме уменьшить наружные габариты автомобиля.

Снаряжённая масса переднеприводного автомобиля в среднем на 3…5 % меньше, чем у построенного по классической компоновке за счёт отсутствия ряда узлов (отдельный картер заднего моста, приводной вал), причём и здесь имеет преимущество схема с поперечным расположением силового агрегата. Выигрыш в массе максимален для микролитражных и малолитражных автомобилей, но не столь велик для автомобилей среднего и более высокого классов. Хотя грузоподъёмность автомобиля в целом от типа привода не зависит, переднеприводный автомобиль сильно страдает от уменьшения нагрузки на переднюю ведущую ось при размещении в кузове пассажиров и груза, что существенно ухудшает его тягово-сцепные свойства в гружёном состоянии — именно по этой причине переднеприводные грузовики долго не получали широкого распространения, и сегодня так и не смогли окончательно вытеснить построенные по «классической» компоновке, несмотря на весомые преимущества с точки зрения массы и удобства в размещении груза за счёт отсутствия карданного вала под грузовым отсеком. Масса буксируемого прицепа у переднеприводного автомобиля также ограничена сильнее, чем у других компоновочных схем.

Распределение масс (развесовка) при переднем приводе сильно зависит от конструктивной схемы, но в целом у большинства переднеприводных автомобилей нагрузка на колёса передней оси колеблется в пределах 56…65 % снаряжённой массы. Хорошая загрузка передней ведущей оси обеспечивает хорошие тяговые свойства в зимних условиях, но отрицательно сказывается на устойчивости к боковому ветру. Изредка конструкторы переднеприводных автомобилей идут на повышение загрузки передней оси до 67…69 % (ЛуАЗ-969, Citroën CX), однако в таком случае значительно усугубляются проблемы, связанные с перераспределением веса при разгоне и торможении, а также сильно выраженной недостаточной поворачивоемостью. Та же хорошая статическая загрузка колёс передней оси обуславливает и большие усилия на рулевом колесе, так что для переднеприводного автомобиля желательны использование реечного рулевого редуктора или даже установка усилителя рулевого управления. При разгоне и торможении происходит динамическое перераспределение масс между осями, при этом во время разгона передняя ведущая ось разгружается, вплоть до потери сцепления колёс с покрытием, а при торможении — напротив, нагружается до 80 % массы, что обуславливает худшие разгонную и тормозную динамику в сравнении с другими компоновочными схемами, особенно при необходимости наиболее динамичного разгона и экстренном торможении.

Несмотря на перераспределение нагрузки на заднюю ось при разгоне и движении на подъём, современные переднеприводные автомобили имеют достаточно благоприятные возможности разгона и преодоления подъёмов, что достигается за счёт изначально высокой статической нагрузки на переднюю ось, характерной для преимущественно используемых в настоящее время конструктивных схем с расположением двигателя за пределами колёсной базы, а также достаточного запаса мощности двигателя и высокого качества современных шин. Худшее использование мощности двигателя при разгоне из-за динамической разгрузки передней оси проявляется при повседневной эксплуатации автомобиля главным образом на мокром или обледенелом покрытии. Между тем, динамические качества и способность преодоления подъёмов переднеприводного автомобиля существенно ухудшаются по мере загрузки его пассажирами и грузом — уже при нагрузке более чем три человека его тяговые свойства могут стать недостаточными для тяжёлых дорожных условий. И если на современных автомобилях с их сравнительно невысокой нагрузкой на мощность это ощущается в меньшей степени, то переднеприводные малолитражки середины XX века с мощностью двигателя в 20—40 л. с. и полным салоном пассажиров на крутой подъём могли и не забраться, особенно в дождь, гололёд или при движении по грунтовой дороге с невысоким коэффициентом сцепления. Так, по данным конца сороковых годов, при заснеженной или скользкой дороге автомобиль с передним приводом может преодолеть подъём, в 1,5−2 раза меньший, чем заднеприводный[4] По тем же причинам переднеприводный автомобиль имеет более низкую проходимость по сравнению с заднеприводными, в особенности — заднемоторной компоновки, обеспечивающей постоянную высокую нагрузку на ведущую ось с дополнительной динамической догрузкой при разгоне и движении на подъём. При нагружении переднеприводного автомобиля пассажирами и грузом его проходимость будет ухудшаться из-за перераспределения массы в пользу неведущей задней оси, в то время, как заднеприводного — напротив, улучшаться за счёт повышения нагрузки на ведущую ось.

Из-за того же самого перераспределения нагрузки между передней и задней осью при размещении пассажиров и багажа, которая может достигать 12 %, для переднеприводного автомобиля весьма затруднён подбор упругих характеристик подвесок, что сказывается на комфортабельности и плавности хода. Обеспечение высокого комфорта зачастую требует применения пружин с прогрессивной характеристикой или даже дополнительных пневматических элементов для регулировки уровня кузова. В прошлом для переднего привода также были характерны более высокие уровни вибронагруженности и шума, что происходило из-за сложности обеспечения эффективной работы подвески двигателя, которой приходится воспринимать сильные колебания массивного трансэксла с вынесенным далеко вперёд центром тяжести и моменты, возникающие при передаче вращения на ведущие колёса, а также вибро- и шумоизоляции. В настоящее время эта задача нашла удовлетворительное решение за счёт применения гидравлических и пневматических опор силового агрегата.

Углы поворота передних колёс переднеприводного автомобиля ограничены шарнирами равных угловых скоростей, что приводит к ухудшению маневренности из-за увеличения радиуса разворота относительно заднеприводного автомобиля при той же колёсной базе.

Для переднего привода свойственна врождённая лёгкая недостаточная поворачиваемость — стремление автомобиля при прохождении поворота за счёт тяги расположенных спереди ведущих колёс вернуться к прямолинейному движению, что оценивается как большое достоинство и считается безопасным поведением, желательным для автомобиля общего назначения и водителя средней квалификации. Хотя граничное значение сцепления передних колёс с покрытием при этом достигается раньше, устойчивость и управляемость переднеприводного автомобиля сохраняются, несмотря на их проскальзывание (снос передней оси), причём как на сухом, так и на скользком покрытии. В противоположность этому, при заднем приводе потеря сцепления колёсами задней оси (занос) приводит к потере управляемости. Между тем в граничных условиях многие переднеприводные автомобили проявляют сильную недостаточную поворачивоемость, что уже является недостатком и даже может угрожать безопасности движения. Во избежание этого подвеска серийных переднеприводных моделей настраивается обычно таким образом, чтобы снос происходил раньше, но имел более мягкий характер и предупреждал водителя о том, что выбранная им скорость движения не соответствует дорожным условиям. Предельная скорость прохождения поворота у переднеприводного автомобиля при сравнимых техническом уровне шасси и угловой жёсткости подвески практически такая же, что и у автомобилей других компоновочных схем — предельное боковое ускорение до 8 м/с².

Поведение в повороте автомобиля с нейтральной и избыточной поворачиваемостью
Поведение в повороте автомобиля с нейтральной (зелёный) и избыточной (красный) поворачиваемостью. Во втором случае происходит занос задней оси и потеря управляемости.
(Автор: Thirunavukkarasye-Raveendran - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30683015)
Поведение в повороте автомобиля с недостаточной поворачиваемостью (красный) при сносе передней оси
Поведение в повороте автомобиля с недостаточной поворачиваемостью (красный) при сносе передней оси. Несмотря на отклонение автомобиля от заданной траектории, он сохраняет способность управляться и может быть возвращён на неё соответствующим корректирующим воздействием со стороны водителя.
(Автор: Thirunavukkarasye-Raveendran - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30683016)

Разновидности компоновки автомобиля с передним приводом

Всего выделяется шесть разновидностей переднеприводной компоновки:

Также выделяют три типа компоновки самого силового агрегата при переднем приводе:

Продольная установка двигателя перед осью

В этой разновидности переднего привода двигатель расположен продольно в переднем свесе автомобиля, коробка передач — внутри колёсной базы, а главная передача — между ними. Компоновка силового агрегата, таким образом, получается последовательной. Конструкция трансмиссии при этом получается простой, причём возникают предпосылки для унификации по этому агрегату с заднемоторными моделями (пример — АКПП VW Typ 010, устанавливавшаяся как на заднемоторный VW Transporter, так и на переднеприводные модели Passat и Audi 80 / 100). Конструкция привода переключения передач в случае механической коробки также сравнительно простая. Существенно облегчается создание полноприводных модификаций.

Продольная установка двигателя перед осью
Схематическое изображение компоновки.
(Автор: Moebiusuibeom-en - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9684337)

Продольное размещение тяжёлого двигателя полностью перед осью передних колёс обеспечивает их постоянную хорошую загрузку (более 60 % массы), а следовательно — высокие тягово-сцепные свойства, в том числе на скользком и обледенелом покрытии. Благодаря изначально высокой нагрузке на переднюю ось переднеприводный автомобиль такой компоновки в наименьшей степени страдает от неблагоприятного перераспределения веса между осями, происходящего при размещении пассажиров и груза, разгоне и движении на подъём. Также расположенный продольно в переднем свесе двигатель обуславливает большую длину зоны деформации при ударе, а следовательно, высокие показатели пассивной безопасности.

Обратной стороной этого является большое усилие на рулевом колесе, настоятельно требующее установки усилителя рулевого управления. Для переднеприводных автомобилей с продольно расположенным двигателем также характерны выраженная недостаточная поворачиваемость в повороте и сильная перегрузка передней оси при торможении, обусловливающая неблагоприятное распределение тормозных сил и худшую тормозную динамику. В случае установки тяжёлого и длинного двигателя эти недостатки существенно усугубляются, становятся ощутимы возникающие из-за концентрации массы в переднем свесе приложенные к передней оси дополнительные силы инерционной природы, что ухудшает траекторную устойчивость автомобиля в повороте. Помимо этого, длина переднего свеса получается наибольшей по сравнению с другими схемами, что, в свою очередь, ухудшает геометрическую проходимость, усложняет маневрирование при парковке.

На практике конструкторы обычно в каждом конкретном случае стараются найти оптимальный компромисс между хорошей загруженностью ведущей оси и соображениями общей балансировки. Например, у старых моделей Audi и Volkswagen с продольным расположением двигателя или «Москвича-2141» на переднюю ось приходилось чуть больше 60 % массы автомобиля, а на заднюю — немногим менее 40 %, что обеспечивает приемлемые ездовые качества в сочетании с высокими по меркам переднего привода показателями грузоподъёмности и проходимости. У ЛуАЗ-969В благодаря выносу пассажирского салона вперёд на переднюю ведущую ось приходилось почти 65 % массы автомобиля, что обусловило высокие тягово-сцепные качества и приемлемую проходимость в ущерб управляемости на высоких скоростях, которая для этого автомобиля ввиду его специфического назначения большой роли не играла. Конструкторы Audi A4 последнего поколения за счёт смещения силового агрегата назад, применения лёгких сплавов в его конструкции и переноса части оборудования (например, аккумулятора) в багажник сумели при той же компоновочной схеме достичь практически равномерного распределения массы автомобиля по осям (порядка 50×50), что положительно сказалось на управляемости ценой определённого снижения грузовых и инерционных характеристик автомобиля (курсовой устойчивости при движении по прямой), а также проходимости.

С точки зрения компактности данная схема является невыигрышной — габаритная длина построенного по ней автомобиля оказывается практически такой же, что и при классической компоновке. Некоторый выигрыш может быть достигнут лишь за счёт более короткого при том же объёме багажного отделения (за счёт ровного пола) и применения специфических приёмов компоновки моторного отсека вроде размещения радиатора сбоку от силового агрегата, что позволяет также уменьшить длину переднего свеса. При этом данная разновидность переднего привода является наиболее выгодной в случае необходимости размещения длинного двигателя, например, рядного пятицилиндрового на тех же старых моделях «Ауди».

Ввиду указанного выше набора преимуществ и недостатков данная разновидность переднего привода используется главным образом на сравнительно крупных автомобилях — европейского среднего класса и выше: в качестве примеров могут быть названы практически все модели Audi, ряд поколений Volkswagen Passat, Renault 12 и Renault 18, Panhard Dyna Z, многие модели Subaru, «Москвич-2141». Немногочисленные исключения представлены моделями французского происхождения с компактными в продольном направлении оппозитными двигателями воздушного охлаждения — Citroën 2CV, Citroën Visa и Citroën GSA, а также фирмы Alfa-Romeo с оппозитными двигателями водяного охлаждения — Alfa Romeo Arna и ряд других. Также потенциально выгодным при такой компоновке является применение V-образных четырёхцилиндровых двигателей, но на практике такое решение встречается очень редко — по сути, его встречаемость в мировой практике сводится к единственному силовому агрегату, применённому на Ford Taunus P4 / P6 и отдельных моделях SAAB, а также — тому же ЛуАЗ-969В и некоторым опытным и самодельным советским автомобилям на основе агрегатов «Запорожца». Сюда же можно отнести автомобили марок DKW и Wartburg, имевшие компактные трёхцилиндровые двигатели (двухтактные), и модели с также сравнительно компактными роторно-поршневыми двигателями Ванкеля (NSU Ro 80). Ранее данная компоновка считалась более пригодной для установки автоматической коробки передач из-за лучших условий для размещения массивного гидротрансформатора, но в настоящее время задача её адаптации к другим разновидностям переднего привода может считаться полностью решённой.

Продольная установка двигателя за осью

С точки зрения конструкции эта компоновка представляет собой как бы зеркальное отражение предыдущей вдоль продольной оси: двигатель расположен внутри колёсной базы маховиком вперёд, коробка передач — в переднем свесе, а главная передача — опять же, между ними. Такая компоновка имела определённое распространение на раннем этапе становления переднеприводной компоновки — по ней были построены многие из первых серийных переднеприводных автомобилей, например, чешский Zbrojovka Z 4 или французский Citroën TA, но из-за многочисленных недостатков не используется на современных автомобилях. В очень редких случаях, в основном сводящихся к полуэкспериментальным переднеприводным автомобилям первой трети XX века, и двигатель, и коробка передач могли располагаться внутри колёсной базы, позади главной передачи (пример — Cord L29).

Продольная установка двигателя за осью
Схематическое изображение компоновки.
(Автор: Moebiusuibeom-en - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9684312)
Citroën DS
Citroën DS являлся одним из немногочисленных примеров компоновки с продольным размещением двигателя позади оси передних колёс.
(Автор: Moebiusuibeom-en - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9684312)

Преимущества данной компоновки немногочисленны — в первую очередь это возможность до предела увеличить колёсную базу автомобиля при тех же наружных габаритах, что повышает плавность хода, и получить очень короткий передний свес, улучшающий геометрическую проходимость.

К недостаткам относится в первую очередь необоснованное для переднего привода распределение массы автомобиля по осям — порядка 55 % на переднюю ось и даже меньше, что обусловливает низкие тягово-сцепные качества, дополнительно усугубляемые при загрузке автомобиля, разгоне и движении на подъём. Силовой агрегат при такой компоновке отбирает пространство у пассажирского салона, а охлаждение его часто бывает затруднённым — так, оба недостатка были характерны для скомпонованного по такой схеме Citroën DS, у которого рядный четырёхцилиндровый двигатель располагался практически под панелью приборов, что сильно затрудняло доступ к нему при обслуживании и мешало эффективному охлаждению на небольших скоростях движения, а также уменьшало пространство салона и способствовало его повышенному нагреву. Также такое размещение двигателя ухудшает пассивную безопасность, а привод управления коробкой передач получается сравнительно сложным, так как имеет большую длину и должен проходить либо под двигателем, либо над ним.

Кроме упомянутых выше моделей, данную компоновку использовал ряд автомобилей Renault — Renault 4 и ранние выпуски Renault 5 (до 1984 года). В 1984 году Renault 5 получил новый силовой агрегат с поперечным расположением двигателя, после этого автомобилей с продольным расположением двигателя за передней осью больше не выпускалось.

Продольная установка двигателя над осью

Двигатель размещён продольно, коробка передач и главная передача — под ним («этажная» компоновка) или сбоку от него (параллельная компоновка), что позволяет получить более короткий капот по сравнению с компоновкой с продольным размещением двигателя и последовательной компоновкой силового агрегата, за счёт чего улучшить обзорность с места водителя, а также — несколько улучшить распределение массы автомобиля по осям. Цена этих преимуществ — более сложная конструкция силового агрегата и сниженный КПД.

В «этажном» варианте данная компоновка применялась на Toyota Tercel до 1987 года и Saab 99, в параллельном — на американских Cadillac Eldorado и Oldsmobile Toronado поколений конца 1960-х — 1970-х годов.

У «Тойоты» двигатель устанавливался маховиком назад, крутящий момент передавался при помощи промежуточной шестерни на расположенную позади и снизу от него коробку передач, а с её вторичного вала — на расположенную впереди коробки передач, прямо под картером двигателя, главную передачу. У «Сааба» двигатель располагался маховиком вперёд, а коробка передач и главная передача — друг за другом под его картером, для передачи крутящего момента также служила дополнительная шестерня.

У американских моделей массивный двигатель конфигурации V8 располагался маховиком назад прямо над осью передних колёс, к его маховику крепился гидротрансформатор крутящего момента, с которого вращение пластинчатой цепью передавалось на расположенную слева-позади от двигателя планетарную автоматическую коробку передач и далее — на расположенный слева под двигателем дифференциал. В последнем случае использование такой компоновки было связано, во-первых, с необходимостью утилизировать компоненты серийных моделей, скомпоновать которые в более традиционный силовой агрегат было невозможно без серьёзных изменений, а во-вторых — с желанием конструкторов улучшить распределение веса автомобиля по осям.

Поперечная установка двигателя перед осью

Двигатель расположен поперечно, обычно последовательно с трансмиссией. Данная компоновка позволяет достичь большой компактности силового агрегата в продольном направлении и за счёт этого очень эффективно использовать длину автомобиля, при этом отсутствует необходимость в дополнительном усложнении силового агрегата, характерном для компоновки с расположением двигателя поперёк над осью. Благодаря этому данная компоновка является основной на современных малых автомобилях и имеет широкое распространение на автомобилях среднего класса. Впервые была применена, видимо, на прототипах фирмы DKW ещё до Второй мировой войны, от её продукции была перенята ГДР-овским «Трабантом» и шведским «Саабом».

Типичная компоновка силового агрегата при поперечном расположении двигателя перед передней осью
Типичная компоновка силового агрегата при поперечном расположении двигателя перед передней осью.
(Автор: Hoikka1 - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=26438138)

Недостатки — плотная компоновка силового агрегата, большие сложности с размещением длинных двигателей (рядных пяти- и шестицилиндровых), неравная длина полуосей в большинстве случаев, что приводит к появлению дополнительных торсионных (действующих на скручивание) сил в одной из них и, как следствие, неравномерному их износу и возникновению паразитных сил, передающихся на рулевое управление.

Поперечная установка двигателя за осью

Аналогична предыдущему варианту, но двигатель расположен внутри колёсной базы, позади передней оси. В варианте с параллельным расположением двигателя и трансмиссии использовалась на серийных довоенных (F1 — F8) и первых послевоенных автомобилях DKW / IFA.

Поперечная установка двигателя над осью

Характерная компоновка моделей британской компании British Leyland, изначально разработанная Алеком Иссигонисом для MINI. Коробка передач расположена внутри картера двигателя и смазывается совместно с ним. В целом напоминает компоновку с поперечным расположением двигателя перед осью передних колёс, но ещё более компактна ценой определённого усложнения конструкции самого силового агрегата и, в особенности, привода переключения передач. Также потенциально позволяет размещать поперечно длинные рядные двигатели, непригодные для других схем с поперечным расположением двигателя.

Моторный отсек Mini
Знаменитый MINI имел двигатель, поперечно расположенный над осью передних колёс.
(Автор: I, 天然ガス, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2500836)

Аналогичная компоновка применялась также на Citroën Visa Super и некоторых автомобилях Peugeot — Peugeot 104, Peugeot 204, Peugeot 304, Peugeot 205.

История

Ранние разработки

Ещё паровая телега Кюньо (fardier à vapeur de Cugnot) имела привод на единственное переднее колесо, причём двигатель и трансмиссия располагались на имевшем форму ухвата металлическом подрамнике, также служившем вилкой переднего колеса. Такое расположение силового агрегата обусловило хорошую нагрузку на ведущее колесо, что было выгодно с точки зрения достижения высоких тяговых качеств, необходимых для выполнения основной функции «паровой телеги» — артиллерийского тягача. Между тем это же обусловливало и очень большие усилия на рулевом приводе, что и послужило причиной первой в мире автомобильной аварии: на испытаниях изобретатель не справился с управлением, и чудо техники XVIII века снесло стену Арсенала. Правда, некоторые авторы ставят факт аварии под сомнение.

Между тем уже первые автомобили с двигателями внутреннего сгорания, скомпонованные по образцу конных экипажей, имели силовой агрегат, расположенный посередине колёсной базы, а в таком случае более логичным оказался привод на заднюю ось цепью. Позднее двигатель стали размещать спереди, но привод всё равно был задним, хотя цепь заменил карданный вал: не имея существенных данных о поведении автомобилей различных компоновочных схем в движении, конструкторы шли по пути наименьшего сопротивления.

К тому же инженеры быстро поняли, что на четырёхколёсном автомобиле для привода передних ведущих колёс потребуются шарниры особой конструкции, которые в те годы ещё не были изобретены. Дело в том, что если колесо перемещается в вертикальной плоскости и одновременно является поворотным, обычному наружному карданному шарниру полуоси приходится работать в исключительно тяжёлых условиях — с углами 30—35°. Но при углах больших, чем 10—12°, в карданной передаче резко увеличиваются потери мощности, к тому же вращение передаётся неравномерно, растёт износ шарнира, быстро изнашиваются шины, а шестерни и валы трансмиссии начинают работать с большими перегрузками. Таким образом, требовался особый шарнир — шарнир равных угловых скоростей — лишённый таких недостатков.

Фактически, весь ранний период истории переднего привода — это и есть история изобретения и развития шарниров равных угловых скоростей.

Правда, некоторые автомобили обходились без них.

Автомобиль братьев Грэф (Gräf & Stift, Австро-Венгрия, 1897 год) имел привод на передние колёса при помощи обычных карданных шарниров, по одному на каждую полуось. Это были шарниры неравных угловых скоростей, однако скорость движения, ход подвески и углы поворота передних колёс «Грэфа» были невелики, поэтому неравномерность вращения передних колёс практически не проявлялась. К тому же пробег автомобиля был слишком невелик, чтобы выяснить низкую долговечность карданных шарниров в таких условиях работы.

Немецкий «Феномобиль» (Phänomobil), выпуск которого начался в 1907 году, имел компоновку, повторяющую телегу Кьюньо: лёгкий двухтактный двигатель располагался над единственным передним колесом и поворачивался вместе с ним. На основе этой схемы был создан целый ряд мотоколясок, например, Tempo (Германия), Bond (Великобритания). Однако для серьёзных конструкций эта схема не годилась (что не помешало «Феномобилю» выпускаться серийно до 1927 года).

Точно так же поворачивался вместе с двигателем передний мост четырёхколёсного переднеприводного автомобиля французской фирмы Société Parisienne (см. фото ниже) , выпущенного с 1898 по 1901 год в количестве 400 экземпляров. По сути, он представлял собой лёгкую двухколёсную коляску, в которую вместо лошади был «запряжён» ведущий мост с установленным на нём двигателем. Сегодня по такому принципу устроены мотоблоки в варианте с грузовой тележкой — полуприцепом.

Société_Parisienne_Victoria
Société Parisienne Victoria Combination, 1900 год.
(Автор: Mr.choppers - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20384953)

1920-е: гоночные переднеприводные

Следующий всплеск интереса к переднеприводной компоновке пришёлся на 1920-е годы. К этому времени традиционная схема заднеприводного автомобиля была уже хорошо отработана, в США на 1000 человек населения приходилось уже больше сотни автомобилей, а в Европе в большом количестве появились фирмы и ателье, занимавшиеся выпуском автомобилей по индивидуальным заказам. Главное — к этому времени очень большую популярность приобрели автомобильные гонки, зрелищный и опасный вид спорта, в котором быстро находили применение любые технические новинки автомобилестроения.

В результате появления определённого опыта эксплуатации автомобилей в различных дорожных условиях конструкторам тех лет стали ясны некоторые неприятные особенности поведения на дороге сравнительно быстроходного заднеприводного автомобиля: при прохождении поворота на высокой скорости он самопроизвольно, помимо воли водителя, стремился к его усилению, а при определённых условиях — вообще переставал подчиняться водителю вследствие возникновения заноса — потери колёсами задней оси бокового сцепления с дорогой. В теории автомобиля такое поведение называют «избыточной поворачиваемостью». Существуют различные способы борьбы с данным явлением, однако одним из наиболее радикальных является как раз использование привода на переднюю ось: в этом случае тяговое усилие передних колёс оказывает на автомобиль стабилизирующее воздействие, как бы «вытягивая» его из поворота, как лошадь — лёгкую конную повозку, что при прочих равных позволяет ощутимо повысить скорость безопасного прохождения поворотов — преимущество для гоночного автомобиля, особенно в условиях имевшего место в те годы доминирования весьма примитивных подвесок, не обеспечивавших заднеприводным автомобилям высоких ездовых качеств. Именно конструкторы гоночных автомобилей и обратили внимание на передний привод одними из первых.

В 1925 году французский конструктор Ж. Грегуар совместно с П. Фенеем построил и представил публике переднеприводный автомобиль «Тракта», передние колёса которого приводились в движение ранее запатентованными им шарнирами равных угловых скоростей, также называвшимися «Тракта».

Сухариковый ШРУС типа Tracta
Сухариковый ШРУС типа Tracta.
(Автор: US Military - tpub.com, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34104883)

Они представляли собой так называемые сухариковые шарниры, в которых крутящий момент передавался через контактирующие друг с другом плоские поверхности. Сегодня подобные шарниры применяются в передних мостах грузовиков и «тяжёлых» внедорожников — например, КрАЗ и «Урал», УАЗ.

Помимо переднего привода, автомобиль имел независимую «свечную» подвеску передних колёс (предшественник подвески типа «Макферсон»), зависимую задних, и 1093-кубовый двигатель «Скап» высокой, по тем временам, мощности в 55 л. с. при 5000 оборотов в минуту, что достигалось благодаря приводному нагнетателю марки «Козетт». Двигатель располагался маховиком вперёд, перед ним располагалась четырёхступенчатая механическая коробка передач, а впереди крепился редуктор переднего моста. Таким образом, компоновка «Тракты» представляла собой «зеркальное» отражение классической заднеприводной.

Отсутствие карданного вала позволило снизить массу автомобиля, кроме того, максимально понизить раму относительно мостов, благодаря этому «Тракта» имела очень низкий для того времени центр тяжести и могла проходить повороты на большой скорости. Кроме того, приземистый силуэт автомобиля позволил ощутимо снизить аэродинамическое сопротивление.

В 1928 году Tracta заняла второе место на гонках «24 часа Ле-Мана» в классе 1100 см³, а в 1929 и 1930 приходила первой[источник не указан 492 дня]. Был налажен малосерийный выпуск — сборка автомобилей первой модели велась с 1926 по 1928 год, а вообще фирма Грегуара просуществовала до 1934. Так как кузова в те годы изготовляли отдельные фирмы-ателье, на шасси «Тракты» ставили зачастую совсем не подходящие для этого динамичного автомобиля угловатые «каретные» кузова на тяжёлом деревянном каркасе. Между тем оригинальная гоночная версия была весьма лёгкой и весила всего 902 кг (почти как «Запорожец», хотя по колёсной базе «Тракта» была одноклассником «Волги»).

В те же годы в Англии на некогда знаменитой фирме Alvis также был создан гоночный автомобиль с приводом на переднюю ось. В его разработке участвовали инженеры фирмы — Т. Джон, Д. де Фревилль и Д. Смит-Кларк.

Alvis серии F (модели обозначались FA, FB, и т. д.) представляли собой важный шаг вперёд в области компоновки: в отличие от Tracta, у Alvis главная передача располагалась между двигателем и коробкой передач, двигатель при этом был также смонтирован маховиком вперёд. Таким образом, силовой агрегат на «Олвисе» образовывал трансэксл. Впоследствии эта компоновка применялась на Citroën TA, Citroën DS и вообще целом ряде французских моделей. Из отечественных автомобилей так был скомпонован силовой агрегат «Запорожца», но у него двигатель был расположен сзади и привод был на заднюю ось.

Ввиду того, что известные к тому времени шарниры равных угловых скоростей — сухариковые типа Tracta и шариковые типа «Рцеппа» — были защищены патентами, фирма Alvis решила использовать обычные карданные шарниры. Чтобы побороть их асинхронность, внешний шарнир полуоси представлял собой скользящий шарнир типа «колокол» (как внутренний шарнир полуоси ЗАЗ-965), геометрический центр которого совпадал с осью вращения шкворня.

Автомобиль имел необычную для тех лет полностью независимую подвеску на четверть-эллиптических рессорах (восьми поперечных спереди и двух продольных сзади) и отменную, по тем временам, управляемость. В 1928 году Alvis FA победил в «24 часах Ле-Мана» в классе 1,5 литра. Однако интерес публики к модели был невелик, и в 1926—28 годах было выпущено лишь 145 Alvis серии F. Между тем по другую сторону Атлантики, в США, передний привод также обратил на себя внимание конструкторов гоночных автомобилей.

Пионером здесь был Джон Уолтер Кристи, более известный как создатель прототипа отечественного танка БТ-2, основателя линии, впоследствии приведшей к знаменитому Т-34. В 1904 году, ещё до увлечения бронетехникой, он спроектировал целый ряд переднеприводных гоночных автомобилей с весьма оригинальной компоновкой. Двигатель в его конструкции был сблокирован со сцеплением и коробкой передач и располагался поперечно над главной передачей, заключённой в полый кожух вместе со свечной независимой подвеской колёс.

В 1923 году знаменитый гонщик Джимми Мерфи и его механик Рилэй Бретт, творчески развивая идеи Кристи, заказали мастерской Гарри Миллера переднеприводный гоночный автомобиль. Первый образец, получивший название Miller 91, был готов в 1925 году.

По компоновке этот автомобиль повторял «Тракту» — тот же двигатель маховиком вперёд, вынесенный вперёд картер главной передачи и размещённая между ним и двигателем трёхступентчатая коробка передач. Правда, двигатель использовался рядный восьмицилиндровый.

Как и создатели Alvis, конструкторы Miller были ограничены в выборе конструкции ШРУСов патентным правом. Поэтому они использовали полуоси уникальной конструкции — с тремя карданными шарнирами на каждой. Внутренние шарниры были одинарные, а внешние — двойные, спаренные. При такой конструкции шарниры взаимно компенсировали неравномерность вращения и в целом передача усилия получалась синхронной.

Передняя подвеска Miller была зависимой типа «де-дион» (с отдельной от картера главной передачи лёгкой балкой), на четверть-эллиптических рессорах, а тормозные барабаны располагались у главной передачи, чтобы освободить место для массивного внешнего шарнира полуоси. Двигатель с нагнетателем развивал огромные, по тем временам, 154 л. с.

В 1926 году на гонках в Индианаполисе девять из десяти гонщиков, пришедших к финишу первыми, использовали переднеприводные «Миллеры». Следующую половину десятилетия равных им не было. Всего было построено около полусотни машин этой марки в 1925—1933 годах. Слава гоночных Miller побудила целый ряд фирм, занимавшихся производством автомобилей высшего класса (недостатка в коих Америка в те годы не испытывала) вывести на рынок собственные переднеприводные модели. Среди них были Auburn (1929), Ruxtone (через несколько месяцев после «Обёрна») и Gardner (1930).

Самым первым, наиболее известным и единственным более-менее крупносерийным из них был автомобиль фирмы Auburn, получивший в честь её владельца Эррета Лоббана Корда (Errett Lobban Cord) название Cord L29.

Cord в 1927 году выкупил у Миллера патент на его конструкцию переднеприводного автомобиля. В результате разработанная Карлом ван Растом модель L29 в плане конструкции практически дословно цитировала Miller, за вычетом рядного восьмицилиндрового двигателя фирмы Continental, бесшумных гипоидных шестерён главной передачи, рычага переключения передач на панели приборов и гидравлических тормозов. Дизайн был разработан Альфредом Лийми и имел отдельные черты гоночного Miller.

Между тем использованная компоновка очень быстро проявила свои недостатки при использовании на серийном автомобиле. На передние колёса приходилось лишь 40 % массы автомобиля, а при разгоне и движении в гору — ещё меньше, что ухудшало динамику и сцепление колёс с дорогой. Кроме того, автомобиль оказался непомерно длинен и имел огромный радиус разворота (6,4 метра) из-за небольших углов поворота передних колёс, которые были ограничены выбранной схемой привода. Сами привода передних колёс имели небольшой ресурс. Наконец, автомобиль появился в самый неподходящий для этого момент — начало Великой депрессии, причём стоил ощутимо дороже, скажем, Packard (3200 $).

Тем не менее, было выпущено 4429 автомобилей модели L29, преимущественно лимузинов. До конца 1930-х годов производились модернизированные Cord моделей 810 и 812, которые имели крайне неординарный дизайн.

Cord 812
Cord 812 Sedan.
(Автор: Stephen Foskett (Wikipedia User: sfoskett) - 2006 Bay State Antique Automobile Club Vintage show, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1207151)

После прекращения выпуска переднеприводных Cord в автопроме США надолго утвердилась монополия «классической» компоновки и заднего привода. Следующий переднеприводный автомобиль — точнее, сразу две одноплатформенные модели, Oldsmobile Toronado и Cadillac Eldorado — пошли в серию лишь в 1966/67 годах, и также отличались весьма экстравагантным устройством. Вообще же, передний привод получил широкое распространение в Северной Америке только в 1980-е годы.

1930-е — 1960-е: массовые переднеприводные

В Европе в те годы передний привод привлекал больше не создателей автомобилей высшего класса, а наоборот — фирмы, стремящиеся создать массовую, «народную» модель. Наиболее существенными в таком выборе оказались компоновочные и экономические преимущества переднего привода: отсутствие карданного вала позволяло опустить пол кузова, убрать его тоннель, а значит — увеличить пространство салона без увеличения общих размеров автомобиля и удешевить производство, а кроме того, благодаря снижению массы, применить более дешёвый и экономичный мотор меньшей мощности.

Между тем массовое распространение переднего привода стало возможно лишь тогда, когда были выполнены два технических условия: во-первых, были создана технология массового выпуска достаточно дешёвых, надёжных и долговечных шарниров равных угловых скоростей; во-вторых, мощность двигателей на серийных малолитражках достигла уровня, обеспечивающего приемлемые тяговые качества, в том числе при движении в гору, в тяжёлых дорожных условиях. Вплоть до середины шестидесятых годов речь шла лишь об отдельных случаях применения переднего привода, большинство же моделей оставались в эту эпоху с приводом на заднюю ось и либо «классической», либо заднемоторной компоновкой. Выполнение этих двух условий предопределило массовый переход на переднеприводные конструкции, начавшийся в Западной Европе во второй половине шестидесятых годов.

1970-е — 1980-е: всеобщее признание

К началу-середине 1970-х годов конструкция переднего привода легкового автомобиля была великолепно отработана. Существовали массовые автомобили как с продольным, так и с поперечным расположением силового агрегата. ШРУСы достигли надёжности и ресурса, делавших возможным их массовое применение на автомобилях практически любого класса.

Практически все автомобили малого и особо малого литража в эти годы перешли на передний привод[источник не указан 492 дня], чему также способствовала популярность кузовов типа «хетчбэк», который в сочетании с передним приводом позволял создать очень рациональный и многофункциональный автомобиль, оптимальный в качестве средства передвижения типичной городской семьи. Именно переднеприводные хетчбэки так называемого «гольф-класса» (по имени изначально задавшей его стандарты модели Volkswagen Golf I) вплоть до настоящего времени являются наиболее популярным типом автомобиля в Западной Европе.

Из производителей автомобилей более высоких классов на передний привод перешли «Ауди» и «Фольксваген», British Leyland, почти все французские компании, многие японские производители. Верными «классике» остались Peugeot и европейский Ford на своих более крупных моделях (вплоть до середины 1990-х годов), Mercedes-Benz, BMW, Jaguar и большинство скоростных спортивных автомобилей.

В США массовый выпуск автомобилей с передним приводом начался в 1980-е годы, причём сопровождался резким снижением размерности, рабочего объёма двигателей и массы — при одновременных повышении технического уровня и «европеизации» дизайна, а также оказался отмечен серьёзными проблемами с качеством, преодолеть которые удалось лишь к концу десятилетия.

К середине 1980-х годов основная масса новых моделей автомобилей по обе стороны океана имеет передний привод, с ним выпускаются модели от микро- и малолитражных до бизнес-класса и даже категории «люкс» (например, Cadillac Deville с VII поколения). Конструкция переднеприводных автомобилей практически стандартизируется — в подавляющем случае используется поперечное расположение двигателя перед осью колёс, подвеска «Макферсон» с реечным рулевым управлением спереди и скручивающаяся балка сзади. Совершенствуются технологии, увеличивается ресурс ШРУСов.

Последние тенденции

Долгое время циркулировали слухи, что Chevrolet Impala, который начиная с 2000 года выпускался на переднеприводной платформе, после 2009 года будет заменён на новое поколение, построенное на заднеприводной Zeta Platform. Однако впоследствии руководство GM таковую информацию опровергло — новое поколение «Импалы», поступившее в продажу в 2013 году, основано на переднеприводной платформе Epsilon II (Opel Insignia).

На большом автомобиле передний привод не даёт таких существенных компоновочных преимуществ, как на малолитражке (в чём частично повинна планировка салонов современных автомобилей, которая подразумевает напольный рычаг коробки передач, а также наличие центральной консоли между передними сидениями и «бороды» под панелью приборов, что по сути аннулирует некогда бывшее весьма весомым преимущество «переднеприводников» — абсолютно ровный пол под ногами водителя и пассажиров благодаря отсутствию в нём тоннеля для коробки передач и карданного вала). Именно поэтому никогда не отказывались от него Mercedes-Benz, BMW, Jaguar и многие другие производители сравнительно крупных и дорогих автомобилей, для которых компоновочные и экономические преимущества переднего привода не столь значительны, а аудитория более придирчиво относится к нюансам поведения автомобиля на дороге и многообразию техник управления, характерных для заднего привода. При этом безопасность в любых условиях движения обеспечивается за счёт насыщенности автомобиля управляющей электроникой.

Источник: Википедия