Передний привод автомобиля

Передний привод - это когда передние колеса являются одновременно как управляющими, так и ведущими, то есть тянут за собой весь автомобиль.

Впервые серийно был применён в 1929 году в США на автомобиле Cord L29. Массовое распространение получил в шестидесятые и семидесятые годы.

Настоящую победу эта конструкция одержала в 1959 году при выпуске на рынок знаменитой Mini, которая предопределила популярность переднего привода на десятилетия вперед. Создатель Mini Алекс Иссигонис разместил маленький двигатель машины не вдоль ее оси, а поперек. Трансмиссию и дифференциал он собрал в одном корпусе и засунул под капот позади двигателя. Даже если мотор размещался по старинке, вдоль – все равно все элементы трансмиссии оказываются под капотом. Поскольку передние колеса при такой компоновке должны и отвечать за руление, и тянуть машину вперед, они стыкуются с полуосями посредством сложных соединительных узлов, называемых "шарниры равных угловых скоростей" - ШРУСы. ШРУСы уверенно передают усилие привода даже в тех ситуациях, когда колесо круто повернуто относительно полуоси.

В настоящее время передний привод является наиболее распространённым, особенно на сравнительно небольших и недорогих автомобилях. Также при прочих равных считается беспроблемным 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.

Особенности автомобилей с передним приводом

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 %, 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.

Из-за 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.

Также 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.

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 сохраняется, несмотря на их проскальзывание (снос передней оси), причём как на сухом, так и на скользком покрытии.

Разновидности компоновки автомобиля с передним приводом

По ориентации силового агрегата

• Компоновка с продольным расположением силового агрегатаВ настоящее время относительно редко встречается. Такая компоновка обычно применяется, когда необходимо разместить в моторном отсеке относительно длинный двигатель — например, именно этими соображениями руководствовались проектировщики автомобиля "Москвич-2141" с такой компоновкой. Кроме того, её преимущества — равная длина полуосей передних колёс благодаря симметричному расположению главной передачи и, при расположении двигателя перед ведущей осью, меньшая длина тяг к коробке передач, что позволяет сделать переключение более чётким.

• Компоновка с поперечным расположением силового агрегата
  В настоящее время наиболее распространена. Исторически, сложилась в шестидесятые годы, один из первых представителей — Mini.
  Главный плюс — компактность, отсюда же вытекает и минус — в небольшом объёме находится большое количество агрегатов, что затрудняет проектирование, производство и ремонт автомобиля. Кроме того, в такой компоновке практически невозможно размещение длинных двигателей (например, I6), а полуоси передних колёс часто получаются неравной длины, что приводит к появлению дополнительных торсионных (действующих на скручивание) сил в одной из них и, как следствие, неравномерному их износу и возникновению паразитных сил.

По расположению двигателя относительно ведущей оси

• С расположением двигателя перед ведущей осьюЦентр масс силового агрегата располагается перед ведущей осью, за пределами колёсной базы. В настоящее время это решение наиболее распространено.
  Такая компоновка позволяет дополнительно нагрузить передние (ведущие) колёса, т.е. частично избавиться от существенного недостатка переднего привода — малого сцепного усилия на ведущих колёсах, как следствие — худшей разгонной динамики, проходимости и способности преодолевать подъёмы по сравнению с задним. Кроме того, расположенный перед ведущим мостом двигатель лучше охлаждается и не отнимает пространство салона.
  Недостатки компоновки являются прямым следствием её преимуществ. Увеличение загрузки передней оси может навредить развесовке автомобиля в целом, что отрицательно скажется на управляемости. Особенно чувствителен этот эффект при продольном размещении двигателя. Помимо этого, длина переднего свеса получается наибольшей по сравнению с другими схемами, опять же — особенно это проявляется при продольно расположенном двигателе. Длинный передний свес ухудшает геометрическую проходимость, усложняет маневрирование при парковке. Самый большой недостаток такой схемы с продольным расположением двигателя — неудовлетворительная маневренность в поворотах при активном вождении в случае установки тяжелого (например, с большим рабочим объемом) двигателя: кроме нарушения развесовки авто в силу вступают центростремительные силы с центром на передней оси и грузом в виде тяжелого ДВС. В повороте автомобиль с продольным расположением двигателя перед ведущей осью, двигаясь на равной скорости с автомобилем с поперечной компановкой силового агергата и двигателем перед ведущей осью, имеет более низкие характеристики курсовой устойчивости.
  На практике, конструкторы обычно в каждом конкретном случае стараются найти оптимальный компромисс между хорошей динамической нагрузкой на ведущую ось и соображениями общей балансировки. 
• С расположением двигателя за ведущей осью
  А этой схеме центр масс силового агрегата расположен за ведущей осью, внутри колёсной базы.
  Такая схема была распространена на раннем этапе становления переднеприводной компоновки. Это было связано с относительной простотой реализации, а также довольно хорошей развесовкой по осям — двигатель располагался близко к центру автомобиля, и задняя ось оказывалась также нагруженной. Кроме того, конструкторы опасались излишне удлинять передний свес, ухудшив этим проходимость.
  Однако, минусы этой компоновки столь значительны, что в настоящее время она не используется. В первую очередь, она не обеспечивает достаточной загрузки передних (ведущих) колёс, особенно при разгоне и движении в гору, когда она особенно нужна. Кроме того, силовой агрегат отбирает пространство у салона, а охлаждение его часто бывает затруднённым.

По компоновке самого двигателя

• последовательная компоновка — двигатель, главная передача и коробка передач размещены друг за другом на одной оси
• параллельная компоновка — двигатель и трансмиссия расположены на параллельных друг другу осях на одном уровне по высоте
• "этажная" компоновка — двигатель расположен над трансмиссией

Плюсы и минусы автомобиля с передним приводом

Достоинства переднего привода автомобиля:

• в салоне больше простора для пассажиров и багажа
• некоторая экономия горючего благодаря уменьшению общего веса машины
• лучшее сцепление с мокрой дорогой, так как на ведущие колеса приходится большой вес.
• дешевле в производстве.
• при недостаточном опыте вождения, переднеприводный автомобиль легче освоить, особенно при парковке, т.к. его ведущие колеса направляют автомобиль более точно.

Недостатки переднего привода автомобиля:

• более активный износ передних шин и подвески
• плотная упаковка всех узлов в подкапотном пространстве, что затрудняет ремонт и обслуживание
• ограничения на тяговое усилие из-за опасности потерять управление
• ухудшенное сцепление с мокрой дорогой при езде в гору
• у них плохая, в сравнении с задним приводом, маневренность в поворотах из-за ограниченности угла шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС).