История переднего привода: почему тянуть лучше, чем толкать

Передний привод считается более современным по сравнению с классической или заднемоторной компоновками. Давайте перестанем так считать! «Cовременность» переднего привода весьма преувеличена.

Как у всех инженеров, у автомобильных конструкторов есть нелюбимые детали. Пожалуй, самая ненавистная — карданный вал. На первый взгляд — труба трубой. Просто считается, просто вычерчивается. Ничего сверхъестественного в изготовлении. Но это полсотни кэгэ к снаряженной массе, в лучшем случае. А биение? Герой Олега Табакова говорит героине Алентовой в фильме «Москва слезам не верит»: «Слушай, у тебя кардан стучит!». А ещё карданы обрывает на полном ходу. Долгое время этим болели грузовики ЗиС-150. 

Словом, в отличие от поэтов, конструкторы вовсе не собирались наматывать мили на кардан. Идея укоротить трансмиссию на длину карданного вала витала в их умах с самого начала. Можно даже сказать, она там поселилась, когда ещё карданного вала на автомобилях не применяли, а использовали цепную передачу. Понятно, что ведущими были задние колёса.

Но почему не передние? Тянуть лучше, чем толкать! Лошадь тащит за собой повозку, паровоз — вагоны. Редактор портала, узнав, что я собираюсь писать о переднем приводе, строго-настрого запретил упоминать про паровую телегу Кюньо 1769 года постройки. И не буду! На лавры создателей первого переднеприводного автомобиля с ДВС претендовали венские механики братья Грэф (Франц, Генрих и Карл). Когда подавляющее большинство самодвижущихся экипажей имело ведущие колёса сзади при заднем же расположении силового агрегата, братья поступили точно наоборот. На их уникальный аппарат можно посмотреть в Венском техническом музее. 

Французский граф Анри де Рианси в 1899 году освоил выпуск voiturettes (лёгких автомобильчиков) с l’Avant-train, моторным передком. Силовой агрегат сидел на передней оси без подрессоривания. У лёгких машин такое прокатывало. С экипажной частью передок соединялся массивным шкворнем. Сверху к нему прикручивался управляющий румпель, как у шлюпки. Остряки прозвали его «коровьим хвостом». Легкомысленная конструкция, хотя вуатюретку de Riancey хвалили за удобство управления и способность брать подъёмы. У графа де Рианси даже нашлись последователи.

Затем наступил период забвения. Добрых три десятилетия в автомобильном мире безраздельно властвовала компоновка с передним расположением силового агрегата и задними ведущими колёсами. Так и заслужила название классической. Братьев Грэф и их завод Gräf & Stift прославила машина классической компоновки, в которой 28 июня 1914 года убьют эрцгерцога Франца Фердинанда, после чего начнётся Первая мировая война.

Меж тем, инженерная мысль затаилась перед качественным рывком. И он состоялся. Отказ от карданного вала и заднего ведущего моста уменьшал массу автомобиля (а, значит, и его стоимость). Получался более просторный салон, с низким полом, без тоннеля в ногах пассажиров. Все механизмы объединялись в один блок, и некоторые заводы предлагали выкатывать его из-под автомобиля для обслуживания и ремонта. 

Не прошло незамеченным, что переднеприводные машины более устойчивы в поворотах – это достоинство переднего привода первыми оценили спортсмены. Инженер Гарри Арминиус Миллер, некоронованный король гонок «Инди-500» (в иные годы до 85% машин на стартовой решётке этих соревнований были его конструкции), в 1926 году создал болид Miller 91, названный так из-за ограничения максимального рабочего объёма двигателя (91,5 куб. дюймов или 1,5 л). Мастерская Миллера построила 9 таких болидов в классической компоновке и 10 – в переднеприводной. В 1929 году пилот Леон Дюрей (настоящее имя Джордж Гарднер Стюарт) в ходе квалификации установил на переднеприводном Miller 91 рекорд скорости прохождения «старой кирпичницы», 199,59 км/ч, продержавшийся семь лет.

Модная тема овладевала миром. Из 244 690 приобретённых в 1936 году немцами легковых автомобилей передние ведущие колёса имели около 55 тысяч. Перечень марок впечатляет. Это прежде всего DKW, стоявшая в Германии на втором месте по производству автомобилей, после Opel. Дальше можно загибать пальцы: Adler, Audi, Ihle, NAG-Voran, Stoewer, Tempo, Tornax. В соперничающей Франции не отставали Citroen и Rosengart. В Чехословакии пользовались популярностью Aero и Jawa. В Великобритании пробовал силы Alvis, в Бельгии – Imperia. Сенсацией Нью-Йоркского автосалона в ноябре 1935 года стал футуристический Cord 810 – первый в мире автомобиль, у которого фары прятались в крылья.

Остромодность темы подчеркивалась в названиях, по-всякому обыгрывающих слова «передний привод». Audi Front, DKW Front, Bucciali TAV (Traction AVant), Citroen Traction Avant, Tracta, Voran (VORderrad-ANtrieb) и так далее. Впрочем, при таком невероятном внимании к новинке, случались и курьёзы. Так, в 1932 году в фирме Adler параллельно запустили в производство передне- и заднеприводную модели одного класса, с одинаковыми моторами и кузовами — Adler Trumph и Adler Primus. Так, на всякий пожарный — вдруг с передним приводом не задастся? (Хотя провалился именно классический Primus). 

Всем им требовался шарнир. Через эволюцию шарнира можно проследить всю инженерную историю человечества, от Карданова подвеса Филона Византийского (III век до н. э.) к Джироламо Кардано (XVI век) и Роберту Гуку (XVII век). Универсальные шарниры, находившиеся в распоряжении автомобилестроителей в начале ХХ века, обладали существенным недостатком — с увеличением угла между ведущим к ведомым валами вращение начинало передаваться неравномерно. 

Поначалу с этим недостатком мирились, поскольку волнообразное изменение скорости вращения валов в определённой степени поглощалось полуосевыми шестернями дифференциала (при замедлении одной противоположная начинала вращаться быстрее, и наоборот). Однако с ростом скоростей и комфорта терпеть постоянные толчки на руле и износ шин более было невозможно.

Итак, принципиальным условием для шарниров привода управляемых колёс является равенство угловых скоростей между соединяемыми валами. Это обеспечивает равномерное вращение колеса и снижает нагрузку на трансмиссию. Одиночный универсальный шарнир с крестовиной (шарнир Гука или простой кардан) этому условию не соответствует, однако сдвоенные шарниры взаимно компенсируют несоответствие и, с некоторыми оговорками, могут претендовать на звание ШРУСа. Коэффициент неравномерности вращения не столь велик, а технологическая простота шарнира, напротив, велика. Поэтому такие шарниры долгое время оставались очень привлекательными для автомобилестроителей. Их можно встретить как на первом серийном легковом переднеприводном автомобиле Cord L29 выпуска 1929 года, так и на Renault 16, которую некоторые особо восторженные советские инженеры поспешно прочили на роль «Жигулей». Изучая Renault 16, удивляешься, как вообще он заслужил титул «Автомобиля 1966 года»? Понимаю, что его создателям очень не хотелось расставаться с отлаженной коробкой передач заднемоторной Renault 10. Но не до такой же степени! Не ездят во второй половине ХХ века автомобили коробкой передач вперед!

Для переднеприводных машин критична нагрузка на ведущие колёса, что особенно даёт о себе знать на подъёмах. Долматовский вспоминал, как из-за перераспределения нагрузки назад не смог на Mini взобраться на смоченную дождём эстакаду в новгородском кемпинге. Сцепной вес уменьшался настолько, что колёса буксовали. Тут, правда, стоит оговориться, что Долматовский собирался «протягивать» длиннобазный Mini Traveller — размер колёсной базы сказывается на развесовке. Обычный Mini, может, и въехал бы на эстакаду.

Испытания, проведённые в конце 1960‑х годов на кафедре «Автомобили» Запорожского машиностроительного института, показали, что при распределении 55 % веса на переднюю ось автомобиль идёт на подъём одинаково бодро, вне зависимости от компоновки. Столько было у Renault 16 с двумя пассажирами на передних сиденьях, однако при полной рассадке передняя ось заметно разгружалась (50,4 %) — сказывалась немалая колёсная база. Она, кстати, из-за торсионной подвески неодинакова слева (2720 мм) и справа (2650 мм). Впрочем, и чрезмерное перераспределение веса вперёд плохо: усиливается недостаточная поворачиваемость, чем грешили «ситроены» в 1960‑е и «ауди» в 1990‑е.

Если вспомнить, что у американских пионеров переднего привода, Cord L29 и Ruxton Model A на переднюю ось приходилось примерно 40‑44 % веса, то прогресс, конечно, есть. Однако ещё в 1904 году американец Уолтер Кристи (чей танк мы в начале 1930‑х превратим в БТ) запатентовал переднеприводный автомобиль с поперечным силовым агрегатом. И построил несколько образцов.

Жан-Альбер Грегуар 8 декабря 1926 года подал во французское патентное ведомство заявку на изобретение «двойного сферического кардана для автомобилей с передними ведущими и управляемыми колёсами». Патент № 628309 был выдан 27 июня 1927 года… Пьеру Фенею, который оплачивал интеллектуальный труд Грегуара. Так появился кулачковый шарнир Tracta. Его ещё именуют сухарным. На вилки ведущей и ведомой полуосей насажены два кулака, сцепленные меж собой парой «шип-паз». 

Шарнир Альфреда Ханса Шеппы (фордовского инженера, чью фамилию у нас воспроизводят буквально, Рцеппа), по принципу действия напоминает шариковый подшипник. Только шарики в нем не зажаты обоймами в одной плоскости, а имеют возможность обкатываться по дуге с радиусом, отмеряемым от центра шарнира. Шарнир компактен настолько, что его корпус среди механиков метко прозвали «гранатой». Как и у шарикоподшипника, внутри предусмотрен сепаратор, назначение которого — при повороте колеса удерживать все шарики в срединной (биссекторной, гомокинетической) плоскости шарнира. То есть, сепаратор отклоняется на угол, равный половине угла скрещивания ведущего и ведомого валов. За это отвечает направляющий механизм, состоящий из делительного рычажка и сферической чашки.

В 1950‑е британская фирма Birfield Industries существенно упростит шарнир Шеппы, выкинув из него и сферическую чашку, и рычажок-делитель. Теперь шарики выстраивались в срединной плоскости благодаря хитроумно рассчитанному профилю канавок обойм шарнира. Шарнир типа Бирфильд под маркой Hardy-Spicer начал широкое шествие по миру, от Mini до Toyota Land Cruiser.

В шарнире нью-йоркца Карла Вейса усилие передают всего 4 шарика, а не шесть, как у Шеппы. Да и в целом деталей меньше. Но простота эта кажущаяся. Знаменитый конструктор вездеходов Виталий Андреевич Грачёв вспоминал, как на Горьковском автозаводе в 1939 году разгадывали конфигурацию канавок, по которым перекатываются эти шарики, поскольку фирма Bendix отказалась продать в СССР патент на шарнир Weiss. Оказалось, каждая канавка имеет форму тора, осевые плоскости которых пересекаются не совсем под прямым углом, а под углом 90 град. 44 мин. Да и профиль канавок не радиусный, а арочный, то есть, шарики перемещаются внатяг. Разгадали — и назло американцам освоили самостоятельное изготовление кулаков «вейссов» на зуборезных станках «Глиссон», закупленных ещё под «полуторку». Эти шарниры нашли применение на целом ряде наших вездеходов: ГАЗ-61, ГАЗ-64, ГАЗ-67, ГАЗ-62, ГАЗ-63, ГАЗ-66, «уазиках». Ну а полноприводные автомобили заслуживают отдельного рассказа...