Увеличение жесткости кузова. Каркас безопасности и растяжки для машины

24.02.2016

Автомобиль - лишь на первый взгляд является цельной и нерушимой конструкцией. На самом деле он сформирован из сотен элементов, которые сварены между собой и формируют цельную кузовную часть. В процессе эксплуатации на них действуют самые разные силы - нагрузка основных агрегатов, подвеска, движение по некачественной дороге и так далее. Все эти нюансы негативно сказываются на кузовных элементах, и рано или поздно приводят к выходу их из строя. Вот почему производители и владельцы авто задумываются о такой доработке, как увеличение жесткости кузова. В чем же суть этой работы? Какие варианты существуют?

Особенности увеличения жесткости

Почему производители сразу не закладывают нужную жесткость и не избавляют автолюбителей от затрат в будущем? Причин несколько:

Машины, как правило, выпускаются под «гражданскую» езду, не подразумевающую чрезмерных нагрузок.

Бесконечное наращивание жесткости невозможно чисто теоретически - для каждого автомобиля существуют свой предел. К примеру, увеличение числа стальных (более надежных) элементов может привести к повышению массы авто и делает изготовление более дорогим. Нельзя забывать и о безопасности, которая при внесении конструктивных доработок может начать «хромать».

Есть ограничения в комплектации, которые заставляют придавать той или иной детали изогнутую форму.

Сам процесс изменения жесткости не так прост, как может показаться. Чаще всего работа проводится не сразу, а в несколько этапов. На промежуточном уровне появляются опытные модели, которые проходят тесты и проверяются на компьютерных программах. Последним этапом является реальный тест, когда кузовная часть проверяется на специальном стенде.

Необходимо ли изменение жесткости в процессе эксплуатации? - Иногда такая работа оправдана. Не секрет, что металл со временем «устает», кузов теряет свою прочность и начинает «гулять». Разболтанность элементов приводит к тому, что появляются новые деформации и даже коррозия. Самая запущенная стадия, когда при наезде на бордюр или вывешивании колеса на домкрате дверь перестает открываться вовсе. В такой ситуации нужно работать с жесткостью кузова и усиливать ее. Вопрос только один - «Как?».

Распорки

простота монтажа - все работы можно сделать самостоятельно;
доступная цена;
внешняя красота; если все сделать правильно, то новая распорка будет смотреться весьма привлекательно;
качественное повышение жесткости передней части подвески.

Главное назначение переделки - переместить нагрузку на кузовные части в момент поворота и уменьшить риск деформации. Если конструктивно кузов нормально сбалансирован, то результата можно не заметить. При этом учтите, что на некоторых авто такие переделки обязательны. К примеру, это актуально на «десятках», где стойки почти не зафиксированы. Подобрать передние распорки не составляет труда - на рынке представлено много вариантов, различающихся конструкцией и материалом.

2. Косынка - одна из разновидностей распорки, которая позволяет работать последней не только на сжатие, но и на кручение. Косынка представляет собой толстую пластину, которая крепится в местах колесных арок и около стоек подвески. Сложность переделки в том, что для качественной установки нужно разобрать пол салона. Вот почему подобный тюнинг применяется редко, и то лишь на спортивных авто.

3. Штанга - вспомогательный элемент передней распорки. По сути, это крепеж, объединяющий распорку и мотор. Но есть и штанги, которые соединяют силовой узел с более крепкими узлами авто. Конечная задача тюнинга - повышение устойчивости силового агрегата при высоких нагрузках, снижение подвижности мотора в одну из сторон при резком начале движения, устранение перемещений рукояти КПП и так далее. Главный минус - рост уровня шума внутри салона.

4. Нижняя распорка - элемент, который фиксирует кронштейн передней части подвески и уменьшает общую нагрузку на металл. Конечная цель тюнинга - повышение устойчивости транспортного средства, улучшение управляемости, повышение ресурса кузова. Главный минус - трудоемкость. При этом все манипуляции можно сделать только на СТО.

5. Задняя распорка. Задача данного узла - обеспечение фиксации задних крепежных стаканов и повышение кузовной жесткости на вращение. При правильном выполнении работ можно улучшить устойчивость и управляемость авто. Но есть нюанс. Результата можно добиться лишь в том случае, если распорка крепится к надежным элементам кузовной части, а не к каким-либо кронштейнам или другим промежуточным крепежам.

Задняя распорка проста в монтаже и демонтаже. Но есть и негативные моменты - повышение угла поворота и уменьшение места в багажнике. От такой переделки стоит отказаться, если на авто стоит стандартная подвеска. В крайнем случае, можно установить только один усиливающий узел.

Каркас безопасности

Оценить внешний вид каркаса несложно - достаточно глянуть на спортивные авто, участвующие в соревнованиях. Особенность изделия заключается в надежной защите пилота в случае аварии, а также усиление кузовной части. Каркас безопасности должен стоять на любом спортивном авто. Вопрос лишь в том, какой будет конструкция и применяемые материалы. К слову, монтаж таких каркасов стал обязательным не так давно - всего лишь в 1994 году. До этого года монтировать каркас можно было лишь по желанию.

Конструкция силового каркаса - несколько стальных труб, выполненных без швов, которые надежно соединены между собой. По своему типу каркасы делятся на омологированные и не омологированные. Преимущество монтажа первого типа в том, что он является официальным и с такой конструкцией можно принимать участие в соревнованиях. Проблема в том, что такая конструкция сложна и доставляет определенные сложности.

Каркасы жесткости делятся и по возможности разборки:

Разборные - изделия, в которых сваркой прихватываются только петли, а сами трубы удерживаются болтами. Недостаток конструкции - меньшая жесткость, но зато каркас можно демонтировать (если это необходимо). Во времена СССР почти все гоночные авто имел съемный тип каркаса;

Вварные. Особенность данной конструкции - непосредственное вваривание прямо к кузовной части авто. Если возникнет потребность в излечении корпуса, то сделать это можно только болгаркой.

Дуги (трубы), которые применяются при изготовлении каркаса, могут быть двух типов:

предохранительные;
главные;
смешанные.

В последнем случае главный каркас прихватывается с помощью сварки, а металлическая дуга возле сидений демонтируется вовсе.

Создание каркаса - вопрос несложный. При наличии материалов под рукой, времени и желания, его можно сделать самому. Второй вариант - купить уже готовую конструкцию.

Одна из главных характеристик каркаса - его масса. В среднем изделие весит почти 40-45 килограмм. Нельзя забывать и о неудобствах при вождении - ухудшении обзорности, отсутствии достаточной эластичности кузова, проблемах с посадкой и высадкой пассажиров. Если использовать авто в обычном режиме, то каркас будет доставлять лишь хлопоты.

Но и это еще не все. Главные сложности начнутся на этапе техосмотра. Для прохождения всех процедур и получения «бумажки» придется пройти несколько инстанций.

Как показывает практика, описанные проблемы мало пугают автолюбителей. К примеру, в Германии каркас ставится на половине тюнингованных машин. Если авто участвует в соревнованиях, то необходимость монтажа защиты даже не обсуждается - это обязательно. Если же ставить каркас на «гражданских» авто, то он может и убить. В частности, силовая конструкция может уберечь от одной проблемы, но привести к другой.

После монтажа каркаса подушки должны быть выведены из строя. Что касается многоточечных ремней, то для пилота это повышенный источник опасности. В случае ударов на большой скорости они могут и убить (к примеру, из-за разрыва внутренних органов).

Преимущества каркаса безопасности:

сохранение пространства в случае столкновения с другим автомобилем;
улучшение целостности кузова и управляемости.

Недостатки:

высокая цена монтажа;
сложность выполнения работ;
повышение массы транспортного средства;
проблемы эксплуатации авто при «гражданском» применении.

Прочие методы повышения жесткости

Выше представлены основные, но далеко не все способы повышения жесткости кузова. Для полноты картины выделим еще ряд вариантов:

Увеличение сварочных швов и монтаж дополнительных элементов. Не секрет, что при изготовлении автомобиля сварка производится с помощью точечной технологии При этом между каждой из точек остается небольшой промежуток. Чем ближе сварные точки друг к дружке, тем надежнее конструкция. Но есть проблема. Из-за сложности технологии повысить жесткость вручную не так просто. Для выполнения таких работ придется поискать хорошего сварщика, имеющего достойное и качественное оборудование. Здесь важно не попасть на аматора, который не только не справится с работой, но и нарушит фиксацию кузова. Если есть необходимость, то можно приварить дополнительные элементы для повышения жесткости.

Поперечины и стабилизаторы - элементы, которые уже идут в «базе». Главные особенности - повышение управляемости и комфортности внутри авто. Разница в том, что на заводских версиях стоят средние варианты (не жесткие и не мягкие). Усовершенствовать их можно двумя путями - заменить или усилить. Негативные факторы такого тюнинга - повышение уровня шума, высокая чувствительность к плохой дороге. Положительные черты - повышение жестки и управляемости. Не стоит устанавливать поперечины и стабилизаторы вместе с задней распоркой.

Подрамники - конструкции, которые имеют много общего с поперечинами и стабилизаторами. Главное отличие только в глобальности. Есть версии подрамника, в которых необходимы важные доработки всей передней части авто. В данном случае нужна переработка стаканов, резка или переваривание элементов кузова. Такие работы - весьма сложная задача. При желании можно скорректировать геометрию подвески и изменить ширину колеи. В таких случаях улучшится управляемость и вырастет жесткость.

Старые модели отечественных автомобильных производителей славятся слабой жесткостью кузова на скручивание. Такая характеристика приводит к плохой управляемости. Если жесткость кузова низкая, то автомобиль будет проходить повороты с определенной задержкой вследствие замедленной реакции конструкции всей машины. Из-за слабой жесткости металла в зоне крепления рычагов будет возникать рассогласованность в работе передней и задней подвесок. Именно поэтому многие любители тюнинга отечественных автомобилей устанавливают распорки на чаши передних и задних амортизаторов. В этой статье мы расскажем, как правильно усиливать кузов автомобиля распорками.

Причины необходимости усиления кузова распорками

Если любой отечественный автомобиль десятилетней и более давности поставить на перекос на косогоре, то существует 90-процентная вероятность того, что открытая дверь не сможет закрыться. Просто кузова наших старых отечественных автомобилей имеют крайне низкую жесткость на скручивание. Больше того, в такой ситуации даже у некоторых современных кроссоверов не закрываются задние двери багажников.

Те автовладельцы, которые ранее ездили на современных автомобилях с высокой жесткостью кузова на скручивание, сразу заметят разницу в управлении, пересев на старые отечественные автомобили. Исправить такую ситуации, повысив жесткость кузова на скручивание можно с помощью распорок, которые устанавливают между верхними креплениями подвески автомобиля. укрепление кузова именно в этих местах позволит снизить рассогласованность в работе передней и задней подвесок. Тем самым автомобиль будет быстрее реагировать на поворот, и улучшится управляемость автомобиля.

Жесткость кузова на скручивание зависит также от типа самого кузова. Чем больше дверей и ширина внутреннего пространства, чем меньше будет жесткость кузова. Самым крепким по жесткости на скручивание является кузов купе или трехдверного хэтчбека. Наихудший коэффициент жесткости у больших универсалов.

Применение распорок в усилении жесткости кузова автомобиля

В наше время придумали наилучший способ усиления жесткости кузова отечественных автомобилей – установка распорок в месте верхних креплений подвесок. Это будет самый доступный способ усиления жесткости, так как распорки дорого не стоят.

Распорки бывают нескольких видов:

— штанги,

— косынки,

— передние распорки,

— нижние распорки,

В таблице ниже приведено описание различных видов распорок.

Вид распорок	Описание
Передние распорки	Передние распорки устанавливаются на стойки передних стоек или передних пружин автомобиля. Такой тип распорок подходит для автомобилей ВАЗ 2101-21099. Для ВАЗ-2110, одних передних распорок будет мало, так как у такой модели слабая жесткость у всего переднего щита автомобиля.
Косынки	Косынки предназначены для укрепления колесных арок и ребер жесткости по всему кузову (на гоночных автомобилях из косынок сделан каркас жесткости внутри салона).
Нижние распорки	Нижние распорки улучшают управляемость и увеличивают срок эксплуатации автомобиля.
Задние распорки	Задние распорки улучшают маневренность и устойчивость на дороге автомобиля.

есткость кузова - это его свойство упруго сопротивляться внешним cтатическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации автомобиля. Чем выше жесткость, тем лучше управляемость и маневренность машины, особенно на высоких скоростях.

С увеличением жесткости повышается комфортность автомобиля - за счет снижения вибраций, отсутствия скрипов панелей и обивки салона, и т.д. Вот почему кузова современных автомобилей стремятся делать более жесткими.

Жесткость во многом зависит от типа кузова (седан, хэтчбек и др.), конструкции ("геометрии" и способа крепления крыльев, бамперов), размеров машины, количества дверей, величины оконных проемов и даже положения спинок задних сидений. Имеет значение способ крепления лобового и заднего стекол: их вклеивание увеличивает общую жесткость кузова на 20-40%. Улучшают эту характеристику и дополнительные силовые элементы - например, распорки-усилители между задними или передними чашками стоек подвески.

На кузов автомобиля постоянно действуют различные силы, среди них и воздействие дороги и инерция и боковой ветер и т.д. Понятно, что далеко не каждое воздействие он может выдержать достаточно успешно. Для владельцев отечественных автомобилей знакома, например такая ситуация, когда после длительной стоянки на неровной поверхности в ситуации, например постановки автомобиля на домкрат начинает заклинивать двери. Для качественно изготовленного автомобиля, например, важна поэтому такая характеристика, как жесткость на скручивание, в случае если этот показатель недостаточен, то автомобиль достаточно быстро изнашивается и теряет управляемость.

Такая характеристика как жесткость кузова напрямую зависит от его типа. Самыми устойчивыми в этом плане являются купе и хэтчбеки. Их форма позволяет относительно легко противостоять нагрузкам на изгиб при прохождении поворотов. К наименее жестким относятся универсалы и микроавтобусы. При эксплуатации автомобиля с недостаточной жесткостью в первую очередь страдают передняя и задняя подвески, это происходит по причине размягчения металла в местах, где прикрепляются рычаги подвески. Кузов разрушается, начиная со сварочных швов, затем в этих местах появляются очаги коррозии, которые затем начинают расширяться все дальше и дальше.

При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова - на кручение и на изгиб (продольная жесткость кузова и поперечная жесткость кузова). Жесткость на кручение - это сопротивление кузова закручиванию вдоль его продольной оси.

Большинство современных легковых автомобилей имеет неразъемные стальные несущие кузова бескаркасной конструкции, что снижает их массу. Жесткость таких кузовов обеспечивается наличием в них специальных элементов - лонжеронов, продольных и поперечных балок. Для увеличения жесткости кузовов из тонколистовой стали широко применяются сварные коробчатые детали, а также силовые распорки и стойки, которым придают определенную форму и сечение. Наибольшая жесткость у кузовов типа седан, меньшая - у хэтчбеков и удлиненных кузовов универсалов. Дополнительному усилению кузова обычно подвергаются спортивные машины: на них устанавливаются добавочные усилители-распорки, а в салоне - силовой каркас безопасности из тонкостенных стальных труб.

После 4-6 лет эксплуатации автомобиля жесткость кузова заметно уменьшается из-за коррозии металлических элементов - как силовых, так и облицовки. Особенно быстро ржавчина поражает тонколистовые детали, соединенные точечной сваркой. Нарушение жесткости несущих элементов кузова снижает общую его прочность и может сделать дальнейшую эксплуатацию автомобиля опасной. Заезд одним колесом на бордюр, подъем автомобиля на домкрате, диагональное вывешивание на бездорожье, прохождение поворота - во всех этих ситуациях нагрузки на кузов стремятся скрутить его вокруг продольной оси. Если жесткость кузова невелика, то после поддомкрачивания у машины перестают нормально открываться и закрываться двери, на бугристой дороге начинают «дышать» все панели в салоне. Реакции на повороты руля становятся "размазанными" - изгиб кузова и податливость металла в зонах крепления рычагов подвески вносят рассогласование в работу передней и задней подвесок. К тому же постоянное скручивание заставляет кузов стареть интенсивнее. Начинают потихоньку «раскрываться» сварные швы, в образовавшиеся микротрещины пробирается коррозия... Рыба гниет с головы, а кузов - с ослабленных, нагруженных участков.

Измеряется крутильная жесткость кузова в ньютон-метрах на градус (Нм/град.). Чем выше эта величина, тем меньше деформируется кузов от приложенной скручивающей нагрузки. Например, для автомобилей с рамной конструкцией жесткость на скручивание была невелика и редко превышала 4000 Нм/град. Несущие кузова легковых автомобилей 60-90-х годов были уже жестче - нормой считались величины 5000-10000 Нм/град. Но современные высочайшие требования к управляемости и пассивной безопасности заставляют автомобильных инженеров идти на всяческие ухищрения. Кузова автомобилей последнего поколения разрабатывают с помощью компьютерной оптимизации, а в производстве используют особо прочный металл, лазерную сварку и клееные соединения. Поэтому в технических описаниях таких машин, как Volvo, Mercedes-Benz или BMW, с гордостью упоминается о жесткости кузова свыше 20000 Нм/град.!

Интересно, как на этом фоне выглядят отечественные автомобили? Жесткость кузовов большинства вазовских машин - это и вся "классика", и все серийные переднеприводные модели - лежит в пределах 6000-8000 Нм/град. То есть гордиться вазовцам особо нечем.

Всё об усилении кузова автомобиля

Гулять, дышать и плавать умеет не только человек, но и кузов автомобиля. Только в случае с «железом» о здоровом образе жизни речи идти не может - все эти явления пагубны, и автопроизводители стараются их избегать. Получается не всегда, и на помощь приходит тюнинг.

Несмотря на общую целостность, кузов автомобиля представляет из себя сложную конструкцию, сваренную воедино из десятков, а иногда и сотен элементов. Прибавьте к этому действующие на него нагрузки от подвески и агрегатов, вызывающие в металле внутренние напряжения. Факторы внешней среды тоже не идут кузову на пользу и негативно отражаются на его долговечности. Резюмировав, получаем, что «скелет» автомобиля вовсе не так фундаментален, как может показаться на первый взгляд.

Почему же производители со своими астрономическими бюджетами не закладывают достаточную жёсткость кузова на стадии проектирования и производства автомобиля, оставляя поле деятельности для нас, «тюнингистов»? Во-первых, закладывают, но для обыкновенной, гражданской езды. Во-вторых, в процессе эксплуатации она теряется, равно как и из-под капота убегают отжившие своё «лошади». Наконец, инженеры-проектировщики не могут наращивать жёсткость до бесконечности, так как скованы десятками других факторов. Например, использование высокопрочных сталей наращивает массу автомобиля и удорожает производство, а отдельные элементы, такие, как передние лонжероны, в угоду пассивной безопасности должны гасить энергию удара при столкновении. Следовательно, они должны быть выполнены из мягких сплавов. Кроме того, существуют ограничения по компоновке, вынуждающие делать элементы изогнутыми, что в свою очередь снижает их жёсткость.

Итак, краеугольная величина, ради повышения которой всё затевается - жёсткость кузова на кручение вдоль продольной оси кузова автомобиля. Измеряется она в Нм/градус и показывает, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы изогнуть его на один градус. По современным меркам нормальным показателем для машин с несущим кузовом является 20 000 Нм/град и выше, в то время как в начале века цифры были ниже вдвое. Максимальной величиной жёсткости обладают так называемые «однообъёмники», чья силовая структура условно напоминает куб. Хуже с этим делом у трёхобъёмных машин, особенно с большим количеством дверей, так как последние не являются частью силовой структуры кузова. Самая большая проблема, следовательно, у открытых кузовов: родстеров, кабриолетов и им подобных. Именно поэтому кабриолеты зачастую тяжелее аналогичных купе - для компенсации жёсткости кузова вследствие «поехавшей крыши» их конструкция усиливается дополнительно.

Измерение жёсткости кузова на кручение - процесс многоступенчатый и любопытный. Прежде всего, опытные образцы тестируют в виртуальной среде при помощи программ, которые не предустановлены на ваших Windows и MacOS. Но наибольший интерес представляет «живой» тест. В этом случае кузов фиксируется на станине измерительного комплекса за точки крепления задней подвески. В это время на точки крепления передней подвески воздействуют мощные гидроцилиндры, которые создают усилие «на кручение» в вертикальной плоскости, но разных направлениях.

Как мы упомянули, в процессе эксплуатации жёсткость кузова неотвратимо снижается, и хороших последствий это не принесёт в любом случае. Автомобиль с «уставшим» кузовом медленнее реагирует на повороты руля, его реакции расхлябаны и неоднозначны. Кроме того, «дышащий» металл сильнее подвержен деформациям и растяжениям, а также коррозии. При подъёме на домкрате, диагональном вывешивании или заезде одним из колёс на бордюр двери из-за возникшего перекоса могут попросту не открыться… или не закрыться. Короче говоря, с недостатком жёсткости нужно бороться. Какими способами? Ниже приведём их перечень с указанием достоинств и недостатков каждого.

Распорки

Этот вариант усиления кузова, пожалуй, больше других «на слуху». Сотни тюнинговых фирм сегодня готовы предложить распорки практически на любой автомобиль. Устанавливаются такие детали в штатные места без существенных доработок, а нередко ими снабжают автомобиль, покидающий сборочный конвейер ещё на заводе. Но мы говорим про тюнинг, поэтому «стоковые» варианты рассматривать не будем. Дополнительные распорки призваны связать воедино наиболее нагруженные, а оттого и «гуляющие» элементы кузова, такие как стаканы стоек подвески, точки крепления рычагов и агрегатов.

Детали, призванные усилить эти узлы, изготавливаются в соответствии с конфигурацией каждой модели автомобиля в отдельности - универсальных деталей тут не бывает. Самый популярный продукт - распорка передних стоек, так как именно передняя часть автомобиля испытывает максимальные нагрузки от силового агрегата, руления и преодоления неровностей дорожного покрытия. Цена вопроса невелика и обычно находится в пределах от двух до десяти тысяч рублей, в то время как «приход» в управляемости от такой распорки заметен сразу, особенно на видавшем виды автомобиле. Полный же комплект из распорок может «потянуть» на сотню тысяч. Однако помните, что «уставшему» кузову в первую очередь рекомендован ремонт или замена, а не навешивание усилителей.

Плюсы:

Простота установки и демонтажа;

Невысокая стоимость;

Некоторое улучшение управляемости;

Широкий ассортимент продукции на большинство автомобилей.

Минусы:

Занимают некоторое место под капотом и в салоне;

- незначительное увеличение массы автомобиля;

Для кузовов с «уставшим» металлом служат временным решением.

Интегрированное усиление

Повысить жёсткость кузова можно и без установки дополнительных элементов - при помощи усиления имеющихся. В этом случае производится «доделывание» за производителем. Например, штатная точечная сварка, применяемая на заводах для упрощения производства, усиливается дополнительными швами. На места крепления рычагов и агрегатов накладывается дублирующий слой металла, который обваривается по периметру и точками по площади. Места изгибания штатного металла усиливаются при помощи перемычек и «косынок», таким образом защищаясь от колебаний.

В отличие от распорок, такой способ усиления применяется при кузовном ремонте или подготовке автомобилей к спортивным дисциплинам. Также он подойдёт в случае, если автомобиль состарился или нет желания прибегать к первому варианту. Стоимость такого усиления определяется не деталями, как в первом случае, а количеством работ, так как для его реализации требуется частичная разборка автомобиля, да и качественная сварка требует от мастера квалификации.

Плюсы:

Не скрадывает место под капотом и в салоне;

Повышает долговечность отдельных элементов и кузова в целом.

Минусы:

Высокая трудоёмкость;

Исходя из первого пункта, высокая стоимость в случае, если выполняется не самостоятельно;

Нарушение зон деформации, предусмотренных изготовителем.

Каркас безопасности

Наиболее радикальный способ повышения жёсткости кузова - каркас безопасности. Почему не «каркас жёсткости»? Основная цель, которой он служит - сохранение жизненного пространства в автомобиле при столкновениях и переворотах. Салон автомобиля и точки крепления подвески связаны в этом случае «клеткой» из холоднокатаных стальных труб. Такой каркас тоже «дышит», как и кузов, но это необходимо для поглощения энергии ударов и уменьшения перегрузок, испытываемых пилотом.

Область применения - исключительно автомобильные соревнования. В зависимости от дисциплины отличаются и требования, предъявляемые к каркасам безопасности. Так, в мировом ралли или «взрослых» кольцевых сериях вварная «клетка» настолько развита, что без должной сноровки попасть в салон не удастся вовсе, в то время как в «клубных» дисциплинах каркас может состоять всего из нескольких труб, соединённых болтами.

Установка каркаса безопасности подразумевает локальное или полное усиление кузова, описанное выше, посему является наиболее трудоёмкой и дорогостоящей операцией, что, впрочем, не важно, когда речь идёт о жизни пилота. Это наиболее трудоёмкий процесс, требующий высокой квалификации и специализированного оборудования (как, например, трубогиб). Нередки случаи, когда дорабатываемому автомобилю временно срезают крышу, чтобы проварить верхние сопряжения каркаса. Установленное изделие сопровождает сертификат соответствия определённому техническому регламенту - так называемая омологация. Само собой, такая конструкция существенно увеличивает жёсткость кузова на кручение - как правило, в 3-5 раз.

Плюсы:

Сохранение жизненного пространства при столкновениях;

Существенное улучшение управляемости и целостности кузова.

Минусы:

Высокая стоимость установки;

Трудоёмкость выполнения работ;

Увеличение массы автомобиля;

Непригодность автомобиля к гражданской эксплуатации.

Что в итоге?

Если кузов вашего автомобиля «ослаб» в процессе эксплуатации, ему требуется ремонт с заменой элементов, накопивших напряжение. Это можно совместить с усилением отдельных элементов в случае, если действующие на них нагрузки превышают рассчитанные производителем. В случае, когда ощущается нехватка информативности и отзывчивости в управлении, и виной тому кузов, логичнее всего усилить его при помощи распорок, выпускаемых для имеющегося автомобиля. Если путь автомобиля - соревнования, то заботиться стоит не только о жёсткости кузова, но и о дополнительной безопасности, посему каркас - единственно правильное решение. Пусть кузов вашего автомобиля будет жёстким!

Введение

Жесткость кузова - это его свойство упруго сопротивляться внешним статическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации автомобиля. Чем выше жесткость, тем лучше управляемость и маневренность машины, особенно на высоких скоростях. С увеличением жесткости повышается комфортность автомобиля - за счет снижения вибраций, отсутствия скрипов панелей и обивки салона, и т.д. Вот почему кузова современных автомобилей стремятся делать более жесткими.

При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова - на кручение и на изгиб (продольная и поперечная). Способность кузова сопротивляться действующим на нее рабочим нагрузкам характеризуется при изгибе значением максимального прогиба, а при кручении -- углом закручивания на длине базы. Однако полученные в результате расчета или испытания на стенде максимальный прогиб и угол закручивания на длине базы не могут быть использованы для сравнения данного кузова с кузовами других автомобилей, имеющих другую базу и иную номинальную нагрузку.

Поэтому введены понятия удельной крутильной и изгибной жесткостей. Удельная крутильная жесткость кузова характеризует сопротивление кузова закручиванию и представляет собой отношение крутящего момента к углу закручивания кузова на длине базы автомобиля, умноженное на размер базы. Для легковых автомобилей удельная крутящая жесткость кузова составляет 130…300 Н*м 2 /?. Удельная изгибная жесткость кузова характеризует изгиб кузова в вертикальной плоскости и представляет собой отношение нагрузки к прогибу кузова, умноженному на размер базы автомобиля в третьей степени. Для легковых автомобилей удельная изгибная жесткость кузова находится в пределах 850…2200 Н*м 3 /?.

Как влияют на жесткость некоторые элементы автомобиля, можно проследить на примере ВАЗ-2111. При закрепленных спинках задних сидений по сравнению с их разложенным состоянием жесткость кузова выше на 29,4% (исходная равна 6501 Н·м/град). При установке дополнительной распорки-усилителя задней балки (замкнутая U-образная дуга) жесткость увеличивается еще на 43,9%.

Жесткость кузова можно оценить путем сравнения этой характеристики у нового и старого автомобилей. Для этого, поддомкратив кузов новой машины у заднего колеса в точке Б на некоторую высоту Н, измеряем расстояние h от произвольно выбранной точки А кузова (у переднего колеса) до земли. Такую же процедуру повторяем со старым автомобилем. Если при подъеме его кузова в точке Б на высоту H величина h окажется меньше, чем у нового авто, значит, кузов "скручивается", т.е. он потерял жесткость.

Оценить жесткость кузова можно и другим методом - по величине линейных отклонений контрольных точек кузова от начального положения. Машину поднимают домкратом до вывешивания одного из колес и следят за изменением величин дверных зазоров. При достаточной жесткости кузова они не должны меняться, а двери - заклинивать.

При стендовых испытаниях жесткость кузова измеряется по величине усилия, вызывающего допустимую его деформацию. Если к автомобилю, жесткость кузова которого составляет 6501 Н·м/град., приложить скручивающее усилие в 1 тонну, то величина деформации не превысит 1,8 градуса. Величины деформаций в условиях автопроизводства измеряются по специальной методике с помощью тензометрических датчиков.

Способы обеспечения жесткости кузовов

Распорка передняя.

Это - элемент силовой структуры стоек крепления передней подвески.

Передние распорки - самый распространённый вид укрепления кузова, его плюсы очевидны - простота установки, небольшая цена, визуальная привлекательность и достаточно сильное увеличение жесткости передней части автомобиля. Их назначение - снижать деформацию и перемещение чашек кузова при повороте автомобиля. Результат установки зависит от автомобиля. Если его конструкция в целом сбалансирована, тогда результат, скорее всего, виден не будет. А для других данное устройство рекомендуется категорически. Например, для ВАЗовского "десятого" семейства. Там "гуляют" не только стойки, а деформируется весь щит передка! Кстати, для него тоже есть специальный усилитель, но об этом позже. На рынке сейчас можно наблюдать изобилие передних распорок, но принципиально различается лишь материал и способ крепления.

Обычная распорка работает исключительно на сжатие, но можно заставить работать её и на кручение, для этого чашку дополнительно усиливают ещё одним элементом - косынками(специальными толстыми стальными пластинами). В результате распорка начинает работать ещё и на кручение. Косынками можно так же усилить места колёсных арок, стоек подвески и рёбер жесткости всего кузова, в большинстве своём для этого придётся разобрать почти пол машины, по крайней мере весь салон точно, поэтому этот приём используется в основном на гоночных машинах.

Кроме этого к дополнительному элементу передних распорок можно отнести так называемые "штанги". Штанга это особое подвижное крепление соединяющие двигатель и распорку, кроме этой существуют штанги соединяющие двигатель с другими "крепкими" элементами. Работает этот элемент главным образом при торможении двигателем и резких стартах, эффект -уменьшение перемещений силового агрегата при экстремальных нагрузках, уменьшение увода автомобиля при резком троганье с места, уменьшение перемещений рукоятки рычага КПП, ну, и естественно повышение общей жесткости кузова. К недостаткам применения штанг следует отнести повышение уровня шума в салоне автомобиля

Нижняя распорка

Нижняя распорка уменьшает перемещение кронштейна рычага передней подвески, снижает напряжение, возникающее в кронштейне рычага и соединителе лонжерона с полом. Забирая часть нагрузки на себя, распорка нижняя уводит детали кузова из зоны высоких напряжений. В итоге улучшение управляемости, устойчивости, увеличение срока службы кузова. Установка достаточно трудоёмка.

Задняя распорка

Уменьшает перемещение задних стаканов крепления, увеличивает общую крутильную жесткость кузова. Результат: улучшение управляемости, устойчивости. Главное, что надо учитывать: распорка задняя дает эффект лишь в том случае, если она закреплена за силовые элементы кузова, а не за промежуточные элементы (кронштейны крепления сидений, например). Задняя распорка, тоже достаточно легко устанавливается и демонтируется, но есть и отрицательные моменты: во первых это лишнее место в грузовом отсеке, во-вторых есть подводные камни, задняя распорка может увеличить недостаточную поворачиваемость особенно если задняя часть машины укреплена ещё какими-то элементами. Если на машине стоит стоковая подвеска лучше отказаться от укрепления зада или укрепить его только одним усиливающим жесткость элементом.

Кроме распорок существуют ещё множество путей укрепления кузова - увеличение сварных швов, усиленные подрамники, стабилизаторы поперечной устойчивости и поперечины, различные усиливающие элементы в слабых по жесткости местах, разработанные под конкретную модель и, конечно, каркасы.

Увеличение сварочных швов и вварные элементы.

Увеличение сварочных швов. Дело в том, что кузов на конвейере сваривается точечной сваркой, т.е. между точками сварки остаются промежутки. Естественно чем эти точки расположены плотнее, тем жестче конструкция. Однако увеличению их препятствует технологические проблемы в производстве и сложность их выполнения без спец.инструмента. Но эту проблему легко устранить квалифицированному сварщику с достойным оборудованием. Главное не нарваться на неквалифицированного сварщика и не нарушить физику кузова. Так же распространено приваривание новых дополнительных железных элементов в слабые участки кузова.

Стабилизаторы и поперечины

Эти агрегаты присутствуют и в стоке и имеют много свойств, которые влияют на управляемость, комфорт, так что обычно на заводских машинах стоят промежуточные, так сказать не слишком мягкие, не слишком жесткие. Варианта по их усовершенствованию два - усиление и замена. Побочные действия - повышение шума, чувствительность к неровностям и всё те же положительные свойства: управляемость и жесткость. Категорически не рекомендуется устанавливать стабилизаторы, поперечины в тандеме с задней распоркой особенно на стоковую подвеску.

Подрамники

Подрамники во многом схожи со стабилизаторами и поперечинами, разница только в глобальности, для некоторых версий подрамника понадобится серьёзные доработки всего передка автомобиля - переварка и перерезка, переделываются стаканы и даже амортизаторы, а на вид такие работы не слишком дружелюбны. Но зато эффект! Можно полностью изменить геометрию подвески, улучшить стабилизацию за счет увеличения кастора, увеличить колею а как следствие устойчивость и управляемость. Жесткость, естественно, тоже возрастёт.

Каркас безопасности

автомобиль кузов жесткость каркас

Каркас, в гоночном автомобиле, выполняет не только свои прямые функции по защите пилота, но и великолепно усиливает кузов. Он обязателен к применению в любом гоночном автомобиле, разница только в его сложности(правда обязанность появилась не так давно в 1994 году, до этого установка каркаса была делом сугубо личным).Каркас представляет собой сочетание жестко соединённых между собой стальных (сталь с временным сопротивлением на разрыв не менее 45 кг/кв. мм) холоднотянутых бесшовных труб, например 30ХГСА. По типу каркасы можно разделить грубо на две категории: омологированные и не омологированные. Первые вы можете установить к себе в автомобиль и вас могут допустить на официальные соревнования. Однако он очень сложен и доставляет определённые трудности, о которых поговорим ниже. Второй тип - это "гражданские" каркасы, проще и естественно дешевле.

По типу установки тоже можно выделить два типа - вварные и разборные. Первые ввариваются непосредственно в силовую структуру кузова, т.е. извлечь его оттуда без "болгарки" будет невозможно. Во втором случае в кузов ввариваются только петли, а сами трубы прикручиваются к ним болтами. В этом случае жесткость немного ниже, зато есть возможность снять каркас. Замечу, что почти все машины чемпионатов СССР по кольцевым гонкам 70-80хх годов имели именно съёмный каркас. Трубы (или дуги) в каркасе можно разделить на главные и предохранительные. Встречаются "смешанные" варианты, например, где основной каркас вварен, а дуга около сидений снимается. Изготовить каркас можно и самому (естественно неомологированнный и возможно крайне опасный, а не безопасный), а можно приобрести уже готовый комплект. Главный побочный эффект каркаса - это вес. Средний каркас весит около 40 кг, что, совсем немало. Плюс к этому ухудшение обзорности и посадки-высадки, а также в качестве ремней можно использовать только не эластичные многоточечные ремни. Так что в повседневном пользовании эта вещь будет доставлять определённые трудности, ну, а самой главной проблем является сложность получения техосмотра, если у вас установлен каркас, придётся пройти не дну инстанцию. Каркасы имеют достаточно сложную структуру и различные примочки, типа обмоток труб, которые защищают гонщика от травм, которые может причинить каркас, во время аварии. В гражданском тюнинге каркасы чаще используют для красоты, например, в той же Германии они стоят, чуть ли не на каждой второй тюнинговой машине. Если ты участвуешь в гонках, вопрос о каркасе решается сам собой, но перед установкой его в гражданскую машину, надо сто раз подумать, кроме ухудшения обзорности и физических неудобств, каркас безопасности может сыграть роль каркаса опасности. Если в гонках каркас может спасти от ужасной аварии сохранив жизненное пространство, то в жизни он может убить. Каркасы позволяют избежать одних травматических факторов в пользу других. жизненное пространство сохраняется, но установка каркаса исключает подушки безопасности, а неэластичные многоточечные ремни подвергают пилота при авариях значительным перегрузкам, которые вполне могут убить(например разрыв внутренних органов), но каркас усиливает кузов так сильно, как не один другой элемент, те же болиды WRC есть ничто иное как каркас на который насажены панели кузова и эти факты заставляют задуматься.

Силовой агрегат жестко соединенный с кузовом.

Еще в автоспорте широко применяется такой приём увеличения жесткости кузова, как включение в его силовую структуру агрегатов, например двигателя, коробки передач и главной передачи. Это значит, что все они жестко соединены с кузовом, что так же очень сильно увеличивает жесткость. Например подобные решения встречаются почти на всех "формулах". Вообще же родоначальником данной идеи был легендарный Колин Чемпмен, основатель фирмы "Лотус", который впервые воплотил идею в жизнь на Лотусе-25 Формулы-1.

Народные способы.

Также существуют народные способы, например: отверстия порогов и лонжеронов заполняются монтажной пеной. Способ дешёвый и сердитый. В плюсах некоторое увеличение жесткости, в минусах - отсутствие вентиляции и, как следствие, повышенная коррозионная активность. Так же при замене данных деталей путём сварки возникает риск пожара.

Заключение

На жесткость кузова заметно влияет и то, как именно установлен силовой агрегат. Поэтому разница в результатах бывает выше у автомобилей классической компоновки -- там жесткость на кручение повышает балка передней подвески. А вот в переднеприводных машинах с поперечным расположением двигателя и передней подвеской типа McPherson, заметную прибавку может дать... спинка заднего сиденья! Например, в "восьмерках" и "девятках" заднее сиденье увеличивает жесткость кузова примерно на 1000 Нм/град из-за того, что спинка цельная и жесткая, а на многострадальном десятом семействе спинка раздельная и эта 1000Нм испаряется. Поэтому ВАЗ рекомендует владельцам, как можно реже ездить со сложенным задним сиденьем -- кузов при этом ослаблен и хуже сопротивляется скручивающей нагрузке. На самом деле в тюнинге можно выделить двух врагов - уменьшение веса и жесткость кузова, а это вещи друг друга взаимоисключающие, борясь за уменьшение веса можно уменьшить жесткость, а что важнее вопрос не однозначный.