Широкие светлые коридоры, застекленные двери с автоматически открывающимися транспондерными замками — и, наконец, большой отгороженный участок с массой стендов и приспособлений. Это ОДК ВАЗа — отдел доводки кузова. Здесь постоянно испытывают кузова и кузовные детали всех вазовских машин. Их скручивают, гнут, подвергают воздействию вибраций…
Главная прочностная характеристика автомобильного кузова — это его жесткость на скручивание. 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 S60, Alfa Romeo 147 или Citroen C5, с гордостью упоминается о жесткости кузова свыше 20000 Нм/град!
Интересно, как на этом фоне выглядят отечественные автомобили?
Загляните в таблицу. 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, но и краснеть не за что. Ведь все эти машины разрабатывались в эпоху, когда жесткости кузовов придавали не столь большое значение. Любопытно, что, по данным заводских измерений, самая низкая жесткость кузова — всего 5500 Нм/град. — у седана ВАЗ-21099 и сделанной на его базе рестайлинговой «пятнадцатой» версии. При этом жесткость кузова «девятки» составляет уже 6800 Нм/град, а трехдверной «восьмерки» — все 8200 Нм/град! Откуда такая разница?
— К сожалению, при самостоятельной разработке «девяносто девятой» в начале 90-х годов наши инженеры о жесткости кузова этой модели практически не заботились, — сетуют инженеры ОДК. — Просто не стояло такой задачи. Вот вам и результат…
Но дело здесь не только в конструктивных просчетах. Вообще, по словам специалистов, кузова трехобъемных седанов при прочих равных условиях, как правило, обладают меньшей жесткостью, чем кузова двухобъемных и однообъемных машин! То есть чем больше структурных переходов (от моторного отсека к салону, от салона к отдельному багажнику), тем сложнее инженерам обеспечить высокую жесткость кузова. То же касается количества дверных проемов — чем их больше, тем слабее кузов. Как видно из таблицы, наиболее жесткие кузова среди серийных машин разработки до 80-х годов — у трехдверных Нивы и «восьмерки». Лучше этих автомобилей по жесткости кузова только однообъемная Надежда ВАЗ-2120 и новая Нива ВАЗ-2123, кузов которой проектировался уже с использованием компьютерных технологий.
А что же «десятка», кузов которой с самого ее появления все ругают за недостаточную жесткость? Инженеры ОДК считают, что их совесть здесь абсолютно чиста.
— Нам смешно, когда мы читаем в автомобильной прессе заявления о том, что углы установки передних колес на «десятках» уплывают из-за податливости кузова. Наши измерения показывают, что по жесткости силовая структура всех автомобилей «десятого» семейства ничуть не хуже, чем у других вазовских машин. Да, проблемы с управляемостью есть. Но в этом нет нашей вины! Несколько раз мы даже проводили специальные испытания — например, измеряли податливость моторного щита при работе рулевого механизма. С кузовом все в порядке! Так, может быть, сначала надо проверить крепления рулевой «рейки» к щиту передка, а потом грешить на кузов? А помните случаи, когда на первых «десятках» лопались задние стекла? Все шишки сразу посыпались на нас — мол, кузов настолько «пластилиновый», что вклеенные стекла не выдерживают больших перекосов заднего проема. А потом оказалось, что была нарушена технология вклейки — стекло монтировалось в проеме без необходимого зазора. Естественно, что даже при расчетной деформации проема кузов начинал д
Любопытно, что рекордсмен по жесткости кузова среди «гражданских» вазовских машин — длиннобазный лимузин Консул с перегородкой за передними сиденьями. Жесткость на скручивание у длинного кузова — 14300 Нм/град! Очевидно, свою роль здесь сыграли и дополнительные меры по усилению несущей структуры, и «лимузинная» перегородка, разделяющая салон.
— Жесткость любого кузова можно существенно увеличить с помощью распорок и усилителей, — уверяют вазовские кузовщики. — Например, мы недавно испытали распорки для «десятки», которые крепятся в проеме кузова между полом и «чашками» верхних креплений задних амортизаторов. На «заряженные» версии ВАЗ-21106 с двигателями Opel подобные задние распорки теперь ввариваются серийно — именно благодаря им жесткость кузовов этих машин достигает 12000 Нм/град. Теперь одна из тольяттинских тюнинговых фирм собирается наладить выпуск дополнительных распорок для обычных «десяток» — их можно будет смонтировать за задним сиденьем на болтах. Мы обеими руками за!
А самый радикальный способ увеличения жесткости кузова используют строители гоночных автомобилей. Взгляните на цифры жесткости кузова спортивной кольцевой «сто шестой» машины заводского гонщика Александра Никоненко, которую в ОДК измерили перед сезоном 2000 года. Результат фантастический — свыше 50000 Нм/град!
— Каркас безопасности из стальных труб на этой машине очень грамотно «завязан» на несущие точки опор подвески, — комментируют такое достижение инженеры. — Но так бывает далеко не всегда. Недавно нам на измерение привезли хэтчбек ВАЗ-2112, подготовленный для клубных гонок. Жесткость кузова, несмотря на вваренный каркас, оказалась гораздо ниже, чем у «десятки» Никоненко, — всего 20000 Нм/град. Мы попытались дать несколько советов строителям автомобиля. Начали объяснять, что сам по себе каркас обеспечивает только безопасность гонщика. А для того, чтобы клетка из труб еще и эффективно увеличивала жесткость кузова на кручение, каркас надо вваривать в зоны приложения нагрузок от подвески. Но нас не захотели слушать. Обиделись, что ли…
Как ни странно, в пользе хорошо известных в тюнинговом мире дополнительных распорок между «чашками» передних стоек подвески McPherson вазовцы сомневаются:
— Мы провели не одно стендовое испытание таких распорок. Эффекта от них практически никакого…
Но ведь эксперты Авторевю не раз убеждались в том, что управляемость тюнинговых «десяток» после установки передних распорок заметно улучшается! И это — вкупе с результатами измерения жесткости «десяточных» кузовов — уже настораживает. Насколько честно и непредвзято тольяттинцы относятся к измерениям собственных машин? Насколько точны вазовские стенды?
Как уверяют ветераны ОДК, всю методику измерения жесткости кузовов ВАЗ перенял у специалистов фирмы Porsche еще в начале 80-х годов. «Голые» кузова, как правило, лишенные всех навесных деталей — капота, дверей и крышки багажника, — скручивают на специальном стапеле, закрепляя за точки крепления подвесок с помощью специальных переходников. При этом внутрь кладут мешки с балластом, загружая кузов полезной нагрузкой. Если у автомобиля современные вклеенные стекла, то испытания проводят с ними — по словам тольяттинцев, вклейка положительно сказывается на жесткости кузова.
Но чаще всего жесткость оценивают на уже собранном автомобиле. Для этого на ВАЗе используется стенд именитой фирмы Schenck с четырьмя подвижными платформами-весами, которые имитируют ситуацию диагонального вывешивания. Автомобиль загоняют на весы и начинают поднимать левое переднее и правое заднее колеса, подвергая кузов скручивающей нагрузке и измеряя при этом деформацию передка машины. Такие испытания проходят без нагрузки, а все двери, капот и багажник, как правило, открывают — навесные элементы не считаются несущими, и их влияние на жесткость силовой структуры кузова должно быть исключено. Хотя дверь багажника у универсалов и хэтчбеков (особенно трехдверных) в закрытом состоянии заметно увеличивает жесткость кузова. Например, жесткость кузова пятидверного хэтчбека Fiat Brava, по данным измерений вазовцев, с открытыми дверьми составляет 9100 Нм/град., а с закрытыми увеличивается до 10500 Нм/град. У трехдверного хэтчбека Fiat Bravo подобная прибавка уже больше: жесткость с открытыми и закрытыми дверьми — 10
А еще на жесткость кузова заметно влияет и то, как именно установлен силовой агрегат. Поэтому разница в результатах измерений «голого» кузова и автомобиля в сборе бывает выше у автомобилей классической компоновки — у Жигулей и Нив жесткость на кручение повышает балка передней подвески. А вот данные испытаний по обеим методикам для переднеприводных машин с поперечным расположением двигателя и передней подвеской типа McPherson, по опыту вазовцев, примерно одинаковы. Основную прибавку в жесткости на таких машинах дает… спинка заднего сиденья! Например, в «восьмерках» и «девятках» заднее сиденье увеличивает жесткость кузова примерно на 1000 Нм/град. Поэтому ВАЗ рекомендует владельцам этих машин как можно реже ездить со сложенным задним сиденьем — кузов при этом ослаблен и хуже сопротивляется скручивающей нагрузке. И вообще, всем, кто использует хэтчбеки и универсалы для перевозки длинномеров и складывает для этого заднее сиденье, можно посоветовать вести машину поаккуратнее и избегать высоких бордюров и резких
Однако для современных автомобилей это предупреждение становится все менее актуальным. Взгляните на результаты измерений иномарок. У всех машин, разработанных ближе к середине 90-х годов, жесткость выше 10000 Нм/град. Весьма жесткие кузова у малышки Renault Twingo, у седанов Opel Omega и Daewoo Nubira — до 14000 Нм/град. А жесткость кузова гибридомобиля Toyota Prius (ВАЗ закупил эту машину, поскольку сам экспериментирует с гибридными силовыми агрегатами) оказалась на высшем современном уровне — 22700 Нм/град! Любопытно, что наш опыт вождения этой машины подтверждает вазовские измерения — Prius с отменной четкостью слушается руля, что характерно для автомобилей последних поколений с «20-тысячной» жесткостью кузова.
При этом внедорожник Ford Maverick (перелицованный Nissan Terrano II) показал на стенде всего 4400 Нм/град. И это вполне правдоподобный результат для автомобиля с рамной конструкцией кузова.
По словам вазовских кузовщиков, они постоянно изучают данные измерений зарубежных коллег (например, той же фирмы Porsche) и «поверяют» свои результаты. Правда, расхождения встречаются.
— Недавно мы с интересом прочли доклад одной из фирм об опыте увеличения жесткости кузова с помощью склейки кузовных панелей. Закупили этот клей (это специальный компаунд на основе эпоксидной смолы) и использовали его для сборки нескольких кузовов новой Нивы. Но, по данным наших измерений, на жесткость кузова склейка практически не повлияла! Пользу от применения клеев мы видим в другом. Судя по первым испытаниям клееных соединений на вибростендах, усталостная прочность таких кузовов будет на порядок выше.
Интересно, что на Дмитровском полигоне и на ГАЗе пользуются немного иной методикой измерения жесткости кузова на автомобиле в сборе, позаимствованной у фирмы FIAT. Например, дмитровский стенд похож на вазовский Schenck, но для вывешивания автомобиля там поднимают только одно переднее колесо, а не два по диагонали. К тому же автомобиль испытывают не пустым, а загружают балластом до полной массы. Разница вроде невелика, а на результат повлиять может.
Кстати, мы настолько заинтересовались нюансами измерения жесткости кузовов, что задумали провести собственные испытания. Проверим обе методики, изучим мнения инженеров зарубежных фирм. Тогда и узнаем, влияет ли на жесткость кузова перемычка между опорами передних стоек или нет…
Л. ГОЛОВАНОВ
Фото АвтоВАЗа
и из архива
А. Воскресенского
Результаты измерений жесткости кузовов в ОДК АвтоВАЗа
(стенд фирмы Sсhenck, автомобиль в сборе, открыты двери, капот и крышка багажника)
Автомобили ВАЗ
Автомобиль Тип кузова Жесткость,
Нм/град.
ВАЗ-1111Э Ока 3-дверный хэтчбек 7000
ВАЗ-21043 универсал 6300
ВАЗ-2105 седан 7300
ВАЗ-2106 седан 6500
ВАЗ-2107 седан 7200
ВАЗ-21083 3-дверный хэтчбек 8200
ВАЗ-21093 5-дверный хэтчбек 6800
ВАЗ-21099 седан 5500
ВАЗ-2115 седан 5500
ВАЗ-2110 седан 8000
ВАЗ-21102 седан 8400
ВАЗ-2111 универсал 7400
ВАЗ-2112 5-дверный хэтчбек 8100
ВАЗ-21106 седан 12200
ВАЗ-21106* 2-дверный седан 51800
ВАЗ-21108 Премьер** седан 10500
ВАЗ-21109 Консул** лимузин 14300
ВАЗ-21213 Нива 3-дверный хэтчбек 8900
ВАЗ-2131 Нива 5-дверный хэтчбек 7400
ВАЗ-2123 новая Нива 5-дверный хэтчбек 12000
ВАЗ-2120 Надежда 4-дверный минивэн 10000
* Автомобиль заводского гонщика Александра Никоненко, подготовленный для чемпионата России 2000 года по шоссейно-кольцевым гонкам.
** Модификации седана ВАЗ-2110 с удлиненной базой.
Автомобили зарубежного производства
Автомобиль Год
замера Тип
кузова Жесткость,
Нм/град
Daewoo Lanos 1997 3-дверный хэтчбек 10500
Daewoo Nubira 1997 седан 14500
Fiat Tempra 1994 седан 6700
Fiat Brava 1996 5-дверный хэтчбек 9100
Fiat Bravo 1996 3-дверный хэтчбек 10600
Ford Fiesta 1995 3-дверный хэтчбек 6500
Ford Maverick 1995 5-дверный хэтчбек 4400
Nissan Micra 1995 3-дверный хэтчбек 4000
Nissan Sunny 1995 3-дверный хэтчбек 8200
Nissan Prairie 4×4 1995 5-дверный хэтчбек 7500
Opel Corsa 1995 3-дверный хэтчбек 6500
Opel Corsa 1999 3-дверный хэтчбек 8000
Opel Astra 1998 3-дверный хэтчбек 10500
Opel Astra 1998 5-дверный хэтчбек 11700
Opel Astra 1998 седан 11900
Opel Vectra 1999 седан 8800
Opel Omega 1999 седан 13000
Opel Combo 1999 фургон 18500
Renault Twingo 1995 3-дверный хэтчбек 14200
Toyota Starlet 1995 5-дверный хэтчбек 7600
Toyota Corolla 1995 3-дверный хэтчбек 10500
Toyota Prius 2001 седан 22700
Если бы не глобальное оледенение, по Земле до сих пор бы бродили динозавры. А если бы не проигрыш армий Сирии, Египта, Ирака и Иордании в так называемой войне Судного дня с Израилем в октябре 1973 года, то не было бы последующего нефтяного кризиса, то есть топливного бойкота арабскими странами Америки и Европы. И кто знает, как бы пошла тогда эволюция основного кузовного материала — стали?
В плоть до семидесятых годов прошлого века кузова по-прежнему производили преимущественно из дешевой низкоуглеродистой стали с высоким содержанием кремния и кислорода — ее еще называют кипящей. Разве что к пятидесятым годам миллиметровые внешние панели для снижения себестоимости и массы сделали тоньше — толщиной 0,8 мм. А из более качественной спокойной стали, пластичность которой выше благодаря пониженной концентрации кремния и кислорода, штамповали лишь некоторые сложные детали.
Но тут грянула война Судного дня, а за ней — и нефтяной кризис. Очереди на заправках, снижение популярности исконно американских больших, тяжелых и мощных машин. В 1978 году в США ввели средние корпоративные нормы по расходу топлива, известные как CAFE (Corporate Average Fuel Economy). А еще как раз в те времена в Америке всерьез озаботились пассивной безопасностью. И автопроизводители оказались в тисках. С одной стороны, машины должны были стать безопаснее, но с другой — экономичнее. Может, вообще отказаться от стали?
Прогресс металлургии, конечно, не стоял на месте. Сталелитейные компании в те времена уже выпускали автомобильный прокат повышенного качества IF (Interstitial Free, без фаз внедрения) с очень низким содержанием углерода (около 0,002%) и азота и с микролегированием титаном и ниобием. Но в 1975 году, согласно данным аналитического агентства Ducker, на сталь повышенной прочности, в том числе на IF, в конструкции кузова в среднем приходилось менее 5%.
В конце 70-х к интенсивным разработкам в области несущих алюминиевых кузовов приступили Porsche и Audi, а в 1984 году Pontiac Fiero и Renault Espace обзавелись пластиковыми наружными панелями. И вот тут крупнейшие поставщики стального проката задумались. Ведь переход автоконцернов на альтернативные материалы грозил потерей многомиллиардных прибылей!
В начале 1990-х свыше тридцати крупнейших производителей стали и металлопроката, в том числе Nippon, Posco, Tata, Krupp и U.S. Steel, объединились в консорциум под названием ULSAB (Ultralight Steel Auto Body) для разработки облегченного стального кузова. Проект, к которому привлекли компанию Porsche Engineering, стартовал в 1994 году. В качестве точки отсчета инженеры усреднили характеристики нескольких серийных автомобилей того времени, включая BMW пятой серии, Mercedes Е-класса, Хонду Accord и Lexus LS. В итоге масса референсного кузова оказалась 271 кг, а жесткость на кручение — 11500 Нм/градус. Спустя четыре года был сделан опытный образец кузова, в котором суммарная доля высокопрочных (предел текучести 210—550 МПа) и сверхвысокопрочных сталей (свыше 550 МПа) составила 90% при толщине деталей от 0,65 до 2 мм. Массу удалось снизить на 70 кг, а жесткость на кручение выросла в два раза!
А экономический расчет специалистов Porsche Engineering показал, что всего через два года массового выпуска себестоимость таких кузовов будет не выше, чем у тогдашних серийных.
Как мы знаем, это не помешало расширять применение алюминия таким компаниям, как Audi, Jaguar, BMW или Mercedes-Benz. Но самым востребованным кузовным материалом до сих пор остается сталь: консорциум ULSAB собирался не зря.
Впрочем, концерн BMW и без того постоянно увеличивал долю высокопрочных сталей. Если в 1981 году в кузове пятой серии поколения E28 было всего четыре процента «высокопрочки», то через семь лет в Е34 — двенадцать, а в E39, дебютировавшей в 1995-м, — уже сорок.
Жесткость кузова на кручение — величина, характеризующая прочность кузова автомобиля, его долговечность и пассивную безопасность. Также от жесткости кузова в немалой степени зависит и управляемость автомобилей, поэтому суперкары, имеющие в своей основе углепластиковый монокок или алюминиевую каркасно-панельную конструкцию, обладают наибольшими цифрами этой величины. Минимальной жесткостью кузова на кручение, значения которой представлены в таблице ниже, обладают кабриолеты или рамные (не путать с пространственными рамами у спортивных автомобилей) внедорожники и пикапы. Жесткость кузова измеряется в Нм/град, реже — в Кгм/рад.