ТРЕХКОЛЕСНЫЙ АВТОМОБИЛЬ

Полезная модель относится к транспортным средствам, в частности, к легковым трехколесным автомобилям. Наиболее распространенное применение она может иметь как индивидуальное транспортное средство, рассчитанное на одного водителя и двух пассажиров, или на одного водителя и груз.
В условиях перегруженных улиц современных мегаполисов безопасность транспортных средств приобрела особенно важное значение не только для водителя и пассажиров, а и для пешеходов. Частые ДТП, наезды на пешеходов и многочисленные трагедии побуждают разработчиков к созданию надежного, удобного, безопасного и в тот же время недорогого типа автомобилей, которые отвечают возможностям и нуждам максимально широких слоев населения - так называемых "народных" автомобилей, пригодных для активной ежедневной эксплуатации.
На сегодняшний день ведущие автомобилестроительные фирмы мира предлагают широкий арсенал компактных автомобилей, среди которых немало трехколесных. Эти автомобили, как правило, вмещают от одного до двух человек. Для усиления безопасности практически все типы подобных автомобилей оснащиваются разнообразными видами "пассивной" защиты - бамперами, дугами, подушками безопасности и т.п., в то время как при разработке формы кузова в первую очередь ориентируются на соблюдение условия обеспечения дизайна, скоростных и аэродинамических характеристик. Иначе говоря, при выборе формы кузова первоочередным всегда было решение вопроса устойчивости автомобиля к переворачиванию при прохождении поворотов на большой скорости и привлекательности его дизайна, а обеспечению минимальной уязвимости автомобиля относительно действия на него динамических сил, которые появляются при ДТП в момент столкновения с препятствиями и наездах на
пешеходов, внимание отводилось в последнюю очередь, или же вообще не отводилась.
Фирмой BMW создан трехколесный автомобиль, который имеет одно переднее и два задних колеса и расположенный в задней части двигатель (сайт Интернет www.news.vdvs.ru/cgi-bin/index.pl). Этот автомобиль, который получил название "городского концепткара", отличается своей супер-компактностью - его ширина на 50 см меньше, чем ширина любого субкомпактного автомобиля, двери поднимаются вверх, за счет чего он занимает минимум места при парковке, мощность составляет близко 17 лошадиных сил и скорость до 100 км/ч. Мобильность этого автомобиля крайне высока, но форма кузова и расположение силового агрегата не направлены на создание безопасной защиты при столкновениях с другими транспортными средствами или какими-то препятствиями. Кроме того, он неустойчив при резком маневре и заносах на скользкой дороге. Также определенным недостатком этого авто есть его низкая практичность - он рассчитан лишь на одного пассажира и не имеет места для перевозки хотя бы минимального багажа.
Подобная модель трехколесного авто представлена фирмой PEUGEOT на сайте Интернет www.grant.ru/Cars/p. У этого автомобиля два колеса расположены сзади, а одно впереди. В сравнении с предыдущим он имеет намного большую скорость и мощность (до 170 лошадиных сил). Форма его кузова, который представляет собой карбоновый монокок с двумя соседними выемками для водителя и пассажира, выбрана для обеспечения высоких аэродинамических характеристик, а для безопасности автомобиль оснащен двумя мощными дугами, размещенными позади сидений. Таким образом, форма кузова автомобиля практически не принимает участия в обеспечении надежности защиты водителя и пассажира, а также безопасности пешеходов, а лишь влияет на его скоростные характеристики и обтекаемость.
7
7
В патенте США №5343974 (МПК: В62D 61/06, опубл. в Бюл. №5, 1988 г.) описано транспортное средство, содержащее раму, на которой смонтированы три колеса, два из которых - задние, а одно - переднее. Переднее колесо размещено перед сидением водителя. Похожая конструкция автомобиля представлена в патенте США №4690235, (МПК: В62D 61/08, опубл. в Бюл. №11, 1995 г.).
Недостатком обоих транспортных средств, как и всех описанных выше, является то, что форма кузова не рассчитана на обеспечение надежной защиты
при столкновениях. Кроме того, их устойчивость к переворачиванию также невысока. Широкого практического применения такие автомобили не имеют.
8
В качестве прототипа полезной модели принят трехколесный автомобиль, имеющий обтекаемый кузов с носовой и задней частями, одно переднее колесо, размещенное в носовой части перед сидением водителя и силовой агрегат (А.с. №1221017, MПK: B62D 61/08, опубл. в Бюл. №12, 1986 г.).
Корпус этого транспортного средства в горизонтальном срезе имеет обтекаемую эллипсоподобную форму. При решении проблемы устойчивости от переворачивания в этом автомобиле была применена известная теория преимущества стойкости положения объемной треугольной фигуры перед четырехугольной. Из этих соображений третье заднее колесо размещено на специальном пилоне, шарнирно соединенном с корпусом и выступает за его границы. Взаимное расположение силовых узлов и пассажиров подобрано таким образом, что центр массы транспортного средства находится в широкой части треугольника, образованного пересечением линий, которые проходят через точки соприкосновения колес с дорогой, близко к медиане этого треугольника, проведенной из точки соприкосновения переднего колеса с дорогой к противоположной стороне.
Но этот условный треугольник, хотя и обеспечивает устойчивость автомобиля к переворачиванию, никак не влияет на его безопасность, а, скорее, является одним из факторов, который может стать причиной разрушения автомобиля при столкновении с препятствием и причиной снижения его аэродинамических характеристик из-за наличия выступающего пилона.
В основу полезной модели поставлена задача повышения безопасности, надежности и экономичности использования трехколесного автомобиля путем усовершенствования формы его кузова и оптимизации схемы компоновки основных функциональных узлов, в частности, придачи нижней части кузова клинообразного профиля с оптимальным для данного вида автомобиля размерным соотношением основы клина к его длине, оснащения автомобиля двумя силовыми агрегатами и установления боковых зеркал на пружинах, в результате чего при столкновении автомобиля с препятствием сила удара направляется по касательной к корпусу, условно проведенной из места точки удара, и действует на разворот задней части автомобиля в сторону, противоположную направлению приложнения силы удара, не принося ему существенных повреждений, создается возможность увеличения общего
моторесурса автомобиля и возможность поочередной эксплуатации силовых агрегатов, а также амортизируется удар в случае столкновения с пешеходом, если он приходится на зону расположения зеркал.
Поставленная задача достигается посредством того, что в трехколесном автомобиле, имеющем обтекаемый кузов с носовой и задней частями, одно переднее колесо, размещено в носовой части перед сидением водителя, силовой агрегат, в соответствии с предложенной полезной моделью, кузов автомобиля при созерцании сверху имеет клинообразный профиль, закругленный конец которого образовывает носовую часть кузова, а основа - заднюю часть кузова, при этом соотношение основы клина к его длине составляет 1:(1,12-2,2), в носовой части автомобиля размещенные два силовых агрегата, а с обеих сторон кузова установлены подпружиненные боковые зеркала. При этом в задней части могут быть размещены два сидения для пассажиров или отсек для багажа.
Указанный выше технический результат, достигаемый в процессе эксплуатации предложенного автомобиля, обусловлен признаками, отличающими его от признаков подобных трехколесных транспортных средств, описанных в известном уровне техники, в частности, в изобретении, принятом в качестве прототипа.
Горизонтальная проекция кузова предложенной модели автомобиля является отображением обводной линии нижней части корпуса. Она максимально приближена к форме клина. Контур клина практически повторяет форму равнобедренного треугольника, который, как было указано выше, является жесткой геометрической фигурой, обеспечивающей высокие показатели прочности кузова и большую динамическую стойкость, чем четырехугольник (четырехугольник является горизонтальной проекцией большинства четырехколесных автомобилей), и именно за счет такой клинообразной формы автомобиль имеет высокую динамическую стойкость. Точки опоры этого условного равнобедренного треугольника, которыми являются колеса, расположены на его вершинах, а боковые стороны имеют незначительную выпуклость. При этом соотношение основы клина к его длине выбрано таким образом, чтобы эргономичные показатели кузова сочетались с высокой устойчивостью к переворачиваниям. Этому условию отвечает установленное соотношение 1:(1,12-2,2).
Конечно, наиболее стойким был бы равносторонний, а не равнобедренный треугольник, но относительно автомобилестроения, модель, приближенная к
равностороннему треугольнику, имела бы низкие аэродинамические характеристики. Вышеуказанное размерное соотношение является наиболее оптимальным для предложенного типа транспортных средств. Несоблюдение этого соотношения приводит к значительному снижению безопасности автомобиля и нарушению условий соответствия эргономичных характеристик автомобиля и его стойкости. Так, в случае, когда длина клина будет меньше, чем 1,12 величины его основы, форма клина станет подобна форме равностороннего треугольника, что существенно снизит стойкость автомобиля к заносу.
Если же длина клина будет превышать величину основы более, чем в 2,2 раза, клин (а, значит, кузов автомобиля) станет весьма вытянутым, что не позволит реализовать требования динамической стойкости транспортного средства.
Существующие ныне модификации трехколесных легковых автомобилей имеют разнообразные формы нижней части кузова (в основном эллипсоподобные), и габариты, которые не всегда сбалансированы между собой настолько, чтобы предоставить автомобилю высокую степень безопасности при столкновении с препятствиями. В предложенной модели автомобиля благодаря соединению клинообразной формы кузова и смещению центра тяжести в его носовую (переднюю) часть в случае столкновения сила удара будет распространяться в направлении касательной к корпусу, условно проведенной из места точки удара, и задняя часть автомобиля будет разворачиваться в сторону, противоположную направлению приложения удара. Это происходит за счет того, что носовая часть автомобиля более нагружена, чем задняя, и центр массы автомобиля находится в его носовой части (там размещенные силовые агрегаты, водитель). При столкновении противодействие силе удара той части автомобиля, которая будет иметь большую массу, будет большей, чем той, масса которой меньшая. Это обуславливает разворачивание автомобиля по касательной в направлении, противоположному приложению силы удара. Фактически препятствие или боковой удар обуславливает скорее скользящее, а не ударное действие на кузов, которое, в худшем случае, способно "закрутить" автомобиль, а в большинстве случаев приведет лишь к заносу задней части автомобиля. И вдобавок центр вращения автомобиля будет располагаться как можно ближе к центру сидения водителя, что, соответственно, сводит нагрузку на последнего к минимуму в случае столкновения. Конечно, как и при любой аварии, автомобиль
испытает повреждения, но в этом случае они будут намного меньшими, чем это могло бы быть при эллипсоподобной или другой форме нижней части кузова.
Оснащение автомобиля двумя силовыми агрегатами не только увеличивает его надежность и экономит топливо, но и разрешает повысить общий моторесурс. В зависимости от требований к транспортному средству возможно устанавливать или два равносильные силовые агрегата, или два различных по мощности. Преимуществом данного технического решения является возможность поочередной эксплуатации силовых агрегатов, один из которых - основной, а второй - вспомогательный. В режиме нагрузки могут работать два силовых агрегата, а для поддержки энергии наката целесообразно использовать один. И, вдобавок, единая система охлаждения постоянно поддерживает рабочий температурный режим обоих силовых агрегатов, что крайне важно для обеспечения нормальной работы двигателей внутреннего сгорания при низких температурах. В случае же непредвиденного выхода из строя одного из силовых агрегатов, автомобиль сохраняет свою функциональность за счет второго агрегата.
Установление боковых зеркал на пружинах является дополнительным средством защиты пешеходов в случае столкновения. Даже в случае наезда на пешехода на значительной скорости столкновение по касательной с автомобилем будет дополнительно амортизироваться боковыми зеркалами, что минимизирует последствия ДТП и спасет жизнь пешеходу.
Предложенную модель трехколесного автомобиля поясняют чертежи, на которых изображено следующее:
- на фиг.1 - кузов автомобиля (вид сверху, горизонтальная проекция);
- на фиг.2 - схема параллельного установления силовых агрегатов;
- на фиг.3 - схематическое изображение траектории движения трехколесного автомобиля с клинообразным кузовом;
- на фиг.4 - схематическое изображение траектории движения классического четырехколесного автомобиля при избежании лобового столкновенья с препятствием:
- на фиг.5 - схематическое изображение направления действия сил при столкновении автомобиля с препятствием;
- на фиг.6 - схематическое изображение положения автомобиля и пешехода в случае, когда столкновенье приходится на зону размещения боковых зеркал.
Нижняя часть кузова автомобиля (его горизонтальная проекция), показанная на фиг.1, имеет форму клина. Носовая часть 1 кузова образована закругленным концом клина, а задняя часть 2 - основой клина. Автомобиль имеет одно переднее колесо 3 и два задних колеса 4. Переднее колесо 3 расположено в носовой части 1 между двумя силовыми агрегатами 5. Силовые агрегаты могут быть установлены друг за другом, или же параллельно (как показано на фиг.2). На одной оси с передним колесом 3 установлено сидение водителя 6, в задней части размещены два сидения для пассажиров 7. Вместо сидений 7 может быть грузовой отсек. С левой и правой стороны кузова автомобиля установлены подпружиненные боковые зеркала 8.
Преимущества предложенной конструкции автомобиля демонстрирует схема, приведенная на фиг.3. Так, в экстремальной ситуации, когда единственно правильным решением во избежание лобового столкновенья с препятствием является правый поворот (т.е., в идеальном случае автомобиль должен обойти препятствие - ее крайнюю точку D), автомобиль должен двигаться по траектории, обозначенной стрелкой С. При этом траектория его начального движения отклонится в горизонтальном направлении на величину n. В тот же время в такой же ситуации у любого другого автомобиля (четырехколесного или трехколесного с формой кузова, отличной от клиновидной), это отклонение будет представлять вдвое большую величину - 2n. В случае если обойти препятствие полностью не удается и столкновение все-таки неизбежно, в большинстве случаев оно припадет на зону точки D, в которой сила "скользящего" удара защитит автомобиль от существенных повреждений. И, вдобавок, изменение траектории движения автомобиля с клинообразным кузовом будет более плавным.
Автомобиль в действии демонстрируют приведенные на фиг.5 и 6 схемы. Изменение положения автомобиля в динамике при столкновении его с препятствием (фиг.5) показано пунктирной линией. Как было сказано выше, благодаря сочетанию клинообразной формы кузова и смещения центра тяжести в его носовую часть, сила удара распространяется в направлении касательной к корпусу, и автомобиль по отношению к препятствию разворачивается в сторону, противоположную направлению приложения удара - на угол , β (т.е. он будет занимать положение, обозначенные позициями 9, 10). В такой ситуации благодаря тому, что центр тяжести и центр вращения автомобиля размещаются в одной точке, в большинстве случаев имеет место занос задней части автомобиля и его минимальное повреждение.
На фиг.6 изображено положение автомобиля и пешехода в случае, если столкновенье приходится на зону размещения боковых зеркал. Пунктирной линией показано положение автомобиля и пешехода после "срабатывания" подпружиненного зеркала. Столкновение с пешеходом, как и с любым другим препятствием, будет осуществляться по касательной, что само по себе обуславливает вышеуказанные преимущества с точки зрения безопасности. Кроме того, это столкновение дополнительно амортизируется отталкивающим усилием подпружиненных зеркал - в момент столкновения упругие элементы 11, на которые установлены зеркала, под действием массы пешехода пригибаются в сторону корпуса кузова, амортизируя столкновение, и действуя в направлении его отталкивания.
Предложенная модель автомобиля является одной из наиболее безопасных при столкновении с препятствиями или другими автомобилями, а в ситуации наезда на пешехода - чуть ли не самой безопасной. Клинообразный кузов обуславливает высокие показатели прочности без необходимости применения элементов жесткости, которыми оснащено большинство автомобилей, и которые, в определенной мере, является недостатком с точки зрения безопасности. Благодаря установлению двух силовых агрегатов автомобиль является очень надежным и экономным в отношении расхода горючего к общему весу перевезенного груза и километража. За счет предложенной компоновки и расположения центра тяжести в горизонтальной плоскости автомобиль имеет высокую устойчивость к заносам при резком торможении, сохраняет управляемость на скользком покрытии. Его легко парковать, он маневрен, практичен и недорог в обслуживании и ремонте.