Чтобы понять, что такое шасси современного автомобиля и как оно видоизменилось со времени производства первых машин, нужно сначала разобраться с конструкцией самого транспортного средства, в которой этот ходовой элемент играет важную роль. Кроме него имеются еще две базовые части любой машины: двигатель и кузов.
Само шасси является сложной системой, в которой собраны вместе узлы ходовой части транспортного средства, система управления движением и трансмиссии. Оно отвечает за его ходовые характеристики транспортного средства, обеспечивая восприятие и последующую передачу сил, действующих на автомобиль во время его движения.
Конструктивные особенности
У первых автомобилей шасси было выполнено в виде рамы из двух продольно расположенных балок, соединённых идущими крест-накрест поперечинами, на которые устанавливались колеса. Это была рамная конструкция, на которой располагались места для:
- двигателя;
- трансмиссии;
- кузова.
Кузовная часть обычно имела большие размеры и выполняла дополнительную функцию для размещения водительских и пассажирских мест и защиты их от осадков и ветра во время поездки. Сегодня такую конструкцию имеют стандарты для шасси магистральных грузовиков. Сегодня на легковых авто, в том числе и на внедорожниках, шасси имеют иной тип схемы. От рамы отказались в 1920 годах после создания машин с кузовной частью несущего типа. К 1950 годах полностью была разработана общая концепция такой конструкции для легковых и грузовых авто различных классов и автобусов:
- для среднего и малого классов малолитражек в виде несущей кузовной конструкции;
- для высшего класса и машин высокой проходимости в виде несущей рамы или полунесущего кузова с элементами рамы;
- для грузовиков использовалась старая рамная конструкция;
- на автобусах применялся полунесущий или несущий кузов, а рама использовалась в моделях с шасси от грузовых машин.
Комплектующие
Для нашего транспорта понадобится приличное количество деталей. Полный список вы можете найти ниже.
- Драйвер мотора L298N
- Sharp GP2Y0A21YK0F Аналоговый датчик расстояния 10-80 см
- Ультразвуковой датчик — HC-SR04 (универсальный)
- Датчик TCRT5000 (цифровой выход)
- Мотор DAGU DC 1:48 (вы можете использовать 2 или 4 мотора)
- Arduino UNO
- Сенсорный экран V5
- Робот RoboRover M1
Вам не нужно покупать перечисленные выше аппаратные компоненты, если вы будете использовать шасси RoboRover M1. Это шасси имеет все необходимые компоненты:
- 2 инфракрасных датчика расстояния Sharp A21,
- 3 линейных датчика TCRT5000,
- 1 ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04.
А драйвером двигателя является L298N с 4 двигателями (2 двигателя с каждой стороны, соединенные параллельно). Робот поворачивается как танк, меняя скорость вращения правого и левого колес.
И, конечно, из программного обеспечения нам нужна Arduino IDE для работы с нашим кодом.
Элементы конструкции
Современное автомобильное шасси имеет прочные и долговечные элементы и системы, которые располагаются между кузовной конструкцией, двигателем и дорожным полотном. Именно эти детали и узлы шасси обеспечивают движение транспортного средства, возможность управлять им и отвечают за комфорт пассажиров во время поездки. Современная конструкция шасси включает в себя такие важные детали, обеспечивающие нижеперечисленные возможности:
- колёса с шинами;
- трансмиссию;
- подвеску;
- рулевое управление и тормозную систему.
Несущим элементом в грузовиках выступает рама, выполняющая функции остова такого транспортного средства.
Функциональность
Шасси в легковых моделях сегодня решает три основные задачи:
- создание тяговой силы;
- плавность хода;
- управление движением машины.
Использующееся для тракторов и спецтехники самоходное шасси до сих пор выполняет функции несущей конструкции, на которой, как и прежде, устанавливаются все важные элементы такого транспортного средства.
В современных легковых авто мотор и иные важные элементы вместе с водителем и пассажирами располагаются внутри кузовной конструкции. При этом во время движения машины находящиеся внутри такой коробки люди не испытывают никакого дискомфорта. Колесная база в такой конструкции может осуществлять движение по дорожному покрытию любого качества.
Это интересно: Электродомкрат автомобильный: описание, особенности и 3 преимущества
В современном автомобиле систему из узлов и механизмов, обеспечивающих комфортное движение АТС по поверхности любого типа называют ходовой частью машины, состоящей из:
- опорных устройств транспортного средства – колёс;
- подвески, создающей упругую связь между колёсами и несущей конструкцией автомобиля.
Эти элементы обеспечивают плавность движения автомобиля по дороге любого типа. На подрамник шасси устанавливается кузов, мотор и другие важные узлы современного автомобиля. С переднего и заднего моста вращательное движение передаётся на колёса, обеспечивая таким образом движение машины.
При создании современных автомобильных шасси инженеры обращают внимание на эргономичность такой конструкции и структурную эффективность. Шасси со всеми своими узлами должно оптимально вписываться в конструкцию кузовной части, в котором располагается салон , багажник и основные узлы автомобиля. Подвеска не должна занимать много места внутри кузовной конструкции, исключение делается только для спортивных моделей, развивающих высокие скорости. У них подвеска занимает большую часть внутреннего пространства кузова.
При оптимальном расчёте структурной эффективности удаётся передавать нагрузки с подвески на кузовную часть в специальных точках крепления, что позволяет существенно уменьшить вес кузова машины. При распределении нагрузок в стороне от таких точек крепления приводит к увеличению веса кузовной части легкового автомобиля.
Подвеска
К основному узлу ходовой части автомобиля любой модели относится и подвеска, от которой зависят устойчивость машины на дороге во время движения, безопасность и комфорт процесса вождения. С момента появления первого в мире авто инженерами было придумано большое количество видов подвесок, но наибольшее распространение получили конструкции зависимого и независимого типа. Они отличаются способом соединения колёс, расположенных на одной оси.
Зависимая подвеска
В этой конструкции колёса жёстко связаны осью между собой. У неё есть свои преимущества и недостатки. Достоинством её является создание максимального сцепления поверхности колеса с дорожным полотном, когда машина совершает поворот по гладкой дороге. В этот момент оба колеса не меняют своего положения на вертикальной оси за счет создания жёсткой фиксации.
Недостатки проявляются при поездке по неровной поверхности дороги, когда при наезде одного колеса на препятствие происходит наклон оси и на другом. В результате снижается комфортность передвижения и уменьшается равномерное сцепление поверхности колёс с дорожным покрытием. Сегодня зависимую конструкцию не устанавливают на передней оси легковых авто, его заменили на МакФерсон.
Устанавливают зависимую схему только на заднюю колёсную ось в виде конструкций для ведущей и ведомой задней оси. В первом случае ставят мост, подвешенный на продольных рессорах или продольных направляющих рычагов на некоторых внедорожниках и пикапах.
Для ведомой задней оси применяется задняя балка или торсионы, работающие на скручивание. Этот тип применяется обычно на бюджетных моделях с передним приводом.
Независимая подвеска
В этой схеме колеса одной оси не связываются жёстко друг с другом, поэтому изменения положения одного колеса не влияет на другое. При независимости работы на разных концах оси обеспечивается равномерное сцепление поверхности колёс с дорожным полотном при прохождении неровностей на дороге и более комфортный режим езды для водителя и пассажиров. В такой схеме неподрессорные массы имеют меньший объем, и у разработчиков новых конструкций автомобильных шасси есть возможность за счёт замены конфигурации и материалов и дальше уменьшать их объём и вес, делая автомобиль более скоростным и комфортным. Недостатком является изменение параметров положения развала-схождения и ширины колеи во время работы.
Это интересно: Основные правила и стоимость растаможки авто в России в 2020 году
Выпуск и уборка шасси самолета
Большинство современных самолетов оборудованы гидроприводами для уборки и выпуска шасси. До этого использовались пневматические и электрические системы. Основной деталью системы выступают гидроцилиндры, которые крепятся к стойке и корпусу самолета. Для фиксации положения используются специальные замки и распоры.
Конструкторы самолетов стараются создавать максимально простые системы шасси, что позволяет снизить степень поломок. Все же существуют модели со сложными системами, ярким примером могут послужить самолеты ОКБ Туполева. При уборке шасси в машинах Туполева оно поворачивается на 90 градусов, это делается для лучшей укладки в ниши гондол.
Для фиксации стойки в убранном положении используют замок крюкового типа, который защелкивает серьгу, размещенную на стойке самолета. Каждый самолет имеет систему сигнализации положения шасси, при выпущенном положении горит лампа зеленого цвета. Нужно отметить, что лампы имеются для каждой из опор. При уборке стоек загорается красная лампа или просто гаснет зеленая.
Процесс выпуска является одним из главных, поэтому самолеты оснащаются дополнительными и аварийными системами выпуска. В случае отказа выпуска стоек основной системы используют аварийные, которые заполняют гидроцилиндры азотом под высоким давлением, что обеспечивает выпуск. На крайний случай некоторые летательные аппараты имеют механическую систему открытия. Выпуск стойки поперек потока воздуха позволяет им открываться за счет собственного веса.
Классификация шасси
На современных транспортных средства используются два типа шасси:
- рамное в виде несущих балок, на которых устанавливаются все элементы автомобиля. Такая прочная конструкция обеспечивает большую грузоподъёмность и устойчивость к динамическим нагрузкам;
- в виде несущего кузова, выполняющего все функции рамы. За счёт этого удалось снизить вес автомобиля, повысить его комфортабельность и скоростные характеристики в ущерб грузоподъёмности.
Современные авто оборудуют ходовыми конструкциями различного типа:
- лонжеронными;
- хребтовыми;
- периферийными;
- вильчато-хребтовыми;
- решётчатыми.
От конструкционных особенностей схемы зависят ходовые и эксплуатационные характеристики той или иной модели авто.
Шасси грузовых автомобилей
Грузовики обычно оборудуют лонжеронными рамами, соединёнными друг с другом балками трубчатой, Х- или К-образной формы. В месте, на которое оказывается повышенная нагрузка, используется швеллер с большим диаметром, что позволяет добиваться нужной грузоподъёмности.
Чаще всего грузовые машины имеют параллельную рамную конструкцию, в которой на всём её протяжении балки находятся на одном и том же расстоянии друг от друга. На внедорожниках лонжероны могут иметь расхождение осей по вертикали и горизонтали.
На конструкции хребтового типа имеется только одна балка, установленная продольно и скреплённая поперечинами. За счёт наличия в ней полости большого диаметра можно разместить в ней детали трансмиссии. В отличие от лонжеронов она обладает повышенной устойчивостью к кручению и позволяет использовать независимую подвеску для переднего и заднего привода.
Рама вильчато-хребтового типа отличается характерными разветвлениями в виде вилки на обоих её концах. Она позволила совместить характеристики балки хребтового типа и обычной рамной конструкции.
Кроме вышеперечисленных схем, используемых обычно на грузовом автотранспорте и машинах с повышенной проходимостью, имеется так называемое самоходное шасси, которое ставят на трактора, спецтехнику различного типа.
Кроме этого имеются ещё авиационные типы конструкций, позволяющие небольшим самолётам плавно перемещаться по поверхности во время взлёта и посадки. В отличие от автомобильных аналогов они могут иметь не только колёса, но также поплавки или и лыжи, в зависимости от условий использования самолётной техники.
Часто неопытные владельцы машин путают шасси с автомобильным приводом, забывая о том, что последний вместе с колёсами является составным элементом системы, передающей усилие мотора на движитель и колёсную базу.
Робота
Шасси
Очень простой проект, который демонстрирует основы сборки машинки/автомобиля Arduino. По этой причине мы используем шасси RoboRoverM1, но вы можете создать свой собственный автомобиль Arduino, используя свои комплектующие, так как важна идея. Для урока мы будем использовать свое собственное роботизированное шасси RoboRover M1, полноприводное шасси из пластика 4 мм.
Робот RoboRover M1 со всей установленной электроникой ниже. Также был сделан большой зеленый корпус для робота, чтобы защитить всю электронику внутри.
Купить на gearbest.com Arduino Uno | Arduino Nano | Макетная плата | Перемычки Найти Ардуино | Перейти в магазин →
В собранном виде это выглядит таким образом.
Электроника
На фото ниже вы можете увидеть все датчики этого роботизированного автомобиля. Думаю, достаточно изучить основы роботизированного автомобильного движения:
- 3 линейных датчика, чтобы следовать за линией и изучить, как следовать за линией. Модель TCRT5000.
- 2 инфракрасных датчика расстояния, чтобы изучить, как измерить расстояние и написать алгоритмы обхода препятствий. Модель GP2Y0A21YK0F.
- 1 ультразвуковой датчик, который установлен на сервоприводе. Серво может вращаться, и вы можете сделать простую карту расстояний впереди робота. Модель ультразвукового датчика — HC-SR04, а модель сервопривода — MG995R.
Моторы
Чтобы заставить робота двигаться, нам нужны моторы, поэтому мы используем 4 желтых мотора DAGU 1:48 (передаточное число) 5V. Если вы делаете свою собственную машинку, вы можете использовать 2 мотора.
Для управления моторами мы используем моторный привод L298N, не самый лучший, потому что он использует много пинов ввода/вывода автомобиля Arduino, но это руководство для начинающих. Позже вы сможете обновить автомобиль с помощью I2C привода.
Питание машинки-робота
Чтобы позволить роботу двигаться, нам нужно использовать батарею. Рекомендуем использовать 7,4 В Li-Po 2S батарею, думаем, что это лучшее решение для такого типа робота. Не используйте батарейки типа АА или ААА, это плохой выбор.
Купить на gearbest.com Arduino Uno | Arduino Nano | Макетная плата | Перемычки Найти Ардуино | Перейти в магазин →
Для Li-Po аккумулятора необходимо использовать специальное зарядное устройство и контроллер напряжения, но это того стоит.
Это зарядная станция, но вы можете найти разные модели. Самым дешевым является USB-зарядное устройство, но оно очень медленное.
Используйте небольшой тестер напряжения во время работы робота. Он покажет вам время, когда нужно начать заряжать аккумулятор. Эта мелочь поможет вам не разряжать батарею, потому что, если батарея Li-Po чрезмерно разряжена, она перестает правильно функционировать.
