Варианты реализации переднего привода на мотоцикле

Введение

Сфера модернизации характеристик транспортных средств включает в себя огромное множество решений, направлений и т.д. За историю модернизации транспортных средств было применено множество технических решений, как в индустрии автомобилестроения, так и в мотоциклетном производстве, причём последнее часто заимствует из первого технические решения. Обычно они сводятся к трём пунктам:

• уменьшение давления колёс на единицу площади,
• увеличение дорожного просвета,
• улучшение сцепления ведущих колёс с дорогой.

Самым действенным техническим решением из всех зарекомендовала себя передача крутящего момента на все колёса транспортного средства, всеми известный «полный привод». Полный привод позволяет использовать сцепление всех колёс с дорогой для преодоления труднопроходимых участков и геометрических препятствий (в том числе кочек, камней, куда колёса могут упираться при движении).

Проблема распространённости

Мототехника известна как раздел мобильной и быстрой техники, но менее проходимой по сравнению с автомобилями. При всём разнообразии и преемственности технических решений от автомобилестроения, полноприводные мотоциклы встречается крайне редко. А между тем, в сфере экстремальных развлечений, туризма, спорта подобные экземпляры могли бы быть очень востребованы. В этой статье рассмотрены и классифицированы его известные технические способы реализации различными производителями, проанализированы их плюсы и минусы, а также возможности доработки уже существующих транспортных средств.

Три основных направления реализации привода

На основе обзора существующих полноприводных мотоциклов было выявлено три способа реализации привода на переднее колесо: гидравлический привод, привод от теплового двигателя и электропривод. Каждый их них имеет свои преимущества, недостатки и сферу применения. Ниже рассмотрены данные системы привода.

Привод от теплового двигателя

Передача крутящего момента происходит от основного двигателя внутреннего сгорания мотоцикла: момент передаётся через жёсткие соединения, например, карданы, полуоси, угловые передачи, цепи, валы и т.д.

Сложность установки механического привода на мотоцикл обуславливается тем, что для его размещения недостаточно места, а многие элементы, к которым можно присоединить узлы, являются подвижными. Например, вилка при поворотах наклоняется в стороны отдельно от рамы, а стакан пера ходит отдельно от вилки. Из-за этого приходится устанавливать множество подвижных узлов, которые не только усложняют конструкцию, но и имеют меньший запас прочности.

Данный вариант полезен при больших нагрузках на оба колеса, небольших скоростях. Он привносит значительные изменения в конструкцию, поведение мотоцикла и его управляемость, зато передаёт полную тягу, поэтому его рекомендуется применять на специализированной внедорожной технике, предназначенной для вязких поверхностей с большим сопротивлением движению.

Преимущества: передача всего крутящего момента двигателя внутреннего сгорания на всём диапазоне скоростей, синхронизированный отзыв на газ обоих ведущих колёс, прочность, надёжность

Недостатки: большой добавочный вес, громоздкость, сложность установки/переоборудования, габариты, сложность реализации, изнашиваемость гибких узлов

Сфера применения: транспортные средства повышенной проходимости, туризм.

Примеры: серийные мотоциклы Rokon, Project DTA немецкого инженера Гидо Коха, компактные механизмы Christini [4, c. 9], концепты компании Suzuki: XF5 и XF425 Ugly Duck.

Привод от электродвигателя

Источником крутящего момента является компактный электромотор, никаких передач от ДВС применять не нужно. Величина крутящего момента на переднем колесе уже будет обусловлена характеристиками электромотора.

В настоящее время особенно перспективными считают гибриды, где режимы работы электромотора и ДВС зависят друг от друга, производится их синхронизация, повышается КПД и другие характеристики системы в целом. Например, избыточная энергия, выработанная генератором от вращения вала ДВС расходуется на запуск электромотора, который в свою очередь облегчает ДВС работу, обеспечивает меньший расход топлива и большую производительность, или наоборот: торможение электродвигателем в режиме генератора обеспечивает подзарядку аккумулятора.

Работа несогласованного электропривода не зависит от работы ДВС, работой такого электропривода управляет непосредственно водитель. Наиболее наглядный пример: лебёдка внедорожника. Характеристики системы в целом остаются без изменений, но устройство пригождается в определённых ситуациях.

Преимущества: небольшие габариты, небольшой вес, не отнимает мощности ДВС, может работать как согласованно, так и самостоятельно, больше возможностей размещения, повышение КПД в целом.

Недостатки: передаваемый крутящий момент зависит от мощности электромотора, продолжительность работы и мощность зависят от аккумулятора.

Сфера применения: дорожные мотоциклы-гибриды, мотоциклы двойного назначения для путешествий. В данных примерах электропривод является полезным дополнением, из которого можно извлечь разную пользу: от экономичности до кратковременного повышения проходимости в сложных ситуациях.

Примеры: разработка мотоцикла-гибрида Wunderlich R 1200 GS LC «Hybrid» [7, c. 9], проект подключаемого переднего привода с целью улучшения проходимости Afica Twin «MudWay», реализованный автором данной статьи.

Гидропривод

Крутящий момент передаётся посредством подачи масла в закольцованной гибкой магистрали. Помпа, подключенная к выходному валу ДВС создаёт давление в системе, таким образом, реализуется синхронизация работа заднего и переднего колеса, так как интенсивность подачи масла определяется скоростью вращения ДВС. Вместо тяжёлых и прочных механических передач лёгкие и гибкие шланги, которые легче размещать. Тем не менее, мощность передаётся в некоторой доле, обычно 15%. Помимо прочности компонентов, роль играет нагрев масла от постоянной циркуляции в системе. Стоит упомянуть о малых габаритах и весе конструкции как о важных преимуществах.

Преимущества: малый вес, небольшие габариты, не столь значительные изменения в конструкции мотоцикла, передача момента в широком диапазоне скоростей, относительная простота установки.

Недостатки: недостаточно высокая надёжность, передача малой доли мощности двигателя внутреннего сгорания, относительно низкий КПД.

Сфера применения: мотоспорт, где привод используется на больших скоростях при недостатке сцепления, что позволяет реализовать избыточную мощность.

Примеры: раллийный мотоцикл Yamaha 2-Trac, эндуро Yamaha TT600R Öhlins.

Особенности в сфере разработки

В целом рынок полноприводных мотоциклов представляет собой чрезвычайно узкий сегмент мототехники. При этом часть решений была применена энтузиастами, другой частью являются штучные концепты и эксперименты компаний-производителей.

Решения от производителей. Передний привод получил своё развитие и относительное распространение (по крайней мере, в качестве концептов) в среде крупных мотоциклетных производителей преимущественно в период девяностых-нулевых. Системы устанавливались на лёгкие внедорожные мотоциклы. Yamaha в сотрудничестве с компанией Öhlins, специализирующейся на амортизаторах и, соответственно, работающей с маслами и их давлением, развивала линейку мотоциклов для ралли-рейдов, где момент передавался посредством масляного давления. Suzuki представляли серию концептов для внедорожных развлечений, где привод осуществлялся через цепи, валы, и прочие жёсткие соединения. Это всё были штучные экземпляры или концепты, серийное производство же запустила только компания Rokon, распространение получили лёгкие малогабаритные и простые мотоциклы для охотников/лесников, то есть сугубо утилитарного предназначения.

Доработки инженеров-энтузиастов: остальные решения-это штучные доработки конкретных мотоциклов, где каждый изначально дорабатывался владельцем под свои нужды, а иногда впоследствии это решение предлагалось на реализацию другим владельцем подобной техники. Например, мотоциклы Гарагашьяна для экстремальных внедорожных путешествий в самые труднодоступные места, доработка немецкого инженера своего мотоцикла KTM для улучшения проходимости, конструкторская работа изначально мастерской, впоследствии компании Christini, с последующим предложением комплектов усовершенствований на продажу, проект тюнинг-ателье Wunderlich по созданию гибрида из BMW 1200 GS. Преобладает передача момента на жёсткой основе.

Выводы

Предложены варианты реализации передачи крутящего момента на переднее колесо мотоцикла для независимого и зависимого привода.

Показан круг разработчиков, занимающихся рассматриваемыми в статье приводами. Предлагаемые подходы влияют не только на улучшение динамических характеристик, но и на расширение сферы эксплуатации, универсальности. Статья может быть полезна как широкому кругу читателей, так и специалисту.

Глоссарий

Мототехника – совокупность транспортных средств мотоциклетного типа.

ДВС – двигатель внутреннего сгорания.

Полный привод – особенность транспортного средства, в котором передача крутящего момента осуществляется на все колёса, имеющие контакт с дорогой.

Проходимость – качественная характеристика способности транспортного средства продолжать движение в условиях бездорожья.

Эндуро – лёгкий мотоцикл, создающийся для эксплуатации в условиях бездорожья, плохого дорожного покрытия, обладающий высокой проходимостью, рассчитанный на длительные поездки.