Заднее расположение двигателя и задний привод в автомобилестроении

Введение

Автомобильный дизайн

В автомобильном дизайне компоновка RR, или с задним расположением двигателя и задним приводом, предполагает размещение как двигателя, так и ведущих колес в задней части автомобиля. В отличие от компоновки RMR, центр масс двигателя находится между задней осью и задним бампером. Хотя эта схема широко распространена в автобусах и междугородних автобусах благодаря устранению карданного вала в автобусах с низким полом, в легковых автомобилях она встречается все реже.

Обзор

Большинство характеристик компоновки RR совпадают с компоновкой заднего двигателя и заднего привода, или MR. Размещение двигателя вблизи задних ведущих колес позволяет создать физически более компактную, легкую, менее сложную и эффективную трансмиссию, поскольку нет необходимости в карданном валу, а дифференциал может быть интегрирован с коробкой передач, что обычно называют трансаксом. Компоновка переднего двигателя и переднего привода также обладает этим преимуществом. Поскольку двигатель, как правило, является самым тяжелым компонентом автомобиля, его размещение вблизи задней оси обычно приводит к большему весу на задней оси, чем на передней, что обычно называют задним смещением веса. Чем дальше расположен двигатель, тем больше смещение. Типичное смещение веса для FF (передний двигатель, передний привод) составляет 65/35 (перед/зад); для FR – 55/45; для MR – 45/55; для RR – 35/65. Заднее смещение веса требует меньшего усилия на передние тормоза, поскольку нагрузка более равномерно распределяется между всеми четырьмя колесами при торможении. Аналогично, заднее смещение веса означает, что ведущие колеса имеют повышенное сцепление при ускорении, позволяя им эффективнее передавать мощность на дорогу и быстрее разгоняться. Недостатком заднего смещения веса является то, что автомобиль может стать неустойчивым и склонен к сносу задней оси, особенно при замедлении (будь то торможение или отпускание педали газа; см. снос при отпускании газа). В этом случае вращательная инерция определяет, что дополнительный вес, удаленный от оси вращения (обычно рулевых колес), с большей вероятностью будет поддерживать вращение, особенно при торможении. Это присущая конструкции нестабильность, которая облегчает провоцирование заноса и затрудняет восстановление контроля над автомобилем по сравнению с машинами с меньшим задним смещением веса. При резком ускорении уменьшение веса на передних колесах означает меньшее сцепление, что иногда приводит к тому, что автомобили с задним двигателем теряют сцепление передних колес в повороте. В этом отношении RR можно рассматривать как преувеличение характеристик MR – более интенсивное торможение, более быстрое и раннее ускорение и повышенная склонность к сносу. В условиях бездорожья и при низком сцеплении компоновка RR имеет некоторые преимущества по сравнению с другими схемами 2WD. Вес смещен к ведущим колесам, как и в автомобилях FF. Это улучшает сцепление ведущих колес и уменьшает тенденцию неведущих колес к зарыванию. Кроме того, требования к управлению и рулевому управлению разделены между передней и задней осью, как в автомобилях FR, что снижает вероятность потери сцепления любой из них. Многие багги успешно используют Volkswagen Beetle в качестве донора по этой причине. Относительная простота и малый вес по сравнению с полным приводом иногда могут перевесить недостаток наличия только двух ведущих колес. Отличие RR от MR заключается в том, что двигатель расположен за пределами колесной базы. Основное преимущество MR – низкий момент инерции – несколько снижается (хотя все же остается ниже, чем у FR), и появляется больше места для пассажиров и багажа (хотя обычно меньше, чем у FR). Кроме того, поскольку обе оси находятся по одну сторону от двигателя, технически проще реализовать привод на все четыре колеса, чем в компоновке с двигателем в середине (хотя автомобилей с компоновкой M4 было больше, чем с R4). Наконец, задний двигатель имеет свободное пространство (часто под более низким давлением) позади себя во время движения, что обеспечивает более эффективное охлаждение для автомобилей с воздушным охлаждением (таких автомобилей с RR больше, чем с жидкостным охлаждением, например, Volkswagen Beetle и один из немногих серийных автомобилей с турбонаддувом и воздушным охлаждением, Porsche 930). Однако для автомобилей с жидкостным охлаждением эта компоновка представляет собой недостаток, поскольку требует либо увеличения длины трубопроводов охлаждающей жидкости от переднего радиатора (что означает больший вес и сложность), либо перемещения радиатора (ов) в стороны или сзади и добавления воздуховодов для компенсации сниженного потока воздуха в задней части автомобиля. Из-за сложности управления, необходимости в большей эффективности использования пространства и почти повсеместного использования двигателей с жидкостным охлаждением в современных автомобилях большинство производителей отказались от компоновки RR. Основным исключением является Porsche, которая разрабатывает 911 более 40 лет и использует преимущества RR, смягчая при этом его недостатки до приемлемого уровня, в последнее время с помощью электронных систем помощи.

Most of the traits of the RR configuration are shared with the mid engine rear wheel drive, or MR. Placing the engine near the driven rear wheels allows for a physically smaller, lighter, less complex, and more efficient drivetrain, since there is no need for a driveshaft, and the differential can be integrated with the transmission, commonly referred to as a transaxle. The front engine front wheel drive layout also has this advantage. Since the engine is typically the heaviest component of the car, putting it near the rear axle usually results in more weight over the rear axle than the front, commonly referred to as a rear weight bias. The farther back the engine, the greater the bias. Typical weight bias for an FF (front engine, front wheel drive) is 65/35 front/rear; for FR, 55/45; for MR, 45/55; for RR, 35/65. A static rear weight requires less forward brake bias, as load is more evenly distributed among all four wheels under braking. Similarly, a rear weight bias means that the driven wheels have increased traction when accelerating, allowing them to put more power on the ground and accelerate faster. The disadvantage to a rear weight bias is that the car can become unstable and tend to oversteer, especially when decelerating (whether braking or lifting off the throttle; see lift off oversteer). When this happens, rotational inertia dictates that the added weight away from the axis of rotation (generally the steering wheels) will be more likely to maintain the spin, especially under braking. This is an inherent instability in the design, making it easier to induce and more difficult to recover from a slide than in a less rear weight biased vehicle. Under hard acceleration, the decreased weight over the front wheels means less traction, sometimes producing a tendency for rear engined cars to understeer out of a corner. In these respects, an RR can be considered to be an exaggeration of MR harder braking, faster and earlier acceleration, and increased oversteer. In off road and low traction situations, the RR layout has some advantages compared to other 2WD layouts. The weight is biased towards the driven wheels as with FF vehicles. This both improves drive wheel traction and reduces the tendency for the undriven wheels to dig in. In addition, the driving and steering requirements are split between front and rear as with FR vehicles making it less likely for either to lose traction. Many dune buggies successfully use a Volkswagen beetle as the donor car for this reason. The relative simplicity and light weight compared to 4WD can therefore sometimes outweigh the disadvantage of only having two driven wheels. Where RR differs from MR is in that the engine is located outside the wheelbase. The major advantage of MR low moment of inertia is negated somewhat (though still lower than FR), and there is more room for passengers and cargo (though usually less than FR). Furthermore, because both axles are on the same side of the engine, it is technically more straightforward to drive all four wheels, than in a mid engined configuration (though there have been more high performance cars with the M4 layout than with R4). Finally, a rear mounted engine has empty air (often at a lower pressure) behind it when moving, allowing more efficient cooling for air cooled vehicles (more of which have been RR than liquid cooled, such as the Volkswagen Beetle, and one of the few production air cooled turbocharged cars, the Porsche 930). For liquid cooled vehicles, however, this layout presents a disadvantage, since it requires either increased coolant piping from a front mounted radiator (meaning more weight and complexity), or relocating the radiator(s) to the sides or rear, and adding air ducting to compensate for the lower airflow at the rear of the car. Due to the handling difficulty, the need for more space efficiency, and the near ubiquitous use of liquid cooled engines in modern cars, most manufacturers have abandoned the RR layout. The major exception is Porsche, who has developed the 911 for over 40 years and has taken advantage of the benefits of RR while mitigating its drawbacks to acceptable levels, lately with the help of electronic aids.

История

Одним из первых автомобилей с задним расположением двигателя (RR) была Tatra 77 1934 года, первый серийно выпускаемый аэродинамический автомобиль, спроектированный Хансом Ледвинкой. Tatra использовала эту схему до окончания производства T700 в 1999 году. В случае T613 и T700 Tatra применяла компоновку с двигателем, расположенным над задней осью, что уменьшило некоторые недостатки схемы RR. Mercedes Benz также выпускал несколько моделей автомобилей с RR-компоновкой в этот период, начиная с 130H (1934). Радикальный стиль Tatra 1930-х годов (воздушно-охлаждаемый двигатель, заднее расположение двигателя и обтекаемый, каплевидный дизайн) оказал влияние на «Народный автомобиль» (Volkswagen) Фердинанда Порше, созданный для Адольфа Гитлера. Помимо того, что это самый массовый автомобиль в истории, он задал тенденцию для компактных автомобилей с RR-компоновкой, которая сохранялась вплоть до 1960-х годов. Окончательной версией Volkswagen с RR-компоновкой стал Type 3 1961 года, в котором двигатель был плоским («панкейк»), что позволило разместить багажные отделения спереди и сзади. Porsche продолжает развивать свою модель 911 с задним расположением двигателя, хотя и представила несколько моделей с полным приводом. Особенно примечательно, что 911 Turbo продается только с полным приводом с момента выпуска модели 993. Однако спортивные модели, такие как GT3 и GT2 с двойным турбонаддувом, по-прежнему остаются исключительно RR. Еще одним производителем, применившим RR-компоновку, была DeLorean Motor Company со своим спортивным автомобилем DeLorean. Чтобы компенсировать неравномерное распределение веса (35/65), вызванное задним расположением двигателя, De Lorean использовал задние колеса немного большего диаметра, чем передние. До этого были заднемоторные Škoda, начиная со Škoda 1000MB (производилась с 1964 года) и заканчивая Škoda 130/135/136 (производилась до 1990 года), или Polski Fiat 126p (производилась до октября 2000 года). Французская компания Alpine выпускала ряд спортивных дорожных и гоночных автомобилей с RR-компоновкой. Кузова этих автомобилей изготавливались из композитных материалов, а механические компоненты поставлялись Renault. (В конечном итоге Alpine была приобретена Renault; A610 был продуктом Renault, выпущенным под маркой Alpine.) К ранним автомобилям с RR-компоновкой относятся Tucker, Volkswagen Beetle, Porsche 356, Chevrolet Corvair, NSU Prinz, ZAZ Zaporozhets и Hino Contessa.

One of first RR cars was Tatra 77 of 1934, the first serial produced aerodynamic car, designed by Hans Ledwinka. Tatra used this layout until end of production of T700 in 1999. In case of T613 and T700 Tatra used layout with engine above rear axle, which reduced some disadvantages of RR layout. Mercedes Benz also produced several models of RR cars in this period, starting with the 130H (1934). The radical 1930s Tatra format (air cooled, rear engine and streamlined, teardrop design) was an influence on Ferdinand Porsche's 'People's Car' (Volkswagen) for Adolf Hitler. As well as being the most produced car ever, it set a trend for RR small cars that lasted well into the 1960s. The final form of the RR Volkswagen was the Type 3 of 1961, which flattened the engine (or 'pancake'), allowing for luggage spaces front and rear. Porsche has continued to develop its 911 model as a rear engined vehicle, although they have introduced multiple all wheel drive models. Most notably, the 911 Turbo has been sold as AWD only since the release of the 993 model. Race oriented models such as the GT3 and twin turbocharged GT2 remain solely RR, however. Another manufacturer to implement the RR configuration was the DeLorean Motor Company with its DeLorean sports car. To compensate for the uneven (35/65) weight distribution caused by the rear mounted engine, De Lorean used rear wheels with a diameter slightly greater than the front wheels. Before that was the rear engined Škoda's from Škoda 1000MB (produced from 1964) to Škoda 130/135/136 (produced until 1990) or the Polski Fiat 126p (produced until October 2000). A range of sports road cars and racing cars with the RR layout was produced by the French company Alpine. These had bodies made of composite materials and used mechanical components made by Renault. (Alpine was eventually acquired by Renault; the A610 was a Renault product that used the Alpine name.) Early cars using the RR layout included the Tucker, Volkswagen Beetle, Porsche 356, Chevrolet Corvair, NSU Prinz, ZAZ Zaporozhets and Hino Contessa.

Настоящее время

Примеры современных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, использующих такую компоновку, включают Porsche 911, Mitsubishi i, Smart Forfour и Renault Twingo. Многие современные электромобили используют компоновку RR для базовых версий с одним двигателем благодаря небольшому весу и низким требованиям к охлаждению электромотора. Tesla Cybertruck и GMC Hummer EV также будут использовать эту компоновку в базовых версиях. Большинство современных тяжелых автобусов используют экстремальную компоновку RR. В городских автобусах это позволяет сделать очень низкий уровень пола в первых двух третях салона, что значительно облегчает доступ для людей с ограниченными возможностями. Большинство туристических автобусов и междугородних автобусов также используют аналогичную конструкцию, однако освободившееся пространство обычно используется для багажа, а иногда и для оборудования системы кондиционирования.