Автомобиль

Известны сотни конструкций, которые могли выполнять транспортные функции и которые нередко называют первыми в истории. Долгие споры о приоритете тех или иных стран, изобретателей и конструкций заставили выработать четыре необходимые и достаточные условия для определения приоритета. Первое — выдвижение идеи транспортной машины упомянутого выше назначения. Второе — оформление юридического документа, который фиксирует авторское право изобретателя или изобретателей на данную идею. Третье условие — постройка работоспособного опытного образца, в котором эта идея воплощена, и его публичные испытания, отмеченные в периодической печати или ином документе-свидетельстве. И четвертое — организация производства изделия для его продажи независимым от создателя изделия потребителям. Названные здесь условия в равной мере применимы как к автомобилю в целом, так и к составляющим его узлам и агрегатам.
Эти фразы, звучащие несколько казенно, позволяют, если принять сформулированные здесь условия, отсеять несоответствующих им претендентов и назвать имя создателя протоавтомобиля. Им является немецкий инженер Карл Бенц, имевший с 1871 года собственную фабрику газовых двигателей. 25 октября 1882 года он оформил патент ДРП 22256 на быстроходный двухтактный мотор. В 1885 году он построил трехколесный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания собственной конструкции, но за пределы фабрики на нем не выезжал. Когда 29 января 1886 года он оформил патент ДРП 37435 на самодвижущийся экипаж как таковой, стало возможным провести публичную демонстрацию своего детища. Выезд состоялся 3 июля 1886 года, и местная газета «Нойе Бадише Линдесцайтунг» написала об этом событии и дала даже ему оценку.
Таким образом, первые три условия приоритета Бенц выполнил. Свой автомобиль он демонстрировал на выставках, но спроса на него не было. Первым покупателем стал парижанин Эмиль Роже в 1887 году. Этот случай заставил изобретателя приступить к постройке партии однотипных машин для продажи. Это была так называемая «Модель III». С 1886 по 1894 год Бенц выпустил 25 таких автомобилей. Тем самым он выполнил четвертое условие, и уже на этой стадии обеспечил себе положение пионера первого автомобиля. В дальнейшем изобретатель мог бы и прекратить работу в этом направлении. Но он развивал свое дело, и в 1926 году его завод объединился с фирмой «Даймлер», созданной другим изобретателем, Готлибом Даймлером. Фирма «Даймлер-Бенц» существует и поныне, выпуская автомобили «Мерседес-Бенц».
Многие инженеры и изобретатели, работавшие в области автомобилестроения, довольно легко выполняли первые три условия приоритета. Но выполнить четвертое нередко удавалось через несколько десятилетий, когда созревала ситуация для использования предложенной ими конструкции в серийном производстве. Например, дисковый тормоз, примененный английским инженером Ф. Ланчестером на опытном образце автомобиля собственной конструкции, был востребован полвека спустя, когда началась «цепная реакция» его применения.
В конце 19 века автомобилестроение еще находилось в зачаточном состоянии. Господствовало широчайшее разнообразие конструкций, и шел активный поиск канонических инженерных решений. Важнейшим среди них стала компоновочная схема, выдвинутая в 1891 году заводом «Панар-Левассор» (Франция): двигатель — впереди, ведущие колеса — задние. Поворотным пунктом в истории автомобиля явилось также создание В. Майбахом (Германия) распылительного карбюратора в 1892 году. И третьим важнейшим новшеством этого периода следует считать пневматическую шину, предложенную в 1895 году резиновым фабрикантом Э. Мишленом (Франция). Все три на много лет определили общую концепцию автомобиля.

Форд (1908)

Десятилетие 1896 — 1905 гг. считается в истории автомобиля десятилетием первооткрывателей. Завод «Панар-Левассор» (Франция) в 1896 году построил и стал выпускать первые четырехцилиндровые моторы. Немецкая электротехническая фирма «Р. Бош» в 1897 году нашла практическое решение электрического зажигания с прерывателем. В 1901 увидел свет автомобиль «Мерседес», который явился для многих заводов образцом для подражания и стал на долгое время классической конструкцией.
Но по-прежнему шел поиск необычных инженерных решений. Австрийская фирма «Лохнер» изготовила в 1900 электромобиль с мотор-колесами. Его спроектировал известный впоследствии инженер Ф. Порше. А в Голландии фирма «Спайкер» в виде эксперимента построила в 1903 опытный полноприводный легковой автомобиль. Они — «Лохнер» и «Спайкер» — на много лет опережали свое время, как и модели «Лятиль» (Франция) и «Греф—Штифт» 1897 года с передними ведущими колесами. К сожалению, на рубеже 19 и 20 вв. еще не были решены вопросы создания надежных шарниров равных угловых скоростей, и до внедрения машин с приводом на все или на передние колеса в серийное производство пришлось ждать три десятка лет. К 1906 году наметился отход от цепной передачи к трансмиссии валом с карданными шарнирами. Правда, на мощных, быстроходных автомобилях сохранялась цепная передача к ведущим колесам. Специалисты утверждали, что такая конструкция обеспечивает меньшие неподрессорные массы.
Стремление поднять мощность двигателя выразилось в период 1906-1915 гг. внедрением в 1907 Чедвиком (США) нагнетателя, применением фирмой «Пежо» (Франция) в 1912, правда, только на гоночных машинах, моторов с двумя распределительными валами в головках и четырех клапанов на цилиндр. Такая конструкция в серийном производстве была востребована лишь в 1980-е гг. Несколько важных новшеств появились в 1908 и 1909 годах соответственно. Большие трудности тогда вызывала замена шин на несъемных колесах, имевших в те годы всеобщее распространение. Английская фирма «Рудж Уитворт» начала изготовлять быстросъемное колесо, которое крепилось одной центральной гайкой барашкового типа. А другая английская фирма, «Аррол-Джонстон» выступила пионером установки тормозов на все четыре колеса.
Настоящим же технологическим прорывом, который в дальнейшем открыл дорогу массовому производству автомобилей, стало введение конвейерной сборки. Она применялась в США еще в самом начале 20 в. на заводе «Олдсмобиль», но до совершенства ее довела компания «Форд» в 1912-16 гг. Сам Генри Форд очень внимательно подходил к решению технологических проблем, которые способствовали удешевлению производства. Он предложил, например, съемную головку цилиндров. При несъемных головках во время отливки блоков двигателей литейные стержни, которые формировали цилиндры, фиксировались консольно и часто перекашивались. Чтобы исключить брак, Форд пошел на внедрение отъемной головки цилиндров. В результате открылась возможность дать опору другому концу стержня и исключить перекосы. Отливка отдельной головки оказалась несложной операцией, а для ее уплотнительных прокладок, изготовление которых порождало у изготовителей столько страхов, Форд нашел дешевую технологию.
К 1908 году Франция, которая до того была лидером по выпуску автомобилей, уступила первенство американскому автопрому. США имели прекрасно развитую станкостроительную и инструментальную промышленность. Она могла оперативно выпускать оборудование для новых технологических процессов, которые, в свою очередь, легли в основу массового производства высококачественных и дешевых автомобилей. В итоге с 1916 года завод «Паккард» и другие предприятия США получили возможность выпускать V-образные 12-цилиндровые моторы, гидравлические амортизаторы двустороннего действия («Мерсер», 1918), гидропривод тормозов («Дюзенберг» 1920, «Крайслер» 1923).

Кадиллак (1932)

В свою очередь европейские заводы после окончания Первой мировой войны (1914-18) пошли по пути обновления производства. Фирма «Ситроен» первой в Европе в 1919 году внедрила у себя американскую технологию конвейерной сборки. Французский филиал испанской компании «Испано-сюиза», опираясь на опыт производства авиамоторов, начал с 1919 года выпуск моторов, у которых блок и головка цилиндров отливались из алюминиевого сплава. Французская компания «Бугатти» в 1924 году отважилась отливать из алюминиевого сплава колеса для своих гоночных и спортивных автомобилей.
В эти годы складывалось впечатление, что по обе стороны Атлантического океана все «автомобильные страны» торопятся наверстать упущенное в годы войны время и ускорить технический прогресс. В Америке нефтеперерабатывающая компания «Стандард Ойл» в 1923 году взялась за выпуск этилированного бензина. Добавки дешевых в изготовлении соединений, содержащих свинец, позволяли ощутимо повысить октановое число топлива. В свою очередь, такой бензин не детонировал в моторах с увеличенной степенью сжатия, позволял им развивать более высокую мощность.
В Италии фирма «Ланча» произвела в 1922 году сенсацию, начав выпуск модели «Лямбда» с несущим или, как тогда их называли, безрамным кузовом. Такая конструкция была легче и менее металлоемкой, чем кузов с лонжеронной рамой. В 1930-е гг. многие заводы («Ситроен», «Опель» и другие последовали примеру «Ланча». Наконец, в Германии, стране без собственных месторождений нефти, заводы МАН и «Бенц» освоили в 1923 выпуск первых серийных грузовиков с дизелями, более экономичными, чем моторы, работающие на бензине. Франция тоже вела эксперименты с дизелями, но также оснащала автомобили газогенераторами, поскольку страна могла рассчитывать на поставки нефти только из своих африканских колоний.
На рубеже 1920-30-х гг. автомобилизация в Европе шла на подъем. На этой волне родились новые конструкторские решения, которые обещали полностью изменить облик автомобиля. Французский инженер Ж. Грегуар в 1926 году начал теоретические исследования шарниров равных угловых скоростей. Их называли синхронными шарнирами. К началу 1930-х гг. относится всплеск конструкций с передними ведущими колесами: «Ситроен» во Франции, ДКВ, «Адлер» и «Ауди» в Германии, «Корд» в США. Большой интерес конструкторы стали проявлять к машинам с независимой подвеской передних колес: «Ситроен» и «Берлие» во Франции, «Мерседес-Бенц» и БМВ в Германии, «Альвис»» в Англии, «Студебекер» в США. Благодаря ее применению удалось выдвинуть передний торец двигателя вперед, за центры передних колес и, как следствие, сдвинуть весь салон вперед, в более комфортабельную зону. В свою очередь независимая подвеска вызвала к жизни теоретические исследования управляемости и устойчивости автомобилей. Ими с успехом в середине тридцатых годов занимался в Америке инженер М. Оллей.
Американские фирмы постарались внести свой вклад в эволюцию автомобиля. Завод «Кадиллак» с 1928 стал выпускать модели с синхронизаторами в коробках передач. Этот же завод в 1930 г. внедрил гидравлические толкатели клапанов, а «Студебекер» с 1929 г. первенствовал в применении вакуумного автомата опережения зажигания. Европейские же компании выступили с торсионной подвеской колес («Ситроен», 1934)., обтекаемыми кузовами на заднемоторных машинах («Татра», 1935), полуавтоматическими преселективными коробками передач («Майбах», 1929, «Делаж», 1934), гидромуфтами («Дэймлер» 1931).

Остин (1959)

Гидромеханические автоматические коробки передач ведут свое происхождение с 1940 г., когда они появились на американских серийных моделях «Дженерал Моторс», в частности, «Понтиак» и «Олдсмобиль». Американцы в этот период на более дешевых моделях стали устанавливать рычаги переключения передач на рулевой колонке, а завод «Паккард» первым в мире с 1939 взялся комплектовать свои дорогие модели кондиционерами. Как США, так и Германия в 1936-39 гг. заботливо создавали армейские внедорожные автомобили. Немецкие штабные машины трех унифицированных типов имели независимую подвеску всех колес, колесную формулу 4х4, блокируемые дифференциалы, четыре управляемых колеса. В противовес немецкой конструкторской школе американская создала простейшие по конструкции джипы с зависимой рессорной подвеской колес.
По требованиям военного департамента США американские заводы «Студебекер», «Шевроле», «Интернейшнл», РИО развернули в 1942 широкомасштабный выпуск трехосных полноприводных грузовиков грузоподъемностью 2, 5 тонны. Их конструкция для многих фирм стала образцом для подражания. Но, наверное, самой интересной конструкцией стал плавающий полноприводный грузовик — амфибия «GMC-DUKV» 1944 года. На нем впервые в мире появилась система централизованного регулирования давления воздуха в шинах. Германия в преддверии предстоящей войны делала упор на освоение выпуска дизельных грузовиков повышенной проходимости и дизельных легковых моделей («Мерседес-Бенц», 1936). Нельзя обойти вниманием и английский бронеавтомобиль АЕК (1942), первую в мире серийную машину такого типа с дизельным двигателем.
Большинство стран, принимавших участие во второй мировой войне, в годы боевых действий либо полностью свернули производство легковых машин, либо свели его к минимуму. Первые послевоенные годы отмечены также рационированием бензина и нехваткой тонкого стального листа для штамповки деталей кузова. Голод на новые автомобили промышленность взялась удовлетворять недорогими машинами, преимущественно малолитражными («Ситроен», Фиат, «Фольксваген», «Майко», «Остин», «Стандард», «Изетта»). Эти автомобили представляли собой своего рода «сиюминутное» решение проблемы. Но ведущие фирмы, предвидя тенденции развития на десятки лет вперед, выступили в 1950-е гг. с кардинально новыми конструкциями. Они в значительной мере определили дальнейшую эволюцию автомобильной техники.
Компания «Даймлер-Бенц» в 1951 г. запатентовала концепцию безопасного автомобиля, которая в 1960-е гг. нашла лавинообразное применение на многих серийных моделях. В том же году английская фирма «Ягуар» выступила инициатором комплектации серийных легковых автомобилей дисковыми тормозами. Другая английская фирма, «Ровер», впервые в мире весной 1950 г. провела испытания опытной модели «Т1», оборудованной газовой турбиной. Ее примеру последовали заводы ФИАТ (Италия), «Гочкисс» и «Рено» во Франции, ГАЗ в СССР. Но их машины, как и «Ровер», пока остались в зародыше, ожидая, когда сложатся благоприятные «климатические» условия, когда эти ростки смогут принести практический урожай.
В автопроме США за первое послевоенное десятилетие свершились две технические революции, последствия которых очень быстро получили распространение во всем мире. Так, фирма «Шевроле» с 1953 года начала выпуск пластмассовых (стеклоткань плюс эпоксидная смола) кузовов для спортивных машин. А другая американская компания, шинная компания «Гудрич» (ныне «Гудьир»), в 1948 году освоила производство бескамерных шин.
В Европе тоже состоялась шинная революция. Компания «Мишлен» (Франция) разработала конструкцию и технологию шин радиального типа, оградила их соответствующими патентами и в 1953 году выполнила и четвертое условие приоритета — организовала массовое производство таких покрышек. В силу радиального расположения нитей корда в них уменьшились внутренние потери, а оборудованные ими автомобили расходовали меньше топлива. Появление на рынке радиальных экономичных шин оказалось как нельзя кстати — в Европе ощущалась нехватка топлива, вызванная Суэцким кризисом 1956.

Кадиллак (1970)

Запатентованные (патент ДБП 854157) компанией «Даймлер-Бенц» конструкции для повышения безопасности автомобилей при авариях прошли в 1959 году многочисленные испытания на лобовой удар. Накопленный опыт позволил в 1965 году претворить в жизнь концепцию безопасного автомобиля в серийной модели «В111» компании «Даймлер-Бенц». Этот шаг не только отвечал четвертому условию приоритета, но и знаменовал появление новой тенденции в автомобильной технике.
Другое важное новшество компании «Даймлер-Бенц», внедренное в эти годы — система непосредственного впрыска топлива. Машины с двигателями, имевшими такую систему питания, стали серийно выпускаться компанией в 1954 году. Подача топлива регулировалась механическими устройствами и не была полностью совершенной. Широкое распространение она получила 45 лет спустя, когда для управления впрыском были использованы электронные приборы.
Этот пример — яркое свидетельство того, как технический прогресс в одной из областей техники (в данном случае электроники) помогает дать новую жизнь передовым идеям в другой области. Аналогичный случай произошел с развитием конструкции автомобильных фар. Многолетние исследования электрических фирм «Сибье» во Франции и «Филипс» в Голландии помогли создать очень мощный «галогенный» (с использованием паров элементов галогенной группы) источников света. Основанные на них автомобильные фары с мощным световым потоком с 1964 года получили распространение сначала как товары афтермаркета, а затем и как серийное оборудование. Не менее важными в эволюции автомобиля были гидропневматическая подвеска колес («Ситроен», 1956), клиноременный бесступенчатый вариатор в трансмиссии (ДАФ, 1958 г.), роторно-поршневой двигатель на серийном автомобиле (НСУ), узлы шасси, не требующие обслуживания в течение всего срока эксплуатации автомобиля («Кадиллак» и «Крайслер», 1966).
Наделавшая много шума в 1965 книга американского юриста Р. Нейдера «Опасен на любой скорости» приковала внимание как общественности, так и специалистов к проблеме безопасности. Логический итог этой публикации — в 1966 году ремни безопасности стали обязательным оборудованием для всех американских легковых машин. За ремнями последовали травмобезопасные рулевые колонки, раздельный привод тормозов, подголовники сидений.
Шестидесятые годы отмечены размахом выпуска переднеприводных автомобилей. Компоновочные решения с силовым агрегатом, расположенным поперек кузова («Моррис Мини», 1959, «Аутобьянки» 1964) стали копироваться многими фирмами. Постепенно большинство французских, итальянских, немецких, японских и американских моделей стали переднеприводными. Подлинный переворот в автомобильной технике в середине 1960-х — начале 1970-х гг. произошел под растущим влиянием электроники. Немецкая электротехническая компания «Бош» в 1967 году начала методично внедрять на серийных моделях разных фирм созданную ею систему «Джетроник» электронного управления впрыском топлива. На автомобилях «Мерседес-Бенц» в 1970 году появилась АБС (антиблокировочная система) в приводе тормозов. Ею автоматически управлял микропроцессор. На американских машинах «Олдсмобиль» («Дженерал Моторс») в 1976 г. нашла применение микропроцессорная система зажигания.
Производство автомобилей в 1960-х гг. пережило (прежде всего, в США и Японии) основательную перестройку. На сборочных операциях стали применяться роботы, функционирование которых без электронных систем управления просто немыслимо. Операции по подаче на конвейер нужного ассортимента комплектующих изделий, сварка и окраска кузовов тоже встали под электронный контроль. Борьба за экологически чистые (точнее — существенно менее грязные) автомобили в начале 70-х годов резко активизировалась. Прежде всего в США, где парк легковых автомобилей превысил сто миллионов, а ежегодное производство приближалось к 10 миллионам. Уже в 1973 году в США и Японии получили законные основания очень жесткие нормы на предельные уровни количества вредных примесей в отработавших газах: окислов азота и углерода, углеводородов. Как следствие, заводы вынуждены были ставить на выпускаемые ими автомобили каталитические нейтрализаторы отработавших газов, системы впрыска с электронным контролем, системы питания обедненной горючей смесью и другие новшества. В области повышения безопасности в 1990-е гг. развернулось применение надувных подушек разных типов, инерционных ремней, складывающихся педальных мостиков, деформируемых структур несущего кузова.
В 1980 Япония обогнала США по производству легковых автомобилей. Ее фирмы уже давно перестали копировать иностранные конструкции. Они сами начали в широких масштабах находить новые технические решения, внедрять их на серийных моделях. Филиалы японских фирм успешно развернули производство своих моделей на таких форпостах автомобилизации, как США и Англия. В Америке по данным за 2000 год 28% легковых машин изготавливаются на местных дочерних заводах японских фирм. Эта доля в Англии еще выше — 51 %. Нашествие японской техники стало особенно заметно в последнее десятилетие. В 1982 фирма «Исудзу» обнародовала данные об экспериментах с двигателем, работающим по адиабатическому процессу. Эти работы она вела совместно с «Киото Серамикс», которая изготовила детали двигателя из керамики.
Фирма «Мицубиси» первой в мире освоила выпуск дизелей для легковых автомобилей с непосредственным впрыском топлива, управляемым микропроцессором. А в 1996 она вышла на рынок (правда сначала только на внутренний) с моделью «ФТО», у которой автоматическая коробка передач являлась двухрежимной, в ручном режиме переключения запоминала манеру управления ею водителя и повторяла ее, работая в автоматическом режиме.
Но важнейшее достижение японской автомобильной промышленности последних лет, которое, безусловно, войдет в историю, это автомобиль «Тойота Приус» с гибридной силовой установкой. Машин, оснащенных двигателями внутреннего сгорания и электромотором, которые в определенных условиях движения помогали бы один другому или работали по отдельности, было построено множество. Все они являлись опытными образцами. А модель «Приус» впервые в мире выпускается с 1998 серийно и поступает в продажу.
Обогащенные многолетним опытом и традициями, европейские фирмы старались не отступать под напором японского автомобилестроения. Именно из Европы пришли турбонаддув, изменяемые на ходу фазы газораспределения, противобуксовочные системы с электронным управлением, алюминиевые несущие корпуса, вариаторы с многозвенчатым металлическим ремнем, полноприводные дорожные модели.
Оценивая эволюцию автомобильной техники за последнее десятилетие (вплоть до 2000 года) необходимо отметить, что интенсивность появления новых конструкций узлов и систем возросла по сравнению с 1900 годом на несколько порядков. Фактически на любой запрос рынка ведущие компании уже имеют не только готовые концепции, но и готовые конкретные конструкции. Для того, чтобы представить себе масштабы работы мировой автомобильной индустрии, достаточно сказать, что только заводы, выпускающие легковые автомобили, действуют в 37 странах. Они производят в год (данные 2000) 42 миллиона машин 122 разных марок, а общий парк легковых автомобилей на планете насчитывает 529 миллионов единиц. Таков путь, пройденный с 1886 года от первого бензинового безлошадного экипажа Карла Бенца.

Автор: Л.М. Шугуров