การวางเครื่องยนต์และการขับเคลื่อนแบบใดกระจายน้ำหนักดีที่สุด

ในการออกแบบยานยนต์เป็นFFหรือด้านหน้าเครื่องยนต์ด้านหน้าล้อไดรฟ์ (FWD) การจัดวางตำแหน่งทั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในและ roadwheels ขับเคลื่อนที่ด้านหน้าของรถ

ตำแหน่งเครื่องยนต์วางหน้า

ในอดีต การกำหนดนี้ถูกใช้โดยไม่คำนึงว่าเครื่องยนต์ทั้งหมดจะอยู่หลังแนวเพลาหน้าหรือไม่ ในช่วงไม่กี่ครั้งที่ผ่านมา ผู้ผลิตรถยนต์บางรุ่นได้เพิ่มการกำหนดชื่อด้วยคำว่าfront-midซึ่งหมายถึงรถที่เครื่องยนต์อยู่ด้านหน้าห้องโดยสารแต่อยู่หลังเพลาหน้า ส่วนใหญ่ก่อนสงครามโลกครั้งที่สองเครื่องยนต์ด้านหน้ารถจะมีคุณสมบัติเป็นเครื่องยนต์ด้านหน้ากลางโดยใช้การกำหนดหน้ากลางหรือที่ด้านหน้าเพลา

เลย์เอาต์นี้เป็นรูปแบบดั้งเดิมที่สุด และยังคงเป็นการออกแบบที่ได้รับความนิยมและใช้งานได้จริง เครื่องยนต์ซึ่งกินเนื้อที่มากถูกบรรจุไว้ในสถานที่ซึ่งผู้โดยสารและกระเป๋าเดินทางมักจะไม่ใช้ การขาดดุลหลักคือการกระจายน้ำหนัก - ส่วนประกอบที่หนักที่สุดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของรถ การจัดการรถไม่เหมาะ แต่มักจะคาดเดาได้

ในทางตรงกันข้ามกับเลย์เอาต์ของเครื่องยนต์วางหน้า ขับเคลื่อนล้อหลัง (RWD) เลย์เอาต์ FWD ไม่จำเป็นต้องใช้อุโมงค์กลางหรือระยะห่างของแชสซีที่สูงขึ้นเพื่อรองรับเพลาขับที่ให้กำลังกับล้อหลัง เช่นเดียวกับเครื่องยนต์วางหลัง เลย์เอาต์ขับเคลื่อนล้อหลัง (RR) และเลย์เอาต์เครื่องยนต์วางกลางด้านหลัง เลย์เอาต์ขับเคลื่อนล้อหลัง (RMR) โดยวางเครื่องยนต์ไว้เหนือล้อขับเคลื่อน ช่วยเพิ่มการยึดเกาะถนนในหลาย ๆ ด้าน เนื่องจากล้อบังคับเลี้ยวเป็นล้อขับเคลื่อนด้วย โดยทั่วไปแล้วรถ FWD จะถือว่าเหนือกว่ารถ RWD ในสภาพที่มีแรงฉุดต่ำเช่น หิมะ โคลน กรวด หรือแอสฟัลต์เปียก เมื่อปีนเขาในสภาพแรงฉุดต่ำ RR ถือเป็นรูปแบบขับเคลื่อนสองล้อที่ดีที่สุด สาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนน้ำหนักไปที่ล้อหลังเมื่อปีนเขา ความสามารถในการเข้าโค้งของรถขับเคลื่อนสี่ล้อโดยทั่วไปนั้นดีกว่าเพราะวางเครื่องยนต์ไว้เหนือพวงมาลัย [1]อย่างไรก็ตาม เนื่องจากล้อที่ขับเคลื่อนมีความต้องการในการบังคับเลี้ยวเพิ่มเติม หากรถเร่งความเร็วได้เร็ว การยึดเกาะถนนจะน้อยลงสำหรับการเข้าโค้ง ซึ่งอาจส่งผลให้เป็นอันเดอร์สเตียร์ [2] ยานพาหนะสมรรถนะสูงมักไม่ค่อยใช้รูปแบบ FWD เนื่องจากน้ำหนักถูกถ่ายโอนไปยังล้อหลังภายใต้อัตราเร่ง ขณะที่ถอดล้อหน้าออกและลดการยึดเกาะของรถลงอย่างรวดเร็ว ทำให้จำกัดปริมาณกำลังที่ใช้งานได้จริงอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากแรงม้าสูงของรถที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถทำให้เกิดความรู้สึกของการยืดแรงบิดระบบควบคุมการยึดเกาะถนนแบบอิเล็กทรอนิกส์สามารถหลีกเลี่ยงการหมุนของล้อได้ แต่ส่วนใหญ่จะปฏิเสธประโยชน์ของกำลังเสริม [3]นี้เป็นเหตุผลที่ยอมรับของล้อไดรฟ์ทั้งหมดระบบควอทในประสิทธิภาพสูงเซ่น FFและAudi Quattroรถถนน

รถยนต์ก่อนกำหนดโดยใช้รูปแบบ FWD ได้แก่ 1929 สายไฟ L-29 1931 DKW F1 , 1948 Citroën 2CV 1949 Saab 92 , 1957 Trabant P50และ 1959 มินิในช่วงทศวรรษ 1980 ข้อได้เปรียบด้านแรงฉุดลากและบรรจุภัณฑ์ของเลย์เอาต์นี้ทำให้ผู้ผลิตรถยนต์ขนาดกลางและขนาดย่อมหลายรายเลือกใช้รูปแบบนี้ในสหรัฐอเมริกา ผู้ผลิตในยุโรปและญี่ปุ่นส่วนใหญ่เปลี่ยนมาใช้ระบบขับเคลื่อนล้อหน้าสำหรับรถยนต์ส่วนใหญ่ของตนในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 โดยกลุ่มสุดท้ายที่เปลี่ยนคือ VW, Ford of Europe และ General Motors (Vauxhall - UK และ Opel - Germany) โตโยต้าเป็นบริษัทญี่ปุ่นรายสุดท้ายที่เปลี่ยนเครื่องในช่วงต้นทศวรรษ 1980 บีเอ็มดับเบิลยูซึ่งมุ่งเน้นไปที่รถยนต์หรูหรา อย่างไรก็ตาม ยังคงรูปแบบการขับเคลื่อนล้อหลังไว้ในรถที่มีขนาดเล็กกว่า[4]แม้ว่าMINIยี่ห้อจะเป็น FWD

เลย์เอาต์พื้นฐานนี้มีการจัดวางที่แตกต่างกันสี่แบบ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเครื่องยนต์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่หนักที่สุดของระบบขับเคลื่อน

เครื่องยนต์วางกลาง / ขับเคลื่อนล้อหน้า

การจัดเรียงแบบแรกสุดไม่ใช่แบบ FWD ในทางเทคนิค แต่เป็นการวางเครื่องยนต์วางกลางแบบขับเคลื่อนล้อหน้า (MF) เครื่องยนต์ติดตั้งตามยาว (หน้า-หลัง หรือเหนือ-ใต้) หลังล้อ โดยมีระบบส่งกำลังนำหน้าเครื่องยนต์และเฟืองท้ายที่ส่วนหน้าสุดของรถ ด้วยเครื่องยนต์ที่อยู่ไกลออกไป การกระจายน้ำหนักของรถยนต์เช่น Cord L-29 นั้นไม่เหมาะ ล้อที่ขับเคลื่อนไม่ได้รับน้ำหนักในสัดส่วนที่มากพอสำหรับการยึดเกาะและการบังคับที่ดี Citroën Traction Avantปี 1934 แก้ปัญหาการกระจายน้ำหนักด้วยการวางระบบเกียร์ไว้ที่ด้านหน้ารถโดยให้ส่วนต่างระหว่างมันกับเครื่องยนต์ เมื่อรวมเข้ากับดีไซน์แบบยูนิบอดี้ทรงเตี้ยของตัวรถส่งผลให้การควบคุมรถมีความโดดเด่นในยุคนั้น เรโนลต์เป็นผู้ใช้รูปแบบนี้ล่าสุด - เคยใช้กับเรโนลต์ 4และเรโนลต์ 5 เจนเนอเรชั่นแรกแต่ตั้งแต่นั้นมามันก็ไม่ได้รับความนิยมเพราะมันรุกล้ำเข้าไปในพื้นที่ภายใน

เครื่องยนต์วางหน้าและขับเคลื่อนล้อหน้าตามยาว

Alfa Romeo Alfasud Sprint Veloce ปี 1975 โดยใช้เครื่องยนต์วางหน้าและขับเคลื่อนล้อหน้าแบบติดตั้งตามแนวยาว

Panhard Dyna Xปี 1946 ซึ่งออกแบบโดยJean-Albert Grégoireมีเครื่องยนต์ตามแนวยาวที่ด้านหน้าของล้อหน้า โดยมีระบบส่งกำลังที่อยู่ด้านหลังเครื่องยนต์และส่วนต่างที่ด้านหลังของชุดประกอบ การจัดเรียงนี้ ซึ่ง Panhard ใช้จนถึงปี 1967 อาจมีปัญหาการกระจายน้ำหนักที่คล้ายคลึงกับ Cord L29 ที่กล่าวถึงข้างต้น อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์แฟลตทวินระบายความร้อนด้วยอากาศของ Panhard นั้นเบามาก และติดตั้งที่ต่ำลงโดยมีจุดศูนย์ถ่วงต่ำซึ่งลดผลกระทบลง เครื่องยนต์แฝดแบนระบายความร้อนด้วยอากาศของ Citroën 2CV ถูกติดตั้งที่ต่ำมากที่ด้านหน้าของล้อหน้า โดยมีการส่งกำลังหลังแนวเพลาและส่วนต่างระหว่างทั้งสอง สิ่งนี้กลายเป็นที่นิยมมาก รถยนต์โดยใช้รูปแบบนี้รวมถึงเยอรมันฟอร์ด Taunus 12MและLancia FlaviaและFulviaนี่คือการกำหนดค่ามาตรฐานของรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้าของ Audi และ Subaru ในปี 1979 โตโยต้าเปิดตัวและเปิดตัวรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้ารุ่นแรกของพวกเขา นั่นคือTercelและมีการติดตั้งเครื่องยนต์ตามยาว ซึ่งแตกต่างจากรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้าส่วนใหญ่ในตลาดในขณะนั้น ข้อตกลงนี้ยังคงดำเนินต่อไปใน Tercel รุ่นที่สอง จนถึงปี 1987 รุ่นที่สามได้รับเครื่องยนต์แบบใหม่ที่ติดตั้งตามขวาง Toyota ขับเคลื่อนล้อหน้ารุ่นอื่นๆ เช่นCamryและCorollaมีเครื่องยนต์ติดตั้งตามขวางตั้งแต่ต้น

Oldsmobile Toronadoปี 1966 (พร้อมด้วยCadillac Eldoradoรุ่นน้อง) ใช้การจัดเรียงแบบใหม่ที่มีเครื่องยนต์และระบบส่งกำลังในรูปแบบ 'เคียงข้างกัน' โดยส่งกำลังระหว่างทั้งสองผ่านสายโซ่สำหรับงานหนัก และ เพลาขับระดับกลางที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งผ่านใต้บ่อพักเครื่องยนต์ ตระกูลนี้มีความโดดเด่นในการเป็นรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้าที่มีความจุเครื่องยนต์สูงสุด (8.2 ลิตร) เท่าที่เคยมีมา Saab 99และ“คลาสสิก” Saab 900 ยังใช้การจัดเรียงที่คล้ายกัน Eagle Premier ใช้ระบบส่งกำลังที่คล้ายคลึงกันที่พบในเรโนลต์ 21 และ 25 ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับรถเก๋งไครสเลอร์ LH ที่ผลิตจนถึงรุ่นปี 2547

วันนี้Audiเป็นผู้ใช้รูปแบบกลไกที่โดดเด่นที่สุด โดยเริ่มใช้ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1950 ในบริษัทรุ่นก่อนDKWและAuto Unionและพบได้ในรุ่นใหญ่ตั้งแต่A4ขึ้นไป วิวัฒนาการล่าสุดของรูปแบบในแพลตฟอร์ม MLBของ Audi พยายามที่จะจัดการกับข้อเสียเปรียบที่มีมายาวนานของการกระจายน้ำหนักที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทำได้โดยการบรรจุส่วนต่างที่ด้านหน้าของคลัตช์ ทำให้แนวเพลาเคลื่อนไปข้างหน้ามากขึ้นเมื่อเทียบกับด้านหน้าด้านหลังของบล็อกเครื่องยนต์

เครื่องยนต์วางขวาง / ขับเคลื่อนล้อหน้า

ฝากระโปรงเดิมนี้ มินิจะเปิดแสดงให้เห็นเครื่องยนต์ติดตั้งตามขวางที่ไดรฟ์ล้อหน้า

รถยนต์ขับเคลื่อนสี่ล้อแนวขวางที่ได้รับความนิยมคันแรกคือ 'ด้านหน้า' ของ DKW ที่ผลิตในปี 1931 ซึ่งมีเครื่องยนต์สองสูบสองสูบ Saab คัดลอกการออกแบบนี้บนรถคันแรกของพวกเขา 1949 Saab 92 Trabant ในปีพ.ศ. 2500 เป็นรถยนต์คันเดียวที่มีเครื่องยนต์ติดตั้งตามขวาง ซึ่งเป็นรุ่นต่อจาก DKW นี่เป็นสิ่งแปลกใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์ที่ผลิตในประเทศคอมมิวนิสต์

Issigonis 's มินิของปี 1959 และรถยนต์ที่เกี่ยวข้องเช่นMaxi , ออสติน 1100/1300และAllegroมีสี่สูบแบบอินไลน์เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำขวางติด ระบบส่งกำลังอยู่ในบ่อใต้เพลาข้อเหวี่ยง โดยมีกำลังส่งโดยเฟืองเกียร์ รุ่นอื่น ๆ ที่ใช้ "ส่งในบ่อ" รูปแบบรวมถึงDatsun 100A (เชอร์รี่)และการใช้งานต่างๆของPSA-Renault X-ประเภทเครื่องยนต์เช่นเปอโยต์ 104และเรโนลต์ 14 Suzuki Suzulightปี 1955 ยังได้แนะนำเครื่องยนต์ด้านหน้าด้วยเครื่องยนต์สูบคู่สองจังหวะที่ติดตั้งตามขวาง (ใช้เทคโนโลยี DKW) ในแอปพลิเคชั่นรถเมือง / รถkeiโดยอิงจาก German Lloyd LP400 .

Dante Giacosa 's Autobianchi Primula 1964 เฟียต 128และเฟียต 127ใส่เกียร์บนด้านหนึ่งของที่ติดตั้งตามขวางเครื่องยนต์และระบบขับเคลื่อนสองเท่าหลังที่จะนำความแตกต่างเพียงหลังการส่ง แต่ชดเชยไปอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นเพลาขับกับล้อจึงยาวด้านหนึ่งมากกว่าอีกด้านหนึ่ง สิ่งนี้ทำให้น้ำหนักอยู่ด้านหน้าล้อเพียงเล็กน้อย เป็นระบบที่ครอบงำทั่วโลกในปัจจุบันนี้

รถขับเคลื่อนล้อหน้ามักจะประสบปัญหาจากการควบคุมแรงบิดภายใต้อัตราเร่งที่หนักหน่วง [5]สาเหตุนี้เกิดจากความยาวเพลาขับที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลให้มุมตกกระทบต่างกันที่ข้อต่อของเพลาขับ ยิ่งข้อต่อเหล่านี้มีความชัดเจนมากเท่าไร ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพในการส่งแรงบิดไปยังล้อน้อยลงเท่านั้น

ลักษณะการออกแบบระบบขับเคลื่อนล้อหน้า

• กลางเครื่องยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้า ( MF รูปแบบ ): เรโนลต์ 4เครื่องยนต์วางกลางรูปแบบด้านหน้าล้อไดรฟ์ช่วยให้ระยะทางมากขึ้นระหว่างประตูด้านหน้าและ wheelwells และหน้าสั้นแขวน

• เครื่องยนต์ติดตั้งที่ด้านหน้าตามยาว ระบบขับเคลื่อนล้อหน้า (รูปแบบตามยาว FF): รูปแบบแนวยาวของAuto Union 1000 (ปัจจุบันคือ Audi) เข้ามาแทนที่เครื่องยนต์แนวขวางด้านหน้าDKW F89ในปี 1950

• ขวางด้านหน้าติดเครื่องยนต์ด้านหน้าล้อไดรฟ์ (FF ขวางรูปแบบ): Fiat 128ตามรอยเท้าของAutobianchi Primula

เพลาขับล้อหน้า

ในรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้า เพลาขับจะส่งการขับเคลื่อนโดยตรงจากเฟืองท้ายไปยังล้อหน้า เพลาต้นขั้วด้านในแบบสั้นจะต่อเข้ากับเฟืองข้าง ส่วนเฟืองท้าย และเพลาต้นขั้วด้านนอกจะต่อเข้ากับดุมล้อหน้า ก้านต้นขั้วแต่ละอันมีแอกหรือตัวเรือนเพื่อรองรับข้อต่อสากลที่ปลายแต่ละด้านของเพลากลางที่เชื่อมต่อกัน

ข้อต่ออเนกประสงค์ช่วยให้เพลาหมุนต่อไปได้ในขณะที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการเคลื่อนไหวของระบบกันสะเทือน เช่น ความยาวของเพลาและมุมในแนวนอน และมุมของเพลาเมื่อพวงมาลัยหมุน โดยปกติข้อต่อสากลที่มีความเร็วคงที่จะใช้ในการถ่ายโอนกำลังอย่างราบรื่นระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ยูนิเวอร์แซลภายในอาจเป็นข้อต่อแบบกระโดดหรือแบบขาตั้งกล้อง ขาตั้งกล้องถูกเดือยไปที่แกนกลางและยึดด้วยวงแหวน ลูกบอลซึ่งรองรับบนตลับลูกปืนเม็ดกลมแบบเข็มจะติดตั้งไว้ที่แต่ละเสาของขาตั้งกล้อง และสไลด์เหล่านี้อยู่ในแหนบภายในแอก รองรับการเปลี่ยนแปลงความยาวเพลาและมุมแนวนอน ไดรฟ์ถูกถ่ายโอนผ่านแหนบและลูกบอลเพื่อหมุนเพลา

ข้อต่อสากลด้านนอกช่วยให้การเปลี่ยนแปลงเชิงมุมมากขึ้น แต่ไม่เปลี่ยนแปลงในความยาวเพลา ปกติแล้วจะเป็นประเภทลูกกรงและกรงที่มีการแข่งขันภายในเว้าถึงเพลากลาง เผ่าพันธุ์ภายนอกก่อตัวขึ้นในแอก กรงเก็บลูกบอลไว้ในร่องของทั้งสองเผ่าพันธุ์ ลูกบอลจะเคลื่อนตัวขับเคลื่อนจากเพลาไปยังดุมล้อ และยอมให้มีการเปลี่ยนแปลงมุมในแนวนอนและเพื่อให้ได้มุมบังคับเลี้ยวที่กว้าง รองเท้าบูทยางที่ยืดหยุ่นได้พอดีกับข้อต่อแต่ละข้อจะกักเก็บไขมันและป้องกันสิ่งสกปรกและความชื้น

ในกรณีที่ส่วนต่างไม่อยู่ในแนวกึ่งกลางของรถ สามารถติดตั้งเพลากลางเพื่อรักษาเพลาขับที่มีความยาวเท่ากันในแต่ละด้าน ซึ่งช่วยให้มุมของเพลาขับเท่ากันทั้งสองด้าน และช่วยป้องกันความผิดปกติของพวงมาลัยและการสั่นสะท้าน ปลายด้านนอกของเพลากลางรองรับด้วยลูกปืนที่ยึดกับตัวเรือนทรานส์เพลาและข้อต่อแบบสากลช่วยในการจัดตำแหน่ง ในบางกรณีจะใช้เพลาขับที่ยาวกว่าด้านหนึ่ง อาจติดตั้งแดมเปอร์ยางแบบไดนามิกเพื่อดูดซับแรงสั่นสะเทือน

• ขับเคลื่อนล้อหน้า

• Sedgwick, ไมเคิลรถยนต์ของ 50s และ 60s เมืองกอเทนเบิร์ก ประเทศสวีเดน: AB Nordbok, 1983 (รวมรูปภาพเค้าโครงเครื่องยนต์ของ Traction Avant และการออกแบบอื่นๆ)