Начало автомобильной эры

Автомобильная эра началась около 1769 года, когда французский военный инженер Николас Джозеф Кюньо (1725-1804) построил трёхколёсный паровой автомобиль для вытягивания артиллерийских орудий [1]. Спустя несколько лет была построена усовершенствованная модель, которая лишь вызвала первую автомобильную аварию, врезавшись в стену! За этим последовал паровой автомобиль, построенный в 1784 году шотландским инженером Джеймсом Уаттом (1736-1819), который оказался неработоспособным. В 1802 году Ричард Тревитик (1771-1833), англичанин, разработал паровой экипаж, который приехал из Корнуолла в Лондон. Этот экипаж встретил свою смерть, сгорев на следующую ночь из-за того, что Тревитик забыл потушить в котле огонь. Тем не менее, дело по производству паровых экипажей процветало в Англии примерно до 1865, пока конкуренция со стороны железных дорог и строгие законы, ограничивающие скорость, не привели его к концу [2].

Рис. 1.1. Первый автомобиль, построенный Кюньо примерно в 1769 году. (Фото любезно предоставлено Смитсоновским институтом).

Появление в 1886 году первых практичных автомобилей, приводимых в движение бензиновыми двигателями, обычно признаётся за Карлом Бенцом (1844-1929) и Готлибом Даймлером (1834-1900), работавшими независимо друг от друга. В течение следующего десятилетия самодвижущиеся экипажи были разработаны и многими другими пионерами со знакомыми именами, такими как Рене Панар, Эмиль Левассор, Арман Пежо, Фрэнк и Чарльз Дюреа, Генри Форд и Рэнсом Олдс. К 1908 году автомобильная промышленность хорошо зарекомендовала себя в Соединенных Штатах с помощью Генри Форда, производящего Model T, а также была основана корпорация General Motors. В Европе признанными автопроизводителями становятся такие известные компании, как Daimler, Opel, Renault, Benz и Peugeot. К 1909 году в Америке было более 600 производителей автомобилей [3].

В первые десятилетия 1900-х годов большая часть энергии инженеров автомобильной промышленности шла на изобретение и разработку, которая дала бы ещё более быстрые, удобные и более надёжные транспортные средства. В зарождающейся индустрии скоростные возможности автомобилей быстро росли, что иллюстрируется максимальными скоростями некоторых типичных серийных автомобилей, показанными на Рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Скорости движения производимых автомобилей.

В общем, оснащённые двигателями транспортные средства достигли возможности ехать на высокой скорости задолго до того, как появились хорошие дороги с твёрдым покрытием, на котором её можно было бы использовать. С более высокими скоростями при разработке машины динамика транспортных средств, в частности, при поворотах и торможениях, приобретает всё большее значение. Состояние автомобильной промышленности в течение этого периода было описано в воспоминаниях Мориса Олли [4] следующим образом:

"Были редкие попытки заставить автомобиль ехать должным образом, но мало что было сделано. Задние пассажиры по прежнему выполняют роль балласта, торчащего позади задних колёс. Управление часто было нестабильно и передняя ось с передними тормозами делали вибрацию почти неизбежной. Инженеры сделали все отдельные части функционирующими отлично, но когда всё собиралось вместе, это редко работало приемлемым образом".

Одним из первых инженеров, писавшим об автомобильной динамике, был Фридрих Вильгельм Ланчестер (1868-1946). (В работе 1908 [5] он отметил, что автомобиль с рычажным управлением "имеет избыточную поворачиваемость", если центробежная сила, действующая на руки водителя, действует в сторону увеличения угла управления [6].) Также в то время были распространены проблемы вибрации рулевого управления [7, 8]. Но, как описал Сигел [6], понимание обоих проблем, поворота и вибрации, в эти первые годы было затруднено из-за отсутствия знаний о механике шин.

В 1931 году было создано измерительное устройство, шинный динамометр, который мог измерять необходимые механические свойства пневматической шины для понимания того, что следует разрабатывать [9]. Только после этого такие инженеры, как Ланчестер [10], Олли [11], Рукерт и Шунк [12], Рокар [13], Сигел [14], и другие, смогли разработать механистические объяснения поведения автомобилей в повороте, которые заложили основу для значительной части наших сегодняшних знаний.

Сейчас подошёл к концу первый век автомобильной промышленности. Инженеры добились больших достижений в области технологий, используемых в автомобилях, начиная с Model T до Taurus (Рисунок 1.3). Динамика больше, чем когда-либо, играет важную роль при проектировании и разработке автомобиля. Чтобы помочь инженеру в этой дисциплине [15 - 24], были написаны несколько учебников, но остаётся потребность в книгах, которые содержат все основные аспекты динамики автомобиля. Эта книга пытается заполнить эту потребность.

Рис. 1.3. Восемьдесят лет прогресса от Модели Т до Taurus. (Фото предоставлено Музеем Генри Форда и Ford Motor Company).