Каркасы безопасности и жесткость кузова

Каждый спортсмен, занимающийся автоспортом (в свое удовольствие или профессионально), обязан повысить безопасность автомобиля. Ни одна салонная машина не рассчитана на нагрузки, с которыми кузов сталкивается на гонках. Чтобы на высоких скоростях, при столкновении водитель не получил серьезные травмы, в салон устанавливают каркас безопасности (safety cage).

Каркас безопасности

Из материала вы узнаете об особенностях этой конструкции, разновидностях и их отличиях. Ознакомитесь с технической документацией, и прочей полезной информацией по теме.

Что такое каркас безопасности

Каркас безопасности представляет собой конструкцию, состоящую из стальных труб. Монтируется внутри транспортного средства, после чего прикручивается или приваривается к кузову в ключевых точках. Основная задача каркаса – придание дополнительной жесткости.

Пространственный каркас безопасности предотвращает серьезную деформацию кузова при перевороте или столкновении транспортного средства с другими объектами. Необходимость монтажа конструкции продиктована международным регламентом спортивной ассоциации FIA, а также рядом других контролирующих органов.

Каркас безопасности

Жесткость кузова

Жесткость кузова современных автомобилей являет собой важный параметр, от которого зависит его безопасность. Чем меньше жесткость кузова, тем быстрее в нагруженных местах начнут появляться трещины, усталость металла.

С другой стороны, при попадании в дорожно-транспортное происшествие, кузов с небольшим запасом жесткости деформируется сильнее. Это увеличивает вероятность смертельного исхода при одинаковой скорости по сравнению с машиной, у которой этот показатель на порядок выше.

Кроме того, этот параметр характеризует общую прочность транспортного средства, степень пассивной безопасности и долговечности. Кузов является несущей конструкцией всего автомобиля, навесных элементов, пассажиров и перевозимых грузов.

Если жесткость на кручение недостаточная, при проезде по неровностям машина начинает «играть». Это приведет к неправильной работе подвески, непрогнозируемому ее поведению на высокой скорости. Кручение нужно снизить настолько, насколько это вообще возможно.

Тест жесткости кузова

Главный параметр, опираясь на который, специалисты проводят тестирование – жесткость кузова на кручение вдоль продольной оси. Задача определить, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы вызвать деформацию на 1 градус. Измеряется жесткость в Нм/градус.

Наиболее жесткими считаются автомобили с однообъемной компоновкой кузова, когда силуэт напоминает форму куба, например минивэны. Куда меньшее сопротивление имеют двух и трехобъемные кузова. Большое количество дверей также снижает показатель. Самая низкая жесткость у автомобилей с открытым верхом.

Объем кузова

Таблица значений жесткости кузова

МодельЖесткость (Нм/гр)
Koenigsegg Agera R 65000
Koenigsegg Agera 58000
ВАЗ-21106 (гоночный) Желтая акула51800
Bugatti Veyron 50000
Audi A8 D4 45000
Porsche Cayman 981 42000
Mercedes S-Class W222 40500
Rolls-Royce Phantom 40500
Audi R8 40000
Lexus LFA 39130
BMW 7 series F0137500
BMW F10 37500
VW Phaeton 37000
Bentley Flying Spur mk236500
Audi A8 D3 36000
Lamborghini Aventador 35000
Ferrari F50 34600
Porsche 911 Turbo 99734000
Range Rover mk3 32500
VW Passat B6 32400
BMW Z4 Coupe mk132000
Alfa Romeo 159 31400
BMW 7 series E6531200
Porsche 911 Carrera S 99130400
Mazda Rx-8 30000
Mercedes E-Class W212 29920
Aston Martin Vanquish 28500
Koenigsegg CC-8 28100
BMW X5 E70 28000
Land Rover Freelander 228000
Mercedes S-Class W221 27500
Lancia Kappa Coupe 27350
Ford GT 27100
Aston Martin DB9 Coupe27000
Mazda CX-5 27000
Pagani Zonda F 27000
Porsche 911 Turbo 99627000
Pagani Zonda C12 S26300
Porsche Carrera GT 26000
Audi A8 D2 25000
BMW F30 25000
Porsche Panamera 25000
VW Golf V GTI25000
Mini 2003 24500
Alfa Romeo 166 24400
Bentley Continental Supersports 24000
BMW E39 24000
BMW E60 24000
Seat Leon 2005 23800
Mazda CX-7 23700
BMW X5 E53 23100
Lamborghini Gallardo 23000
Peugeot 407 22700
Toyota Prius 2001 22700
BMW E90 22500
Audi TT Roadster mk222000
Jaguar X-Type Sedan 22000
Saab 43533 Sedan mk222000
Ford Mustang 2005 21000
Saab 43533 Sportcombi mk221000
Chrysler Crossfire 20140
Lamborghini Murcielago 20000
Volvo S60 mk1 20000
Fiat Punto 3d 19700
Ford Focus 3d mk119600
Mercedes SL R231 19400
Audi TT Coupe mk119000
Bugatti EB110 19000
ВАЗ-2180 Лада Веста19000
Alfa Romeo 147 3d18800
Alfa Romeo 156 18800
Volvo S80 mk1 18600
Opel Combo 1999 18500
Bentley Azure 18000
Maserati Quattroporte 2008 18000
Mercedes SLS Roadster 18000
Pagani Zonda Roadster 18000
Ford Focus 5d mk117900
Volkswagen Fox 2007 17900
Alfa Romeo MiTo 17650
BMW E34 17200
Citroen Picasso mk1 17000
Ford GT40 MkI 17000
Mercedes SL R230 16400
Jaguar X-Type Estate 16300
Alfa Romeo 147 5d16250
Ford Mustang 2003 16000
Jaguar XK mk2 16000
Aston Martin DB9 Convertible15500
Mazda Rx-7 FD 15000
Ferrari 575M Maranello 14700
BMW Z4 Roadster mk114500
Daewoo Nubira 1997 14500
ВАЗ-21109 Консул 14300
Renault Twingo 1995 14200
BMW E46 Wagon 14000
McLaren F1 13500
Porsche 911 Turbo 99313500
BMW E46 Sedan 13000
Opel Omega 1999 13000
ВАЗ-2191 Лада Гранта седан13000
Porsche 959 12900
BMW E46 Coupe 12500
ВАЗ-21106 12200
ВАЗ-2123 Шеви-Нива 12000
ВАЗ-2170 Лада Приора12000
Audi A2 11900
Opel Astra 4d 199811900
Opel Astra 5d 199811700
ВАЗ-2191 Лада Гранта лифтбек11700
Porsche 911 Turbo 996 Convertible11600
Saab 43533 Cabriolet mk211500
ВАЗ-1119 Лада Калина хэтчбек11000
BMW E36 Touring 10900
Fiat Bravo 10600
BMW E46 Convertible 10500
BMW Z8 10500
Daewoo Lanos 3d 199710500
Lotus Elise S2/ Exige 2004 10500
Opel Astra 3d 199810500
Toyota Corolla 3d 199510500
ВАЗ-21108 Премьер 10500
Audi TT Roadster mk110000
Renault Sport Spider10000
ВАЗ-2120 Лада Надежда10000
ВАЗ-1117 Лада Калина универсал10000
Ford Mustang Convertible 20059500
Chevrolet Corvette C5 9100
Fiat Brava9100
ВАЗ-21213 Нива8900
Opel Vectra 4d 19998800
Ferrari 360 Spider 8500
ВАЗ-211028400
Nissan Sunny 3d 19958200
ВАЗ-210838200
ВАЗ-21128100
Opel Corsa 3d 19998000
Peugeot 206 CC 8000
ВАЗ-2110 8000
Lotus Elan 7900
Dodge Viper Coupe mk27600
Toyota Starlet 5d 19957600
Nissan Prairie 4×4 5d 19957500
ВАЗ-2111 7400
ВАЗ-2131 Нива 7400
ВАЗ-2105 7300
ВАЗ-2107 7200
ВАЗ-1111Э Ока 7000
Dodge Durango mk1 6800
ВАЗ-21093 6800
Fiat Tempra 6700
Ford Fiesta 3d 19956500
Opel Corsa 3d 19956500
ВАЗ-2106 6500
ВАЗ-21043 6300
Lotus Esprit SE Turbo5850
BMW Z3 mk1 5600
ВАЗ-21099 5500
ВАЗ-2115 5500
Ford Mustang Convertible 20034800
ГАЗ-М20 Победа 4600
Ford Maverick 5d 19954400
Nissan Micra 1995 4000
МЗМА-400 Москвич 2500

В быту автовладелец также может столкнуться с проблемой жесткости. Например, при поддомкрачивании автомобиля, или заезде одним колесом на препятствие. Из-за кручения навесные элементы кузова (двери, капот) начинают плохо открываться. Причина как раз в недостаточной жесткости кузова.

Способы увеличения жесткости

Увеличение показателей жесткости кузова достигается не только путем приваривания или прикручивания каркаса, существуют и менее радикальные способы.

Навесные усилители жесткости

При выпуске нового автомобиля, рассчитывается в том числе и жесткость его кузова. Производитель закладывает необходимый запас жесткости, но если транспортное средство не предназначено для автогонок, то ожидать от него чудес не стоит.

Передний УЖ

Самый простой и доступный способ – установка усилителей жесткости, в народе распорок или «УЖей». Делятся на три типа:

  • Верхний УЖ. Является связующим звеном между стаканами, делая их положение фиксированным. Распорка распределяет нагрузку между стойками, создавая единый механизм.
  • Нижний УЖ. В процессе прохождения неровных участков дороги не позволяет лонжеронам расползаться. Вместе нижняя и верхняя распорки значительно повышают жесткость, создавая раму.
  • Задний УЖ. Увеличивает жесткость задних стаканов, распределяя между ними нагрузку.
Задний УЖ

Кроме этого существует масса дополнительных усилителей для конкретных марок и моделей автомобилей: подрамные, распорки вдоль порогов, на крылья (косынки), каркас под бампер — башбар (bash bar).

Башбар под передний бампер

Установка распорок не относится к способу подготовки автомобиля к участию в автогонках, разве что на любительском уровне.

Усиление кузова

Это уже более продвинутый способ увеличения жесткости, весьма трудоемкий и затратный в финансовом плане.

При интегрированном усилении, места точечной сварки обвариваются дополнительно. Точки крепления агрегатов и особо нагруженные места кузова, усиливаются дополнительными слоями металла. Особое внимание уделяется зонам деформации, предусмотренным производителем. На эти места ввариваются косынки и перемычки.

Однако, для подготовки к участию в профессиональных спортивных дисциплинах, потребуется установка каркаса.

Виды каркасов

С конструктивной точки зрения, каркас безопасности бывает двух видов – болтовой и вварной. Рассмотрим каждую разновидность поподробнее.

Болтовой каркас безопасности

Также называется сборно-разборным. Крепится к боковым стойкам, порогам и полу при помощи болтов. В любой момент конструкцию можно полностью разобрать. Как правило, болтовый каркас пользуется популярностью среди начинающих автогонщиков, а также владельцев, использующих транспортное средство в комбинированном режиме – для повседневной езды и участия в соревнованиях.

Болтовой каркас на ВАЗ 2107

Устанавливая такой каркас нужно выбирать качественный крепеж. Если болты будут плохими, при аварии конструкция может отстегнуться и повредить водителя.

Вварной каркас безопасности

Чтобы при помощи каркаса безопасности получить жесткость кузова, регламентированную правилами автомобильных ассоциаций, нужно внимательно изучить ряд приложений.

Вварной каркас

Приложение J

Являет собой официальный документ, выпущенный международной автомобильной федерацией FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). https://www.fia.com/

Правила повышения безопасности кузова каркасным методом прописаны в статье 253. Там указаны технические параметры каждого элемента конструкции, используемого в «клетке». Читать перевод статьи в формате PDF.

Источник http://www.raf.su/kst/category/74-prilozheniya-j (там же переводы других статей данного приложения).

Приложение 14

Разработано Российской автомобильной федерацией. Являет собой регламент, устанавливающий использования автомобильных каркасов безопасности. Актуален для тех, кто планирует соревноваться в отечественных чемпионатах. Ознакомиться с приложением.

Источник: http://raf.su/ezherafnik/tom-2

Каркас безопасности своими руками

Как показывает практика, самой удобной платформой для постройки спорткара является отечественный кузов ВАЗ. Разработать и воплотить в реальность конструкцию каркаса можно и самостоятельно.

При изготовлении «клетки», в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 8734-58, используется стальная труба двух сортаментов – 45х2,5 и 40х2,0 см. Сталь должна быть нелегированной, с содержанием углерода не более 0,3%. Это нужно для того, чтобы каркас был достаточно гибким и не лопался при деформации.

Также придется обзавестись трубогибом, чтобы придавать рабочему материалу оптимальную форму под нужным углом, поскольку нагрев категорически запрещен. При изгибе труба все равно будет плющиться, и разница между меньшим и большим диаметром не должна превышать 10%.

Чтобы точно отрезать и подогнать трубу, можно воспользоваться сервисом http://metalgeek.com/static/cope_big.pcgi После того как программа сделает развертку, нужно распечатать ее на принтере и перенеси на трубу.

Развертка для обрезания трубы

Каркас лучше всего делать как можно ближе к кузову. Это позволит сохранить больше пространства для водителя и максимально повысить жесткость.

Варить лучше на аргоном или полуавтоматом. Основные точки сварки – стойки крыши, пороги. Используются как продольные элементы с левой и правой стороны кузова, так и косынки с накладками для повышения жесткости центральных стоек при боковом столкновении.

Косынки в омологированной конструкции обязательно должны иметь отверстия для инспекции сварного шва.

Отверстие в косынке для инспекции сварного шва

Обратите внимание на схему создания системы безопасности автомобиля ВАЗ, начиная с «копейки» и заканчивая «семеркой».

Если вы планируете принимать участие в соревнованиях на профессиональном уровне, забудьте о самостоятельном изготовлении. Придется покупать омологированный каркас. Это конструкция, прошедшая официальные испытания, качество которой гарантирует производитель. Она обязательно должна быть сварной и отвечать всем требованиям, предъявляемым официальными организациями.

Оцените полезность статьи! 1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Что еще стоит почитать
Комментировать