Usporiadanie automobilu

Usporiadanie automobilu opisuje to, na akom mieste v aute je uložený motor a ktorá náprava je hnaná. Voľba usporiadania je kľúčovým faktorom pri určení jazdných vlastností automobilu, jeho výrobných nákladov a možných variantov karosérie.

Princíp

Motor a jeho bezprostredné príslušenstvo tvoria značnú časť hmotnosti automobilu, ktorá je sústredená na malom mieste, preto výrazne ovplyvňuje polohu ťažiska automobilu. Umiestnenie ťažiska priamo ovplyvňuje tlak na jednotlivé nápravy. Ak je motor umiestnený bližšie k prednej náprave, je väčší tlak na prednú nápravu, ak je umiestnený vzadu, je väčší tlak na zadnú nápravu. Čím väčší tlak tlačí na nápravu, tým väčšiu adhéziu môžu pneumatiky pri zachovaní rovnakého rozmeru dosiahnuť. Od miery adhézie závisí ovládateľnosť vozidla v extrémnych podmienkach.

Usporiadanie motora

V závislosti od toho, kde je motor v automobile uložený sa odvíjajú ako jazdné vlastnosti automobilu, tak skonštruovateľné koncepcie karosérie. Vo všeobecnosti existujú tri základné koncepcie uloženia motora:

vpredu (nad prednou nápravou) – motor je uložený buď naprieč, obvykle v kombinácii s pohonom prednej nápravy, alebo pozdĺžne, obvykle v kombinácii s pohonom zadnej nápravy, prípadne pohonom 4 × 4.
vzadu (nad, alebo za zadnou nápravou) – motor je uložený obvykle pozdĺžne a poháňa spravidla zadnú, pripadne všetky nápravy
v strede (pred zadnou nápravou) – motor je uložený obvykle pozdĺžne a poháňa zadnú nápravu

Usporiadanie motora je pre výsledné vlastnosti automobilu veľmi dôležitá vlastnosť. Automobil s motorom pred prednou nápravou je možné vo všeobecnosti skonštruovať menší a ľahší a jeho výrobné náklady sú nižšie. Vozidlo s motorom vpredu je stabilnejšie a vykazuje lepšie brzdné vlastnosti. Naproti tomu motor uložený nad zadnou nápravou umožňuje efektívnejšie využiť trakciu zadnej nápravy, pretože tlak na zadnú nápravu pri akcelerácii vozidla stúpa. Zadná náprava preto umožňuje prenášať na cestu vyššie výkony bez straty adhézie. Motor uložený v blízkosti zadnej nápravy však spravidla limituje existujúce karosárske varianty automobilu na hatchbag, sedan a coupe. Motor uložený na kraji auta však spôsobuje špecifické chovanie automobilu pri prechádzaní zákrut.

Veľká hmotnosť v prednej časti automobilu spôsobuje pri prejazde zákruty v dôsledku zotrvačných síl neochotu vozidla zmeniť smer, preto majú vozidlá pri prejazde zákruty vysokou rýchlosťou, alebo pri horšom stave vozovky tendenciu pokračovať pôvodným smerom a vyletieť vonkajším okrajom zákruty. Tento jav sa nazýva nedotáčavosť.

Veľká hmotnosť v zadnej časti automobilu spôsobuje pri prejazde zákruty ten podobný jav. Keďže hmotnosť je uložená vzadu, predná časť automobilu ochotne zatočí do zákruty, ale keď má zmeniť smer pohybu zadná časť automobilu, táto pri vyššej rýchlosti pokračuje pôvodným smerom, čo spôsobí otočenie automobilu do protismeru, alebo neovládateľnú rotáciu (hodiny). Tento jav sa nazýva pretáčavosť.

Eliminovať pretáčavosť a nedotáčavosť je možné do značnej miery uložením motora pred zadnú nápravu automobilu (v strede uložený motor). Masa motora v takom prípade tlačí na obe nápravy približne rovnomerne. Nevýhodou tohto usporiadania sú veľké rozmery výsledného automobilu, napriek ktorým je vnútorný priestor automobilu malý, obvykle maximálne pre dvoch ľudí. Túto koncepciu využívajú najmä pretekárske automobily.

Hnaná náprava

Podobne, ako je dôležité uloženie motora, je dôležité aj to, ktorá náprava automobilu je poháňaná. Hnaná náprava sa obvykle volí v závislosti od toho, kde je uložený motor, pretože niektoré kombinácie uloženia motora a hnanej nápravy nie sú v praxi použiteľné. To, ktorá náprava je poháňaná, bližšie špecifikuje jazdné vlastnosti automobilu a čiastočne zavádza aj niektoré požiadavky na konštrukciu ďalších častí automobilu. Pre dvojnápravové dvojstopé automobily existujú tieto voľby pre pohon náprav:

predná hnaná náprava – automobil poháňajú predné kolesá, ktoré súčasne slúžia aj na zmenu smeru automobilu, používa sa prakticky výlučne len s motorom uloženým vpredu
zadná hnaná náprava – pohon automobilu je realizovaný zadnými kolesami, pričom predné kolesá slúžia na zmenu smeru automobilu, používa sa ako s motorom uloženým vpredu, tak s motorom uloženým v strede a vzadu
pohon všetkých štyroch kolies – pohon automobilu zabezpečujú všetky kolesá automobilu, pričom je pohon všetkých štyroch kolies stály (terénne stroje, ťažké lesné stroje a podobne), prípadne je vypínateľný, kedy je možné prepnúť pohon automobilu buď do režimu hnaná predná náprava, alebo do režimu hnaná zadná náprava

V kombinácii s uložením motora výber poháňanej nápravy významne ovplyvňuje jazdné vlastnosti automobilu. Aj keď vozidlá s motorom uloženým vpredu bývajú obvykle nedotáčavé, v prípade veľmi ťažkého predku a pohonu zadnej nápravy (tzv. klasická koncepcia) je možné docieliť významne pretáčavého chovania. Automobily s pohonom zadnej nápravy obvykle ľahšie zvládajú prejazd stúpaniami v ťažkých poveternostných podmienkach (sneh, vlhkosť), ale je komplikovanejšie zvládnuť jazdu s takým automobilom vo vysokých rýchlostiach. Náhon všetkých kolies eliminuje väčšinu nevýhod oboch pohonov. Výborne sa hodí do terénu, ale vzhľadom na potrebu pohonu všetkých kolies si vynucuje použitie troch diferenciálov, čo zvyšuje pasívne odpory automobilu, jeho hmotnosť. Riešením používaným v automobiloch kategórie SUV je použitie vypínateľného náhonu všetkých kolies. Pohon sa zapojí iba v prípade potreby, keď elektronický systém zisti prekĺzavanie kolies hnanej nápravy. Ináč je zapojený pohon len jednej, obvykle prednej nápravy.

Koncepcie automobilov

Na základe vyššie uvedeného je možné vytvoriť niekoľko rôznych koncepcií pohonu automobilu. Pre konštrukciu automobilov sú najčastejšie používané nasledujúce koncepcie:

motor vpredu, pohon zadných kolies – najstaršia používaná koncepcia, využívaná dodnes v automobiloch značky Mercedes Benz, BMW, Lada a valnej väčšine nákladných automobilov. Vyznačuje sa nízkymi konštrukčnými nárokmi na podvozkové skupiny, kedy je možné použiť tuhú zadnú nápravu a lichobežníkovú prednú nápravu, ale vyžaduje vyššie umiestnenie podvozka, alebo rozmerný stredový tunel. Takisto spôsobuje extrémnu pretáčavosť vozidiel.
motor vpredu, pohon predných kolies – v dnešnej dobe najčastejšie používaná koncepcia. Umožňuje vytvoriť malé auto s veľkým motorom, ktoré v ňom zaberá minimum priestoru. Dáva konštruktérom veľké množstvo volieb pri vytváraní karosárskych variant a dovoľuje vytvoriť variabilný kufor. Používa sa u prevažnej väčšiny osobných automobilov.
motor vzadu, pohon zadných kolies – koncepcia pohonu s ktorou sa experimentovalo v 60. rokoch 20. storočia, bola západnými automobilkami pre nízku variabilitu karosárskych riešení rýchlo zavrhnutá, ale automobilky východnej Európy sa jej držali až do 90. rokov. Táto koncepcia umožňuje použiť jednoduchú prednú nápravu, ktorá je veľmi pevná, ale vyžaduje použitie často komplikovanej zadnej nápravy a vozidlá s touto koncepciou bývajú pretáčavé. Táto koncepcia sa dnes využíva prakticky jedine pri konštrukcii autobusov.
motor v strede, pohon zadných kolies – koncepcia pohonu využívaná prevažne u športových automobilov. Je nevhodná pre konštrukciu áut pre denné použitie, pretože výsledný automobil má veľké vonkajšie rozmery a malý vnútorný priestor. Takéto vozidlá mávajú výborné jazdné vlastnosti. Cenou za to je malý (alebo žiadny) batožinový priestor.

S nástupom pohonu všetkých štyroch kolies je možné vytvoriť koncepcie pohonu:

Z dôvodu variability karosérie sa z týchto koncepcií používa takmer výhradne koncepcia motoru vpredu a náhonu všetkých kolies. Jedným z dôvodov je to, že karosérie mnohých automobilov s náhonom 4 × 4 sú odvodené od starších karosérii s náhonom prednej nápravy.

Vzhľadom na to, že jazdné vlastnosti automobilu s ostatnými druhmi náprav by boli nevyhovujúce sa skoro nikdy neumiestňuje motor dozadu a nepoháňa sa predná náprava. Výsledný automobil by bol pretáčavý a pri akcelerácii by významne strácal adhéziu na hnanej náprave.