Сочленённые автобусы толкающей схемы

Поиск фундаментальной основы

В конце 1960-х гг. в ФРГ начался выпуск стандартных городских автобусов, однако стандартизация касалась только одиночных автобусов. Ассоциация общественного транспорта VÖV (Verband Öffentlicher Verkehrsbetriebe), заручившись поддержкой Федерального министерства по исследованиям и технологиям ФРГ (Bundesministerium für Forschung und Technologie – BMFT), решила расширить типовую рекомендацию для стандартных автобусов, включив в неё сочленённые машины. В свою очередь BMFT предложило Отто Шульцу, главному инженеру мастерских «Фалькенрид» (Fahrzeugwerkstätten Falkenried GmbH), разработать проект стандартного сочленённого автобуса.

В июне 1968-го года была разработана типовая рекомендация для стандартного сочленённого автобуса, унифицированного с серией S по внешнему виду, агрегатной базе и номенклатуре запчастей. Однако конструкция сочленённых машин являлась прежней – напольный двигатель, расположенный в базе тягача и высота пола 920 мм, что было значительно выше максимально допустимой по нормам стандартизации.

Невзирая на эти недостатки, осенью 1968-го года Гамбург объявил конкурс на поставку 50 сочленённых стандартных автобусов, победителем которого стал концерн MAN со своей моделью MAN SG 192. Вслед за Гамбургом транспортные компании ФРГ стали активно покупать сочленённые автобусы стандартной серии S.

Нарекания, жалобы, рекомендации

В самом Гамбурге в течение двух лет MAN SG 192 получил немало нареканий как со стороны транспортной компании Hamburger Hochbahn AG (HHA), так и жалоб пассажиров. Его основным недостатком являлся высокий уровень пола, создававший значительные неудобства во время посадки и высадки пассажиров. В часы «пик» интервалы движения автобусов на основных маршрутах увеличивались до 8 минут, а повышенная пассажировместимость не искупала этих недостатков. По мнению руководства ННА, намного эффективнее было выпустить на линию два одиночных стандартных автобуса, чем один сочленённый. К тому же ремонтная база, переориентированная на обслуживание заднемоторных машин и сочленённых автобусов с двигателем в базе тягача, не была рассчитана на эти автобусы.

В 1970-м году компания HHA обратилось к министерству BMFT с предложением о разработке сочленённого автобуса с пониженным до 725 мм уровнем пола, предусмотренном требованиями стандартизации. Его создание поручили Отто Шульцу. Однако компания HHA добавила в проект свои требования, согласно которым для снижения себестоимости обслуживания и ремонта подвижного состава сочленённый автобус должен иметь заднемоторную компоновку и агрегатную базу от автобуса Mercedes-Benz O 305, составлявшего большую часть парка компании. Эта рекомендация поставила опытного инженера в непростую ситуацию. Даже понижение уровня пола не было настолько трудной задачей, как перенос силового агрегата из базы тягача в другое место в сочленённой машине.

Телега впереди лошади

Отто Шульц поручил ведущему инженеру мастерских «Фалькенрид» Хильмару Фойтлинске (Hilmar Feutlinske) разработать проект сочленённого автобуса с двигателем в прицепе. Такую же задачу Отто Шульц предложил своему другу инженеру Курту Гиру (Kurt Gier) из концерна Schenck Process GmbH und Cо. KG.

Первым свой проект представил Курт Гир. Его предложение заключалось в том, что двигатель располагался… в прицепе. При этом вторая ось оставалась ведущей. От силовой установки карданная передача проходит через узел сочленения по шрусовому валу, передавая вращение на редуктор второй оси. Отто Шульц отметил, что такое решение лишь кажется простым, поскольку именно передача крутящего момента через «сгиб» создаёт необходимость тщательным образом прорабатывать место прохода шрусового вала через узел сочленения и значительно усложняет его конструкцию и обслуживание. К тому же для полной нагрузки ведущей оси требуется отделить коробку передач от двигателя и установить её в тягаче перед средней осью. Отвергнув неудачный проект Курта Гира, Отто Шульц поручил своей команде продолжить работу по поиску оптимального технического решения.

Прицеп толкающий

Хильмар Фойтлинске прекрасно понимал, что идея отрезать заднюю часть автобуса с двигателем и присоединить её к тягачу посредством узла сочленения проста только в теории. Практическая реализация будет крайне сложной, так как необходимо обеспечить устойчивость машины на дороге и контролируемую передачу тяги на заднюю ведущую ось в прицепе.

В конце 1970-го года Хильмар Фойтлинске отправился в командировку в США, где обратился к ведущим автопроизводителям, имевшим значительный опыт в поиске оригинальных технических решений и их внедрении в серийное производство. Получив доступ к технической документации, он начал активно её изучать, причём наибольший интерес вызвал патент американского инженера Кнута Генрихсена на сочленённый автобус с ломающейся рамой, разработанный в 1944-м году по заказу компании Boeing. Главной особенностью его конструкции являлся двухсекционный кузов, части которого соединялись посредством узла сочленения, который для увеличения жёсткости мог перемещаться только в горизонтальной плоскости. Управление автобусом осуществлялось посредством синхронной работы двух двигателей, расположенных в переднем и заднем свесах. Поворот машины осуществлялся через ГУР с замкнутым контуром гидротрансмиссии и двух горизонтальных гидравлических цилиндров, расположенных по обеим сторонам рамы. К сожалению, в США этот оригинальный автобус так и не нашел применения. Тем не менее, идея ломающейся рамы получила широкое распространение на тяжёлых колёсных тракторах и шарнирно-сочленённых самосвалах повышенной грузоподъёмности, которые стали очень популярными в начале 1970-х. Изучив опыт эксплуатации этих транспортных средств, Хильмар Фойтлинске разработал свой проект сочленённого автобуса с задним расположением силового агрегата и приводом на заднюю ось, расположенную в прицепе. При этом управление «сгиба» узла сочленения и устойчивость автобуса обеспечивается за счёт установленных гидроцилиндров и ГУРа с замкнутым контуром гидротрансмиссии.

Революция в мире сочленённых машин

В 1972-м году Хильмар Фойтлинске продемонстрировал свой проект Отто Шульцу. Получив одобрение, его команда приступила к созданию прототипа. В течение двух месяцев спроектировали все технические коммуникации и магистрали. Особенно тщательно проработали гидравлическую систему управления, состоящую из 4 горизонтальных гидравлических цилиндров, расположенных слева и справа в узле сочленения, ресивера (накопителя жидкости в системе противоскладывания), ГУРа с гидротрансмиссией и насосом. Однако Отто Шульц посчитал, что передача энергии в виде рабочей жидкости (масла) по гидротрансмиссии будет невозможна из-за больших потерь при преодолении гидравлических сопротивлений, что приведёт к резкому снижению КПД и ухудшит управляемость и манёвренность автобуса.

Для решения этой проблемы инженер предложил использовать электрическую схему, поскольку для передачи сигнала на значительное расстояние можно использовать ток, который остается постоянным по всей длине кабеля, а на его конце будет преобразован в напряжение с помощью высокоточного шунтирующего резистора, обеспечивая таким образом управление гидравлической системой и автобусом.

Немаловажным фактором при проектировании сочленённого автобуса стала его длина. Необходимо было рассчитать длину кузова так, чтобы устойчивость машины максимально сохранялась даже при усиливающейся поперечной раскачке прицепа. Также просчитали оптимальную длину колёсной базы прицепа от узла сочленения до задней ведущей оси для уменьшения нагрузки от выталкивающей силы. Длина автобуса была выбрана 17 150 мм, что являлось на тот момент оптимальным для данной конструкции.

Как показали исследования, во избежание ухудшения маневренности, заднюю неуправляемую ось можно применять на сочленённых автобусах длиной не более 15,5 м. Однако при такой длине снижаются основные достоинства этих машин по пассажировместимости, в отличие от аналогичных автобусов длиной 16,5–18 м с управляемыми колёсами прицепа.

Кроме того, задняя ведущая ось прицепа существенно улучшает манёвренность, чем обычная неуправляемая. Помимо длины просчитали степень свободы обеих частей кузова при угле складывания, изгибе и закручивании. Угол складывания должен составлять не более 46°, угол изгиба – 8°, угол закручивания – 3°. Через некоторое время при проектировании таких сочленённых машин все эти расчёты станут базовыми.

Такая схема расположения силового агрегата позволила опустить уровень пола до предусмотренных требованиями стандартизации 725 мм и позволила значительно снизить уровень шума в салоне, облегчила техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, поскольку стало возможным использование узлов и агрегатов от стандартных автобусов.

Микропроцессор для автобуса

В 1973 году проект получил одобрение министерства BMFT и средства на его реализацию. Отто Шульц совместно с инженерами компании Robert Bosch GmbH Хайнцом Лейбером, Армином Чинчелем, Германом Клоцом , Фридрихом Клюге приступили к разработке системы электронного управления автобуса. Хильмар Фойтлинске занялся разработкой механической и агрегатной базы. Поскольку основные узлы и агрегаты находились в задней части, а органы управления – в передней, то потребовалось решить задачу прокладки через узел сочленения коммуникаций – это электрические кабели, тросы, а пневматические и гидравлические магистрали. Хильмар Фойтлинске проложил их так, чтобы резиновые части изгибались при перемещении вместе с узлом сочленения, не провисали и износ был минимальный.

В марте 1974-го года инженеры компании Robert Bosch GmbH представили электронную систему KWS (Knickwinkelsteuerung ist ein System) с микрокомпьютерной системой FTI 990-30-E на основе микропроцессора Texas Instruments TMS 9900. Через год компания Robert Bosch GmbH получила патент на электронную систему KWS и передала права на её использование мастерским Фалькенрид.

Электронная система KWS обеспечивала устойчивость автобуса на дороге через давление рабочей жидкости в 7 атмосфер, таким образом, тягач и прицеп прекрасно поддерживали друг друга. Для совершения манёвра отдатчик угла поворота, установленный на рулевой колонке, отправлял сигнал на ресивер, подававший рабочую жидкость в гидроцилиндры, что обеспечивало угол поворота до 46°. При критическом угле поворота KWS предотвращала занос и складывание автобуса, подавала предупреждающий сигнал водителю. Данная система контролировала передачу тяги на ведущие колёса при движении задним ходом и уменьшала обороты двигателя, что позволяло предотвратить повреждение и разрыв узла сочленения.

Копцепт из неликвида

В мае 1975-го года в мастерские Фалькенрид привезли два списанных автобуса Mercedes-Benz O 305, из которых изготовили тягач и прицеп, причём тягач комплектовали такими же колёсами малой размерности, как прототип стандартного автобуса FFG VÖV-Bus II. При этом средняя ось, благодаря двускатной ошиновке, могла выдерживать высокие осевые нагрузки. Чтобы не усложнять и без того трудоёмкий ремонт и обслуживание, Хильмар Фойтлинске решил не прокладывать тросовой привод для механической КП через узел сочленения. Для этого на автобус установили автоматическую 4-ступенчатую ГМП Daimler-Benz W3D 080/2.

Автобус был рассчитан на общую пассажировместимость 113 пассажиров с 57 местами для сидения. После сборки и наладки всех систем опытный образец, получивший обозначение FFG-O 305G, отправился на испытания.

Революционные консерваторы

После завершения испытаний 28 августа 1975 года Отто Шульц продемонстрировал FFG-O 305G главе министерства BMFT ФРГ Хансу Матхёферу (Hans Matthöfer), руководству компании HHA и Ассоциации предприятий общественного транспорта VÖV. Несмотря на то, что новая модель показала прекрасные результаты, многие члены комиссии не поддержали такую концепцию: консервативное мнение большинства основывалось на том, что выталкивать труднее, чем тянуть, поэтому увеличение нагрузки на узел сочленения приведёт к его быстрому износу, а малонагруженная средняя ось повысит риск заноса и «складывания» автобуса на скользкой дороге.

Ханс Матхёфер поблагодарил Отто Шульца за создание революционной конструкции сочленённого автобуса и отметил, что производители автобусов вряд ли захотят выпускать такую сложную и дорогостоящую модель.

По итогам испытаний FFG-O 305G 23 ноября 1976 г. Отто Шульц и Хильмар Фойтлинске получили патент на систему контроля угла поворота узла сочленения KWS. Сам опытный автобус продолжил работу в Гамбурге до своего списания в 1981 году.