Началото на автомобилната ера
Автомобилната ера започва около 1769 г., когато френският военен инженер Николас Жозеф Куньо (1725-1804) построява триколесна парна кола за теглене на артилерийски оръдия [1]. Няколко години по-късно е построен подобрен модел, който само причинява първата автомобилна катастрофа, като се блъска в стена! Това е последвано от парна кола, построена през 1784 г. от шотландския инженер Джеймс Уат (1736-1819), която се оказва неработеща. През 1802 г. Ричард Тревитик (1771-1833), англичанин, проектира парен вагон, който пътува от Корнуол до Лондон. Тази карета намери смъртта си, като изгори на следващата нощ, защото Тревитик забрави да изгаси огъня в казана. Въпреки това бизнесът с парни превози процъфтява в Англия до около 1865 г., когато конкуренцията от страна на железниците и строгите закони за ограничаване на скоростта го слагат край [2].
Ориз. 1.1. Първата кола, построена от Cugno около 1769 г. (Снимката е предоставена от Смитсоновия институт).
Появата през 1886 г. на първите практични автомобили, задвижвани от бензинови двигатели, обикновено се приписва на Карл Бенц (1844-1929) и Готлиб Даймлер (1834-1900), които работят независимо. През следващото десетилетие самоходните карети бяха разработени от много други пионери с познати имена, като Рене Панхард, Емил Левасор, Арман Пежо, Франк и Чарлз Дуреа, Хенри Форд и Рансъм Олдс. До 1908 г. автомобилната индустрия е добре установена в Съединените щати с помощта на Хенри Форд, произвеждащ Model T, а също така е основана и General Motors Corporation. В Европа такива известни компании като Daimler, Opel,Renault, Benz и Peugeot. До 1909 г. в Америка има над 600 производители на автомобили [3].
В първите десетилетия на 1900 г. голяма част от енергията на автомобилните инженери отива в изобретяването и разработването на превозни средства, които ще произвеждат още по-бързи, по-удобни и по-надеждни превозни средства. В зараждащата се индустрия скоростните възможности на автомобилите нарастват бързо, както е илюстрирано от максималните скорости на някои типични производствени автомобили, показани на фигура 1.2.
Ориз. 1.2. Скорости на превозни средства.
Като цяло задвижваните превозни средства са постигнали способността да се движат с висока скорост много преди да има добри павирани пътища, по които да се използват. С по-високите скорости в развитието на машината, динамиката на превозните средства, особено при завиване и спиране, става все по-важна. Състоянието на автомобилната индустрия през този период е описано в мемоарите на Морис Оли [4], както следва:
„Имаше случайни опити да накараме колата да работи правилно, но малко беше направено. Пътниците отзад все още действат като баласт, стърчащ зад задните колела. Управлението често беше нестабилно и предният мост с предните спирачки правеше вибрациите почти неизбежни. Инженерите направиха всички отделни части да функционират перфектно, но когато всичко се сглоби, рядко работеше по приемлив начин.“
Един от първите инженери, които пишат за автомобилната динамика, е Фридрих Вилхелм Ланчестър (1868-1946). (През 1908 г. [5] той отбелязва, че кола, задвижвана с лост, „презавива“, ако центробежната сила, действаща върху ръцете на водача, действа в посокатаувеличаване на ъгъла на завиване [6].) Проблемите с вибрациите на волана също бяха често срещани по това време [7, 8]. Но, както Siegel [6] описва, разбирането на двата въпроса, въртенето и вибрациите, беше трудно в тези ранни години поради липса на познания за механиката на гумите.
През 1931 г. е създадено измервателно устройство, динамометър за гуми, което може да измерва необходимите механични свойства на пневматична гума, за да разбере какво трябва да се разработи [9]. Едва тогава инженери като Lanchester [10], Ollie [11], Ruckert and Schunk [12], Rocard [13], Siegel [14] и други успяха да разработят механистични обяснения за поведението на автомобилите в завой, което постави основата на голяма част от нашето настоящо познание.
Първият век на автомобилната индустрия вече е към края си. Инженерите постигнаха голям напредък в технологията, използвана в автомобилите от Model T до Taurus (Фигура 1.3). Повече от всякога динамиката играе важна роля в дизайна и развитието на автомобила. Няколко учебника са написани в помощ на инженера в тази дисциплина [15–24], но остава необходимостта от книги, които съдържат всички основни аспекти на динамиката на превозното средство. Тази книга се опитва да задоволи тази нужда.
Ориз. 1.3. Осемдесет години напредък от Model T до Taurus. (Снимката е предоставена от Музея на Хенри Форд и Ford Motor Company).