На кривой автомобили ярко проявляют свою индивидуальность. Одни неохотно подчиняются управляющим движениям «баранки», упираются при входе в вираж, а потом норовят увеличить радиус поворота и выкатиться на обочину. О таких машинах говорят: у нее недостаточная поворачиваемость.
Недостаточная, избыточная; а какая поворачиваемость нужна? Смотря кому; для «чайника» лучше легкая недостаточная поворачиваемость – по понятным причинам. Профессиональные же автоспортсмены обычно предпочитают слабую избыточную, которая позволяет им быстрее проходить виражи. Но только для профи! Управлять автомобилем с избыточной поворачиваемостью сложно и опасно – как ездить на одноколесном велосипеде (исключительная управлямость, но не для каждого). А в общем и целом приветствуется, естественно, нейтральная поворачиваемость, когда машина просто следует воле водителя и надежно держит заданную траекторию.Другие, напротив, с готовностью заруливают в вираж – да еще и сокращают его радиус помимо воли водителя. «Ввинчиваются» в поворот и забрасывают корму – с риском перехода в неуправляемое вращение. Автомобиль страдает избыточной поворачиваемостью. Как выражаются пилоты NASCAR: если бьешься о стенку трека передком, – значит, поворачиваемость недостаточная; а когда кормой, – избыточная…
Увод
Так все-таки от чего зависит поворачиваемость? От множества обстоятельств, среди которых первые роли играют «развесовка» по осям, тип и настройка подвески спереди и сзади. И конечно же, резина.
Как вы догадываетесь, по кривой эластичные шины катятся не совсем правильно. Даже при полном отсутствии скольжения они идут не как по рельсам, не строго в плоскости своей симметрии, а под напором центробежной силы (от массы автомобиля) деформируются и более или менее сильно уклоняются в сторону. Катятся косо – как бегают собаки. Естественно, от направления поворота, наружу – и передние, и задние. Такое уклонение шин называют уводом; их уводит в сторону.
Увод невелик – нормально до 2-3°, но его влияние на поведение машины трудно преувеличить. Прикол в том, что углы увода спереди и сзади не обязательно одинаковы. И когда увод сзади сильнее (допустим, 3°), чем спереди (1,5°), то начинаются чудеса. Задние колеса как бы слегка (на 1,5°) откатываются в сторону от виража. Самопроизвольно – причем так, что способствуют сокращению радиуса поворота. Та самая избыточная поворачиваемость. То есть, увод задних шин провоцирует «ввинчивание», занос и…
Понятно, что увод сзади нужно держать в рамках. А от чего он зависит? Тоже от разнообразных условий: во-первых, от давления воздуха в шинах. Чем оно выше, тем меньше увод; отсюда вывод, что подбором давления спереди и сзади вы можете регулировать поворачиваемость автомобиля. Во-вторых, профиль резины: у широких низкопрофильных покрышек увод, разумеется, слабее. Монтируем сзади шины пошире, поднимаем в них давление – с ожидаемым результатом.
В-третьих, увод зависит от наклона колеса в вираже. Самой собой, чем сильнее оно кренится наружу, тем больше угол увода. А наклон колеса зависит от схемы и настройки подвески: при прочих равных, McPherson наклоняет колесо заметно сильнее, чем правильная конструкция на двойных поперечных рычагах. Мораль: сзади McPherson не очень в кассу – равно как и подвеска на продольных рычагах. А вот неразрезная ось вовсе не позволяет колесам крениться; поэтому жесткий мост [Он ведь не обязательно тяжелый ведущий, – но и легкий «пустой» (у переднеприводных автомобилей). Скажем, у «Москвича»-2141. Да и ведущий по схеме de Dion получается без лишних неподрессоренных масс.] так долго держался в конструкциях задней подвески.
В-четвертых, «развесовка» по осям. Чем больше нагрузка на колесо, тем сильнее увод с траектории. Так что Porsche 911 Turbo, у которого на заднюю ось попадает около 61% снаряженного веса, заведомо склонен к избыточной поворачиваемости. Которую инженеры Porsche AG искусно компенсируют другими средствами, но все же…
А машины с перегруженной передней осью страдают выраженной недостаточной поворачиваемостью: «тупые» в виражах, они мало пригодны к спортивным заездам. Зато годятся для «чайников» – как американские «крейсеры» 50-х – 60-х.
В-пятых, крутящий момент двигателя: под тягой увод ведущих колес увеличивается. Вот почему при нажиме на «гашетку» переднеприводный автомобиль норовит выкатиться с кривой наружу. А заднеприводный наоборот – «ввинчивается» в поворот, что позволяет подготовленному(!) «драйверу» рулить в вираже «газом».
Кинематика
Неразрезная ось вроде хороша для задней подвески: колеса не наклоняются при кренах автомобиля – и пр. Вроде – в зависимости от того, как она подвешена. То есть, какая у нее кинематика; возьмите простую схему на 2-х продольных рычагах. Как поведет себя ось в повороте? По обстоятельствам – по тому, как установлены рычаги. Если их задние концы опущены к оси, – при крене получите доворот оси от виража. Избыточная поворачиваемость…
И напротив, когда опущены передние концы направляющих рычагов, ось при крене доворачивается в сторону виража. Недостаточная поворачиваемость. Обратите внимание: для незагруженной задней оси характерно неправильное подруливание, а для загруженной (передние опоры рычагов просели) – правильное [Неразрезный мост на продольных листовых рессорах ведет себя примерно как на продольных рычагах. Поэтому у незагруженной сзади «Волги» есть склонность к избыточной поворачиваемости. А у загруженной (сзади) – к недостаточной. Сажайте пассажиров во 2-й ряд и грузите поклажу в багажник.]. Мораль: неразрезную заднюю ось лучше комплектовать (гидро)пневматическими упругими элементами, – чтобы прогиб подвески и направление рычагов не зависели от нагрузки. Особенно значимо для пикапов, которые без груза заметно задирают корму.
В общем, все тот же принцип: передняя подвеска – ничто, задняя – все! Автомобилестроители долго не могли взять нехитрое соображение в толк.
Эластокинематика
Увод возникает из-за эластичности шин (которые все же мягче колес ж/д состава). Но ведь и подвеска тоже не стальная: шарниры «играют», опоры и рычаги деформируются. Как говорят, эластокинематика подвески, – и она способна перекрыть все усилия по ограничению увода задних шин. Например, независимая задняя подвеска на продольных рычагах – до недавних пор ее широко применяли на недорогих легковых автомобилях. Под нажимом центробежных сил рычаги слегка прогибаются, их эластичные опоры в вираже деформируются, и задние колеса самопроизвольно доворачиваются – угадайте с 3-х раз, в какую сторону? Вот именно: от направления поворота – со всеми вытекающими.
В гоночных конструкциях с эластокинематикой борются решительно: жесткие шарниры, несгибаемые рычаги и твердые опоры. Для легковушки такой подход не годится; вы не захотите ездить на «табуретке». Приходится мириться с податливостью деталей подвески – и предусматривать контрмеры. Например, отказаться от схемы с продольными рычагами [Кстати, задняя подвеска на так называемых «косых» (диагональных) рычагах тоже подруливает в сторону избыточной поворачиваемости. Недаром от нее отказались почти полностью. Да и на сопряженных продольных тоже; конструкторы идут на хитрости, чтобы компенсировать подруливание.], чувствительной к боковым силам, – в пользу поперечных. Они – и с двойными поперечными, и та же McPherson – практически равнодушны к центробежным усилиям. И/или применить сзади электронногидравлический механизм [Не только Nissan «скай», но и некоторые модели Hyundai!], который автоматически подруливает – в нужную сторону! Hi-tech.
Эластокинематика подвески накладывается на увод шин, и картина так запутывается, что без… В общем, добиться правильного (нейтрального во всех режимах) поведения машины удается далеко не всем автомобилестроителям, что обозреватели и констатируют в своих репортажах.
Жесткость
Долгие и нудные рассуждения о поворачиваемости имеют смысл, когда у автомобиля жесткая несущая структура (кузов или рама). Ибо что толку ото всех усилий по выбору правильной схемы подвески, ее настройке, установке стабилизаторов, монтажу соответствующей резины и пр., когда «гуляет» шасси в целом? Слабая несущая структура прогибается, скручивается в вираже под действием немалых центробежных сил – и подруливает, так сказать, всем корпусом. Естественно, в ту самую сторону.
И как вы, наверное, заметили, играть уводами шин можно в две стороны. Скажем, ради недостаточной поворачиваемости уменьшают увод сзади – или увеличивают спереди. Результат неодинаковый: в первом случае недостаточная поворачиваемость сопровождается отзывчивостью машины на движения «баранки». Во втором – автомобиль вроде и не склонен забрасывать корму, но руль «ватный», управляемость никакая.
Избыточная, недостаточная… А главное, за всеми премудростями не забывайте о контроле геометрии подвески и об установке колес – передних и особенно задних. Выставлять нужно на специальном стенде – иначе вы рискуете в один прекрасный момент испытать на себе, что значит сильная избыточная поворачиваемость.