с автомобиля, естественно, остается неизменным, и мы говорим только о динамическом, кратковременном перемещении веса. Насколько сильно перемещается вес? Если вес автомобиля принять за 100 %, а ускорение за 0,5 G, что соответствует ускорению 18 км/ч, то задняя часть автомобиля станет на 15 % тяжелее. Немного? Да, но эффект от этого большой! На заднеприводных автомобилях он выражается в лучшем старте машины за счет большего давления на ведущие колеса, и, следовательно, улучшения их сцепления с дорогой. Значит ли это, что, если водитель прибавляет газ во второй половине поворота, за счет улучшающегося сцепления задних колес машина будет устойчивей? Разумеется, да (рис. 6). Но не надо забывать, что переднеприводник за счет разгрузки передних колес будет хуже стартовать, да и в повороте любое прибавление газа уменьшает сцепление его ведущих колес. При торможении (возьмем пример с замедлением в 9,81 м/с2) перемещение веса приобретает поистине драматический характер. Например, на переднеприводном автомобиле, где мотор с коробкой передач находится спереди (а это дополнительный вес на переднюю ось), при торможении задние колеса разгружаются настолько сильно, что малейший поворот руля вызывает их занос (рис. 7), так как в этот момент на задние шины давит всего 12 % от всего веса автомобиля. Если просто резко отпустить педаль газа, то вес также переместится вперед, разгружая задние колеса.
Рис. 5
При резком старте приподнимается вся передняя часть машины, передние пружины разгружаются, вес перемещается назад – задние пружины сжимаются.
Рис. 6. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА ПРИ РАЗГОНЕ АВТОМОБИЛЯ
Во время ускорения вес перемещается назад и загружает заднюю часть автомобиля. Сцепление задних шин с покрытием дороги увеличивается. Автогонщики, зная об этом, умело используют загрузку задних колес для стабилизации автомобиля, чтобы нейтрализовать избыточную или недостаточную поворачиваемость.
Рис. 7. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ВЕСА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ
Вес, действующий на переднюю часть автомобиля увеличивается, соответственно задок автомобиля разгружается. Гонщики используют этот эффект облегчения задней оси, чтобы искусственно вызвать занос автомобиля, помогающий пройти поворот на большой скорости.
Линия, проведенная через крышу до самой дороги через центр тяжести автомобиля, называется вертикальной осью. В момент заноса машина начинает вращаться вокруг этой вертикальной оси. Для большинства водителей такая ситуация часто оказывается полной неожиданностью (рис. 8).
Рис. 8. ВРАЩЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ
В момент заноса машина начинает вращаться вокруг этой вертикальной оси. Для большинства водителей такая ситуация часто оказывается полной неожиданностью.
Однажды мой приятель захотел прокатить меня с ветерком на своей новой машине, а заодно и удивить мастерством вождения на загородном шоссе. Он без промедления ринулся обгонять длинный хвост машин, да слишком поздно включил пониженную передачу, перешел с четвертой на третью. Это я подметил сразу. Но расстояние между машинами справа не позволило ему втиснуть машину, а мы неотвратимо приближались к крутому правому повороту впереди. Приятель решил, что успеет обогнать следующие две машины и юркнуть в то спасительное свободное место, что было перед ними. Почти успел, но его возвращение в правый ряд после обгона практически совпало с началом поворота. Он резко бросил газ, и, как только начал поворачивать руль, наш автомобиль поплыл задней осью в сторону. «Газу, газу», – закричал я. Мой приятель подчинился и поймал вышедшую из-под контроля машину. Если бы он начал тормозить в этот критический момент на входе в поворот, как поступают, увы, в любой аварийной ситуации большинство водителей (а среди них многие считают себя асами), шанс на выход из этой ситуации был бы сведен к нулю.
Какие силы действовали в этот момент на машину, и как удалось изменить их расстановку. Шины задней оси потеряли сцепление из-за резкого перемещения веса. Замедление было вызвано сбросом газа, вследствие чего произошло перемещение веса вперед. Поворот руля вызвал перемещение веса на внешние колеса. Это означает, что давление на определенные колеса изменилось, следовательно, изменилось и их сцепление с дорогой. В нашем случае перемещение веса шло одновременно в двух направлениях: продольном и поперечном. Идеальная ситуация, в результате которой автомобиль едва ли не всегда норовит выйти из-под контроля. Водитель хотел изменить направление, во что бы то ни стало заставить машину повернуть, в то время когда она опиралась практически всем своим весом на одно-единственное внешнее к повороту переднее колесо. А для замедления или изменения направления движения массы автомобиля к ней требуется приложить силу. Но площади контакта с дорогой одного-единственного колеса для того, чтобы эта сила подействовала, явно недостаточно. Что же произошло, когда водитель прибавил газ? Вес перераспределился назад, и задние колеса обрели сцепление (внешние больше, внутренние меньше), что и остановило начинающийся занос задней оси. Прибавляя газ, водитель чисто интуитивно немного повернул руль обратно – «распустил» машину, добавил нагрузки на внутренние к повороту колеса.
Гонщики в аналогичных ситуациях поступают точно так же. Они точно знают, как автомобиль будет реагировать на перемещение веса, а обычный водитель о перемещении веса часто не задумывается. А любое изменение направления или характера движения, будь то ускорение или замедление, поворот налево или направо, обязательно сопровождается перемещением веса, которое изменяет сцепление шин с дорогой. Конечно, автолюбителю не обязательно уметь филигранно направлять свой автомобиль в повороты с головокружительной скоростью, как делает автогонщик, умело использующий перемещение веса в свою пользу. Но знать элементарные законы физики, сопровождающие автомобиль в движении, он обязан.
Если предположить, что предстоит ездить по абсолютно гладкой поверхности, например как сукно бильярдного стола или поверхность ледяного катка, то о вертикальном перемещении веса автомобиля говорить не придется. На практике дорога – это волнистый асфальт, бугры, крутые подъемы и спуски, ямы и другие неровности.
Представим ситуацию: машина въехала с большой скоростью на бугор. Кузов устремляется вверх, подвеска разгружается, и в этот момент водитель решил изменить направление движения. Это ошибка. Именно в это мгновение контакт шин автомобиля с дорогой очень слабый. А буквально через секунду, когда кузов автомобиля опустится, шины вновь обретут сцепление, причем еще большее, чем до подскока. В этот момент машина чутко откликнется на поворот руля (рис. 9).
Рис. 9
Машина въехала с большой скоростью на бугор: кузов устремляется вверх, подвеска разгружается – в это мгновение контакт шин автомобиля с дорогой очень слабый или отсутствует вовсе.
Поведение автомобиля на буграх очень хорошо изучили раллисты. Они проносятся по ним с такой скоростью, что автомобиль взлетает высоко в воздух, и поэтому называются у них такие неровности не иначе как трамплины.
На поведение автомобиля в повороте, на его устойчивость оказывает влияние также и принцип конструкции автомобиля: передний, задний или полный привод, расположение двигателя. Важную роль играет и развесовка машины – в какой пропорции вес распределяется между передней и задней осью. Разумеется, автомобили с современными многорычажными подвесками охотнее исполняют волю водителя в поворотах, чем те, у которых подвески устаревшего образца. Но это чисто технические причины. Огромную роль играет и величина сил, действующих на машину в поворотах. Водители, не вникая в подробности, говорят в данном случае о том, как держат шины – хорошо или плохо? Влияет на устойчивость и дополнительный вес – едет ли водитель один или с пассажирами, есть ли тяжелый багаж, много ли топлива в баке. Ускорение в повороте, конструкция подвесок, давление в шинах, торможение – все это может самым непосредственным образом повлиять на то, какие шины – передние или задние – начнут терять сцепление первыми? Это очень важный вопрос.
Помните, что мы говорили про снос или занос? Если скользят передние шины, то это снос или недостаточная поворачиваемость. Если задние, то мы имеем дело с заносом, и это называется избыточной поворачиваемостью. Если скользят все четыре шины одновременно – это нейтральная поворачиваемость (рис. 10). Понятно, что последний вариант предпочтительнее, так как он не предусматривает вращение автомобиля вокруг вертикальной оси. Если автомобиль поворачивает в повороте, в то время когда водитель не крутит руль, то это и будет называться поворачиваемостью. Рассмотрим более подробно, что это такое.
Рис. 10. ЭТА СХЕМА НАГЛЯДНО ДЕМОНСТРИРУЕТ РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ПОВОРАЧИВАЕМОСТИ:
1. Недостаточная поворачиваемость возникает, когда угол увода передних шин больше, чем у задних. Это снос передних колес, характеризующийся нежеланием автомобиля поворачивать. Траектория движения в повороте распрямляется.
2. Избыточная поворачиваемость возникает, когда угол увода задних шин больше, чем у передних. Это занос задних колес, когда машина поворачивает больше, чем того желает водитель.
3. При нейтральной поворачиваемости углы увода передних и задних шин – одинаковые.
Вначале небольшой экскурс в теорию движения автомобиля, вернее в тот подраздел, где рассматривается увод колес в повороте. Представим себе, что водитель повернул колеса в повороте на определенный угол. На маленькой скорости машина пошла по заданному радиусу. Если описать окружность, то она будет иметь определенный диаметр, независимо от того, сколько кругов по ней накатать (угол поворота колес остается неизменным). Начнем увеличивать скорость и увидим, что диаметр нашей окружности начал увеличиваться. Это увеличение вызывает увод шин, направление пятна контакта с покрытием площадки начало смещаться относительно диска колеса. Теоретическое направление качения шины стало отличаться от реального, заданного определенным поворотом руля. Простыми словами, направление шины стало отличаться от направления диска колеса