Экстремальное и контраварийное вождение. 2-е дополненное издание
- -
- 100%
- +
• увеличение сопротивлений сжатию и отбою передних амортизаторов и уменьшение сопротивлений сжатию и отбою задних амортизаторов;
• увеличение жёсткости переднего стабилизатора поперечной устойчивости и уменьшение жёсткости заднего стабилизатора поперечной устойчивости;
• использование более жестких передних шин и более мягких задних шин;
• увеличение давления в передних шинах и уменьшение давления в задних шинах;
• увеличение развала передних колёс и уменьшение развала задних колёс;
• увеличение схождения передних и задних колёс;
• увеличение аэродинамической прижимной силы задней части машины и уменьшение аэродинамической прижимной силы передней части машины;
• увеличение бокового аэродинамического сопротивления задней части автомобиля и уменьшение бокового аэродинамического сопротивления передней части автомобиля;
• смещение центра массы к передней оси (отдаление центра массы от задней оси);
• уменьшение момента инерции (массы или диаметра) передних колёс и увеличение момента инерции задних колёс.
Противоположные действия приводят к увеличению поворачиваемости.
Влияние аэродинамических элементов на поведение машины сильно зависит от скорости движения. На низких скоростях движения влияние аэродинамики на поведение машины ничтожно мало. Но чем выше скорость, воздушный поток выше, влияние аэродинамики становится существенным.
На практике, как правило, сложно говорить о нейтральной поворачиваемости — этот термин существует в теории и математике. Проведя тесты, можно только сказать, какая поворачиваемость свойственна автомобилю — недостаточная или избыточная и как ярко выражена избыточная поворачиваемость. Точно сказать, какой поворачиваемостью обладает автомобиль, могут только теоретические расчёты (речь идёт о так называемом коэффициенте поворачиваемости), в которых учитывается большое количество величин. Избыток поворачиваемости можно качественно оценить по углу заноса или по расстоянию между следами от разгруженных в повороте колёс передней и задней осей.
Кроме угла заноса, поворачиваемость можно оценить, пройдя следующий тест.
Тест поворачиваемости. Наберите определённую скорость, нажмите педаль сцепления и быстро поверните руль на фиксированный угол. После того, как машина развернётся на 180 градусов, определите расстояние между начальным и конечным положениями машины.
Проведём этот тест на хэтчбеке и померяем расстояние между начальной и конечной траекториями.
В итоге получилось расстояние чуть больше четырёх полос. Чем большее расстояние получится в тесте, следовательно, тем ниже поворачиваемость. После изменения настроек машины (например, жёсткость пружин, стабилизаторов поперечной устойчивости) можно повторить тест и сравнить результаты. Начальная скорость и угол поворота передних колёс должны быть одинаковыми. Поворачиваемость, которую мы определяли способами, описанными в этой главе, так и будем называть поворачиваемостью или поворачиваемостью при движении накатом.
В тестах мы выворачивали руль до упора (угол поворота колёс около 40 градусов), скользили передние колёса. Если поворачивать передние колёса на меньший фиксированный угол (10—15 градусов), угол заноса (поворачиваемость) получится выше, поскольку нагрузка на передние шины будет меньше.
При помощи органов управления можно увеличить или уменьшить поворачиваемость. Например, если сильно нажать на педаль газа на заднеприводном автомобиле во время движения в повороте, то заднюю ось может с легкостью занести. То есть нажатие педали газа на заднеприводном автомобиле не только приводит к ускорению, но и увеличивает поворачиваемость. На переднеприводной машине, наоборот, нажатие на педаль газа заставляет автомобиль выпрямить траекторию — это эффект уменьшения поворачиваемости. Избыточную поворачиваемость можно создать при помощи ручного тормоза: часто можно видеть, как пилоты в раллийных гонках входят в шпильки с заносом задней оси, заблокировав задние колёса.
Созданная при помощи органов управления поворачиваемость будет «прибавляться» к поворачиваемости автомобиля. Скажем, если автомобиль обладает очень низкой поворачиваемостью, отправить его в занос за счёт тяги на задней оси будет сложнее, чем автомобиль с избыточной поворачиваемостью.
Упражнение. Попробуйте определить поворачиваемость вашего автомобиля. Для этой цели можно расставить конусы на полигоне, имитирующие поворот и провести тест. Не забывайте о безопасности: машина может проявить очень низкую поворачиваемость, либо её может занести и развернуть, поэтому места на полигоне должно быть достаточно.
Будьте осторожны! Неправильный «тюнинг» автомобиля (это могут быть параметры подвески, колея, дорожный просвет) может сделать ваш автомобиль небезопасным. Заводы-изготовители проектируют легковые машины так, чтобы они были устойчивыми и не переворачивались при резком маневрировании. При возникновении риска опрокидывания в повороте необходимо повернуть руль против направления поворота, чтобы вернуть автомобиль на четыре колеса.
Стоит отметить, что электронные системы управления приводом, электронное управление распределением крутящего момента на колёсах, динамические электронные системы стабилизации движения могут искажать воспринимаемую поворачиваемость автомобиля.
Занос: причины возникновения и методы борьбы
При сносе передней оси мы теряем управление. В отличие от сноса, занос — это управляемое скольжение автомобиля. В скольжении может оказаться одна ось или обе оси. На склонность к заносу и поведение машины в заносе влияют такие параметры, как тип привода, поворачиваемость, тип дифференциала. Во время заноса задняя ось стремится обойти переднюю. Для определённости, если продольное направление кузова отклоняется вправо относительно направления движения, будем говорить, что машину заносит вправо (направление заноса — вправо), а угол между направлением движения и продольным направлением кузова будем называть углом заноса.
Этот заднеприводный автомобиль подготовлен специально для дрифта. На нём установлены дифференциал повышенного трения, мотор с высоким крутящим моментом, выставлен отрицательный развал колёс и увеличен выворот передних колёс. На переднеприводном автомобиле без труда можно выйти из любого угла заноса, если крутящего момента двигателя достаточно, чтобы поддерживать пробуксовку передних колёс. Например, на этой машине мы несколько раз подряд вошли в занос и вышли из него.
Поведение в заносе полноприводной машины зависит от распределения крутящего момента по осям. Если основная часть крутящего момента приходится на переднюю ось, поведение автомобиля будет близко к поведению переднеприводной машины. Этот полноприводный автомобиль, по ощущениям, похож на переднеприводный: при нажатии на педаль газа машина стремится выйти из заноса.
Но, в отличие от переднего привода, на полноприводной машине можно стабильно поддерживать занос за счёт части крутящего момента двигателя, передаваемой на заднюю ось. Кроме этого, на полноприводном автомобиле занос поддерживать проще, чем на заднеприводном (при соответствующем соотношении крутящих моментов, передаваемых двигателем на переднюю и заднюю оси), так как тяга на передней оси не даст машине развернуться.
Стоит отметить, что при движении задним ходом при повороте руля может возникнуть занос передней оси. Мы разогнались задним ходом и быстро вывернули руль, после чего автомобиль развернуло почти на 180 градусов.
Неумение управлять машиной в заносе зачастую приводит к авариям. Заднеприводным автомобилем с обычным дифференциалом (нулевое или низкое трение) довольно сложно управлять в заносе. Возьмём для тестов заднеприводный автомобиль с дифференциалом нулевого трения (заводской) на задней оси. Разберемся, какие могут быть причины возникновения и способы провокации заноса задней оси.
1. Торможение ручным тормозом. Самая простая и понятная причина.
2. Агрессивное дросселирование на заднеприводной машине. Обратите внимание — со стандартным дифференциалом первым начинает буксовать колесо с внутренней стороны поворота (разгруженное колесо).
3. Раскрутка мотора и бросание сцепления на заднеприводном автомобиле. Если выжать сцепление, набрать обороты двигателя и, не отпуская педали газа, бросить сцепление, начнется пробуксовка задних колёс.
Мы набрали обороты двигателя и бросили педаль сцепления. Оба задних колеса начали буксовать, начался занос задней оси.
4. Торможение двигателем на заднеприводном автомобиле. При отпускании педали газа, во-первых, передняя ось загружается, задняя — разгружается.
Из-за этого сцепление передних шин с дорогой увеличивается, задних —уменьшается. Во-вторых, на задних колёсах появляется тормозное усилие, вызванное торможением двигателем. Эти факты приводят к увеличению поворачиваемости и могут стать причиной заноса при маневрировании на заднеприводном автомобиле, особенно — на автомобиле с избыточной поворачиваемостью. Притормаживание вкупе с торможением двигателем может дать тот же эффект. Кроме того, неровности дороги на короткое время разгружают заднюю ось, что в сочетании с торможением двигателем повышает риск заноса на заднем приводе.
5. Понижение передачи без перегазовки на заднеприводном автомобиле с механической коробкой передач. После понижения передачи и отпускания педали сцепления двигатель вынужден набрать обороты за короткий промежуток времени, о чём может свидетельствовать скачок стрелки тахометра. На заднем приводе это равноценно действию ручного тормоза.
6. Торможение при сильном смещении баланса тормоза на заднюю ось. Когда баланс тормозной системы смещён на заднюю ось, во время торможения поворачиваемость может увеличиваться. Может случиться, что первыми начнут тормозить задние колёса.
7. Раскачивание центра массы. Раскачивание может стать причиной заноса при прохождении S-образного поворота.
При изменении направления движения энергия, запасённая в сжатой подвеске, высвобождается и толкает машину в противоположную сторону, что может привести к возникновению заноса.
8. Одновременное нажатие педалей газа и тормоза на переднеприводной машине. Двигаясь по кольцу на переднеприводной машине, одновременно нажмём педали газа и тормоза.
Возник занос задней оси, машина устремилась внутрь кольца. То есть нажатые педали газа и тормоза на переднеприводной машине создают избыточную поворачиваемость. Поскольку при торможении мы нажимаем на педаль газа, на передней оси будет присутствовать тяга от двигателя. Задняя ось будет тормозить интенсивнее передней, не исключена блокировка задних колёс. Торможение задними колёсами создаёт избыточную поворачиваемость, что аналогично торможению ручным тормозом. Для описания работы передней оси учтём несколько факторов:
• из-за крена в повороте левые колёса загрузились массой автомобиля, а правые — разгрузились;
• на передние колёса воздействует тяга двигателя и тормозное усилие;
• крутящий момент двигателя разделяется между передними колёсами дифференциалом.
На передней оси автомобиля установлен дифференциал нулевого трения, который на каждое колесо передаёт половину крутящего момента двигателя. Для объяснения результатов теста будем считать, что крутящего момента двигателя достаточно, чтобы сохранить тягу на передних колёсах при нажатии педали тормоза до упора.
Для наглядности иллюстраций введём понятие эквивалентной силы. Эквивалентная сила — это сила, которую нужно приложить к верхней точке колеса, чтобы получить крутящий момент на колесе (это может быть крутящий момент двигателя или крутящий момент, созданный тормозной системой).
На рисунке изображена сила, которая прикладывается к верхней точке колеса и заставляет колесо вращаться быстрее по часовой стрелке.
Изобразим на рисунке эквивалентные силы, которые возникли во время одновременного нажатия педалей газа и тормоза при выполнении предыдущего теста.
На левом рисунке чёрными стрелками обозначены эквивалентные силы, созданные тормозной системой, белыми стрелками — равные эквивалентные силы, соответствующие крутящему моменту, который вырабатывается двигателем и разделяется между колёсами дифференциалом. На правом рисунке на каждом переднем колесе изображена результирующая эквивалентная сила, которая соответствует результирующему крутящему моменту (разность крутящего момента двигателя и крутящего момента тормозной системы). Педаль тормоза мы нажимали не до конца, тормозного усилия на заднем загруженном колесе не хватило, чтобы заблокировать его.
Если тормозное усилие достаточно высокое, задние колёса могут заблокироваться. Изобразим случай, когда задние колёса оказались заблокированными. Заблокированные колёса отметим крестиками.
Направление эквивалентных сил соответствует направлению движения передних колёс. Переднее разгруженное колесо имеет более плохое сцепление с дорогой, чем загруженное, есть шанс начала его пробуксовки. Если начнётся пробуксовка разгруженного колеса, основная часть мощности двигателя будет передаваться на него.
Хотя нажатые педали газа и тормоза создают на переднеприводной машине избыточную поворачиваемость, она может уменьшиться крутящим моментом двигателя. Если задние колёса окажутся заблокированными, но двигатель обладает достаточно высоким крутящим моментом, автомобиль не развернётся в заносе за счёт высокой тяги на передних колёсах. В то же время, если тормозное усилие на передних колёсах полностью компенсируется тягой двигателя, должна получиться максимальная поворачиваемость.
Повышенное трение дифференциала позволит передать больше крутящего момента на загруженное переднее колесо и, тем самым, эффективнее реализовать мощность двигателя. Изобразим эквивалентные силы, когда на передней оси установлен дифференциал повышенного трения.
На левом рисунке изображены эквивалентные силы, созданные торможением (чёрные стрелки) и крутящим моментом двигателя (белые стрелки). На правом рисунке изображены результирующие эквивалентные силы на передних колёсах после вычитания из крутящего момента двигателя крутящего момента тормозного усилия. Большее количество крутящего момента на загруженном переднем колесе означает, что на колесо будет передаваться больше мощности двигателя по сравнению с ситуацией, когда был установлен дифференциал нулевого трения.
Таким образом, тяга на передних колёсах при торможении создаёт избыточную поворачиваемость. Присутствие небольшой тяги на передних колёсах при торможении эквивалентно смещению баланса тормозного усилия на заднюю ось. Но слишком большая тяга на передних колёсах может привести к выпрямлению траектории (недостаточной поворачиваемости).
Кроме предыдущих причин, занос может вызвать резкая смена дорожного покрытия. Например, если водитель по неосторожности заехал задним колесом на обочину, на которой находятся земля или снег, автомобиль может занести. Неопытный водитель, как правило, не оперирует информацией о состоянии дорожного покрытия и как оно должно отражаться на тормозном пути и технике управления. Если двигаться в «штатном», привычном для сухой погоды режиме, заднеприводный автомобиль с лёгкостью может занести на выходе из поворота на мокрой дороге. Еще опасность может представлять невидимый лёд под снегом. Ничего не подозревающий водитель, совершенно спокойно двигаясь по дороге или проходя поворот, может попасть в аварийную ситуацию.
Создать избыточную поворачиваемость можно всеми способами, которыми можно создать занос задней оси. Например, смещение баланса тормоза на заднюю ось увеличит поворачиваемость при торможении на входе в поворот. На переднеприводном автомобиле поворачиваемость можно повысить при помощи одновременной работы педалями газа и тормоза.
Способы борьбы с заносом
Передний привод
Рассмотрим способы выхода из заноса. Сначала рассмотрим переднеприводный тип. Будем провоцировать занос ручным тормозом. Когда начнется занос задней оси, необходимо нажать педаль газа на 100% и направить передние колёса против направления заноса, чтобы прекратить занос.
Заметны следы, оставленные заблокированными задними колёсами во время действия ручного тормоза. Первым заблокировалось разгруженное колесо. После прекращения действия ручного тормоза была нажата педаль газа и руль повёрнут против направления заноса. Видно, что разгруженное переднее колесо начало шлифовать после нажатия на педаль газа. Это объясняется тем, что на машине установлен дифференциал нулевого трения. Перед окончанием заноса руль был выставлен в положение «прямо», после педаль газа была отпущена.
Психология неподготовленного водителя заставляет его отпустить педаль газа при возникновении заноса, независимо от типа привода. Это распространённая ошибка управления переднеприводным автомобилем. Оказавшись в незнакомой ситуации, охваченный чувством страха, водитель отпускает педаль газа. Занос при этом увеличивается. В конечном счёте, водитель теряет контроль над автомобилем, машина продолжает двигаться по инерции, как будто в ней нет водителя.
Для успешного выхода из любого угла заноса на переднеприводной машине крутящего момента двигателя должно быть достаточно, чтобы поддерживать пробуксовку передних колёс хотя бы на первой передаче, в противном случае мотор заглохнет. При возникновении угла заноса 90 градусов и больше, скорее всего, придётся понизить передачу, чтобы увеличить крутящий момент на передних колёсах.
Задний привод
На заднеприводной машине педаль газа необходимо отпускать во время выхода из заноса. Возьмём заднеприводный автомобиль с недостаточной поворачиваемостью. Спровоцируем занос задней оси резким нажатием на педаль газа при прохождении поворота. Чтобы прекратить занос, отпустим педаль газа и повернём руль против направления заноса. Когда занос начнёт уменьшаться, без промедлений вернём руль в положение «прямо».
При выходе из заноса при помощи руления максимальный угол заноса, из которого можно выйти, зависит от допустимого выворота передних колёс. Заметьте, во время выхода из заноса передние колёса автомобиля направлены по траектории движения. Если на задней оси установлен дифференциал нулевого трения и в дифференциале не создаётся трение при отрицательной нагрузке, то торможение двигателем будет создавать ощутимую избыточную поворачиваемость. Поэтому в случае дифференциала нулевого трения лучше выжать сцепление во время борьбы с заносом, чтобы исключить торможение двигателем.
Далее, проведём эксперимент. Посмотрим, что произойдёт, если одновременно нажать педали газа и тормоза, когда машина находится в заносе.
Во время прохождения поворота мы спровоцировали занос дросселированием. После мы нажали педали газа и тормоза одновременно. Передние колёса заблокировались, на задних колёсах сохранилась тяга от двигателя. Разгруженное заднее колесо стало буксовать. Траектория выпрямилась и занос прекратился. Заметны следы шин, оставленные заблокированными передними колёсами и разгруженным задним колесом, которое проворачивало по асфальту.
Рассмотрим, что произошло с каждой осью при одновременном нажатии педалей газа и тормоза. Поскольку привод осуществляется на задние колёса, на передние колёса будет действовать только тормозное усилие, которое вызовет блокировку передних колёс. Заблокированные передние колёса провоцируют недостаточную поворачиваемость. Теперь рассмотрим, что происходит с задней осью. Пока представим, что на задней оси установлен дифференциал нулевого трения. На задних колёсах будут присутствовать тормозные усилия и равные крутящие моменты.
На левом рисунке изображены эквивалентные силы, созданные торможением (чёрными стрелками), и эквивалентные силы, вызванные крутящим моментом двигателя (белыми стрелками). На правом рисунке белыми стрелками изображены результирующие эквивалентные силы на задних колёсах. Высокое тормозное усилие на передних колёсах заблокировало их. На задней оси сохранилась небольшая тяга. Как известно, тяга на задних колёсах приводит к загрузке задней оси и разгрузке передней. Заблокировать передние колёса проще, когда передняя ось менее загружена. В итоге создаются условия для недостаточной поворачиваемости.
Крутящий момент на задней оси можно подобрать так, что тормозное усилие будет скомпенсировано: на задние колёса не будет действовать ни тяга, ни тормозное усилие. В этом случае будет происходить только торможение передними колёсами, что аналогично сильному смещению баланса тормозов на переднюю ось. Что касается мощности, она распределяется между колёсами неравномерно: дифференциал нулевого трения передаёт основную часть мощности двигателя на разгруженное колесо.
На рисунке стрелками показана мощность, передаваемая на задние колёса.
Крутящий момент на разгруженном заднем колесе заставляет его быстро вращаться и буксовать по поверхности дороги. Когда траектория постепенно выпрямляется и крен кузова уменьшается, разгруженное колесо восстанавливает сцепление с дорогой, набранная им скорость вращения резко уменьшается. При этом возникает толчок против направления заноса, который заставляет траекторию еще больше выпрямиться.