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 (рис. 11). Именно этот угол, определяющий разницу теоретического и реального направления шины, и показывает величину увода, который привел к увеличению радиуса нашей окружности. Поедем еще быстрее. В какой-то момент сцепление шин достигнет критического значения, и они начнут скользить. Одновременно все четыре? Это не худший вариант, так как в этом случае скольжение просто еще больше увеличит диаметр окружности, но не вызовет вращение автомобиля вокруг вертикальной оси. Такое поведение автомобиля в момент потери сцепления и скольжения всех четырех шин и называют нейтральной поворачиваемостью. Ее характеризует то, что все четыре колеса имеют одинаковый угол увода. Именно так стараются настроить свои болиды автогонщики, что позволяет им полностью контролировать их поведение на больших скоростях в поворотах.
Рис. 11. УГОЛ УВОДА ШИНЫ
А – прямо
Б – направление движения
В – направление управляемого колеса
При увеличении скорости в повороте наступает момент, когда направление, куда смотрит шина, несколько отличается от того, куда в действительности сориентирован обод колеса. Угол между направлением качения шины и плоскостью вращения колеса называется углом увода.
На практике часто бывает по-другому: то передние колеса начнут скользить первыми, то задние. В первом случае угол увода передних колес будет больше, чем у задних. Машина перестанет слушаться повернутых передних колес и будет стремиться уйти от окружности по касательной. Это типичный пример сноса передней оси, а поведение автомобиля в такой ситуации называется недостаточной поворачиваемостью.
Если первыми сорвутся в скольжение задние колеса, это вызовет избыточную поворачиваемость, которую характеризует больший угол увода задних колес. Это классический пример заноса, когда задок машины норовит обогнать передние колеса, разворачивая ее носом к вершине поворота.
Смоделировать различные проявления поворачиваемости можно на площадке на одном и том же автомобиле. Для этого перед началом движения по окружности надо сначала спустить наполовину давление в передних шинах, чтобы они быстрее потеряли сцепление и начался снос передка. Затем восстановить давление в передних шинах и спустить наполовину в задних, что вызовет занос.
Зачем это знать обычному водителю? Любой автомобиль с нормальной загрузкой и средним сцеплением шин будет запрограммирован на определенное поведение в критической ситуации в повороте. Предположим, если речь идет о переднем приводе – проявится недостаточная поворачиваемость. Тот же самый автомобиль, но уже при других условиях, например, с полной загрузкой и на скользком покрытии при превышении критичной скорости, продемонстрирует избыточную поворачивае-мость, характерную для заднего привода. Главное понять, что водителя, который не знает, как поведет себя автомобиль в критической ситуации, какие ответные действия помогут ему не потерять контроль над ситуацией, нельзя назвать безопасным. Водитель обязан точно знать, что может случиться на дороге и как с этим бороться.
Конструкторы стараются придать своим творениям нейтральные качества в критических ситуациях. Именно это имеют в виду журналисты, описывая норов автомобильной новинки, сообщая читателю: «Управляемость выше всяких похвал». Но не все производители «вживляют» в свою продукцию характер нейтральной поворачиваемости, как например, спортивные модели БМВ и «порше».
Как застраховаться от неумелых действий водителей за рулем мощного и быстроходного автомобиля? Скорее всего, это будет выглядеть таким образом: влетая в поворот с завышенной скоростью, неопытный водитель испугается, резко бросит педаль газа и еще круче повернет руль, что вызовет занос задка. Именно поэтому инженеры стараются придать спортивным автомобилям склонность к недостаточной поворачиваемости, по крайней мере в первый момент скольжения шин. Такой характер поведения автомобиля будет несколько противостоять склонности к заносу задней оси в данных условиях. Но в целом заднеприводные автомобили сохраняют нейтральную поворачиваемость в начале скольжения, что в предельных режимах все равно выльется в избыточную поворачиваемость или занос. Точно так же переднеприводные автомобили могут сначала в скольжении демонстрировать нейтральное поведение, но более глубокое скольжение все-таки закончится ярким проявлением недостаточной поворачиваемости или сносом (рис. 12).
Рис. 12
Движение по окружности – лакмусовая бумажка для проявления индивидуальных характеров машин с разными типами приводов. Задний привод тяготеет к избыточной поворачиваемости, передний – к недостаточной.
Нейтральная поворачиваемость характеризует машины с полным приводом.
Как и где проверить характер вашего автомобиля, его склонность к сносу и заносу? Для этого требуется площадка без ограждений, на которой можно безопасно выписывать окружность как минимум 30 м в диаметре. Чтобы быстро ехать на гоночной машине, гонщик обязательно проверяет поведение своей машины на тренировках. Он может, применяя те или иные приемы пилотирования, влиять на поведение машины или изменить настройки подвесок, чтобы добиться желаемой управляемости. Почему же подавляющее большинство водителей не желают проверить, как поведут себя их автомобили в критической ситуации?
Но главные проблемы начинаются, когда на автомобиль действуют сразу несколько сил. Например: автомобиль тормозит, потом поворачивает, причем вершина поворота находится на холме. Значит, на шины действуют силы отрицательного продольного ускорения, то есть торможения, бокового ускорения в повороте, да еще и вертикального, так как машину подбросило вверх. Причем не строго по указанным векторам, а во всех направлениях. Силы, действующие на шину в повороте, можно представить графически.
Но сначала, чтобы было понятнее, рассмотрим такую ситуацию: хозяйка налила вам в тарелку борщ, и вам следует проследовать с тарелкой в столовую. «Хорошо, что еще не до краев налила!» – бормочете вы и внимательно смотрите на тарелку, чтобы не пролить суп. А он так и норовит пролиться через край по направлению вперед и влево. Стоп! Почему вперед и влево? Да потому что вы только что затормозили в конце коридора и повернули вправо. Точно так же запас сцепления шин устремляется вперед и вправо при торможении и повороте влево на нашем графическом изображении. Посмотрите, как только вы снова пошли, суп устремился назад, точно так же как у автомобиля, трогающегося с места, загружается задняя ось, из-за чего сцепление задних шин возрастает.
Первым предложил использовать окружность для графического изображения работы шины в повороте профессор Вунибальд Камм (1893–1966), работавший в техническом университете в городе Штутгарт, в Германии. Вероятно, прежде чем господин Камм пришел к выводу, что можно графически изобразить запас сцепления шины в повороте, он так же покружил с тарелкой супа в руках. Только это был не борщ, а немецкий айнтопф, но на результаты эксперимента это не повлияло.
Итак, силы, действующие на шину в повороте, можно изобразить векторами. Эта сила может быть большой, средней или нулевой. Измерять ее нет никакой необходимости, для нашего графика это неважно (рис. 13). Важно только что длина стрелки изображает – максимум, половина стрелки – середину максимума и ноль – ничего. Направление стрелки возможно в любую сторону, поэтому обведем вокруг окружность. Расстояние от центра до окружности изображает в данном случае максимальное боковое или продольное ускорение. Что происходит на линии окружности? Это и есть зона турбулентности, здесь силы сцепления иссякают и уступают место силам скольжения. В этой зоне достигается максимальное сцепление шины с дорожным покрытием, шины находятся в состоянии контролируемой нестабильности. Окружность профессора Камма наглядно показывает, что тормозить и разгоняться в повороте можно, важно только правильно распределить соотношение сил продольных и поперечных ускорений. Конечно, на практике все намного сложнее, но это помогает понять принцип работы шины в повороте. Скажу по секрету, что благодаря этой теории и была изобретена антиблокировочная система тормозов.
Рис. 13
График показывает, что в данном повороте при боковых ускорениях «В», мы можем тормозить настолько интенсивно «Б», чтобы результирующий вектор «Б» был не больше, чем окружность, определяющая предел сцепления шин.
На границе окружности шина теряет сцепление и автомобиль становится неуправляемым.
Поверхность полусферы профессора Камма (рис. 14) показывает вертикальное ускорение. Мы говорили о том, что вершина поворота может находиться на холме или на изломе. В этот момент машина станет легче, а вектор устремится в направлении поверхности полусферы, снижая сцепление шины с покрытием дороги. В этот момент способность шины поворачивать, разгоняться или тормозить сильно ограничена. За разгрузкой подвески последует ее сжатие, и неизбежно возникнет прижимная сила – вес машины увеличится, сцепление шин улучшится. Графически это показывается увеличением окружности, отодвигающей зону начала скольжения. Это самый подходящий момент, чтобы тормозить или поворачивать.
Рис. 14
При проезде бугра автомобиль становится легче, и его возможности тормозить и поворачивать снижаются.
При проезде впадины – наоборот, окружность полусферы становится больше, значит, сцепление шин увеличивается под воздействием дополнительной нагрузки.
Подведем итог и суммируем вышесказанное. Управление автомобилем в движении создает силы, действующие на машину. Водитель может эти силы в процессе «борьбы» с дорогой и машиной увеличивать или уменьшать, но они все равно будут подчиняться законам физики. Грамотное управление автомобилем состоит в умении водителя понимать и не нарушать эти законы, а умело их использовать. Быстро, но безопасно ехать на автомобиле – значит умело балансировать на границе окружности профессора Камма (рис. 15). А в балансе главное чувствовать перемещение веса и не перебарщивать с ним. Иначе ваш борщ выплеснется из тарелки!
Рис. 15
Быстро, но безопасно ехать на автомобиле – значит умело балансировать на границе окружности. А в балансе главное чувствовать перемещение веса.
8. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПОМОЩНИКИ
Итак, давайте разберемся, в чем состоит принцип работы вспомогательных систем. Начнем с ESP (Electronic Stability Programm) – электронной системы курсовой стабилизации. Можно ли при наличии такой системы, особо не задумываясь, вваливать в повороты, – задаст вопрос водитель, предпочитающий агрессивный стиль вождения? Сработает ли она как страховка у альпиниста, или как сетка в цирке, натянутая под воздушными гимнастами?
Спешу заверить сомневающихся водителей, система курсовой стабилизации функционирует и делает это совсем не плохо. Все зависит от типа автомобиля и настройки системы. На автомобилях «порше», отличающихся спортивностью, подобная система (называется она PSM – Porsche Stability Menagement) начинает действовать где-то во второй половине зоны скольжения, то есть незадолго до потери контроля над машиной. Она просто дает водителю больше времени, чтобы справиться с критической ситуацией.
На других машинах, например на представительском «мерседесе», эта система отрегулирована так, что в опасную зону турбулентности вы вообще не попадете. Это означает, что система курсовой стабилизации не поможет быстрее пройти поворот, но сделает все возможное, чтобы позаботиться о безопасности водителя, если он переборщил со скоростью. Можно ли переиграть систему? Автогонщик наверняка пройдет трассу с выключенной системой на несколько секунд быстрее. Но мы же не на автогонках, да и в скорости реакции уступим натренированному автогонщику. Но если водитель за рулем немного расслабился, прозевал начало поворота, а на дороге оказалось скользко, система курсовой стабилизации окажется на вес золота.
Вот как демонстрировал работу системы курсовой стабилизации эксперт по экстремальному вождению автомобиля немец Кристиан Гайстдерфер, двукратный чемпион мира по ралли (он завоевал оба титула, выступая в качестве штурмана легендарного Вальтера Рерля). На одном из занятий по контраварийной подготовке Гайстдерфер проходил змейку, размеченную пластиковыми конусами, на автомобиле «фольксваген-гольф» с отключенной системой. Быстрее, еще быстрее, и вот конусы полетели в разные стороны. Теперь вторая попытка, но уже с включенной системой. Быстрее, еще быстрее, но машина ловко огибает конусы, выписывая правильный зигзаг, как будто чья-то невидимая рука удерживает машину на верном курсе. «Вне всякого сомнения, программа стабилизации помогает управлять машиной, но никакого чуда произойти не может – так как у этой системы есть свой предел», – прокомментировал эксперт. Как только шины теряют сцепление с дорогой, никакая электроника уже не в состоянии удержать автомобиль на нужном курсе. Следовательно, такая система может рассматриваться как вспомогательное средство в аварийных ситуациях, и водителю не стоит терять голову. Управлять машиной следует всегда осторожно и осмотрительно.
Не следует путать блокировку дифференциала с противобуксовочной системой. Блокировка дифференциала не только помогает преодолевать труднопроходимые места, так как два буксующих колеса всегда эффективнее одного, но и позволяет ездить быстрее, улучшает динамику машины. Смысл противобуксовочной системы (на немецких машинах обозначается сокращением ASR) заложен в самом названии. Она не дает буксовать ни одному из ведущих колес путем их подтормаживания и принудительного ослабления силы тяги двигателя.
«Антипробуксовочную систему рекомендуется отключить, если машина застряла в снегу, сыпучем грунте или для езды с цепями противоскольжения», – написано в инструкции по эксплуатации. Противоречит здравому смыслу? Чтобы максимально быстро тронуться с места на твердом грунте, вам достаточно вдавить педаль газа в пол. Все остальное произойдет автоматически: электронная педаль газа даст команду блоку управления поддерживать оптимальные обороты двигателя, кроме этого, система будет подтормаживать то левое, то правое колесо, не допуская их пробуксовки. Машина уверенно устремится вперед, причем без заносов на задней оси, сохраняя отличную курсовую устойчивость. Но если под колесами рыхлый грунт или снег, то машина может застрять. Происходит это из-за того, что водитель не может поднять обороты и раскачать машину. В такой ситуации антипробуксовочная система будет только мешать, и ее целесообразно отключить специальной клавишей. То же относится и к системе курсовой стабилизации (ESP), она также отключается в аналогичных случаях.
А зачем нужна система курсовой стабилизации на мощных спортивных машинах, таких как «порше» и БМВ? Для того чтобы безопасно эксплуатировать такие машины на скользком покрытии. На скользкой зимней дороге, где лед перемежается со снегом, достаточно порой малейшего нажатия на педаль газа, чтобы ось с ведущими колесами поехала в сторону, разворачивая автомобиль.
Подведем итоги. Хороший водитель может вести машину в поворотах быстро, не допуская автоматического включения электронных помощников. А тем, кто чувствует себя еще не очень уверенно, электроника действительно может помочь в аварийной ситуации, но надо помнить, что законы физики она отменить не в состоянии.
9. ПОСАДКА И ПОЛОЖЕНИЕ РУК НА РУЛЕ
Прежде чем приступить к упражнениям, которые научат контролировать автомобиль в заносе, поговорим о простых вещах. Например, обсудим посадку водителя за рулем. Правильная посадка обеспечивает не только комфорт и удобство для водителя, но и необходима для грамотного управления автомобилем. Оптимальная посадка водителя за рулем зависит и от его роста, и от длины его рук и ног.
Если вы в кресле автомобиля сидите слегка развалившись, будто дома перед телевизором, – вы делаете большую ошибку: вы сильно наклонили спинку сиденья назад. В подобном полулежащем положении гоняли на болидах «Формулы-1» в 70-х годах прошлого века. С той лишь разницей, что ноги у пилотов были выпрямлены, а у вас сильно согнуты. Голова у гонщика всегда расположена вертикально, темечком вверх, а у вас откинута назад. А это неправильно. Времена, когда водители полулежали за рулем, еле дотягиваясь до него абсолютно вытянутыми, прямыми руками, копируя автогонщиков, ушли в прошлое. Вытянутые руки заставляют крепко держаться за руль, используя его как дополнительную точку опоры, а в ответственный момент водитель инстинктивно подается вперед, его спина теряет контакт со спинкой сиденья, и он буквально повисает на руле. Сможет ли он в таком шатком положении точно и быстро вращать руль в аварийной ситуации? Не сможет! Кроме того, такая поза ухудшает обзор, она опасна тем, что во время лобового удара водитель может выскользнуть вперед из-под ремней безопасности. Так как же сидеть за рулем правильно?
Спинка сиденья должна стоять почти вертикально, ее угол по отношению к подушке сиденья должен находиться в диапазоне от 90 до 100°. Правильное положение сиденья позволяет поворачивать руль до 90°, не меняя положения рук (рис. 16). Выпрямленные спина и шея способствуют лучшей координации движений и ориентации в пространстве. Кроме того, когда голова и позвоночник человека составляют одну вертикальную линию, лучше работает вестибулярный аппарат. Между прочим, такую посадку за рулем не так давно ввели автогонщики-раллисты.
Рис. 16
Спинка сиденья устанавливается почти вертикально, ее угол по отношению к подушке сиденья должен находиться в диапазоне от 90 до 100°. Правильное положение сиденья позволяет поворачивать руль до 90°, не меняя положения рук.
Как определить правильное расстояние от сиденья от руля? Положите вытянутую руку на верхнюю часть руля, касаясь обода запястьем, лопатки при этом должны быть плотно прижаты к спинке сиденья (рис. 17). Когда вы возьметесь за руль в его средней части, руки будут несколько согнуты в локтевых суставах. Это и будет правильная посадка.
Рис. 17
Положите вытянутую руку на верхнюю часть руля, касаясь обода запястьем, лопатки при этом должны быть плотно прижаты к спинке сиденья. Когда вы возьметесь за руль в его средней части, руки будут несколько согнуты в локтевых суставах. Это и будет правильная посадка.
Руки должны держать руль в положении «без пятнадцати три», ориентируясь на воображаемый циферблат. Опустите руки свободно вниз вдоль туловища и расслабьте ладони. Обратите внимание, в каком положении находятся большой палец, ладонь и остальные пальцы. Не меняя положения, перенесите руки на руль (рис. 18).
Рис. 18
Опустите руки свободно вниз вдоль туловища и расслабьте ладони. Обратите внимание, в каком положении находятся большой палец, ладонь и остальные пальцы. Не меняя положения, перенесите руки на руль.
Как крепко держать руль? Известный польский гонщик Себеслав Засада писал в своей популярной у нас в семидесятых годах прошлого века книжке по вождению автомобиля: «Руль надо держать так крепко, как курицу за горло. Сожмешь сильнее – задушишь. Слабее – она вырвется и убежит». Может быть, в те времена, когда сервоусилитель руля встречался только на машинах класса люкс, такое сравнение и было справедливым. Сегодня сервоусилитель стал стандартным оборудованием, и руль можно крутить буквально одним пальцем. Поэтому держите руль практически расслабленными руками, сжимать его незачем. Тем более недопустимо использовать его как дополнительную точку опоры. Ваши руки должны слегка опираться на руль, лежать на нем. Это удобно, значит, они не будут уставать. Не верьте тому, кто скажет, что ему удобнее иначе – это неправда. Держать руль в положении «половина шестого» или «пять минут первого» недопустимо.