Уроки Михаила Горбачёва

Автомобиль как спортивный снаряд

« Я точно знаю, как должна быть настроена моя машина. Не важно, где я стартую, на кольце в DTM или на чемпионате мира по ралли, я хочу всегда получить максимально нейтральный автомобиль!» Матиас Экстрем, чемпион DTM 2004 года.

Зачем и как гонщики настраивают автомобили? Если ваш опыт позволяет вам почувствовать нюансы поведения автомобиля на дороге - такие вопросы неизбежны. Михаил Горбачёв расскажет о базисных положениях настроек автомобилей.

Setup – слово иностранное. Понятие сетап появилось вместе с персональными компьютерами. Оно означает такую конфигурацию жёсткого диска, которая удовлетворит конкретного «юзера». В автомобилях – это настройка его элементов для конкретных условий. Например, установка более жёстких пружин – это тюнинг. А выбор жёсткости пружин под конкретную трассу относится уже к мероприятиям настройки. Значит, работа с техническими характеристиками – это настройка или сетап. Если посмотреть на переделки и настройку автомобиля объективно, то тюнинг и сетап перетекают друг в друга, их границы несколько размыты.

И всё же попытаемся дать более чёткие определения. «ТЮНИНГ» - это удаление или добавление технических элементов автомобиля для изменения его характера в определённом направлении. Это модификация автомашины, приспособление её для выполнения определённых функций.

«НАСТРОЙКА» означает приспособление технических характеристик определённых элементов машины к конкретным условиям. Ещё точнее настройкой можно назвать тонкую подгонку элементов спортивного или гоночного автомобиля к определённым условиям применения. Это настройка для квалификации или гонки, настройка для мокрого или сухого покрытия. Параметры таких настроек многообразны и включают в себя: давление в шинах, углы развала и схождения подвесок, высота автомобиля, состав горючей смеси, регулировка жёсткости амортизаторов, подбор передаточных отношений КПП, регулировка блокировки дифференциала, программирование блока управления двигателем. В программу настройки входит ещё и подбор шин, пружин подвески и амортизаторов, тормозных колодок и дисков, подбор углов атаки аэродинамических приспособлений. В серьёзных гоночных командах настройками руководит специальный человек – гоночный инженер.

Итак, гоночная машина настраивается под определённые условия, чтобы показать лучшее время на круге и быть конкурентоспособной в гонке. Это объективные условия. Не будем забывать и о пилоте. От его стиля управления машиной и пожеланий, касающихся настроек машины зависит немало. Это - субъективный фактор. В результате комбинации объективных и субъективных факторов возникает вопрос: насколько высока отдача пилота и насколько точна интерпретация гоночным инженером получаемых данных. В любом случае оптимальным вариантом будет альянс, в котором инженер и гонщик удачно дополняют друг друга для достижения цели. Цель – заставить гоночную машину ехать быстро, то есть раскрыть заложенный в ней потенциал на все 100%. Достичь этого намного сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Пример тому – Михаель Шумахер, потративший не один гоночный сезон чтобы сделать по-настоящему быстрым капризный болид Феррари.

Что же делает гоночный автомобиль быстрым? Динамика разгона? Нет. Способность машины ускоряться из поворота? Да! А ещё, точно реагировать на действия пилота, обладать внятной обратной связью, чтобы пилот мог всегда чувствовать границу сцепления шин с покрытием трассы. При нажатии на газ в повороте скольжение передних и задних шин должно быть одинаковым, что есть проявление нейтральной поворачиваемости. Вспомним слова быстрого шведа Матиаса Экстрема из эпиграфа. Они подтверждают, что принципы настроек для любых видов автогонок всегда остаются одинаковыми. Это легко объяснить тем, что на автомобиль, вне зависимости от того, по какому покрытию он движется, действуют одни и те же законы физики.

О НАСТРОЙКАХ ПО СУЩЕСТВУ

Правильные настройки делают машину нереально быстрой! – выразился как-то один из гонщиков. Это факт. Что главное в настройках? Заставить шину выполнять положенную ей работу, но при этом, не перегружая её. Шины могут дать ровно столько работы, столько, сколько они могут дать. Простите за тавтологию, но это действительно так. Ни двигатель, ни подвески не могут раскрыть свой потенциал, минуя шины, которыми машина «держится» за дорогу. Значит, главное в настройке подвески - заставить шины правильно работать.

Следующий пункт – баланс. Машина не станет быстрее, если шины на одной оси будут иметь лучшее сцепление, чем на другой. Понятно, что оптимальным вариантом считается нейтральная настройка, когда недостаточная и избыточная поворачиваемость проявляются как можно меньше. Для гоночного инженера это означает добиться настройками минимальной разницы в углах увода передних и задних шин. Понятно, что автомобили с различной компоновкой имеют свои особенности поведения. Проявляются они на большой скорости в поворотах. Передний привод с силовым агрегатом, давящим на передние колёса демонстрирует недостаточную поворачиваемость, то есть передние колёса теряют сцепление раньше задних. Заднеприводные машины страдают избыточной поворачиваемостью, когда сцепление теряют первыми шины задней оси. Внутри этой группы есть различия в поведении машин с переднемоторными и заднемоторными компановками. Поиск нейтральной поворачиваемости всегда сопряжён с множеством компромиссов в настройках и целиком зависит от таланта гоночного инженера.

Но главным компромиссом всегда был и остаётся стиль пилотирования гоночной машины самим гонщиком. Может быть, в повороте он слишком интенсивно прибавляет газ? Может быть, на входе в поворот он провоцирует слишком большое перераспределение веса? Или он всегда входит в повороты слишком быстро, что провоцирует машину идти по «замедляющей» траектории ( slow down)? А может быть, пилот слишком рано направляет машину в поворот, провоцируя этим недостаточную поворачиваемость? Действительно ли «грязная» траектория в поворотах вызвана «нервозным» поведением автомобиля, а не стилем пилотирования? Здесь мы подходим к важнейшему взаимодействию объективных и субъективных факторов. Вот как работают западные профессионалы: Гонщик обычно фантастически тонко чувствует автомобиль и может очень точно описать его поведение в любой точке трассы и любого поворота. Мастерство гоночного инженера состоит в искусстве правильно поставить вопрос, так как время прохождения круга может ничего не значить. Например, в настройках что-то меняется, и гонщик делает пару кругов всего лишь на «десятку» медленнее. Его вердикт: машина стала абсолютно неуправляемой. Как же так, ведь время практически не ухудшилось! Да, но гонщик умудрился своим мастерством компенсировать ухудшения в поведении автомобиля. Далее гонщик и инженер конструктивно обсуждают что делать. Добиться победы в гонке возможно только на автомобиле, на котором гонщик может делать всё что захочет. Да, к стати фамилия гонщика, который описал этот эпизод, всем знакома: это Вальтер Рерль. Многие знают, что он был дважды чемпионом мира по ралли, но то, что он был чемпионом мира по кольцевым гонкам, известно только единицам.

Сформулируем ещё раз цель настройки гоночной машины: добиться как можно больше контролируемого сцепления шины с дорогой под определённого гонщика, для определённой трассы, и при определённых условиях. В предельных режимах каждая мелочь становится важной. Поэтому и важно определить, на что в поведении автомобиля влияют конкретные настройки, а что провоцируется пилотированием.

Настройки бывают базисными и под конкретную трассу. Базисные настройки – это средний вариант, который можно легко модифицировать под каждую конкретную трассу. Чтобы найти их, требуется время, значит, нужны отдельные тесты. Скорее всего, для них подойдет одна из трасс, где позднее планируется участвовать в гонках.

Далее следует определить, что в настройках будет иметь постоянные значения, а что подлежит изменению и в каких пределах. Главное определить, что удастся менять быстро, так как гоночные уикэнды всегда сопровождает настоящий цейтнот.

Окружность профессора Камма.

А теперь ещё раз поговорим о самом главном в физике движения. Все неприятности начинаются, когда на автомобиль действуют сразу несколько сил. Представьте себе такую ситуацию: автомобиль тормозит, потом поворачивает, причём вершина поворота находится на холме. Значит, на шины действуют силы отрицательного продольного ускорения, то есть торможения, бокового ускорения в повороте, да ещё и вертикального, так как машину подбросило на холме. Причём не строго по указанным векторам, а во всех направлениях.

Силы, действующие на шину в повороте можно представить в виде графического изображения, но сначала, чтобы лучше понять график, рассмотрим такой пример. Представьте себе, что хозяйка налила вам тарелку борща на кухне и вам следует проследовать с неё в столовую. «Хорошо, что ещё не до краёв налила!» - бормочете вы и внимательно смотрите на тарелку, чтобы не пролить суп. А он так и норовит пролиться через край по направлению вперёд и влево. Стоп! Почему вперёд и влево? Да потому что вы только что «затормозили» в конце коридора и повернули вправо. Точно так же и запас сцепления шин устремляется вперёд 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). Ученый работал в техническом университете города Штутгарта, что в Германии, на кафедре автомобили.

Можно предположить, что прежде чем господину Каму пришла в голову идея графически изобразить запас сцепления шины в повороте, он так же покружил с тарелкой супа в руках. Только это был не борщ, а немецкий гороховый «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 её сейчас нет никакой необходимости, для нашего графика это неважно. Важно только что длинна стрелки изображает - «максимум», половина стрелки - «середину максимума» и ноль – «ничего». Направление стрелки возможно из центра ( это и есть центр масс автомобиля) в любую сторону, поэтому обведём 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» или серая зона, как её назвал Вальтер Рёрль. Здесь силы сцепления иссякают и уступают место силам скольжения. В этой зоне достигается максимальное сцепление шины с дорожным покрытием. Здесь шины находятся в состоянии контролируемой нестабильности. Окружность профессора Кама наглядно показывает, что тормозить и разгоняться в повороте можно, важно только правильно распределить соотношение сил продольных и поперечных ускорений. . Если мы возьмем любую точку на этом круге отличную от точек пересечения с осями координат, спроецируем ее на оси координат, то, как раз и получим соотношение работы шины на торможение и поворот или разгон и поворот. Скажу по секрету, что благодаря этой теории и была изобретена антиблокировочная система тормозов.

Конечно, это голая теория, на практике всё немного иначе, но окружность профессора Камма помогает понять, как работает шина в повороте. Если мы пойдем несколько дальше, в третье измерение, то нам придётся иметь дело с полусферой профессора Камма. Её поверхность показывает вертикальное ускорение. Вспомним, что 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 будет сильно ограничена. А потом за разгрузкой подвески последует её сжатие и неизбежно возникнет прижимная сила. В этот момент вес машины увеличится, сцепление шин улучшится. Как это изобразить графически? Очень просто – увеличением окружности, отодвигающей зону начала скольжения. И это самый подходящий момент чтобы тормозить или поворачивать.

Подведём итог и суммируем вышесказанное. Управление автомобилем в движении создает силы, действующие на машину. Водитель может эти силы в процессе своей «борьбы» с дорогой и с машиной увеличивать или уменьшать, но они всё равно будут соответствовать различным законам физики. Эти законы изменить нельзя. Физика движения объясняет всё, что происходит с автомобилем на дороге. Грамотное управление автомобилем состоит в умении водителя понимать и не нарушать эти законы, а умело их использовать. Быстро, но безопасно ехать на автомобиле, это значит, умело балансировать на границе окружности профессора Кама. А в балансе главное чувствовать перемещение веса и не перебарщивать с ним. Иначе ваш борщ выплеснется из тарелки!