Понятие о балансе автомобиля

В предыдущих статьях нашего цикла мы не раз говорили о важности того, что водителю прежде всего следует осознавать физику движения автомобиля. Умение работать с автомобилем аккуратно и с полным осознанием тех сил инерции, которые возникают в движении, является ключевым фактором профессионализма.

Действительно, если водитель четко ощущает реакцию автомобиля на те или иные воздействия и умеет действовать так, чтобы не превышать сцепление колес с дорогой, тогда он способен двигаться в любых условиях максимально быстро, комфортно и безопасно.

Понятие о балансе автомобиля

Сегодня мы продолжим тему физических сил, действующих на машину в движении, и поговорим о таком понятии, как баланс автомобиля.

Когда автомобиль стоит на месте или двигается с ровной скоростью, на каждое из его колес приходится какая-то часть его собственной массы. Редко встречаются автомобили с развесовкой по осям 50/50 (т.е. на каждое из колес приходится ¼ массы). Как правило, на одни колеса давит чуть больше массы, на другие – чуть меньше. Важно другое – такая «статическая» пропорция существенно нарушается, как только к автомобилю прикладываются какие-либо ускорения. Например, при разгоне корпус машины отклоняется назад – передняя часть приподнимается, а задняя «приседает».

Получается, что автомобиль своим весом наваливается на задние колеса. В результате, задние колеса сильнее прижимаются к дороге, а передние, наоборот – с них снимается часть нагрузки. Увеличение вертикальной нагрузки на колеса называют «загрузкой», а уменьшение – «разгрузкой». Получается, что при разгоне задние колеса автомобиля загружаются, а передние разгружаются.

Сила сцепления колеса с дорогой зависит от вертикальной нагрузки, поэтому когда колеса автомобиля загружаются, их сцепление с дорогой возрастает. И наоборот – при уменьшении вертикальной нагрузки сила сцепления падает. Именно по этой причине на заднеприводном автомобиле разогнаться легче – при разгоне задние ведущие колеса загружаются и отлично цепляются за дорогу.

На переднеприводном автомобиле ведущими являются передние колеса, и в связи с тем, что при разгоне они разгружаются, сила сцепления падает, и колеса буксуют. Вы можете заметить, что все более или менее мощные классы спортивных и гоночных автомобилей являются задне- или полноприводными.

При торможении наблюдается обратный процесс – автомобиль «клюет» вперед и передние колеса загружаются, а задние разгружаются. По этой причине на всех автомобилях передние тормоза намного больше и мощнее задних, т.к. именно передние колеса выполняют львиную долю работы по торможению – они буквально вгрызаются в дорогу благодаря загрузке.

При повороте автомобиль кренится наружу и загружается наружная сторона колес, внутренняя – разгружается.

Использование физических знаний в ежедневной практике водителя

Очень опасно выполнять какие-либо маневры на стадии интенсивного разгона. При разгоне передние колеса разгружаются и хуже цепляются за дорогу, поэтому автомобиль начинает значительно хуже слушаться руля. Даже если вы очень спешите, перед маневром сбавьте газ, тем самым вы вернете передним колесам отличное сцепление с дорогой, и автомобиль будет точно реагировать на ваши действия с рулевым колесом.

После маневра, на прямой, вы можете снова давить на газ «от души». Сброс газа или легкое подтормаживание во время маневрирования позволит вам сознательно вызвать загрузку передних колес, что улучшит их реакцию на управляющие действия. Однако, существует и обратная ситуация – если вы попытаетесь маневрировать на интенсивном торможении, передние загруженные колеса будут активно направлять переднюю часть автомобиля по траектории, которую задает водитель, однако задние разгруженные колеса будут цепляться за дорогу намного хуже и автомобиль будет склонен к заносу и развороту.

Мы уже рассматривали силы, действующие на колеса автомобиля, и пришли к выводу, что не стоит выполнять одновременно такие взаимоисключающие действия, как:

• разгон;
• поворот;
• торможение.

Теперь мы дополняем картину работы колес вашего автомобиля представлениями не только о продольных и поперечных воздействиях, но и о вертикальных нагрузках.

У вас может возникнуть резонный вопрос: как же так, мы говорили о том, что в повороте тормозить нельзя, т.к. это заставит колеса разрываться на два вида нагрузок, а теперь вы рекомендуете подтормаживать при выполнении маневров. Вы совершенно правы, все, о чем мы говорили ранее остается в силе. Однако следует четко разделить такие понятия, как торможение и загрузка.

• Торможение – это мощное воздействие на тормоз, целью которого является гашение скорости. При торможении на дуге поворота, колеса действительно могут испытать перегрузку и потерять сцепление с дорогой.
• Сознательная загрузка передних колес достигается очень легким воздействием на тормоз, при этом скорость практически не теряется и колеса не испытывают дополнительных усилий, вы просто чуть сильнее придавливаете их к дороге. Перебор в усилии при загрузке передних колес действительно приводит к негативным последствиям.

Несколько примеров использования загрузки передних колес

Движение по повороту может происходить по нескольким схемам.

Вариант 1 – проезд поворота с предварительным торможением.

Вы тормозите перед входом в поворот на прямой – на этой стадии колеса вашего автомобиля сосредоточены только на продольных тормозных усилиях и вы можете достичь максимально интенсивного торможения.

На дуге поворота, разумеется, вы не будете тормозить, чтобы полностью потратить потенциал сцепления колес с дорогой на борьбу с боковыми усилиями. Но максимальные боковые нагрузки возникают не мгновенно – они растут по мере поворота рулевого колеса на входе в поворот. Поэтому, вам нет необходимости отпустить тормоз на прямой – вы можете плавно отпускать тормоз по мере поворота руля. К моменту, когда руль повернут на максимальный угол и возникли максимальные боковые ускорения, вы полностью снимаете продольную нагрузку торможения. Таким образом, на входе в поворот загрузка передних колес получается естественным образом.

Вариант 2 – проезд поворота без предварительного торможения.

Вы можете подъезжать к повороту на стадии разгона или с ровной скоростью. Несмотря на то, что крутизна поворота вас нисколько не смущает, и вы готовы проехать его без предварительного торможения, имеет смысл сознательно побеспокоиться о загрузке передних колес.

Как мы уже говорили, попытка поворота руля на стадии ускорения может преподнести неприятный сюрприз. Для большей надежности сбавьте газ в момент поворота руля – это вызовет загрузку передних колес и сделает ваш маневр надежнее.

После поворота руля на необходимый угол вы снова добавляете газ и проходите поворот с ровной скоростью. Загрузка передних колес при сбросе газа будет эффективнее, если непосредственно перед этим вы разгонялись – получается небольшое продольное раскачивание автомобиля – разгрузка-загрузка.

Экстренное перестроение («переставка»)

Бывают ситуации, когда водитель интенсивно тормозит перед внезапно появившимся препятствием и понимает, что оставшегося расстояния не достаточно для остановки – требуется объезжать препятствие. Такое экстренное перестроение называют переставкой. Когда водитель тормозит, колеса его автомобиля испытывают предельные нагрузки в продольном направлении. Вы уже знаете о том, что попытка поворота руля в таком состоянии приведет к тому, что колеса автомобиля испытают дополнительные боковые усилия, которые превысят их возможности. Автомобиль потеряет сцепление с дорогой. С другой стороны, резкое отпускание тормоза перед маневром не менее опасно.

При торможении корпус автомобиля сильно наклоняется вперед, подвеска максимально напряжена, передние колеса предельно загружены. После отпускания тормоза подвеска возвращает корпус автомобиля в нормальное положение, но т.к. это происходит резко, следует отбой – корпус предельно отклоняется назад, передние колеса сильно разгружаются.

При таком положении, автомобиль не послушается руля. Поэтому, при переставке, водителю следует сбавить тормозное усилие, но не прекратить его полностью, оставив легкое подтормаживание. Теперь, т.к. основное тормозное усилие снято, колеса готовы воспринимать максимальные боковые нагрузки, а за счет легкого подтормаживания сохраняется загрузка передних колес, и автомобиль выполняет маневр жестко и точно.

И наконец, самое главное. Мы сказали о том, что с ростом вертикальной нагрузки сила сцепления колес с дорогой возрастает, а с уменьшением вертикальной нагрузки – падает. Ничего особенного – где-то прибавилось, где-то убавилось. Главная неприятность заключается в том, что зависимость силы сцепления от вертикальной нагрузки – нелинейная.

Что это значит, хорошо видно из графика – при увеличении нагрузки сила сцепления растет медленно, а при уменьшении – падает быстро. Рассмотрим подробнее поворот автомобиля в свете указанной особенности. Для простоты представим автомобиль с идеальным балансом – на каждое колесо приходится ¼ массы автомобиля, которая составляет 40 единиц.

При движении автомобиля с ровной скоростью, когда баланс нейтрален, на каждое из колес действует одинаковая вертикальная нагрузка величиной 10 единиц. При этом каждое из колес имеет одинаковую силу сцепления с дорогой, равной 10 единиц. В сумме, автомобиль цепляется за дорогу с силой 40 единиц. В повороте происходит перераспределение масс.

При повороте наружная сторона колес загружается, т.е. испытывает увеличение вертикальной нагрузки, а внутренняя наоборот – разгружается. Теперь на наружные колеса давят усилия по 14 единиц на каждое, а на внутренние – по 6 единиц на каждое. В повороте масса автомобиля не изменилась (14+14+6+6=40). Однако изменения сил сцепления колес с дорогой проистекают совсем по-другому. В результате увеличения вертикальной нагрузки на 4 единицы, сила сцепления наружных колес с дорогой возросла, но не столь значительно – только на 3 единицы, в то время, как падение вертикальной нагрузки на 4 единицы для внутренней стороны колес привело к снижению силы сцепления аж на 5 единиц.

Получается, что в повороте наружные колеса имеют силу сцепления по 13 единиц, а внутренние – только по 5. В сумме автомобиль стал цепляться за дорогу с силой 13+13+5+5=36 единиц. Сила сцепления с дорогой уменьшилась! Это главная особенность – при перераспределении масс автомобиль теряет в сцеплении колес с дорогой. При любых ускорениях – торможение, разгон, поворот – автомобиль цепляется за дорогу хуже, чем при движении с ровной скоростью. И чем выше эти ускорения, тем существеннее потеря в сцеплении.

Каков же вывод?

Конечно же, никто из нас не может двигаться все время по прямой, без разгонов и торможений. Другое дело то, что в наших силах добиться такого поведения за рулем, при котором все ускорения будут минимально необходимыми.

Работая плавно и аккуратно, мы можем минимизировать потери сцепления на разных этапах движения. Жесткая и грубая работа с автомобилем приводит к появлению значительных ускорений и, как следствие, к значительным нарушениям баланса. Снижение сцепления в такие моменты может оказаться катастрофичными.

В течение всего цикла наших статей мы не раз акцентировали ваше внимание на требовании плавной, вдумчивой работы, на исповедании принципа минимальной достаточности во всех действиях с педалями и рулевым колесом. Были приведены различные аргументы и примеры в эту пользу. И вот теперь мы обосновали требование плавности вождения математически.

Действуйте аккуратно и осознанно, работайте с автомобилем и теми законами физики, которым он подчиняется, уважительно, и тогда, вы по-настоящему ощутите удовольствие от вождения. Тогда прекращается слепая и бесполезная борьба с объективностью и начинается гармония человека и машины.