Статьи по теме "Секреты управления автомобилем"

Мокрые дела

Гонки в дождь любимы зрителями - за непредсказуемость и обилие острых моментов. Гонщики же делятся на две группы, В первой - те, кто ненавидит мокрую трассу, чувствует себя на ней неуверенно. Ко второй относятся любители "мокрых дел". Шанс выиграть гонку в дождь доя них сильно возрастает, несмотря на то, что многие из первой группы стартуют на более мощных автомобилях. Мокрая трасса уравнивает шансы - на первый план выходят не возможности автомобиля, а мастерство пилота. Тот, кто владеет дождевыми секретами, имеет огромное превосходство над остальными.

Главное правило езды в дождь гласит: ехать там, где никто не едет. Другими словами - не по идеальной траектории. Смысл заключается в том, чтобы находить и использовать менее скользкое покрытие. Болельщики Формулы-1 помнят невероятные обгоны Шумахера в дождь по внешнему радиусу поворотов. Казалось, он творит невозможное, но чемпион знал, что делает. Все дело в том, что он ехал по дождевой траектории, которая в классической гоночной теории называется "рим шот", что означает движение по внешнему радиусу поворота. Шумахер ехал там, где суше и где лучше сцепление, поскольку вода скапливается обычно на внутренней части поворота.

Кроме того, поверхность трассы, по которой проходит идеальная "сухая" траектория, отполирована шинами, ее поры забиты частичками резины и масла. Гонщик должен избегать этой траектории в дождь и искать другие варианты прохождения поворота. Конечно, езда по траектории "рим шот" требует большого искусства в управлении автомобилем и в прямом смысле не оставляет места для ошибки. Но игра стоит свеч! Инструкторы одной из западных гоночных школ провели замеры времени прохождения трассы в дождь с использованием этого метода и обычным образом. Разница составила в среднем около восьми секунд!

Но... Если бы все было так просто! Условия на трассе в дождливую погоду меняются постоянно, от круга к кругу, и ключ к успеху лежит в постоянных импровизациях, в поиске оптимального варианта. Главным инструментом измерения является тахометр, по которому можно судить о том, насколько удачно пройден поворот. Чем выше обороты в фиксированной точке на выходе, тем выше будет скорость на прямой. При этом надо учитывать, что на мокрой трассе необходимо особо нежно переключаться и в поворотах использовать более высокую передачу, чем "посуху". Например, там, где вы входили в поворот на второй, "по мокрому" надо ехать на третьей. Это снизит вероятность пробуксовки ведущих колес при ускорении на выходе из поворота. Особенно деликатно нужно обращаться с педалью газа и тормоза. Прибавлять газ надо очень осторожно, плавно нажимая на педаль при полной готовности в любой момент несколько отпустить ее. Отпускать тоже необходимо плавно и нежно, помня, что резкий сброс газа - самая распространенная причина разворотов на скользкой трассе. Деликатность, нежность, плавность - вот ключ к быстрой езде в дождь.
Сцепление шин с мокрым покрытием особенно сильно снижается в поперечной плоскости, то есть в повороте. При торможении и разгоне сцепление страдает меньше. Отсюда вывод: старайтесь как можно больше ехать по прямой. Это означает очень поздний и крутой вход в поворот и очень поздний апекс (рис.1). Такой способ вынуждает вас пересекать скользкую "сухую" траекторию, и делать это надо осторожно, стараясь вести автомобиль в этом месте максимально прямо, избегая поворота руля. Точно так же избегать поворотов надо и при проезде луж. Здесь высока вероятность аквапла-нирования, которого смертельно боятся "гражданские" водители. Пилоты гоночных машин знают, что в подобной ситуации надо вести себя так, будто машина попала на голый лед. То есть чем меньше движений, тем лучше. Не убирать ногу с педали газа, не тормозить, не поворачивать руль. Последнее особенно опасно, так как если машина с повернутыми колесами вылетит на более сухой участок, то вновь обретенное сцепление шин может буквально выкинуть ее с трассы.

Любой дождь рано или поздно заканчивается, покрытие подсыхает, и снова начинаются поиски максимально сухой траектории и хорошего сцепления. Если трасса сохнет очень быстро, то дождевые шины могут начать перегреваться, и при движении по прямой их можно охлаждать, специально проезжая по лужам.

Нужно заметить, что оптимальный угол увода или скольжения шины (об этом мы говорили в самом первом занятии цикла "Все познается в скольжении") в дождь меньше, чем на сухой трассе. В первом случае он лежит в пределах 3-б градусов, а во втором составляет от 6 до 10 градусов. Это означает, что граница между сцеплением шин с покрытием и его потерей довольно размыта. Кроме того, дождевые шины менее прогрессивны в своих характеристиках, чем слики. Это означает, что, достигнув максимального сцепления с покрытием, дождевая шина теряет его намного стремительнее, чем слик. Для гонщика это происходит внезапно и часто непредсказуемо. Пилот входит в поворот по мокрому покрытию, избегая скольжения, "висит"... "висит"... "висит"... и в самый неподходящий момент - срыв, машину разворачивает. Как избежать этой ситуации?

Как ни парадоксально - входить в поворот с чуть большей скоростью, чем это кажется возможным. Когда машина "поплывет" - слегка убрать газ, потом снова добавить... Балансируя на грани избыточной и недостаточной поворачиваемо-сти, добиваясь скольжения всех четырех колес и управляя положением машины в повороте только педалью газа, вы полностью контролируете ситуацию. Проходя поворот в легком скольжении, вы никогда не попадете в ситуацию, когда шины внезапно "сорвало" и машина потеряла управление, - вы знаете: они скользят постоянно. Таким образом, на мокрой трассе легкое, контролируемое скольжение должно быть всегда. Если все же скольжение вышло из-под контроля или машину начало разворачивать, то старайтесь делать как можно меньше, а лучше - вообще ничего. Ситуация напоминает внезапный въезд на обледенелый мост зимой - что бы вы ни предприняли, положительного эффекта не последует, скорее, вы только ухудшите ситуацию.

Для дождя требуются особые "мокрые" настройки гоночного автомобиля. В основном они сводятся к более мягкому варианту пружин, амортизаторов и стабилизаторов. Некоторые гонщики на формулах вообще демонтируют стабилизаторы. На "мягком" автомобиле намного проще чувствовать нюансы его поведения, так как его весовой баланс меняется гораздо медленнее, чем на "жестком". Можно "поиграть" и давлением в шинах: при небольшом дожде давление нужно снизить для улучшения сцепления шин с покрытием трассы, а при сильном - наоборот, увеличить, чтобы избежать аквапланиро-вания или снизить этот эффект.

Теперь самое время закончить с техникой пилотирования и обратиться просто к здравому смыслу. Многие из ваших сильных конкурентов рано или поздно обязательно развернутся на мокрой трассе или вылетят с нее. Отсюда простой вывод: чистое прохождение дистанции скорее всего принесет отличный результат. Если же ваш автомобиль все-таки развернуло, сохраняйте железное спокойствие и не торопитесь. Второй разворот, а то и авария, как следствие слишком поспешного возвращения на трассу - скорее правило, чем исключение.

В заключение я охарактеризую езду в дождь следующим образом: в "мокрых" гонках нет правил. В некоторых ситуациях хорошо работает дождевая траектория с очень поздним апексом. Оптимальной может неожиданно оказаться и традиционная "сухая", в некоторых случаях - "рим шот", а чаще всего - хитроумная комбинация из всех вариантов, в зависимости от конкретных, причем быстро меняющихся, условий. Главная цель - охота за сцеплением шин с мокрым покрытием трассы, вся соль которой - в компромиссах и импровизациях. Кто находит больше сцепления - тот и выигрывает.

Тонкое искусство баланса

Трехкратный чемпион мира Джеки Стюарт среди причин, которые помогают ему выигрывать гонки, назвал одну, звучавшую довольно странно. "Я отпускаю тормозную педаль намного плавней моих соперников", - сказал он. На первый взгляд может показаться, что великий мастер пошутил, но на самом деле он открыл едва ли не главный секрет быстрых секунд - секрет баланса автомобиля.

Давайте прежде всего выясним, чем автомобиль "держится" за дорогу. Это пятно контакта - отпечаток рабочей поверхности шины на покрытии трассы, размером с книгу небольшого формата (рис. 1). Всего их четыре. Естественно, чем больше пятно контакта, тем лучше сцепление, но размер шин ограничен техническими требованиями.

Сцепление также зависит от нагрузки на шину. Чем выше нагрузка - тем больше сцепление. А чем больше сцепление шин с дорогой, тем лучше управляется автомобиль и тем быстрее он будет на трассе. Но слишком тяжелый автомобиль будет плохо разгоняться и тормозить, а излишне нагружать его с помощью аэродинамических приспособлений тоже невыгодно - из-за сопротивления воздуха упадет максимальная скорость. Выходит, нам придется оперировать тем весом, который есть. И здесь главное - понять, как перераспределяется вес при движении автомобиля и как это перераспределение влияет на сцепление шин в различных условиях.
Все неоднократно видели, как при резком ускорении задняя часть автомобиля приседает. Это происходит оттого, что вес машины перераспределяется назад (рис. 3). Во время торможения машина как бы клюет носом, и это происходит из-за перераспределения веса вперед (рис. 4). В повороте вес перераспределяется в горизонтальной плоскости к наружной части, вызывая крен автомобиля. Во всех описанных случаях общий вес машины остается, конечно, неизменным, происходит лишь его перераспределение.
Итак, во время разгона перераспределение веса вызывает загрузку задних шин, и, следовательно, их сцепление с трассой возрастает. Во время торможения, наоборот, загружаются передние шины, и их сцепление увеличивается. В повороте загружаются внешние шины, и их сцепление возрастает.

А теперь самое главное. Когда одна пара шин получает дополнительную загрузку и их сцепление возрастает, то другая пара шин разгружается и их сцепление резко падает. К сожалению, суммарное сцепление шин автомобиля при этом снижается. Обратимся к следующему примеру. Чтобы определить величину сцепления каждого из колес, введем такое понятие, как единица сцепления. Возьмем автомобиль, двигающийся с постоянной скоростью, каждая шина которого имеет десять единиц сцепления. Всего на автомобиль приходится в таком случае 40 единиц сцепления. В повороте вес перераспределяется наружу и сцепление внешних шин достигает 15 единиц. Внутренние шины при этом разгружаются, и их сцепление падает до 3 единиц. Теперь автомобиль имеет в общей сложности 15+15+3+3=36 единиц сцепления - то есть меньше, чем было до начала перераспределения веса (рис. 5). Дело в том, что вертикальная нагрузка и сцепление связаны нелинейной зависимостью. Сцепление шины растет медленнее, чем увеличивается нагрузка на нее, и, наоборот, при уменьшении нагрузки сцепление снижается быстрее. Отсюда главный вывод: чем интенсивнее перераспределяется вес, тем меньше сцепление шин с дорогой.

Само собой, вести автомобиль в гонке без перераспределения веса невозможно. Это происходит при каждом торможении, разгоне, повороте. Но гонщик может добиваться минимального и как можно более плавного перераспределения веса, тем самым дольше сохраняя максимальное сцепление шин автомобиля с покрытием трассы.

Состояние, при котором вес равномерно распределен между четырьмя шинами, называют сбалансированным. Что делать, чтобы меньше нарушать этот баланс? Поворачивать руль как можно медленнее и на минимально необходимый угол. При резком рулении скорость перераспределения веса будет больше, а при плавном и нежном - значительно меньше. Плавно нажимайте и отпускайте педаль тормоза и газа. Вспомните гениальное изречение Джеки Стюарта! Не делайте резких движений при управлении автомобилем на большой скорости. Плавно, нежно, мягко - вот как надо! И еще раз: чем больше перераспределение веса и чем быстрее оно происходит, тем меньше суммарное сцепление шин.
Считается, что идеальное распределение веса по осям для гоночного автомобиля - 50/50. На деле это не совсем так. Такое соотношение идеально только для свободно катящегося автомобиля. Тяговая или тормозная сила от двигателя в пятне контакта ведущих колес уменьшает запас сцепления, поэтому в реальных условиях нагрузка на ведущие колеса должна быть несколько выше. Гоночные "формулы" с их среднемоторной компоновкой и задним приводом имеют соотношение веса 40 процентов спереди и 60 процентов сзади. Переднеприводные автомобили имеют соотношение около 60 спереди и 40 сзади. Задача гонщика - так настраивать машину и так управлять ее весом при прохождении поворотов, чтобы добиться максимального сцепления шин.
Здесь необходимо сделать небольшое отступление и раскрыть понятие поворачиваемое™. Помните, в первом уроке мы говорили об углах увода, или, иначе, об углах проскальзывания колес? Так вот, если при движении в повороте углы увода передних колес больше, чем задних, автомобиль стремится распрямить траекторию, увеличить радиус поворота. То есть демонстрирует недостаточную поворачиваемость. Если же, наоборот, больше проскальзывают задние колеса, то автомобиль стремится перейти на меньший радиус, "занырнуть" внутрь поворота. Такое поведение называют избыточной поворачиваемостью. В пределе первой ситуации развивается снос передней оси, второй - занос задней.

На характер поворачиваемости влияет множество факторов: настройка подвески,углы установки колес, давление в шинах... Но все эти факторы постоянные - их (за редким исключением) нельзя менять в ходе гонки. Зато управляя весом автомобиля можно заставить его в каждом повороте ехать так, как нужно вам, скомпенсировать конструктивные недостатки (например, неудачную развесовку) или ошибки в настройке.

Предположим, что ваш гоночный автомобиль имеет статическое распределение веса как 60 спереди и 40 сзади, и он настроен на избыточную поворачиваемость. Часто это делается умышленно, чтобы автомобиль охотнее заходил в крутые повороты. Но в пологом повороте на высокой скорости такая настройка будет неоптимальна: автомобиль станет "нервным", склонным к заносу. И вот здесь для того, чтобы изменить характер поворачиваемости в сторону нейтральной, достаточно добавить газ. Это вызовет перераспределение веса в новой пропорции - допустим, 55 спереди и 45 сзади. На большой скорости в повороте автомобиль будет лучше сбалансирован, и это будет динамический баланс.

Правильно сбалансировать автомобиль на ходу - это, пожалуй, самое сложное и самое важное в технике управления гоночным автомобилем. Предположим, что вы слишком резко повернули руль на входе в поворот. Это значительно снизило общее сцепление шин с покрытием из-за резкого перераспределения веса, и далее требуется время, чтобы машина успокоилась и нужный баланс восстановился. Без этого вам не пройти поворот на пределе возможного и не начать разгон на прямую еще в повороте. Вы теряете время.

Вырабатывайте мягкую, плавную манеру езды. Практиковаться можно каждый день в повседневной езде. Бережно и нежно обращайтесь с педалью тормоза, нажимая ее прогрессивно, но плавно и так же отпуская. Поворачивайте руль на минимально возможный угол для прохождения данного поворота, и не на градус больше! Не топчите бездумно педаль акселератора, а строго дозированно прибавляйте и отпускайте газ. Помните о том секрете, которым поделился с вами Джеки Стюарт. Надо было только правильно расшифровать его слова, чтобы понять, что за ними кроются основы гоночной езды.

Все познается в скольжении

"Есть только одна линия в повороте,
по которой можно "скользить" определенным образом".
Ники Лауда

Однажды на тренировке я наблюдал, как гонщики проходят девяностоградусный поворот, и размышлял о том, почему трехкратный чемпион мира употребил глагол "скользить", а не "ехать". И действительно, многие спортсмены проходили поворот в экстремальном стиле, с глубоким скольжением всех четырех колес. Были на трассе и такие, что буквально прокатывали поворот, явно уступая в скорости первым. Но вот мое внимание привлек быстрый автомобиль, который чисто шел по идеальной траектории и по засечке секундомером не только не отставал от тех, кто демонстрировал эффектные заносы, но даже показывал лучшее время на круге. Пилотирующий его гонщик, казалось, практически не ставил машину в занос, умудряясь балансировать на самой грани скольжения. Давайте разберемся, кто из пилотов ехал грамотнее, но чтобы сделать это, посмотрим, как работает шина, и определим, как можно измерить величину ее скольжения.

Сначала нужно понять, что любая сила, действующая на автомобиль, передается только через его четыре шины. На сцепление шин с покрытием гоночной трассы влияют только три фактора. Первый - это коэффициент сцепления шины с покрытием, который определяется состоянием последнего, а также конструкцией, составом и температурой шины. Второй - это пятно контакта шины с покрытием, а третий - это вертикальное давление на шину, то есть вес машины и прижимающая сила аэродинамических приспособлений. Достигнув своего максимального сцепления, шины начинают скользить, и порой кажется: они это делают так внезапно, что потеря управления неминуема. Это не так. Между границей сцепления и скольжением есть еще стадия проскальзывания или увода. Именно в ней-то и кроется секрет быстрых секунд. Дело в том, что в силу эластичности резины, из которой сделана шина, достичь предела по сцеплению невозможно без ее проскальзывания. При увеличении скорости в повороте наступает такой 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 (рис. 3) называется углом увода и измеряется в градусах.
Максимальное сцепление шины, а значит, возможность пройти поворот с максимальной скоростью, зависят от величины угла увода шины. Из графика 1 видно, что пока шина не достигла оптимального угла увода, ее сцепление с покрытием не будет максимальным. При увеличении скорости в повороте или увеличении угла поворота колеса угол увода и сцепление увеличиваются, но после определенного момента сцепление резко падает - происходит срыв в скольжение. Конечно, очень многое зависит здесь от конструкции шины. Дорожные шины отличаются прогрессивностью поведения, то есть требуют много времени, чтобы достичь предела в сцеплении, а затем долго проскальзывают, пока его не начинают терять. Для обычных водителей это хорошо, так как есть достаточно времени, чтобы в критической ситуации "поймать" и выровнять машину, но такие "плавающие" характеристики абсолютно не устраивают автогонщиков. Они предпочитают менее "прогрессивные" шины, которые имеют более четкие границы сцепления. Чем меньше прогрессивность шины, тем резче смена ее поведения: почти сразу же после максимального сцепления следует срыв, но все же он никогда не наступает моментально - сначала начинается хотя и короткая, но четкая фаза увода.

На сухом покрытии максимальное сцепление - а значит, наилучший разгон, торможение или наибольшая скорость в повороте - соответствует проскальзыванию шин примерно от 3 до 10 процентов (график 2). Но что происходит, если оптимальное значение сцепления превышено? Потеря управляемости? Да, но не сразу! Например, при торможении колеса заблокировались и началось скольжение, но при этом сцепление не исчезло совсем. То же самое в повороте, когда машина начинает скользить, скорость ее падает и достигает такой, при которой сцепление восстанавливается и снова становится максимальным. Это очень важно, так как дает повод сделать сенсационное заключение: если шины превысили предел сцепления, то это еще не значит, что машина вышла из-под контроля гонщика, и ситуация совсем не обязательно закончится аварией.
Теперь поговорим о тонкой игре, о суперчувствительности, которой должен обладать гонщик, чтобы удерживать угол увода в оптимальном диапазоне - примерно между 2 и 12 градусами. Как видно из графика № 1, оптимальное сцепление шин с покрытием соответствует углу от 6 до 10 градусов. Посмотрим, чтобы разобраться в нюансах, как едут по этому графику четыре автогонщика, принимавшие участие в той тренировке, за которой наблюдал автор в начале статьи. А заодно попробуем расшифровать то, что скрывается за загадочной формулировкой Ники Лауды: "скользить" определенным образом".

Наш первый гонщик, видимо, новичок, так как он проходит повороты с углами увода (или проскальзывания) от 2 до 5 градусов. Шины далеки от максимального сцепления, и этот гонщик едет попросту слишком медленно. Второй гонщик выглядит настоящим асом, и его манера езды отличается агрессивным стилем. В каждом повороте он пускает машину в скольжение, при котором углы увода шин превышают 10 градусов. Со стороны его манера прохождения поворотов выглядит эффектно, но на самом деле, как это видно из графика, при таких углах увода сцепление шин с покрытием меньше оптимального. Кроме того, излишнее проскальзывание поднимает температуру шин выше нормы, что тоже ведет к снижению сцепления и их преждевременному износу.
Еще два гонщика едут с углами увода от б до 10 градусов. Оба показывают отличное время, и скорость прохождения поворотов у них практически одинаковая. Оба ведут свои машины в режиме оптимального сцепления шин. В чем же разница? Дело в том, что у третьего гонщика угол увода смещен к верхней границе оптимального диапазона (9-10 градусов), а у четвертого - к нижней (6-7 градусов). В гонке, скорее всего, победит четвертый гонщик, а третий постепенно начнет отставать из-за преждевременного износа перегретых шин. После финиша он будет сетовать на то, что шины его подвели и "кончились" раньше времени. Секрет победы нашего четвертого гонщика заключается в том, что он смог вести автомобиль в оптимальном режиме, выбирая скорость прохождения на самом пике сцепления шин с покрытием. После финиша он поблагодарит производителя шин за отличное качество продукции, а команда выскажет слова восхищения в его адрес, оценив отличный стиль управления.

Для того, чтобы понять разницу в прохождении поворотов с минимальным и максимальным углом увода, надо знать, что скорость в повороте будет различаться всего на 1-2 км/ч. Теперь понятно, какое чувство автомобиля, огромный опыт и высокий класс требуются, чтобы постоянно балансировать в оптимальном режиме, при котором угол увода составляет от б до 7 градусов. Отличный пример, подтверждающий это, постоянно демонстрирует Михаэль Шумахер, которому удается оставаться на трассе дольше соперников и при этом показывать на старых шинах быстрые круги.

И здесь настало время возразить самому себе. Можно легко представить ситуацию, когда, наоборот, лучше ехать в верхнем диапазоне оптимального угла увода (9-10 градусов). Например, если внезапное снижение температуры воздуха не дает шинам как следует прогреться, или их состав оказался жестче, чем нужно, и они не достигают оптимальной температуры прогрева. Гонщик высшего класса чувствует мельчайшие нюансы и может легко приспосабливать стиль вождения к конкретным условиям.

Единственная линия, или, как ее еще называют, идеальная траектория, которая упоминается в изречении Ники Лауды, будет рассмотрена нами позже, а в следующей статье речь пойдет о балансе гоночного автомобиля.

Статьи по теме