Записи с меткой ‘подвеска’

От чего прыгают колеса при резком старте

Что такое Wheel hop?
Wheel hop - это неприятное явление, при котором ведущие колеса автомобиля бешено скачут, издавая
характерный звук, при попытке резко ускориться. Создается ощущение, как-будто автомобиль падает с сервисного подъемника с
периодичностью три раза в секунду. Wheel hop не только доставляет водителю неприятные ощущения, но и оказывает негативное воздействие на автомобиль. По
причинам, которые будут приведены ниже, Wheel hop может привести к поломке трансмиссии, включая полуоси, задний
дифференциал на заднеприводных машинах, а также приводы и трансмиссию на переднеприводных авто. Если Ваш
автомобиль страдает Wheel hop - это необходимо исправить.

Какие причины вызывают Wheel hop?
Многие люди не понимают причины, по которым происходит Wheel hop, что часто приводит к замене не тех деталей в
попытке решить проблему. К счастью, понимание Wheel hop (и устранение) не так сложно. Вот что происходит. В
момент, когда автомобиль ускоряется: представьте силу, приложенную через поверхность дорожного полотна,которая
толкает ведущие колеса автомобиля вперед, автомобиль, соответственно, также ускоряется. Однако, колеса не абсолютно
жестко прикреплены к кузову, таким образом, когда когда поверхность дорожного полотна толкает их вперед, они
немного смещаются вперед относительно кузова автомобиля. Обычно при плавном ускорении автомобиля, этот сдвиг
практически отсутствует. Однако при интенсивном разгоне, особенно при резком старте с места, ведущие колеса
немного смещаются вперед относительно колесной арки. При смещении колес, происходит значительное изменение угла
схождения. Шина может обеспечить максимальное сцепление, когда она расположена перпендикулярно дорожному полотну,
направлена параллельно вектору ускорения и имеет давление, обеспечивающее оптимальное пятно контакта. Согласно
описанным выше условиям, если угол схождения ведущих колес при ускорении автомобиля изменился, сцепление шины с
дорожным полотном тоже должно измениться. Wheel hop - и есть результат этого изменения сцепления. Вот
последовательность происходящих процессов:
1) Интенсивное ускорение начинается при 100% сцеплении шины с дорожным полотном
2) Ведущие колеса смещаются вперед относительно кузова автомобиля, угол схождения изменяется, сцепление шин с
асфальтом падает. Происходит пробуксовка.
3) Во время пробуксовки, ускорение значительно уменьшается. Ведущие колеса возвращаются в исходное положение
относительно кузова автомобиля, шины на ведущей оси вновь обретают сцепление с асфальтом.
4) Опять начинается ускорение, и весь процесс снова повторяется.

Это быстрое чередование между ускорением при хорошем зацепе и пробуксовкой называется Wheel hop. Описанные мною
выше процессы кажутся обыденными, но амплитуда и сила, с которыми происходит чередование пробуксовки и зацепа,
таковы, что делают Wheel hop настолько бурно проистекающим явлением. Использование гоночных шин может
предотвратить Wheel hop т.к. они имеют больший коэффициент сцепления (следовательно не будут проскальзывать при
изменении угла схождения). С другой стороны, если Wheel hop все же произойдет на автомобиле, обутом в слики, то
отрицательный эффект будет выглядеть еще сильнее.

Как устранить Wheel hop?
Избавиться от этого неприятного явления, на самом деле, не так сложно. Если вы сможете ограничить смещение ведущих
колес относительно кузова автомобиля, так, чтобы изменение угла схождения колес на ведущей оси стало минимальным,
шины на ведущей оси не будут внезапно терять сцепление с асфальтом. При этом, если на стадии интенсивного разгона ведущая ось все же сорвется в букс (обычно это может
произойти на мощных автомобилях), не последует резкого восстановления сцепления ведущих колес из-за возврата их в исходное положение
относительно кузова. Как можно предотвратить смещение ведущих колес относительно шасси? Предположим, что рычаги подвески вашего
автомобиля имеют достаточную жесткость, следовательно вы должны обратить свое внимание на втулки подвески. Колесо может смещаться
относительно шасси из-за эластичности стандартных резиновых втулок (особенно изношенных).
Иногда все что требуется - это заменить изношенные втулки на стандартные новые. Однако, в автомобилях, подвергшихся тюнингу двигателя, обладающих повышенной мощностью, относительно стандартных показателей, возможно понадобится использование более жестких полиуретановых втулок. Кардинальное
решение проблемы - использование шарнирных соединений (ШС) вместо втулок во всей подвеске, но это целесообразно только в том случае,
если ваш автомобиль больше не будет ездить по дорогам общего пользования. В любом случае, при использовании полиуретановых втулок, они
менее эластичны, чем резиновые, следовательно при разгоне смещение ведущих колес в продольном направлении относительно шасси
уменьшится, угол схождения колес ведущей оси не будет существенно изменяться, шины на ведущей оси не будут резко терять сцепление с
асфальтом. Проблема Wheel hop окажется решена.

Что не помогает при решении проблемы Wheel hop?
Как было упомянуто ранее, многие люди ошибочно меняют не те детали в автомобиле, в надежде побороть Wheel hop. Первое: как правило, пружины и стабилизаторы поперечной устойчивости не могут содействовать или препятствовать проявлению Wheel hop. Кроме того, изменение регулировок сход/развал, не помогает решить проблему, т.к. угол схождения ведущих колес при эффекте Wheel hop изменяется динамически. Шины не являются причиной Wheel hop, хотя, уровень сцепления шины с асфальтом определяет начальный момент и интенсивность Wheel hop. Например, гоночные слики имеют больший коэффициент сцепления с асфальтом, чем обыкновенные дорожные шины. Потеря сцепления сликов с асфальтом будет происходить при более интенсивном ускорении, чем у гражданской резины. Некоторые люди полагают, что при помощи спортивной резины им удается решить проблему Wheel hop, но на самом деле они просто увеличивают пороговое значение ускорения, после которого начнется Wheel hop. Если они впоследствии решат увеличить мощность мотора, максимальное значение ускорения автомобиля увеличится и вновь перешагнет этот предел. Проблема Wheel hop появится опять.

Дифференциал LSD (Limited-slip differentials) тоже не решает проблему. Он может увеличить порог ускорения, при котором начнется Wheel hop (будет эффект, аналогичный использованию сликов), но опять-же при повышении мощности двигателя проблема вернется вновь.

Проверьте амортизаторы. Если они исправны, значит необходимо увеличить жесткость втулок подвески.

Как устроена подвеска современного автомобиля

Если Вы попросите двух водителей – обычного и гонщика – объяснить, для чего существует подвеска, возможно, вы получите два разных ответа. Обычный водитель скажет просто: подвеска служит, чтобы Ваши зубы остались целыми и невредимыми при движении по кочкам. Она создана для удобной, комфортной и безопасной езды. Гонщика Ваш вопрос заставит задуматься и он начнет пространно рассуждать о том, что задача подвески заключается в том, чтобы у колес Вашего автомобиля было хорошее сцепление с дорогой, и Вы смогли бы ехать быстрее. То есть подвеска нужна для лучшего управления автомобилем.

Не удивительно? А ведь они оба правы.

Когда комфорт и управление соответствуют дороге На заре автомобилестроения, когда скорости были низкие, и мощность двигателя была ограниченной, действительно, главным делом было достичь комфортабельных условий поездки. Нужно было разработать такой механизм, который бы позволял колесам интенсивно перемещаться вверх и вниз, в то время как кузов автомобиля двигался бы плавно над дорогой. С началом применения пружин, на которые опирался своим весом кузов, конструкторы добились того, что резкие удары, которым подвергался автомобиль на дорогах того времени, были значительно смягчены.

Другая проблема заключалась в том, что пассажиров укачивало (у них появлялась морская болезнь),и это поубавило энтузиазма по отношению к пружинам, спасавшим от толчков. Да, толчков стало меньше. Но они совершались постоянно и все время. Решение заключалось в том, чтобы изобрести какой-то механизм, который выравнивал бы их воздействие. Понадобились многие годы, чтобы разработать этот механизм, пока конструкторы не пришли к современному амортизатору. И хотя по своей конструкции амортизаторы значительно отличаются один от другого, идея амортизатора универсальна: он позволяет подвеске свободно двигаться при попадании колеса в выбоины на дорогу, но предохраняет от чересчур сильных толчков с помощью сопротивления, оказываемого гидравликой. Это сопротивление создается с помощью прокачки жидкости внутри амортизатора через специальные клапаны. При трении образуется тепло, которое затем уносится воздухом.

Современные Технологии
В настоящее время разработана целая наука о создании пружин и амортизаторов. Так, ее стратегией является, например применение азотистого газа под высоким давлением внутри амортизатора, для лучшей работы и контроля, за тем, чтобы сопротивление было в адекватно каждой конкретной ситуации. Даже такая простая вещь, как стабилизатор поперечной устойчивости, тоже применяется на современных автомобилях. Это выгнутый из пружинной стали пруток особой формы, соединяющий рычаги подвески с одной и другой стороны кузова, чтобы уменьшить его крены и колебания. Есть и другие интересные разработки, применение торсионов и гидропневматических устройств в подвесках, однако основной принцип действия остается неизменным - элементы подвески демпфируют и гасят передающиеся от колес усилия на кузов. Все эти системы призваны решать одну основную задачу: дать возможность каждому колесу поглощать воздействие от попадания колеса в ямку с тем, чтобы было комфортно ехать в автомобиле, и он не трясся по дороге.

Разумеется, имеется гораздо больше элементов подвески чем только пружины и амортизаторы. Нельзя допустить того, чтобы колеса прыгали, как сумасшедшие. Нужно какое-то приспособление, чтобы они были четко зафиксированы на шасси и могли бы реагировать на команды, подаваемые водителем при управлении автомобилем даже на самых больших ямах. Применяются самые разнообразные способы для преодоления этого в зависимости от цены автомобиля и того, для каких дорог он спроектирован. Наиболее распространена подвеска рычажного типа, где в зависимости от конструкции имеется один или несколько рычагов, к которым и крепится поворотный кулак и собственно колесо. И можно сказать только одну плохую вещь о подвесках рычажного типа - они занимают чересчур много места в автомобиле, которое можно было бы использовать для увеличения салона или для других целей. Кроме того, это сложные и дорогостоящие системы.

Необходимо также рассмотреть и альтернативные системы. В настоящее время наиболее широкое распространение получили подвески типа Макферсон. Они состоят всего из нескольких деталей, относительно дешевы в изготовлении и занимают в автомобиле мало места. Самый хороший вариант данной системы почти невозможно отличить от подвесок рычажного типа, когда Вы управляете автомобилем. В "БМВ" применяются подвески Макферсона на передних колесах. Вы не услышите, чтобы кто-нибудь пожаловался, что подвеска плохо работает и от этого хуже качество управления.

Так как водителю не нужно управлять задними колесами, то и наблюдается большее разнообразие в дизайне задних подвесок. Система с единым (неразрезным) задним мостом применялась на заре автомобилестроения. Данная технология Каменного Века все еще использовалась повсеместно пару десятилетий тому назад. Ее и сейчас еще Вы сможете обнаружить у некоторых моделей легковых автомобилей, или у многих грузовых автомобилей. Она работает, хотя и вышла из моды. Но когда задние колеса крепятся на одну ось, то при попадание одного колеса в яму, это сразу сказывается и на другом колесе автомобиля. У машин с независимой подвеской колес такие проблемы просто не возникают. В результате - на них комфортнее ездить и ими лучше управлять.

Но если Вы позволите каждому колесу следовать за всеми неровностями на дорожном покрытии независимо друг от друга, то и это будет не совсем удобно. Колеса, которые зависают в воздухе - даже на короткий момент - не смогут помочь водителю выполнить такие операции, как ускорить движение автомобиля, затормозить или сделать поворот. Имея современные двигатели, тормоза и покрышки, которые могут реализовать большую мощность, идея с колесами, отдельно реагирующими моментально на каждую выбоину, не является приемлемой. Даже гипотетический гонщик никогда бы не стал ратовать за эту идею. Не станет этого делать и обычный водитель, потому что и ему понадобится в критической ситуации при движении на плохой дороге срочно затормозить и сделать остановку. В такие моменты соображения о комфорте уходят в сторону и нужно сделать так, чтобы подвеска помогала водителю полностью контролировать движение.

Тонкая настройка подвески. Часть 1

Мой любимый гонщик, трехкратный чемпион мира Ники Лауда, отвечая на вопрос о секрете его побед, один раз сказал так: «На аналогично настроенном автомобиле я не смогу ехать быстрее, чем любой гонщик мирового уровня, поскольку мы все едем на пределе возможного. Выигрывает тот, кто лучше настроил автомобиль, а значит, много работал и думал».

Для чего настраивают ходовую часть автомобиля? Для того, чтобы улучшить его поведение на скорости, сделать его быстрее. Однако добиться этого вам удастся только в том случае, если вы будете чувствовать разницу между реальностью и мифами, которых, когда дело доходит до настроек, оказывается множество. Действительно, в этом деле есть масса нюансов. Но мы будем говорить о базисных положениях, которые верны для любой гоночной машины, независимо от ее типа, формулы привода или мощности. Зная и применяя эти принципы на практике, можно научиться настраивать любой автомобиль.

Регулировка тормозного баланса.

Известно, что при торможении основной вес перераспределяется на передние колеса. Поэтому передние тормоза, как правило, мощнее задних — им выпадает больше работы. Если поделить тормозное усилие поровну между колесами передней и задней оси, то при перераспределении веса загруженные (и следовательно, имеющие лучшее сцепление) передние колеса будут тормозить недостаточно эффективно, в то время как разгруженные и потерявшие сцепление задние уже заблокируются. Чтобы не допустить этого, на серийных автомобилях устанавливается автоматический регулятор давления, а на большинстве гоночных — ручной, позволяющий не только настраивать тормозной баланс, но и менять его входе гонки.

Тормозной баланс — первое, что надо отрегулировать перед гонкой. Подготовка к этому начинается с прогрева шин до рабочей температуры — в противном случае регулировка ничего не даст, так как при нагреве шин характеристики их сцепления изменятся, и скорее всего вы получите слишком большое тормозное усилие на задних колесах. Внимательно изучив ситуацию по зеркалам и убедившись, что сзади вам не грозит опасность, нажмите на тормозную педаль и давите на нее, пока передние или задние колеса не заблокируются. Как только это произошло, немедленно ослабьте давление, чтобы не испортить шины. Изменяя баланс, вы должны стремиться к тому, чтобы блокировка передних колес наступала чуть раньше, чем задних. При этом не надо уходить в сторону более ранней блокировки передка — это может уменьшить общую эффективность торможения.

Мы установили базисные настройки для торможения на прямой. Однако если техника пилота включает торможение в первой половине поворота, вплоть до апекса, тормозное усилие на задних колесах надо делать еще меньше. Дело в том, что силы, действующие на автомобиль при входе в поворот, сильно разгружают заднюю внутреннюю шину, перегружая при этом внешнюю, снижая их сцепление, что чревато резким заносом. Лучше всего решить эту проблему во время тестов и тренировок, а не на первых кругах гонки.

Чаще всего в гонках используется торможение с включенной передачей, а то и с последовательным переключением передач вниз.
Торможение двигателем, во-первых, помогает при недостаточной эффективности рабочей тормозной системы (свойственной большинству серийных автомобилей), а кроме того, в этом случае меньше вероятность, ошибившись с дозировкой усилия, заблокировать колеса. Однако переключение передач при торможении нарушает весовой баланс автомобиля — он как бы раскачивается в продольной плоскости. Если тормозная система достаточно эффективна, а гонщик может точно чувствовать момент блокировки колес, более эффективным будет торможение на одной передаче или даже на нейтрали! Да-да, на некоторых гоночных автомобилях, например, на американской формуле Атлантик, пилоты вообще тормозят на нейтральной передаче, так как тормозные возможности этих машин просто колоссальны — замедление достигает 3 g. Как это ни странно, но у гонщиков просто не хватает времени на переключение, и они разбивают его на две фазы. Закончив торможение, они просто «втыкают» нужную передачу из нейтрального положения рычага. Естественно, при такой технике торможения баланс настраивается иначе, чем когда замедление осуществляется с включенной передачей.

Перераспределение веса и центр тяжести.

В главе «Тонкое искусство баланса» мы говорили о том, что сцепление шины с покрытием тем больше, чем выше нагрузка на шину. Речь шла о том, что шины могут загружаться при перераспределении веса автомобиля, когда он тормозит, разгоняется или поворачивает. При торможении, например, нагрузка перераспределяется с задних шин на передние, и они получают лучшее сцепление. При разгоне, наоборот, загружаются задние колеса. Но когда одни колеса загружаются, другие разгружаются, и их сцепление падает. Причем чем больше перераспределение веса и чем быстрее оно происходит, тем меньше становится суммарное сцепление шин с покрытием.

Вопреки существующему ошибочному мнению, никто не в силах изменить количество перераспределяемого веса — ни регулировками амортизаторов, пружин, стабилизаторов, ни другими настройками подвесок, препятствующими клевку «передка» или приседанию задней части машины. Количество веса, перераспределяющегося на передние колеса при торможении, определяют три момента: 1. Высота расположения центра тяжести. Вполне понятно, что чем выше центр тяжести, тем перераспределение веса больше. 2. Колесная база. У машины с короткой колесной базой перераспределение веса будет больше, чем у длиннобазной. 3. Насколько эффективно торможение. У машины, развивающей замедление в 3 g, перераспределение веса будет больше, чем у машины с замедлением в 1 g. Представить себе расположение центра тяжести поможет такой пример: если подвесить машину за трос к центру тяжести, то она не будет отклоняться ни в продольном, ни в поперечном направлении (рис. 1). Это относится даже к автомобилю, расположенному вертикально. Он будет находиться в состоянии полного равновесия.

Центр тяжести — это точка, где сконцентрирована масса автомобиля. Важность этой точки в том, что все силы, возникающие при прохождении поворотов, разгоне и торможении, проходят через нее. Если взять два автомобиля с одинаковой колесной базой, то перераспределение веса будет больше у машины с более высоким центром тяжести (рис. 2).
Теперь возьмем два автомобиля с разной колесной базой, но с одинаково расположенным центром тяжести.
У машины с более длинной колесной базой перераспределение веса будет меньше (рис. 3). Таким образом, длина колесной базы — это второй фактор, влияющий на перераспределение веса.

Мы выяснили, что у автомобиля, тормозящего с замедлением в 2 g, перераспределение веса в два раза больше, чем у того, что развивает 1 g. Можно добиться меньшего перераспределения веса, снижая интенсивность торможения, но делать этого никто не собирается — наоборот, любой гонщик старается его усилить. Мы можем передвинуть ниже центр тяжести, уменьшая дорожный просвет (именно поэтому, да еще из соображений аэродинамики, гоночные машины стараются опустить как только возможно низко), но здесь на нашем пути встанут технические требования, ограничивающие минимальный клиренс, и сама жизнь — нельзя ведь, чтобы автомобиль волочился днищем по асфальту. Сделать короче колесную базу тоже вряд ли удастся.

Так что же, мы совершенно не в силах уменьшить перераспределение веса? Уменьшить количество перераспределяемого веса — нет. Но мы можем повлиять на скорость его перераспределения — скорость, с которой этот вес достигает пятна контакта шины с поверхностью трассы. Именно в этом и заключается основной смысл настройки подвески. Но это — тема нашей следующей публикации

Ники Лауда о тормозных колодках:

«Гоночные колодки, как и шины, эффективно работают лишь в определенном диапазоне температур, поэтому их подбирают исходя из конфигурации трассы и погодных условий. Перед стартом колодки требуют специальной процедуры прогрева, а новый комплект нужно еще и прикатать. Важно знать, когда механики поставили новые колодки: во-первых, поначалу их низкая эффективность может стать неприятным сюрпризом, а во-вторых, если колодки не «обтормозить» определенным образом, комплект можно будет просто выкидывать.

Сначала надо медленно разогреть тормоза, начиная торможение намного раньше, чем обычно, и тормозя значительно плавнее. На кольце средней длины на эту процедуру уходит примерно 4 круга. В это время автомобиль тормозит из рук вон плохо, а колодки издают отвратительный запах. После этого колодки нужно испытать в критическом режиме, то есть умышленно перегреть. Для этого на полной скорости нужно два раза подряд затормозить предельно жестко. Педаль при этом становится очень мягкой и почти проваливается. Затем надо проехать один или два круга медленно, чтобы снова остудить колодки, после чего они становятся полностью работоспособными».