Мы можем уменьшить величину изменения колеи при заданном количестве вертикальных перемещений простым способом – удлинив рычаги подвески. При таком изменении заданная величина вертикального перемещения колеса или шасси приводит к меньшему угловому смещению колеса и, следовательно, к меньшему изменению размера колеи. Увы, геометрия рычагов остается параллелограммной, а ситуация с развалом по крену, в основном, прежняя, хотя величина изменения развала немного уменьшена, поскольку внутренние точки осей поворота расположены ближе к осевой линии автомобиля и, следовательно, смещаются меньше при заданном значении крена. Кроме того, хотя мы можем сколько-то уменьшить изменение колеи за счет удлинения рычагов, мы не сможем не только устранить его, но даже уменьшить до приемлемых пределов – и, естественно, у нас нет места для бесконечно длинных рычагов!
Неравные и параллельные рычаги
Если мы сделаем верхний рычаг относительно короче нижнего, мы добьемся некоторых существенных изменений в траектории движения колес. Теперь, при вертикальном перемещении, верхний рычаг имеет меньший радиус, чем нижний; это приводит к тому, что колесо принимает отрицательный угол развала как при наезде (например, на поребрик), так и отрицательный либо положительный развал при провисании. Величина изменения развала зависит от относительной длины верхнего и нижнего рычагов – чем короче верхний рычаг, тем круче кривая изменения развала. Допущение отрицательного развала значительно уменьшает изменение размера колеи, и при должной аккуратности в настройке оно может стать незначительным. При крене подрессоренной массы колеса по-прежнему «разваливаются» в том же направлении; однако положительный развал, который принимает на себя нагруженное колесо, значительно уменьшается. К сожалению, отрицательный развал разгруженного (внутреннего) колеса увеличивается. Все ровно так же, как на спортпрототипе Legends 600.
Несмотря на то что рычаги параллельны друг другу на уровне дорожного просвета, тот факт, что они неодинаковы по длине, означает, что они не будут оставаться параллельными при вертикальном движении колеса (они почти остаются параллельными при крене), поэтому длина повернутого рычага в моменте варьируется. Это означает, что при большой вертикальной амплитуде колеса, углы развала станут действительно очень большими. Если требуется большой вертикальный ход колеса – как в гонках по бездорожью –необходимо сделать рычаги максимально равными по длине. В любом случае, центр крена с неравными, но параллельными рычагами остается довольно стабильным по отношению к центру масс. Следовательно, момент крена остается более или менее постоянным, что хорошо. Естественно, нет закона, который гласил бы, что параллельные рычаги разной длины должны быть параллельны земле на уровне дорожного просвета, но небольшой эксперимент с любой моделью объяснит, почему они обычно параллельны земле на этом уровне. Где-то здесь Смит упоминает, что статический дорожный просвет вполне может отличаться от динамического, если для создания прижимной силы в значительных количествах используются крылья или эффективные спойлеры. Далее: динамический дорожный просвет будет меняться в зависимости от скорости движения. Еще одно небольшое усложнение, которое сегодня нам, на самом деле, не очень-то нужно.
Неравные и непараллельные рычаги
В то время как система подвески с неравными и параллельными рычагами уменьшает положительный развал нагруженного колеса при крене, она, однако, не уменьшает его в достаточной степени для определенного типоразмера шин – и, кроме того, эта система ведет к действительно низкому центру крена. Наклоняя рычаги (и продолжая, «лонгируя») их оси относительно друг друга, мы можем расположить центры крена там, где нам заблагорассудится, – по крайней мере, в статическом положении, – и еще больше уменьшить положительный развал нагруженного колеса при крене. Естественно, абсолютизируя процесс можно дойти до экстремальных результатов, однако именно так понятно, что может произойти, когда мы заходим слишком далеко в любом заданном направлении настроек.
Возьмите листок бумаги, ручку и линейку – и попробуйте поэкспериментировать. В предельном случае наклон верхнего рычага вниз по направлению к центральной линии болида действительно заметно уменьшает положительный развал нагруженного колеса при крене шасси. Но это также повлияло на все остальное! Произошло то, что слишком крутой наклон верхнего рычага приводит к очень короткому плечу в моменте с сопутствующим очень большим углом развала при перемещении колеса со стороны дороги (пусть это будет, к примеру, наезд на высокий поребрик). Подняв кузовные точки крепления как верхнего, так и нижнего рычагов, мы добились бы гораздо лучших углов развала при сохранении статичного центра крена в том же положении – однако, конечно, тогда в динамике центр крена перемещался бы больше. Как мы уже подметили, игра в «идеальную геометрию» может продолжаться вечно…
Важные истины и компромиссный баланс
После того как мы вдоволь прошлись по всем основным схемам, некоторые важные истины становятся очевидны:
1. Хотя можно контролировать развал колеса как при вертикальном перемещении, так и при крене шасси, добиться очень хорошего контроля развала в комбинированных («бампинг» + крен) условиях невозможно, – мы всегда в положении "или-или".
2. Чем длиннее мы делаем рычаги подвески, тем меньшее угловое и линейное смещение колес произойдет в результате заданного количества перемещений шасси или колес.
3. При вертикальном перемещении центр крена трансформируется вместе с центром масс, стремясь сохранить постоянный момент крена.
4. Увеличение эффективной длины рычага уменьшает величину изменения развала из-за вертикального перемещения колеса, уменьшает величину вертикального перемещения центра крена относительно центра масс и увеличивает боковое перемещение центра крена.
5. Несмотря на то что тяги параллельны друг другу на уровне дорожного просвета, тот факт, что они неодинаковы по длине, означает, что они не будут оставаться параллельными при вертикальном движении колеса (они почти остаются параллельными при крене), поэтому длина повернутой тяги в моменте варьируется. Естественно, пункт не касается параллельных тяг, равных по длине!
6. Увеличение наклона верхнего рычага (или уменьшение его относительной длины) приводит к большему отрицательному развалу при "бампинге" (= реакции колеса на дорожные изменения), меньшему положительному развалу нагруженного колеса при крене и уменьшению количества вертикальных перемещений колеса или шасси до того, как мы потеряем контроль над развалом.
Учитывая тот факт, что идеальное решение в нашей популярной геометрии – это утопия, приходится искать компромиссный баланс. У каждого в этом бизнесе есть свои собственные представления о том, какие аспекты колесной колеи и положения центра крена являются более важными, и поэтому мы очень часто наблюдаем в одном и том же классе гоночных автомобилей множество геометрических вариаций. Несмотря на эти различия, большинство гоночных автомобилей исправно выполняют свою работу. Это связано с тремя факторами:
1. Нынешнее поколение гоночных шин относительно нечувствительно, в разумных пределах, к изменению развала.
2. Характеристики трансформации веса куда более важны для качественной работы шин и в целом баланса автомобиля, чем кривые развала.
3. Различные философии дизайна, как правило, выравнивают время прохождения круга – автомобиль, геометрия которого ограничивает его абсолютный коэффициент сопротивления шины боковому уводу (отношение боковой реакции, обусловленной уводом, к углу увода), вполне может снизить мощность – то, что он проигрывает в повороте, компенсируется на прямиках… И это снова о балансе.
Существует несколько основных рекомендаций, которые помогут нам в выборе геометрического компромиссного баланса.
1. Развал переднего колеса должен удерживать упорное (нагруженное) колесо в более вертикальном положении при крене, чем заднее. Когда автомобиль поворачивает (или наклоняется; ныряет) в поворот, комбинация трансформации веса будет сильно сжимать переднюю пружину упорного (нагруженного) колеса, и нам понадобится вся возможная компенсация развала, чтобы не потерять передок. Еще один фактор заключается в том, что, поскольку основная часть общей трансформации веса автомобиля будет приходиться на переднюю часть, задняя часть в любом случае будет меньше крениться.
2. Центр крена спереди всегда будет ниже, чем сзади. Если он будет слишком низким, у нас будет машина, которая плохо входит в повороты и выходит из них на трех колесах (карт). Большая хитрость здесь заключается в том, чтобы движения центра крена спереди и сзади были примерно равны друг другу – и в одном направлении, – поскольку автомобиль подвержен целому комплексу сил при прохождении поворота.
3. Мы можем контролировать развал колес в узком диапазоне крена шасси и в более широком диапазоне вертикального перемещения. В какой-то момент крена или вертикального перемещения геометрия полетит к черту, и траектории движения колес начнут очень быстро меняться (срыв). Чем длиннее мы делаем рычаги подвески, тем большей может быть трансформация до того, как мы потеряем контроль над развалом – и тем меньше смещений колес на единицу перемещения шасси. И снова мы говорим о балансе.
Давайте исходить из того, что баланс автомобиля (или управляемость) более важны с точки зрения времени прохождения круга и победы в гонках, чем абсолютный коэффициент сопротивления шины боковому уводу (отношение боковой реакции, обусловленной уводом, к углу самого увода). Если бы мы были гоночными шинами, мы бы возмущались любому стремлению рычагов подвески резко менять развал и внезапно протаскивать нас вдоль гоночной трассы, – в тот момент, когда мы пытаемся плавно, быстро и перекрестно сменить режим работы с торможения на вход в поворот и, затем, на выход с ускорением – в своих стремлениях следовать по краю круга зацепа = Колеса Жизни. Мы бы отреагировали на такие попытки мгновенной потерей зацепа! Мы б сделали то же самое, если бы боковая трансформация веса на одном крае автомобиля внезапно стала намного больше, чем на другом, потому что момент крена на этом крае внезапно увеличился. Мы бы снова зацепились за дорогу после того, как все уляжется – если это вообще уляжется! – но мы б на мгновение потеряли сцепление с дорогой из-за потери Баланса… Маловероятно, что пилоту бы понравились наши выходки, если б мы были колесами его болида.
Мы должны проектировать геометрию подвески таким образом, чтобы свести к минимуму резкое изменение развала и относительное перемещение центра крена спереди назад при переходе автомобиля от торможения к ускорению в повороте.
Возможности геометрии здесь ограничены, поэтому мы сочтем необходимым уменьшить величину трансформации веса шасси, которое происходит в ответ на центробежное и продольное ускорение. Однако обычно мы не можем ограничить вертикальное движение колес, не столкнувшись с ухудшением работы (упругости) шин, что неизбежно приведет к серьезным побочным эффектам, таким как ухудшение времени прохождения круга.
В нашем распоряжении есть четыре метода ограничения крена шасси – или, по крайней мере, уменьшения его последствий:
1. Мы можем повысить центр крена, что понизит его момент. Однако в таком случае мы получим малые кривые развала и сильное «домкратирование».
2. Мы можем использовать стабилизаторы поперечной устойчивости спереди и сзади, достаточно жесткие, чтобы ограничить крен до желаемого нами максимума.
3. Мы можем использовать пружины подвески для ограничения крена, сделав их более жесткими, – или разместить их таким образом, чтобы получить максимальный линейный ход пружины на каждый градус создаваемого крена. Пожалуй, не самая хорошая идея, но единственно возможная для серии Legends 600, – в силу конструктивного отсутствия стабилизаторов поперечной устойчивости.
4. Мы можем использовать более длинные рычаги подвески, чтобы уменьшить величину изменения развала, возникающего при каждом градусе крена.
Размеры колеи и колесной базы
Последние геометрические данные, которые мы рассмотрим, – это длина колесной базы и ширина колеи.
Преимуществами относительно длинной колесной базы являются устойчивость на прямой, меньшая трансформация продольной нагрузки и раскачивающего момента, уменьшение полярного момента инерции; ну и больше места внутри авто. Скажем, «Шорткат».
Преимущества относительно короткой колесной базы заключаются в снижении общего веса и лучшей маневренности. А здесь, – Legends 600.
Преимущества большой ширины колеи заключаются в уменьшении боковой трансформации веса при заданном центробежном ускорении и наличии места для более длинных рычагов подвески. Основным недостатком является увеличенная лобовая площадь. Когда мы углубимся в аэродинамику, мы увидим, что, по крайней мере, на автомобилях с открытыми колесами, важность лобовой площади переоценивается.
Если говорить обобщенно, гоночный автомобиль с длинной колесной базой и относительно узкой шириной колеи будет очень устойчив на прямой, жертвуя динамикой в поворотах и маневренностью. Автомобиль с более короткой колесной базой и широкой колеей будет менее устойчивым, но более маневренным; и будет стабильнее и быстрее в поворотах. Кроме того, будет сложнее им управлять на его пределе. В целом, Кэрролл Смит отдает предпочтенье умеренно длинной колесной базе и широкой колее. Однако отмечает, что, если все повороты – быстрые, недостатки узкой колеи можно нивелировать аэродинамической прижимной силой, и для гонок типа USAC идея узкоколейного автомобиля с относительно длинными рычагами подвески и уменьшенной лобовой площадью очень привлекательна.
Ситуация становится более сложной, когда мы рассматриваем разную ширину передней и задней колеи. Смит считает, что передняя колея должна быть заметно шире задней: «Еще одна моя ересь!» Однако причины вполне очевидны: мы должны зайти в поворот и выйти из него с максимальным ускорением. Чем шире передняя колея, тем больше сопротивления диагональной трансформации масс; и тем меньше тенденция к "плужению" на входе в поворот и/или на выходе из поворота, когда внутреннее заднее колесо начинает работать на ускорение (недостаточная поворачиваемость). Смит полагает, что большинство гоночных автомобилей 80-х (с примерно равными передними и задними колеями) выиграли бы от увеличения ширины передней колеи. Отметим, что чем медленнее повороты, тем более важной становится ширина передней колеи относительно задней.
На всех не угодишь!
Компромиссный баланс в геометрии подвески будет варьироваться в зависимости от типа спорткара и характера гоночной трассы, на которой автомобиль планирует выполнять свои функции. Факторы, которые следует учитывать, включают:
1. Соотношение мощности к весу
2. Создаваемая аэродинамическая прижимная сила и диапазон скоростей автомобиля
3. Ширина и характеристики шины
4. Характеристики трассы – ровность покрытия, скорость прохождения поворотов, профиль трека и интенсивность торможений.
Давайте теперь кратко рассмотрим конкретные случаи различных типов гоночных автомобилей и посмотрим, как условия эксплуатации и другие факторы влияют на дизайн геометрии.
Вездесущая Формула Ford отличается низкой мощностью двигателя, малым общим весом, узкими шинами, практически полным отсутствием прижимной силы и сумасшедшими пилотами (за малым исключением все то же самое можно сказать о сегодняшнем классе Спортпрототип CN!). Динамика разгона слабая, потому что у них небольшой крутящий момент. Поскольку им не разрешается использовать крылья, рабочий дорожный просвет не сильно меняется в зависимости от скорости. Узкие шины выдерживают значительный развал. Что требуется болидам Формулы Ford от геометрии подвески, так это хорошее торможение и динамика в поворотах. Хорошие тормоза потому, что одно из немногих мест, где Формула Ford может обогнать, находится именно в зоне торможения. Динамика в поворотах, – потому что они не могут позволить себе снижать скорость больше, чем это абсолютно необходимо. При их низком крутящем моменте требуется вечность, чтобы восстановить потерянную скорость!
Мы получаем качественное торможение на прямых колесах с максимальной нагрузкой, не позволяя задним колесам уходить в положительный развал при провисании. Это, в свою очередь, означает длинные рычаги с небольшим наклоном спереди – взгляните на ADF или на Eaglet. Что касается задней части, то нам не нужно сильно беспокоиться о последствиях «проседания», поскольку у нас нет достаточного крутящего момента, чтобы вызвать его. Однако нам следует побеспокоиться о развале нагруженного колеса. Поскольку дифференциал повышенного трения запрещен, мы также должны избегать пробуксовки заднего внутреннего колеса, что предполагает большой ход подвески (пилоты Legends 600 здесь в безопасности, поскольку в принципе лишены дифференциала!); кроме того, мы обязаны предотвратить большой отрицательный развал внутреннего колеса и минимизировать трансформацию масс в задней части автомобиля.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=71291407&lfrom=174836202&ffile=1) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
