Кольцевой Автоспорт: страсти по Балансу

Котровский Никита

Отметим, что болиды Формула Vee основывались на культовом в те времена Volkswagen Beetle. В шестидесятых годах Формула Vee серьезно конкурировала с Формулой Форд, которая, в свою очередь, выпустила в свет львиную долю именитых пилотов (включая и Айртона Сенну). Формулу Vee же в свое время прошли и Эмерсон Фитипальди, и Ники Лауда, и Кеке Росберг. Как и у серии Legends 600, у Формулы Vee до сих пор есть много последователей.

По причинам, которые полностью ускользают от сознания, поворотная ось также присутствует на большинстве внедорожных гоночных автомобилей. К ее недостаткам относятся: очень высокий центр крена, экстремальное «домкратирование», устрашающее изменение развала и почти полное отсутствие регулировок. У поворотной оси нет никаких преимуществ, кроме наличия в готовом виде на свалке. Организаторы Formula Vee разработали свою собственную технологию, направленную на то, чтобы извлечь максимум пользы из очень плохой вещи, и на этом мы закончим ее обсуждение.

Подвеска De Dion

Ось De Dion, по сути,

представляет собой балочную ось, расположенную таким образом, что главная передача является частью подрессоренной массы. Это ее единственное реальное преимущество перед неразрезным мостом. В настоящее время она не используется на гоночных автомобилях и не использовалась в течение двадцати лет. Смит чувствует себя в безопасности, предполагая, что она не вернется. Поэтому мы не будем это обсуждать.

Я лишь чуток поспорю со Смитом: Феррари использовали заднюю ось De Dion в 1975-м, и Лауда много чего на ней выиграл. Вообще, Кэрролл Смит иногда слишком категоричен.

Передняя подвеска с подвижной стойкой

Форма независимой передней подвески для легких автомобилей. Ось-заглушка и колесный узел прикреплены к вертикальной стойке (или шкворню), которая скользит вверх и вниз по втулке или втулкам, прикрепленным к шасси транспортного средства, обычно как часть поперечных выносных опор, иногда напоминающих традиционную балочную ось, хотя и жестко закрепленную на шасси. Движение рулевого управления обеспечивается за счет того, что эта же скользящая стойка может вращаться.

Если у вас есть Morgan, вы ничего не можете сделать для улучшения передней подвески, кроме установки амортизаторов Koni и постоянной замены опорных втулок. Если у вас нет Morgan, нет причин, по которым вам следует знать о существовании этой системы.

Передняя подвеска на продольных рычагах

Передняя подвеска на продольных рычагах состоит из минимального количества деталей – все они расположены таким образом, что для того, чтобы выдерживать соответствующие нагрузки, должны быть по-настоящему массивными. Траектории движения колес просто отвратительные. Это подходящий компаньон для задней подвески с поворотной осью, и именно там его можно найти – на старых Porsche Formula Vee и некоторых авто для бездорожья. Без обсуждения.

Стойка Макферсон

Стойка Макферсона в настоящее время используется, с некоторыми вариациями, в передней части большинства небольших легковых автомобилей, а также большого количества спортивных автомобилей и автомобилей класса GT. Поэтому она очень распространена в гоночных автомобилях Touring и Grand Touring. Популярность обусловлена тем, что она очень дешева в производстве и обеспечивает удовлетворительный контроль развала… Но все же, увы, контроль развала иной раз не так уж хорош. Трудно обеспечить достаточную жесткость элементов подвески, чтобы избежать деформации, особенно при использовании гоночных шин; и практически невозможно спрятать стойку внутри широкого колеса, так что проблема с пилотажем вашего серийного болида станут чрезмерными, когда вы рискнете использовать широкие колеса. Если низкая лобовая площадь (лобовое сопротивление) является основным требованием, то необходимая высота стойки сама по себе исключает использование Макферсон.

Много лет назад Колин Чепмен – хитрый дьявол – применил принцип стойки Макферсона в задней части ранних гоночных автомобилей Lotus и к дорожному Lotus Elite. Это прекрасно сочеталось с шинами, доступными тогда, однако сегодня врядли подошло бы для гоночных автомобилях (учитывая, опять же, размеры современного слика).

Кэрролл Смит не видел причин, по которым, после замены мягких втулок и модификации стойки для снижения высоты дорожного просвета и регулировки развала, они не смогли бы работать нормально. Рем.комплекты позволяют опустить нос автомобиля, не уменьшая хода подвески, и в итоге вы получаете регулируемый развал, кастор и дорожный просвет.

Многорычажная подвеска

Любая система подвески автомобиля, которая позволяет каждому колесу на одной оси перемещаться вертикально независимо от других. Это главное отличие от неразрезного моста или системы осей De Dion, в которой колеса соединены. "Именно к этому привело нас восьмидесятилетнее развитие автоспорта." – подытоживает Смит. В течение последних пятнадцати лет сзади и намного дольше в передней части, практически каждый серьезный гоночный автомобиль использовал ту или иную форму многорычажной независимой подвески. Мы посвятим остальную часть главы этой системе.

Подвеска как система

Давайте посмотрим, чего мы хотим добиться от системы подвески. Прежде всего, мы должны обеспечить независимость всех четырех колес, чтобы, насколько это возможно, деформации были ограничены колесом и шиной, которые испытывают те или иные нагрузки. Мы в этом уверены, и в разумных пределах любая независимая система предоставит нам эту возможность. Во-вторых, хотя мы должны обеспечить достаточное вертикальное перемещение колес, чтобы они могли поглощать неровности дорожного покрытия и вертикальные ускорения подрессоренной массы, – мы хотим, чтобы во время движения колес не происходило изменения схождения – или, по крайней мере, бесконтрольного изменения схождения. В-третьих, мы не хотим податливости (излишней мягкости) системы подвески или ее крепления к подрессоренной массе. Это вопрос жесткости (скорее, чем прочности) соединений,

шарниров, осей, опор ступиц и точек крепления. В той же мере это вопрос направления, в котором нагрузки трансформируются на шасси, а затем распределяются. Многорычажка превосходно подходит для достижения этой цели – в большей степени, чем любая другая система! Конечно, требуется внимание к деталям проектирования, и многие дизайнеры не обременены терпением, – однако сама система в этом ничуть не виновата. Все рычаги можно расположить таким образом, чтобы они работали на растяжение или сжатие (без изгибающих моментов). Сама жесткость рычага – это всего лишь вопрос расчета нагрузок на сжатие. Правильная итоговая трансформация веса по шасси потребует немного больше размышлений, но и это не так уж сложно.

Далее нам требуется минимальный вес – и снова система идеально сконфигурирована для достижения результата! Более того, широкое основание (поле возможностей), по которому мы можем трансформировать вес в шасси, устраняет необходимость в массивной и тяжелой навесной конструкции. Это очень просто.

Далее мы хотим контролировать изменение угла развала колес и изменение колеи при перемещениях колеса и/или подрессоренной массы. Для достижения максимальной площади пятна контакта и равномерного распределения давления в шине (чтобы мы могли реализовать максимальное сцепное усилие шины при торможении и ускорении), мы хотим, чтобы колесо оставалось в вертикальном положении, когда подвеска подвергается вертикальному перемещению подрессоренной массы, вызванному продольной передачей нагрузки (то есть: мы хотим на торможении и при ускорении контролировать развал и схождение с максимальным пятном контакта). Мы также хотим, чтобы оно оставалось вертикальным, когда перемещается из-за наезда (например, на поребрик) или провисает – хотя это более временное состояние и менее важно в общей схеме. В то же время и по тем же причинам мы хотим, чтобы как внутренние, так и наружные колеса оставались вертикальными по отношению к поверхности трека, когда подрессоренная масса кренится под действием центробежного ускорения. Мы не хотим, чтобы размер пятна контакта изменялся ни при одном из этих условий, поскольку это привело бы к боковому скольжению шины по гоночной трассе, когда она уже достигла предела сцепления или близка к нему, и разрушило бы тяговые свойства колеса. Пока все это происходит, было бы неплохо, если бы центры крена на каждом конце автомобиля оставались на постоянном расстоянии от их соответствующих центров масс, чтобы мы могли сохранить нашу линейную характеристику образования крена и боковой трансформации веса.

Звучит достаточно просто, однако этого невозможно достичь. Хотя у нас есть бесконечные варианты перестановок с комбинациями длин и наклонов тяг (рычагов), ни одна из них, увы, не позволит реализовать нашу идею фикс.

Природа движения колеса

Что же на самом деле происходит с колесами или шасси в движении? Существует два типа трансформации: вертикальное перемещение колес или шасси – и колебание шасси по крену. Сначала мы рассмотрим вертикальное перемещение. С геометрической точки зрения не имеет значения, «гуляет» ли колесо из-за неровности или ямы на дороге; «колеблется» ли шасси в ответ на трансформацию веса или в результате изменения аэродинамической прижимной силы. Если колесо перемещается, оно захватывает с собой внешние поворотные точки тяг подвески, что заставляет тяги описывать дуги вокруг своих внутренних точек поворота. Затем колесо должно изменить свой угол – как относительно дорожного полотна, так и относительно шасси, – в зависимости от этих дуг. Если же перемещается шасси, то внутренние точки поворота следуют за ним, и происходит то же самое, только со знаком наоборот. Геометрические результаты будут такими же. Поскольку движение шасси в ответ на трансформацию веса представляет для нас больший интерес, чем временные колебания колес в силу неровностей дороги, в дальнейших рассуждениях этот случай будет в приоритете. Давайте представим себе влияние неровностей и провисания на развал колеса, длину пружины, длину привода и расположение центра крена. Здесь нет для нас ничего удивительного, за исключением того факта, что изменение колеи из-за угла развала в центре пятна контакта не равно изменению длины полуоси. Однако, когда кренится подрессоренная масса, вся картина изменяется. В этом случае внутренние точки поворота тяг подвески перемещаются вместе с шасси, которое должно крениться вокруг мгновенного центра крена подвески. Это означает, что на стороне, куда трансформируется вес (внешней стороне от центра поворота) шасси, – как верхняя, так и нижняя точки поворота рычагов подвески будут смещаться вниз и наружу от осевой линии шасси. Однако точка поворота верхнего рычага, находящаяся на большем радиусе от центра крена, будет смещаться дальше, чем нижняя. Поскольку рычаги подвески имеют фиксированную длину, эта разница в перемещении точки поворота верхнего рычага заставит нагруженное колесо принять положительный угол развала (наружу в верхней части) относительно поверхности гоночной трассы. Все в точности до наоборот на внутренней, или разгруженной, стороне: там колесо будет стремиться к отрицательному углу развала. Это не то, о чем говорится в большинстве книг, по той простой причине, что в большинстве книг развал колес соотносится с шасси. Увы, но никто не поведал шине о какой-либо взаимозависимости от развала, которая существует между шиной и дорожным покрытием. Мы б тогда могли меньше заботиться об угловом соотношении между колесом и шасси.