Новейший самоучитель безопасного вождения

Горбачев Михаил Георгиевич

Это упражнение придумал не я, а легендарный Вальтер Рерль – двукратный чемпион мира по ралли, да к тому же бессменный тест-пилот фирмы «Порше» и замечательный инструктор по вождению. Поверьте, ему можно и нужно доверять. Он проповедует спортивный, но осознанный и потому безопасный стиль езды. Это упражнение очень помогает настроиться на вождение каждый раз, когда ты готов рвануть с места.

7. ФИЗИКА ДВИЖЕНИЯ

Есть еще один важный аспект, заслуживающий внимания. Современные автомобили имеют такой высокий уровень комфорта, что обратная связь в них минимальна и сводится к нулю. Водитель словно погружается в виртуальное пространство: ветровое стекло превращается в экран компьютера, а руль становится джойстиком. Такие ощущения провоцирует сам автомобиль, уверенно, словно по рельсам, летящий по дороге, что кажется возможным пройти поворот любой крутизны на любой скорости. На самом деле это очень обманчивое ощущение. Рано или поздно в силу вступают законы физики, выталкивающие автомобиль в кювет или на полосу встречного движения.

Рассмотрим силы, действующие на автомобиль в такой ситуации.

Любое движущееся

тело имеет свою массу. Для замедления или изменения направления движения этой массы к ней требуется приложить силу. Чем большего изменения в характере движения мы хотим от массы, тем большую силу требуется приложить.

Силы, действующие на движущийся автомобиль, проходят через три оси (рис. 2). Горизонтальная поперечная ось, та, по которой происходит перераспределение веса в повороте. В левом повороте автомобиль кренится направо, в правом – налево. Любой водитель и пассажир всегда ощущают эту силу во время поворота. Вес груженого автомобиля составляет как минимум одну тонну. Даже маленькая малолитражка с четырьмя пассажирами на борту будет весить именно столько. Автомобили среднего и представительского класса весят около двух тонн, а внедорожники легко тянут на три, три с половиной тонны. Этот вес покоится на четырех пружинах подвески. Понятно, что он будет неустойчив, обязательно «захочет» накрениться. Почему одна сторона кузова поднимается – движется вверх, в то время как противоположная опускается – движется вниз, понять крайне просто: кузов расположен на пружинах, которые могут сжиматься и разжиматься. Крен автомобиля в повороте – это естественное и понятное движение кузова автомобиля относительно колес. В результате перемещения веса в сторону внешних колес в повороте, на них начинает давить большая сила (рис. 3). Означает ли это, что их сцепление с покрытием дороги увеличивается? Конечно да! Но вес, давящий на внутренние колеса, уменьшился, так как часть его перешла на наружную сторону – произошло динамическое перемещение веса. Значит, сцепление внутреннего колеса с покрытием дороги уменьшилось. Крен автомобиля зависит от расположения его центра тяжести, ширины шин, жесткости амортизаторов и конструкции подвесок. Например, болиды «Формулы-1» практически не кренятся даже на огромных скоростях в поворотах. Они сконструированы специально для движения с огромной скоростью, и, хотя динамическое перемещение веса у них происходит точно так же, как и у обычного автомобиля, крен почти не виден. Это объясняется сверхкороткоходной подвеской, очень широкими колесами, жесткими пружинами и работой специальных приспособлений, которые называются стабилизаторами поперечной устойчивости (рис. 4). Из названия понятно, что они как раз и придуманы, чтобы не давать кузову крениться. Подобные приспособления имеются и на обычных городских автомобилях и внедорожниках, только они, конечно, не могут быть такими жесткими как на гоночных и спортивных машинах. Обычные машины должны быть комфортабельными, а это означает, что их пружины и стабилизаторы подбираются так, чтобы обеспечить мягкость хода на неровностях. Да и шины у них не такие широкие, и центр тяжести из-за большого дорожного просвета расположен значительно выше. Хотя уже появились и серийные машины, которые почти не кренятся в поворотах. Их амортизаторы оснащены специальной гидравлической системой, управляемой электроникой, которая дает команды поднимать внешнюю сторону кузова в поворотах. Идея сделать одну сторону автомобиля жестче, если поворачивать приходится все время в одну сторону, не нова. Именно так и поступают американские гоночные инженеры, готовящие свои болиды для гонок на овалах, например в Индианаполисе.

Рис. 2. ОСИ ВРАЩЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ:

А – горизонтальная,

Б – вертикальная,

В – продольная.

Рис. 3

Крен автомобиля в повороте – это естественное и понятное движение кузова автомобиля относительно колес.

Рис. 4. СХЕМАТИЧНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ РАБОТЫ СТАБИЛИЗАТОРА

Стабилизаторы поперечной устойчивости не дают кузову автомобиля сильно крениться в повороте. П-образный металлический пруток работает на скручивание, сопротивляясь крену кузова в поворотах. На современных автомобилях имеются передний и задний стабилизаторы.

Теперь рассмотрим продольную ось (рис. 5). При резком старте капот автомобиля приподнимается. Это видит водитель со своего места, а на самом деле приподнимается вся передняя часть машины, передние пружины разгружаются, вес перемещается назад – задние пружины сжимаются. Вес автомобиля, естественно, остается неизменным, и мы говорим только о динамическом, кратковременном перемещении веса. Насколько сильно перемещается вес? Если вес автомобиля принять за 100 %, а ускорение за 0,5 G, что соответствует ускорению 18 км/ч, то задняя часть автомобиля станет на 15 % тяжелее. Немного? Да, но эффект от этого большой! На заднеприводных автомобилях он выражается в лучшем старте машины за счет большего давления на ведущие колеса, и, следовательно, улучшения их сцепления с дорогой. Значит ли это, что, если водитель прибавляет газ во второй половине поворота, за счет улучшающегося сцепления задних колес машина будет устойчивей? Разумеется, да (рис. 6). Но не надо забывать, что переднеприводник за счет разгрузки передних колес будет хуже стартовать, да и в повороте любое прибавление газа уменьшает сцепление его ведущих колес. При торможении (возьмем пример с замедлением в 9,81 м/с2) перемещение веса приобретает поистине драматический характер. Например, на переднеприводном автомобиле, где мотор с коробкой передач находится спереди (а это дополнительный

вес на переднюю ось), при торможении задние колеса разгружаются настолько сильно, что малейший поворот руля вызывает их занос (рис. 7), так как в этот момент на задние шины давит всего 12 % от всего веса автомобиля. Если просто резко отпустить педаль газа, то вес также переместится вперед, разгружая задние колеса.

Рис. 5

При резком старте приподнимается вся передняя часть машины, передние пружины разгружаются, вес перемещается назад – задние пружины сжимаются.

Рис. 6. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА ПРИ РАЗГОНЕ АВТОМОБИЛЯ

Во время ускорения вес перемещается назад и загружает заднюю часть автомобиля. Сцепление задних шин с покрытием дороги увеличивается. Автогонщики, зная об этом, умело используют загрузку задних колес для стабилизации автомобиля, чтобы нейтрализовать избыточную или недостаточную поворачиваемость.

Рис. 7. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ВЕСА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ

Вес, действующий на переднюю часть автомобиля увеличивается, соответственно задок автомобиля разгружается. Гонщики используют этот эффект облегчения задней оси, чтобы искусственно вызвать занос автомобиля, помогающий пройти поворот на большой скорости.

Линия, проведенная через крышу до самой дороги через центр тяжести автомобиля, называется вертикальной осью. В момент заноса машина начинает вращаться вокруг этой вертикальной оси. Для большинства водителей такая ситуация часто оказывается полной неожиданностью (рис. 8).

Рис. 8. ВРАЩЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ

В момент заноса машина начинает вращаться вокруг этой вертикальной оси. Для большинства водителей такая ситуация часто оказывается полной неожиданностью.

Однажды мой приятель захотел прокатить меня с ветерком на своей новой машине, а заодно и удивить мастерством вождения на загородном шоссе. Он без промедления ринулся обгонять длинный хвост машин, да слишком поздно включил пониженную передачу, перешел с четвертой на третью. Это я подметил сразу. Но расстояние между машинами справа не позволило ему втиснуть машину, а мы неотвратимо приближались к крутому правому повороту впереди. Приятель решил, что успеет обогнать следующие две машины и юркнуть в то спасительное свободное место, что было перед ними. Почти успел, но его возвращение в правый ряд после обгона практически совпало с началом поворота. Он резко бросил газ, и, как только начал поворачивать руль, наш автомобиль поплыл задней осью в сторону. «Газу, газу», – закричал я. Мой приятель подчинился и поймал вышедшую из-под контроля машину. Если бы он начал тормозить в этот критический момент на входе в поворот, как поступают, увы, в любой аварийной ситуации большинство водителей (а среди них многие считают себя асами), шанс на выход из этой ситуации был бы сведен к нулю.

Какие силы действовали в этот момент на машину, и как удалось изменить их расстановку. Шины задней оси потеряли сцепление из-за резкого перемещения веса. Замедление было вызвано сбросом газа, вследствие чего произошло перемещение веса вперед. Поворот руля вызвал перемещение веса на внешние колеса. Это означает, что давление на определенные колеса изменилось, следовательно, изменилось и их сцепление с дорогой. В нашем случае перемещение веса шло одновременно в двух направлениях: продольном и поперечном. Идеальная ситуация, в результате которой автомобиль едва ли не всегда норовит выйти из-под контроля. Водитель хотел изменить направление, во что бы то ни стало заставить машину повернуть, в то время когда она опиралась практически всем своим весом на одно-единственное внешнее к повороту переднее колесо. А для замедления или изменения направления движения массы автомобиля к ней требуется приложить силу. Но площади контакта с дорогой одного-единственного колеса для того, чтобы эта сила подействовала, явно недостаточно. Что же произошло, когда водитель прибавил газ? Вес перераспределился назад, и задние колеса обрели сцепление (внешние больше, внутренние меньше), что и остановило начинающийся занос задней оси. Прибавляя газ, водитель чисто интуитивно немного повернул руль обратно – «распустил» машину, добавил нагрузки на внутренние к повороту колеса.

Гонщики в аналогичных ситуациях поступают точно так же. Они точно знают, как автомобиль будет реагировать на перемещение веса, а обычный водитель о перемещении веса часто не задумывается. А любое изменение направления или характера движения, будь то ускорение или замедление, поворот налево или направо, обязательно сопровождается перемещением веса, которое изменяет сцепление шин с дорогой. Конечно, автолюбителю не обязательно уметь филигранно направлять свой автомобиль в повороты с головокружительной скоростью, как делает автогонщик, умело использующий перемещение веса в свою пользу. Но знать элементарные законы физики, сопровождающие автомобиль в движении, он обязан.

Если предположить, что предстоит ездить по абсолютно гладкой поверхности, например как сукно бильярдного стола или поверхность ледяного катка, то о вертикальном перемещении веса автомобиля говорить не придется. На практике дорога – это волнистый асфальт, бугры, крутые подъемы и спуски, ямы и другие неровности.

Представим ситуацию: машина въехала с большой скоростью на бугор. Кузов устремляется вверх, подвеска разгружается, и в этот момент водитель решил изменить направление движения. Это ошибка. Именно в это мгновение контакт шин автомобиля с дорогой очень слабый. А буквально через секунду, когда кузов автомобиля опустится, шины вновь обретут сцепление, причем еще большее, чем до подскока. В этот момент машина чутко откликнется на поворот руля (рис. 9).