Беседы об автомобиле

Для небыстрого движения по асфальту автомобилю требуется значительно меньшая сила тяги, чем он может развить даже на высшей передаче. Как говорят, автомобиль обладает запасом тяги, необходимым для движения на подъем, для обгона другого автомобиля.

На проселочной дороге дело несколько меняется. Незначительное отклонение от скорости, соответствующей наибольшему крутящему моменту двигателя, вызывает необходимость включать следующую перёдачу. Для движения по песку тяговой силы на высшей передаче вообще недостаточно, а на низших передачах движение возможно лишь с определенной скоростью.

Вот что заботит конструктора еще до того, как он встает за доску «кульмана» и наносит на бумаге первые линии будущего автомобиля.

– Что же изображают эти первые линии?

– Печка, от которой долгое время танцевали конструкторы – это колесная база.

Расстояние между колесами иной раз выбирали примерно так: у машин-конкурентов база находится в пределах, скажем, 2300-2450 миллиметров; прибавим еще полсотни! Чем больше база, тем лучше автомобиль!

С размером базы связаны главным образом пять качеств автомобиля – устойчивость, маневренность, плавность хода, удобства пассажирского помещения и проходимость по плохим дорогам. Но ни об одном из них нельзя сказать категорически: чем меньше или чем больше база, тем оно лучше.

Труднее всего разобраться в устойчивости автомобиля. Она зависит от многих факторов. Их так много, что даже на перечисление уйдет немало времени. Стоит ограничиться тремя самыми главными, которые связаны с действием боковых сил – центробежной силы на поворотах, силы ветра и поперечного уклона дороги. Они могут вызвать увод автомобиля с заданного направления, боковое скольжение (занос) и опрокидывание.

Начнем с заноса. При этом условимся, что сравнивать будем автомобили одинаковой длины, с равномерно распределенными массами, но с разными базами.

Вот короткобазный автомобиль. Стоит возникнуть заносу – и массы, вынесенные за пределы колесной базы, могут ускорить его действие.

Но занос – явление сравнительно редкое, оно типично, как правило, лишь для езды по скользкой дороге. А увод автомобиля сказывается почти всегда. Автомобиль не идет строго по прямой. Под действием каких- то сил он постоянно совершает незаметные отклонения от нее. Именно поэтому водитель все время работает рулем, направляя машину по заданному пути. Чем меньше усилий он прилагает к рулю, тем устойчивее и безопаснее машина.

Увод автомобиля зависит от увода шин и размеров базы, а увод шин – от их эластичности, в частности от давления воздуха в них, от распределения масс и от устройства рессорной подвески. И здесь следует упростить задачу, не затрагивать подробно все особенности, ограничиться главными.

Что же такое увод шины? Для ответа нужно представить себе колесо с шиной из прозрачных материалов и посмотреть на такое колесо сверху. Вот оно катится. Боковой силы нет. Плоскость, проведенная посередине колеса, видна как линия, параллельная направлению движения. Появилась боковая сила. Она давит на кузов, раму, рессоры, через них – на колеса. Шина – эластичная; в нижней ее части она цепко держится за дорогу выступами протектора, шершавой поверхностью резины. А в средней части боковая сила сдвигает и колесо, и зажатую его ободом шину. Под действием силы шина в нижней части деформируется. Если бы колесо не вращалось, оно сместилось бы вбок вместё со всей массой автомобиля. Средняя плоскость колеса (средняя линия) была бы параллельной оси отпечатка шины, а ось отпечатка осталась бы на прежнем месте. Но колесо катится, и смещенные вбок точки шины перебегают в передней его половине сверху вниз и по направлению к точке контакта с дорогой. Ось отпечатка перекашивается, и колесо идет уже не туда, куда направлена его средняя плоскость, а по направлению перекошенной оси отпечатка. Шины уводят автомобиль в сторону.

На увод шин можно влиять прежде всего, изменяя давление в шинах. Чем выше давление, тем жестче шина и тем меньше ее увод, то есть меньше угол между осью отпечатка и плоскостью колеса. Угол увода можно менять как конструкцией подвески, так и нагрузкой на колесо. Следовательно, можно предусмотреть больший угол отдельно для задних или для передних колес. Зачем это может понадобиться?

Допустим, что передние шины жесткие и не подвержены уводу. Они всегда идут по заданному направлению. Задние же колеса из-за низкого давления в шинах чутко реагируют на действие боковых сил и уводят заднюю часть автомобиля с прямой, а на повороте заставляют его поворачиваться круче, чем это задано; центробежная сила возрастает. Случается, что усилий водителя оказывается недостаточно для противодействия уводу.

В другом случае, допустим, уводу не подвержены сильно накачанные задние шины, и на боковые силы реагируют только передние. Они уводят передний конец автомобиля по направлению действия боковой силы. На прямой дороге водитель, как и в первом случае, подправляет ход машины небольшими поворотами руля, а при прохождении кривой автомобиль стремится идти по большей окружности; центробежная сила уменьшается, и водителю приходится лишь прилагать некоторое дополнительное усилие к рулевому колесу.

Подбирая соответствующую эластичность передних и задних колес, можно возместить недостаточную устойчивость автомобиля, вызванную невыгодным распределением масс или короткой базой. Чем меньше база, тем меньшая разница в углах увода передних и задних колес необходима для хорошей управляемости автомобиля.

Значит, укорочение базы автомобиля не только выгодно по соображениям маневренности, но и не обязательно нарушает его устойчивость.

Ну а плавность хода? Ведь автомобиль с короткой базой и длинными свесами кузова легче раскачать? Да, если качать его за буфер. Но толчки передаются на кузов там, где расположены рессоры или пружины, то есть около колес. В чем разница? Тут уместно сравнить автомобиль с… доской. Если пытаться поднять ее за конец, то придется затратить некое усилие, если же за середину – то большее. Продолжив сравнение (доска – масса автомобиля, движения рук – работа колес и подвески), можно прийти к такому заключению: чем короче база, тем сильнее должен быть удар колеса, чтобы вывести массу автомобиля из состояния покоя или установившегося движения. Конечно, на рессоры придется большая нагрузка. Но их можно усилить. Значит, короткобазный автомобиль не обязательно склонен к качке. Убедительный пример: у автомобиля «Победа» база заметно короче, чем у предшественницы – «эмки», а плавность хода несравненно лучше.

Но раз база короткая, значит (при равной длине автомобиля), «хвосты» кузова спереди и сзади, так называемые свесы, более длинные. Для улучшения проходимости нужно, чтобы задний свес был короче переднего: тогда появляется гарантия, что если пройдет, не задев за дорогу, передний конец кузова, то пройдет и задний, который в иных условиях плохо поддается контролю водителя. На новейших моделях автомобилей так и сделано.

С чего же все-таки конструктор начинает проектировать автомобиль? С базы? Нет. С размещения людей и с размеров колес. Потом располагает колеса так, чтобы они не мешали людям, то есть устанавливает базу. А потом уж находит конструктивные решения отдельных механизмов и узлов, которые обеспечили бы необходимые ходовые качества автомобиля.

– Но вы сами нарушаете этот порядок!

– Не больше, чем архитектор, если он сначала делает, как говорят, ориентировочную привязку будущего здания к местности, а затем разрабатывает его планировку. Займемся теперь и мы размещением людей, главным образом – водителя.

– Понятно: значит, главное в любом автомобиле – это человек?

Водитель, будь то владелец автомобиля или профессионал, пользуется автомобилем больше, чем кто-либо другой, находится постоянно в автомобиле во время его движения, да еще и в отличие от пассажиров выполняет трудную работу. А в личном автомобиле он еще и главный пассажир (согласно статистике, средняя загрузка автомобиля составляет – 1,2 – 1,7 человека, включая водителя), а на грузовом или специальном - чаще всего и вовсе единственный. От устройства рабочего места зависят психофизическое состояние водителя, его утомляемость и производительность его труда.