Читать онлайн Динамика подвески: стопами Кэрролла Смита. Повесть о балансе. Книга 3 бесплатно

Динамика подвески: стопами Кэрролла Смита. Повесть о балансе. Книга 3

Что наша жизнь? – Игра! (Вместо предисловия)

Каждая трасса требует своих настроек подвески. Соотношение сил сжатия и отдачи обычно не меняется. Равно, как и соотношение демпфирующих сил в передней и кормовой части спорткара. Однако суммарная амортизация – величина переменная: в зависимости от характера трассы, а также от динамики подвески.

Сегодня в мире профессионального автомобильного спорта трудно кого-то чем-то удивить. Общие компоновки болидов-одноклассников бывают близки – как однояйцевые близнецы! Естественно, сей факт позволяет различным производителям изготавливать элементы подвески весьма схожих характеристик. И тем не менее, у некоторых автомобилей всегда есть свои "пунктики", которые можно устранить умной и технически грамотной работой, например, с амортизаторами.

Гоночные автомобили с неразрезным мостом характеризует жесткая деформация задней оси при максимально активном торможении. Одно из слабых мест спортпрототипа Legends 600 – сайлент-блоки задних параллельных тяг… А теперь послушаем-ка Кэрролла Смита:

"В течение многих лет мы объясняли эту тенденцию к ударной деформации реакцией на тормозной момент. Мы перепробовали все: от трех продольных реактивных тяг (которые до сих пор живут у нас на "Легендах", – примечание автора), – до горизонтально установленных амортизаторов, направленных вперед от оси. Ничего не помогало! Плюнув, мы перенастроили тормозной баланс на передние колеса (около 80%), чтобы хоть как-то сохранить контроль. Тем не менее, тесты с нормальным балансом тормозов продолжались. Вдруг мы поняли, что на ровных трассах, а также с изношенными амортизаторами ударная нагрузка значительно уменьшилась. И тут нас осенило: проблема заключалась вовсе не в горизонтальном колебании оси, а в вертикальных "скачках", вызванных слишком сильным демпфированием при малых перемещениях и низких скоростях поршня! Немного перестроив работу клапана на низких скоростях, мы избавились от проблемы и вернули баланс тормозов. А вместе с этим и хорошую управляемость.

Важно понимать, что тем самым мы снизили общее демпфирование и скорость перемещений подвески. Этого потребовал Баланс, благодаря которому мы получили и отличное время на круге, и стабильную скорость, и довольную улыбку на лице тест-пилота!.."

Ну а теперь мы начнем с самого начала.

Часть 1. Колесо и пружина: взаимные деформации

Метод «С точностью до наоборот»

Дабы сцепление между пятном контакта шины и поверхностью трассы было как можно более непрерывным, и чтобы избежать серьезной тряски машины и/или водителя, – автомобили так или иначе должны иметь пружины. Пружины позволяют колесам изменять свое местоположение в ответ на ускорения, то есть они выполняют функции амортизаторов сжатия, или демпферов (Не путать с работой штатных амортизаторов, особенности и функции которых мы обязательно рассмотрим во второй части этой книги).

Продольные ускорения и трансформация веса приведут к вертикальному перемещению подрессоренной массы, а центробежное ускорение обеспечит ее крен. Неровности дорожного покрытия влекут за собой вертикальное отклонение неподрессоренных колес по отношению к шасси. В целом же, следствием трансформаций станет изменение развала колес и, кроме того, накопление большого количества энергии в пружинах. Если штатные амортизаторы не позаботятся о накопленной энергии и не погасят ее, то автомобиль поскачет по дороге, как кузнечик с потерей ориентации. Естественно, что говорить о каком-то сцеплении шин, равно как и о комфорте поездки, в этом случае уже не придется. Впрочем, как уже было сказано, об амортизаторах мы побеспокоимся чуть ниже.

Величина вертикальной деформации шины, вызванной данным ускорением и, в итоге, трансформацией веса, определяется сопротивлением шины скорости деформации, выраженным в фунтах силы, необходимой для прогиба на один дюйм, и измеренным по осевой линии колеса. Сопротивление крену шасси, заданному центробежным ускорением, определяется противодействием автомобиля количеству крена, выраженному в фунтах силы, необходимой для сопротивления на одну степень крена (фунт силы, или фунт-сила (символ: lbf), – это единица силы, используемая в некоторых системах измерения, включая английские инженерные единицы. Все ж таки в основе нашей работы лежат труды американского писателя. Кроме того, с точки зрения наших целей эти числа и единицы их измерения не имеют принципиального значения). Сила противодействия возникает за счет сжатия внешних повороту пружин при крене, а также за счет сопротивления стабилизаторов поперечной устойчивости. О стабилизаторах мы также поговорим несколько позже.

Наш подход к вопросу о скорости перемещений (изменений статичного состояния) колеса и пружины будет отличаться от обычной практики в двух отношениях:

1. Мы будем считать, что подрессоренная масса перемещается, а колесо остается на уровне дорожного покрытия. Именно так происходит на большинстве гоночных трасс в реальной жизни. С точки зрения гражданского автомобиля и обычной дороги, конструктор пытается достичь своего идеала – чтобы подрессоренная масса оставалась устойчивой на одном уровне, в то время как колеса прыгали вверх и вниз в соответствии с ухабами и ямами. На большинстве гоночных трасс ухабы и неровности дорожного покрытия относительно незначительны и в любом случае являются частным, хоть и весьма неприятным, случаем. Конечно же, мы должны учитывать неровности, которые может предложить отдельная трасса; однако эти неприятные сюрпризы гораздо менее значительны с точки зрения времени прохождения круга, нежели реакция автомобиля на трансформацию веса, связанную с тремя основными ускорениями. Очевидно, что чем больше гоночная трасса походит на "кочкодром", тем более значимой будет реакция неподрессоренной массы. Ухабы и вовсе становятся критичными в гонках по бездорожью! Технически нет разницы, с какой точки зрения подходить к вопросу. Думается, что проще визуализировать ситуации, когда шасси перемещается в вертикальной плоскости, а не стремится к покою, как в случае с гражданским автомобилем.

2. Мы не будем рассматривать коэффициент сопротивления самих пружин. Разве что в качестве фактора, определяющего степень деформации шины и количества крена. Коэффициент упругости пружины просто не является приемлемой основой для сравнения, поскольку в приоритете остается реакция колеса и/или стабилизатора поперечной устойчивости. Мы не сможем адекватно сравнивать (по единому основанию) эффективность (скорость сжатия) передних пружин нашего Legends 600 с их эффективностью на чужом «Шорткате», поскольку механические характеристики и параметры установки пружин различаются. Мы должны сравнивать по колесу!

Колебания колеса и пружины

Если бы мы смогли установить пружину непосредственно над центральной линией шины и смогли бы установить ее вертикально, то скорость вертикальных колебаний колеса была бы равна скорости перемещения пружины (Рисунок 1).

Рис.0 Динамика подвески: стопами Кэрролла Смита. Повесть о балансе. Книга 3

Однако мы не в состоянии получить такой результат. Пружина должна быть установлена внутри центральной линии шины, обычно на некотором значительном расстоянии, и, как правило, она также должна быть наклонена под некоторым углом к вертикали. У нас есть два основных варианта, проиллюстрированных рисунками 2 и 3.