Tune to Win (перевод Юрия Ветрова отдельных глав книги Льюиса Кэрола)
Динамика автомобиля – что это такое?
Перед тем, как делать что-либо с любой деталью автомобиля, нужно понять её главную функцию – «если ничего не помогает – читай инструкцию». В случае с гоночной машиной её основная задача обманчиво проста. Гоночный автомобиль существует лишь для того, чтобы позволить человеку преодолеть заданную трассу за наименьшее время, чем это может позволить любая другая комбинация человек-машина на данный момент. Какой бы ни была трасса – 440 ярдов дорожки для драг-рэйсинга, 200 кругов Индианаполиса, 14 кругов Нюрбургринга или 1000 миль Баджи, рельеф местности не важен. Гоночная машина – это не техническое задание. Это не объект искусства. Гоночный автомобиль – это просто инструмент для гонщика. Предметом данной книги является изучение того, как обеспечить гонщика наиболее эффективным инструментом, возможным при данных ограничениях – человеческих, финансовых, временных.
Эта книга будет о базовой (основной) динамике автомобиля – термина, которого большинство людей пугается. Термин «динамика» ассоциируется с непонятными графиками и громоздкими формулами. Но это не всегда так. Динамика автомобиля – это просто наука о силах, воздействующих на автомобиль в движении и ответной реакции автомобиля, естественной или вызванной водителем, на данные силы. Так как мы рассматриваем только гоночный автомобиль, мы можем и будем игнорировать многие факторы, которые учитывают конструкторы обычных машин.
В нашем случае динамика автомобиля может быть разделена на несколько взаимосвязанных областей.
Прямолинейное ускорение
Способность разгоняться быстрее, чем другая машина, является одной из наиболее важных составляющих в характеристике гоночной машины. Это важнее, чем предельная скорость в повороте и намного-намного важнее, чем максимальная скорость. Основными факторами, влияющими на разгон, являются:
— мощность (нетто) на ведущих колёсах;
— сцепные свойства ведущих колёс;
— вес автомобиля; — аэродинамическое сопротивление; — сопротивление качению;
— инерция вращающихся масс.
Прямолинейное замедление
Торможение – это разгон наоборот. И зависит оно от тех же факторов, если мощность двигателя заменить на мощность тормозной системы. В этом случае развиваемая тормозной системой мощность передаётся на полотно трека через все четыре колеса, а не только через два ведущих. Тормозные свойства автомобиля менее важны, чем характеристика разгона, потому что большую часть времени в гонке автомобиль разгоняется, а не тормозит. Мы тормозим быстрее, чем разгоняемся.
Разгон в повороте
Кроме драгстеров и машин чемпионата Бонневиль все гоночные машины должны проходить повороты. Совершенно понятно, что чем быстрее машина проходит повороты, тем меньше время на круге. Этому есть две причины. Во-первых, чем меньше времени автомобиль тратит на прохождение какого-либо участка трассы, будь то прямая или поворот, тем меньше времени он тратит на прохождение всей дистанции. Вторая причина также понятна, но не столь очевидна. Но она более важна. Машина, которая выходит из поворота, скажем, на 130 км/ч, преодолеет следующую за ним прямую быстрее машины, которая выходит из этого поворота на 110 км/ч. Это просто происходит потому, что ей не нужно тратить время на разгон со 110 до 130 км/ч – она уже идёт с этой скоростью, и, таким образом, имеет преимущество.
Основные факторы, влияющие на разгон в повороте:
— сцепные свойства шин, которые зависят от:
а) геометрии подвески;
б) того, как перераспределяется вес машины;
в) прижимной силы;
г) размера и характеристик шин
— вес автомобиля;
— высота центра масс машины.
Максимальная скорость
В большинстве гоночных дисциплин максимальная скорость не столь важна, как кажется. Так как повороты нельзя пройти на максимальной скорости, поэтому скорость прохождения поворотов и характеристика разгона гораздо более важны. Как часто проигрывающая машина драг-рейсинга идёт с максимальной скоростью? Наименьшее время круга – вот название игры, в которую мы играем, не забывайте об этом. Если есть возможность получить значительный крутящий момент в рабочем диапазоне двигателя за счёт некоторого снижения мощности, делайте это. Когда вы обнаружите, что ваше время на круге улучшается за счёт увеличения антикрыльев, а максимальная скорость уменьшилась – не беспокойтесь.
Факторы, влияющие на максимальную скорость:
— мощность на ведущих колёсах;
— аэродинамическое сопротивление;
— сопротивление качения.
Управляемость и ответные реакции
Если бы мы сконструировали и построили машину чемпионата Can Am, которая разгонялась бы как AA Fueler, имела максимальную скорость чемпионата Бонневиль, тормозила и поворачивала как Ф1, то она была бы недостаточно конкурентоспособной, если бы ей недоставало адекватной управляемости и характеристик ответных реакций. Гоночная машина должна быть управляемой – иногда трудноуправляемой – в толпе. Это сложнее, чем вы могли бы подумать. Есть совсем немного факторов, которые не влияют на управляемость, но основные влияющие факторы следующие:
— высота центра масс;
— характеристики перераспределения веса;
— геометрия подвески и симметричность;
— момент инерции вокруг вертикальной оси;
— податливость шасси и рычагов подвески (жёсткость на кручение и поперечная жёсткость);
— характеристики дифференциала;
— угол увода к направлению плоскости качения колеса;
— аэродинамический баланс.
Компромиссы и обмены
Сейчас должно быть совершенно понятно, что абсолютно невозможно сочетать максимум ускорения с максимумом в преодолении поворотов, наибольшей максимальной скорости и оптимальными характеристиками управляемости на любой машине. Я не выставлю драгстер в Индианаполисе, потому что он не умеет поворачивать. Он не хочет поворачивать потому, что он сконструирован и доведён для достижения максимального ускорения. У него узкая колея, очень длинная колёсная база и ненормальная концентрация веса на задних колёсах. У него маленькие передние колёса и нет подвески. Он ничего не хочет знать о поворотах – он должен разгоняться. Также A. J. лучше не выставлять свой Coyote в Ирвингдэйле. Даже если у него достаточно мощности, он не сможет перераспределить достаточно веса на задние колёса, широкие передние колёса будут его тормозить и т. д. и т. п. Всё это достаточно понятно.
Однако может быть не совсем понятно, что такие же обмены и компромиссы также возможны в поведении любой гоночной машины на трассах, для которых она предназначена. Если мы можем увеличить ускорение на выходе за счёт скорости в апексе или наоборот, или если мы можем увеличить скорость в апексе за счёт максимальной скорости, или что-то ещё, то мы имеем возможность улучшить наше время на круге. Только чтобы сделать наши рассуждения чуть более сложными, мы должны осознать, что оптимум для данной машины на трассе Лонг-Бич, с её медленными поворотами, будет намного отличаться от оптимума для трассы Мосспорт с её очень быстрыми поворотами. К тому же нет ни одной пары абсолютно одинаковых водителей и одинаково настроенных машин, и наши знания о динамике машины постоянно улучшаются, поэтому мы начинаем понимать, почему это дело непростое.
Есть мнение, особенно распространённое среди тех, кто только начинает заниматься автоспортом, что для победы необходимо купить лучшее шасси, установить на него лучший двигатель, посадить в кокпит лучшего гонщика и начать коллекционировать призы за первые места. Это не так!
Допустим, у вас есть достаточно запчастей, оборудования, есть компетентные механики и хороший менеджер для организации процесса – это хороший способ постоянно финишировать третьим или четвёртым. Но этого недостаточно для победы. Побед не будет, так как кто-то другой купил такое же шасси, двигатель, посадил в кокпит такого же классного гонщика, приложил много труда и знаний – настроил всё это – и разрушил ваши мечты. Вот для чего нужны настройки – это разница между первым и третьим местом.
Чтобы стать конкурентоспособным, и оставаться таковым, необходимо настраивать машину. Основная причина вытекает из самой природы динамики автомобиля – существует так много компромиссов, что мы никогда не сможем понять оптимально возможного поведения на трассе. Так как конкуренты тоже не стоят на месте, то и мы должны двигаться вперёд. Но есть ещё и естественные ограничения, накладываемые любой машиной, которую вы сможете купить.
*****************************************************************************