Распределение веса на колесах

Распределение веса по индивидуальным колесам (равенство нагрузки на колеса с разных сторон, но не по осям).

Распределение веса по индивидуальным колесам (большое неравенство распределения нагрузки).

Распределение веса автомобиля по диагоналям.

Автомобиль в левом повороте имеет избыточную поворачиваемость.

Автомобиль в правом повороте имеет недостаточную поворачиваемость.

Центральная ось автомобиля (X-Y).

Правильное распределение веса автомобиля по колесам обеспечивает хорошую управляемость автомобиля. То, что автомобиль имеет четыре колеса, не значит, что на каждое колесо должна приходиться четверть веса автомобиля. Пусть автомобиль весит 726 кг. Пусть распределение веса по осям автомобиля составляет 55/45 (т.е. 55% веса приходится на передние колеса, 45% — на задние). Таким образом, на передние колеса приходится 400 кг, на задние 326 кг.

Другим фактором распределения веса является равенство нагрузки на колеса одного моста. Если вес распределен поровну, то на каждое переднее колесо приходится по 200 кг нагрузки, а на каждое заднее — по 168 кг. Чем равномернее распределяется вес по отдельным колесам (одного моста), тем лучше управляемость автомобиля.

Примечание переводчика: собственно, распределение веса по мостам автомобиля (положение центра тяжести) так же играет не малую роль в обеспечении управляемости. Этот вопрос в предлагаемой книге не поднимается.

В идеальном случае загрузка колес одного моста должна быть одинакова, что на практике не всегда достижимо. Разница загрузки колес по разным сторонам автомобиля может быть довольно значительной, что приведет к серьезным проблемам с управляемостью автомобиля. Кроме того, часто не рассматривают баланс веса по диагоналям автомобиля. В нашем числовом примере распределения нагрузки по осям (440 кг + 326 кг) не говорится о том, сколько веса автомобиля приходится на индивидуальное колесо.

Если натяжение пружин подвески отрегулировано при значительном отличии нагрузки на индивидуальные колеса, кузов автомобиля может занимать вполне приемлемое положение, но компоненты подвески при этом будут установлены весьма неравномерно. Пример неравномерного распределения веса показан на рисунке (см. следующую страницу). В большинстве случаев такие тяжелые узлы, как двигатель, коробка передач, топливный бак стараются расположить по центральной оси автомобиля с тем, чтобы их вес равномерно распределялся по колесам одной оси.

Важным моментом является тот факт, что нагрузка приходящаяся на переднюю и заднюю ось передаётся на колёса через упругие элементы подвески (пружины или рессоры). Это очень важный момент, поскольку при неверной регулировке предварительного сжатия пружин даже при положении центра тяжести автомобиля точно на центральной оси, распределение веса по колесам будет разным.

Отсюда возникает безусловное требование предварительного подбора жесткости пружин подвески. Равенство характеристик пружин обеспечит равенство нагрузки на колесах (одной оси). Применение стоек coil-over позволяет легко отрегулировать сжатие пружин.

Рассмотрим ситуацию возникновения неравномерного распределения нагрузки на колёса. Например скажем, пружина правого заднего колеса стала более жесткой (в результате повреждения компонентов подвески, не корректной регулировки седла и пружины). В данном случае требуется восстановить баланс распределения веса по диагонали автомобиля к левому переднему колесу, а не к правому переднему, как кажется. Следует отрегулировать переднюю левую пружину так, чтобы автомобиль выровнялся относительно поверхности. Но вес приходящийся на колёса будет распределён неравномерно.

В случае, когда большая нагрузка будет приходиться на левое переднее и правое заднее колёса, правое переднее и левое заднее колеса не будут поддерживать автомобиль, так как они недогружены, что немедленно скажется при движении на высокой скорости: скажем, при быстром прохождении левого поворота автомобиль будет проявлять избыточную поворачиваемость (предполагается, что с геометрией подвески всё в порядке). Автомобиль из-за большей статической нагрузки приходящейся на левое переднее колесо, очень хорошо зайдет в поворот, но затем высокая загрузка правого заднего колеса будет «загонять» автомобиль внутрь поворота. Это поведение автомобиля, особенно спортивного, совершенно недопустимо, управлять им очень тяжело.

Конечно, если автомобиль проходит только односторонние повороты (гонки по овалу), такое распределение веса может дать некоторые преимущества. Проблемы создает большое неравенство распределения веса по колесам. Если к тому же пружины подвески установлены достаточно мягкие, неравенство загрузки колес проявляется сильнее, чем при жестких пружинах. Разберем рекомендации по загрузке колес двухместного спортивного автомобиля весом 680 кг. Общим вопросом будет, сколько человек, два или один, находится в автомобиле. Большинство спортивных автомобилей имеют сидения, расположенные очень близко друг к другу и по возможности близко к центральной оси автомобиля. Это означает, что при посадке только одного водителя, баланс нагрузки на колеса изменяется незначительно и не создает больших проблем. Конечно, нарушение баланса зависит от того, какого веса водитель, какую жесткость имеют пружины подвески и на каком расстоянии от центра автомобиля установлено сидение. Если лучший баланс был достигнут на конкретном автомобиле при посадке двух человек, пренебрежение установкой балласта (в ситуации только с одним водителем) может привести к проблемам распределения веса, особенно в условиях, при которых требуется оптимальная управляемость.

При посадке двух человек вес автомобиля увеличивается примерно на 130 кг. Поскольку сидения расположены с разных сторон от центральной оси автомобиля, этот дополнительный вес распределяется по колесам более или менее равномерно. Конечно, вес двух человек может быть разным, что приводит к некоторому компромиссу в настройках. Если более тяжелый человек усаживается справа, его вес воспринимается в большей степени правым задним и левым передним колесами, чем левым задним и правым передним колёсами, тем самым слегка нарушая баланс нагрузки на колеса.

Другой фактор смены баланса — жесткость пружин подвески. При более жестких пружинах изменение нагрузки на колеса при посадке водителя происходит в меньшей степени, чем при мягких пружинах (меньше изменение геометрии). Иногда бывает так, что пружины настолько жесткие, что посадка водителя никак не сказывается на высоте автомобиля. Выбор жесткости пружин подвески важный момент в решении проблемы распределения веса при посадки двух или одного человека. Пружины должны быть достаточно, но не чрезмерно, жесткими. Например, для автомобиля общей массой 680÷720 кг с передним расположением двигателя жесткость передних пружин должна быть примерно 45÷63 кг/см, а жесткость задних — 23÷36 кг/см.

Решение вопроса, принимать или нет во внимание вес водителя и штурмана при установке баланса нагрузки на колеса, зависит от конкретной ситуации. Например, в кольцевых гонках учет веса водителя абсолютно необходим. Если автомобиль имеет жесткую подвеску, то вес водителя не скажется на геометрии подвески, но изменение жесткости подвески может сказаться на управляемости.

Если при посадке водителя подвеска просаживается более, чем на 6 мм, то вероятно пружины слишком мягкие и их нужно заменить, чтобы избежать потери геометрии подвески.

Теперь рассмотрим действие центробежных сил при прохождении поворотов. Крен кузова, возникающий под действием этих сил, обостряет первоначальный дисбаланс распределения веса, иногда очень значительно. Поэтому, если есть возможность установить сидение водителя ближе к центральной оси автомобиля хотя бы на 25÷50 мм, это надо сделать. Спортивные сидения достаточно узкие, чтобы их передвинуть ближе к центру без создания неудобств в работе педалями.

Если при настройке подвески принимается во внимание вес водителя, он или балласт такого же веса, должен находиться на своем месте. Установите автомобиль на ровный горизонтальной поверхности и приподнимите автомобиль за середину картера главной передачи заднего моста. Отрегулируйте переднюю подвеску (опустить высокий край и/или поднять низкий край автомобиля) так, чтобы точки крепления рычагов подвески с обеих сторон были на одной высоте над полом. Если автомобиль имеет заднюю зависимую подвеску, нужно отрегулировать зазор межу задними колесами и полом. Если автомобиль имеет заднюю независимую подвеску, задние колеса должны быть опущены на пол, а передние колеса вывешиваются (домкрат устанавливается по центру ближе к переднему мосту). Далее проводится регулировка пружин задней подвески до выравнивания высот точек крепления рычагов над полом.

Шины

Эта шина имеет разные длины окружностей вдоль ширины протектора.

Длина окружности шин ведущих колес на мосте с дифференциалом повышенного трения должна быть одинакова с обеих сторон автомобиля. Если это не так, могут возникнуть непредвиденные проблемы. Что же произойдет, если скажем правое заднее колесо имеет окружность шины на 25 мм больше, чем левое? В этом случае автомобиль получит тенденцию к произвольному повороту влево в правом повороте и приобретет избыточную поворачиваемость в левом повороте. Этот эффект проявляется только при частичной или полной блокировке дифференциала и при достаточно мощном двигателе. При отсутствии пробуксовки эффект не проявляется. Это происходит потому, что колесо с большей длиной окружности (большим диаметром) проходит больший путь при разблокированном дифференциале.

В зависимости от величины разности длин окружностей колес проявляется чувствительность автомобиля к уводу при разгоне на прямой. В нашем примере при разгоне на полной мощности автомобиль будет иметь тенденцию к уводу влево.

Если Ваш автомобиль оборудован дифференциалом повышенного трения, обязательно контролируйте длину окружности ведущих колес. Разница длин окружностей не должна превышать 6 мм. В противном случае автомобиль будет «рыскать». Длина окружности колеса проверяется при давлении в шине, рекомендованном изготовителем.

При тестировании автомобиля сначала в шинах создается давление, рекомендованное изготовителем шин. Однако, приготовьтесь увеличить или уменьшить давление: при низком давлении увеличивается сопротивление качению и автомобиль не может развить максимально возможную скорость. В некоторых случаях можно увеличить давление в шинах примерно на 0,7 бар относительно стандартной величины (при перекачанной шине в повороте она будет издавать повышенный шум). Обычно диапазон давления в шинах равен 1,0÷2,1 бар. Проверьте поведение автомобиля во всем указанном диапазоне давления в шинах.

При низком давлении в шинах автомобиль будет иметь тенденцию к боковому уводу (в дополнение Вы получите повышенный шум от шин). При слишком высоком давлении уменьшается сцепление шин с дорогой из-за уменьшения пятна контакта. При низком давлении в шинах больше изнашиваются внешние края шины, при высоком — центральная часть. Нужно выбрать максимальное давление, обеспечивающее максимально хорошую управляемость. Окружность колеса измеряется по центральной части протектора, при рекомендованном производителем давлении в колесе.

Тормоза

Измерение колесной базы между передними точками колесных дисков.

Если автомобиль имеет излишнее отрицательное схождение колес, то при тяжелом торможении машина может начать терять курсовую устойчивость или, что еще хуже, полностью потерять управляемость. Такие симптомы проявляются как при излишнем отрицательном схождении, так и при наличии повышенных зазоров в рычагах подвески (в шарнирах или втулках). При тяжелом торможении повышенные зазоры в соединениях рычагов подвески рулевого управления обычно увеличивают отрицательное схождение колес.

Отрицательное схождение устанавливают из условия максимально хорошего прохождения поворота, для эффективного же торможения отрицательное схождение вредно. Если устранение зазоров в соединениях рычагов подвески и рулевого управления не приводят к решению проблем с торможением, Вы должны знать пределы безопасного торможения и их придерживаться. Достаточно много людей жертвуют хорошим прохождением поворотов в пользу эффективности торможения. Помните, что неуправляемый автомобиль превращается в опасный снаряд. Обычно отрицательное схождение в 3,5 мм достаточно для любого автомобиля.

ВНИМАНИЕ: Все регулировки автомобиля должны быть направлены на максимальное использование потенциала всех систем. Вот почему необходимо проводить тестирование автомобиля. Никогда не проводите тестирование на дорогах общего пользования. Для тестирования должна выбираться закрытая для посторонних трасса с хорошим покрытием и большими обочинами для обеспечения достаточного пространства для маневрирования в опасных ситуациях.

Тестирование тормозной системы жизненно необходимо. Водитель должен точно знать все возможности тормозной системы. Другими словами, нужно знать сколько времени и пространства понадобиться для изменения скорости до желаемой величины, что приходит с опытом. На многих гоночных трассах устанавливаются указатели расстояния до начала поворота. Ориентируясь по ним, водитель определяет точный момент начала торможения для сброса скорости до безопасной величины при прохождении поворота. Прохождение поворотов будет осуществляться по разному, в зависимости от сложности поворота, поэтому водитель должен точно знать возможности своего автомобиля. Нет ничего хорошего в борьбе с автомобилем, который зашел в поворот слишком быстро: Вы внезапно чувствуете, что машина уже не так устойчива, как обычно и хотите быстро отрастить крылья. Лучше на тестах отработать моменты начала торможения (привести в соответствие возможности машины и условия трассы) так, чтобы не нанести травм себе и не повредить автомобиль.

Наличие в тормозной системе клапана перераспределения тормозных сил может быть очень полезно. Если начать полное торможение с высокой скорости на сухом покрытии, задние колеса могут быть заблокированы. Подбором давления срабатывания клапана давление в контурах задних тормозов уменьшают до предела блокировки (т.е. до точки максимальной эффективности торможения). При движении на влажном покрытии регулировка давления в тормозной системе становится более необходимой. Если установить привод регулятора клапана в зоне работы водителя, он может регулировать давление в системе по ходу соревнований.

Чем выше скорость начала торможения, тем большая эффективность тормозов нужна для замедления автомобиля. Водитель должен точно знать минимальную дистанцию, которую пройдет автомобиль до начала эффективного торможения от момента нажатия на педаль тормоза. Ниже приведем примерный порядок тестирования тормозной системы.

ВНИМАНИЕ: при тестировании автомобиля должны быть приняты все меры к обеспечению безопасности водителя и наблюдателей. Водитель так же должен быть готов к управлению автомобилем при потере сцепления с дорогой.

Сначала установим вдоль трассы указатели дистанции. Указатели располагаются обычно на расстоянии в 100 метров на участке в 500 метров. При подходе на полной скорости к первому указателю начинают торможение до полной остановки. Торможение нужно стараться проводить за минимальное время. После измерения тормозного пути начинаем анализировать качество торможения:

· был ли увод автомобиля с прямолинейной траектории?

· имел ли автомобиль тенденцию к повороту вокруг вертикальной оси?

· блокировались ли колеса, если да, то какие и в какие моменты?

· насколько комфортно ощущал себя водитель?

· доверял ли водитель автомобилю?

Для обсуждения всех вопросов нужно привлекать наблюдателей (ВНИМАНИЕ: наблюдатели должны располагаться вдоль трассы на безопасном расстоянии, не ближе 20 метров к трассе). Наблюдатели высказывают свое мнение и помогают полнее обрисовать поведение автомобиля. Например, они могут сообщить, в какой момент наступила блокировка колес и как долго она продолжалась.

Поразительно как много интересного обнаруживается в попытках снизить время торможения и тормозной путь. В начале торможения с полной скорости почти всегда требуется максимальное усилие на педали тормоза. Во многих случаях для предотвращения блокировки колес нужно сбрасывать усилие с педали тормоза, как только скорость автомобиля снизится до определенного уровня. Когда наступит этот момент может понять только достаточно опытный водитель, т.е. водитель должен «чувствовать» эффективность торможения и поддерживать тормозное давление около точки блокировки колес. Заблокированные колеса дают не столько тормозного эффекта, сколько генерируют дым и запах горелой резины. При полной блокировке колес тормозной путь значительно увеличивается, а автомобиль становится неуправляемым. В этой ситуации нужно отпустить педаль тормоза и начать повторное торможение (по принципу работы антиблокировочной системы тормозов). Таким образом, в результате тестов вырабатывается оптимальная стратегия торможения. В реальной гонке автомобиль редко тормозится до полной остановки, но тем не менее стратегия максимальной эффективности торможения должна применяться и в этом случае. При торможении автомобиль не должен сходить с траектории и не иметь тенденции к повороту вокруг вертикальной оси или к блокировке колес. Блокировка задних колес часто приводит к заносу заднего моста. Если это происходит, нужно установить клапан перераспределения тормозных сил или, если он уже установлен, отрегулировать его. Автомобиль не должен терять курсовой устойчивости (это случается, когда одно из передних колес затормаживается не совсем эффективно).

Боковой увод автомобиля

Если при движении по прямой автомобиль постоянно уводит в одну сторону, проверьте величину колесной базы с обеих сторон автомобиля. Даже небольшая разница в колесной базе (в 3÷6 мм) может привести к боковому уводу автомобиля. Итак, колесная база с обеих сторон автомобиля всегда должна быть одинаковой. Для проверки колесной базы нужно установить передние колеса в положение прямолинейного движения и измерить расстояние между передними точками колесных дисков переднего и заднего колеса. Перед этим нужно обязательно убедиться в равенстве диаметров дисков, иначе результаты измерений колесной базы будут неверными.

Если колесная база меньше справа, то автомобиль будет уводить вправо и наоборот.

Другой причиной бокового увода является разность длин окружностей колес одного моста. Проверьте одинаковость давления в шинах и измерьте длину окружности колес в трех сечениях (по центру и краям шины). Если шина окажется скошенной к одному краю, то она и была причиной увода. Замените шину и проверьте поведение автомобиля.