Почему автомобили должны быть «быстрыми»

Речь пойдет о выборе мощности автомобильных двигателей. Чем она обусловлена? С 1976 года максимальная скорость у нас ограничена такими цифрами: 60 км/час в городах и 90 км/час на дорогах. Зачем же выпускать автомобили с моторами, позволяющими развивать 130-150 км/час? Может быть такие двигатели вообще не нужны? А может, уменьшив, сократив «лошадиные силы», мы снизим количество аварий и сбережем немало ценнейшего энергетического сырья — нефти? Как показывает почта редакции, эти вопросы волнуют многих автолюбителей.

Мы попросили изложить современные взгляды на эту тему специалистов научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ) доктора технических наук Б. М. ФИТТЕРМАНА и кандидата технических наук А. Г. ШМИДТА.

Порой автомобилисты после более или менее продолжительных рассуждений задаются вопросом, зачем массовому легковому автомобилю высокая мощность, высокая скорость. Одни подходят к нему с осторожным недоумением, другие — с запальчивой убежденностью.

Давайте внесем ясность. Начнем с того, что говорить следует не об абсолютной мощности двигателя, а об удельной, то есть о тех «лошадиных силах», которые приходятся на тонну массы автомобиля в снаряженном состоянии, — только так можно вообще оценивать машины разных классов. Поэтому в дальнейшем, говоря о «мощности», мы, естественно, будем подразумевать ее удельное значение, то есть отнесенное к массе машины. Во всем мире этот параметр для современных массовых легковых автомобилей лежит в пределах от 45 до 65 л. с./т. Почему так?

Три важных обстоятельства

Одно из основных достоинств автомобиля — универсальность и мобильность. На своем «Запорожце» или «Жигулях» вы ездите зимой и летом, в городе и по шоссе, в одиночку и с тремя четырьмя товарищами. Ваш автомобиль — как та солдатская шинель, которая и подстилка, и одеяло, и подушка. Говорить о том, что для эксплуатации в городе вам нужен один, а для поездки в отпуск другой автомобиль с иной мощностью двигателя (и, кроме того, с разными коробкой передач и задним мостом), по меньшей мере, нереально. Во всем мире автомобильные фирмы, выпуская машины с одинаковыми кузовами и разными по мощности силовыми агрегатами, в первую очередь рассчитывают не на разные условия эксплуатации, а на то, чтобы охватить возможно более широкий круг потребителей.

Второе. Мощность влияет на многие эксплуатационные показатели, изменения ее в ту или иную сторону улучшают одни из них и одновременно ухудшают другие. Поэтому выбор мощности всегда представляет собой более или менее удачный компромисс между динамикой и экономичностью, долговечностью и весом и т. д.

И третье. Сама по себе скрытая возможность машины двигаться с той или иной скоростью не может быть причиной аварии. Не конструктор, не автомобиль, а водитель выбирает порой скорость, не соответствующую конкретной дорожной обстановке. Хотя часто именно высокая динамика (достаточный запас мощности) позволяет избежать опасных ситуаций.

А теперь давайте рассмотрим, как влияет мощность двигателя на некоторые важные эксплуатационные показатели автомобиля. Пусть вас не смущают сложные на первый взгляд словосочетания «безопасная дистанция», «обгонные качества автомобиля», «кривая мощностной характеристики» и другие. Это термины, и они, в конечном счете, не осложняют, а облегчают восприятие.

Существует мнение, что в условиях интенсивного городского движения средняя фактическая скорость мало зависит от мощности двигателя (если, конечно, она не настолько мала, чтобы создавать помехи движению), а определяется средней скоростью всего транспортного потока. Верно ли такое утверждение? Лишь в том частном случае, когда автомобиль на протяжении всего маршрута не выходит из этого потока. В реальных же условиях как шоссейного, так и особенно городского движения водителю не раз приходится покидать поток и вновь вливаться в него, пересекать нерегулируемые перекрестки, совершать обгон и ряд других маневров, в которых очень важна хорошая приемистость автомобиля.

Более динамичная машина позволяет быстро и, главное, безопасно совершать эти маневры. Ведь очевидно, что в условиях интенсивного движения вероятность появления больших дистанций между машинами невелика. Значит, водитель автомобиля с низкими разгонными качествами вынужден будет значительно дольше ждать подходящей для совершения маневра дистанции. А это отрицательно повлияет на время преодоления заданного маршрута (вариант «авось», который чреват опасными последствиями, мы не рассматриваем).

«А» и «Б» выходят на шоссе

Проиллюстрируем изложенное на примере машин особо малого класса.

Рассмотрим два варианта одного и того же автомобиля, различающиеся удельной мощностью двигателя. У «А» удельная мощность 40 л. с./т, у «Б» — 60 л. с./т. Мы намеренно не хотим называть конкретные модели — тогда пришлось бы оценивать не двигатели, а автомобили в целом. Естественно, что сопоставление вариантов по приемистости (таблица 1) правомерно лишь при условии, что их двигатели одинаковы по степени технического совершенства (в отношении характера протекания кривых в мощностных, скоростных, разгонных и экономических характеристиках).

Теперь, «держа в уме» данные таблицы 1, рассмотрим показанную на рисунке дорожную ситуацию, когда автомобилю, который стоит у тротуара (в городе) или на обочине (на шоссе), необходимо безопасно и не создавая помех движению влиться в поток, катящийся со скоростью (соответственно в городе и на шоссе) 60 или 90 км/час. Практически это то же самое, как и в случае, если ему надо выехать на главную дорогу с бокового проезда на нерегулируемом перекрестке. Как вы это делаете? Выжидаете подходящую дистанцию между машинами и, когда задняя часть первого из проходящих автомобилей поровнялась с передней частью вашего, разгоняетесь с максимальной интенсивностью до скорости движения потока.

Безопасным и не создающим помех движению указанный маневр может стать лишь в том случае, если по его окончании расстояния между вашим, впереди и сзади идущими автомобилями не будут меньше дистанции безопасности. Будем считать ее для сухой дороги (при ограниченной Правилами скорости потока в 60 и 90 км/час) равной соответственно 30 и 45 метрам. Тут заметим, что в смысле использования проезжей части дороги и ее пропускной способности весьма существенно, чтобы в момент завершения маневра (то есть когда ваша машина достигла скорости потока) расстояние до идущего впереди автомобиля не было чрезмерно большим. В таблице 2 даны значения минимальной дистанции между машинами в транспортном потоке, необходимой для безопасного выполнения рассматриваемого маневра автомобилями с различной мощностью двигателей. В ней приведены и величины расстояния до идущей впереди машины в момент завершения маневра.

Автомобилю «А», как видите, нужен на 30-40% больший разрыв между идущими одна за другой машинами для того, чтобы влиться в поток. В момент завершения нашего маневра (опять заглядываем в таблицу 2 и рисунок) расстояние до находящейся впереди, в том же ряду машины для автомобиля «А» в городских условиях превысит в три раза безопасную дистанцию, а для автомобиля «Б» — только в два раза. Для загородного шоссе такой «запас дистанции» составит соответственно 5,9 и 3,8 раза. Вывод ясен: машина с плохой приемистостью всегда «душит» пропускную способность улиц и дорог. Вот и один из ответов на вопрос, для чего современному автомобилю значительный запас мощности. К аналогичным выводам приводит исследование способности автомобиля к перестроению со сменой полосы движения.

Идем на обгон

Одним из наиболее неблагоприятных в смысле безопасности движения является случай обгона автопоезда, который идет по дороге с однополосным в каждом направлении движением с предельно допустимой для него скоростью (70 км/час), когда обгоняющий автомобиль вынужден выезжать на полосу встречного движения. Из чего здесь состоит маневр? Водитель обгоняющего автомобиля (имеем в виду легковой) следует за обгоняемым на высшей, четвертой передаче со скоростью 70 км/час и выбирает момент, когда расстояние до встречного транспорта (в наихудшем случае движущегося со скоростью 90 км/час) позволяет сделать это безопасно. Тут обгоняющий переходит на третью передачу, резко набирает допустимую скорость (90 км/час) и совершает обгон (мы не рассматриваем здесь случай с превышением скоростей, то есть нарушением правил движения). Маневр можно считать безопасным лишь в том случае, когда расстояние до встречного транспорта в начале обгона было таким, что в момент его завершения (окончание перехода на первоначальную полосу движения) до встречной машины оставалась безопасная дистанция. Конечно, более мощной машине нужны меньшие время и путь обгона, меньшая дистанция безопасного обгона. Это сделает сам процесс более безопасным. Комментарии излишни? Нет, давайте подумаем над таблицей 3. В ней даны усредненные, как их называют ученые, результаты, которые иллюстрируют зависимость показателей обгонных качеств современного легкового автомобиля от мощности используемого на нем двигателя (удельной мощности).

На первый взгляд кажется, что цифры практически одинаковы. Совсем нет: ведь «А» совершает обгон почти на пределе. Непредвиденное обстоятельство — и запаса уже не хватает. А у варианта «Б» он есть. Мы уж не говорим о возможном подъеме, большей, чем полагается, нагрузке и т. п.

Таким образом, в условиях реального движения автомобилю часто приходится совершать маневры, в которых высокая приемистость, обеспечиваемая достаточным запасом мощности, приобретает очень важное, порой решающее для безопасности значение.

Позвольте посомневаться!

Анализ, который мы сейчас вместе провели, показывает, что в числе условий, определяющих необходимую мощность двигателя для проектируемого автомобиля, не последнее значение имеют требования к его разгонным качествам. Очевидно, что число «лошадиных сил», которое сообщает машине высокую приемистость, значительно выше нужных для обеспечения движения с максимально допустимыми скоростями. Поэтому современные автомобили способны развивать значительно более высокие скорости, чем это допускают введенные ограничения.

Но позвольте посомневаться, возразит технически подкованный читатель. Не проще ли получить хорошую динамику подбором передаточных чисел в трансмиссии? Стоит только дать соответствующие набор передач в коробке и отношение шестерен в ведущем мосту, чтобы обеспечить достаточно интенсивный разгон даже при маломощном двигателе. И пусть при этом пострадает максимальная скорость. Почему бы не сделать так?

Да, можно, но... Резко увеличится износ самого двигателя. Ведь вам придется значительное время пользоваться низшими передачами, а коленчатый вал при той же скорости на каждом километре пути будет совершать во столько раз больше оборотов, во сколько раз будет изменено передаточное число. Увеличится износ синхронизаторов и шестерен коробки передач, дисков и пружин сцепления (частые переключения). Нужно будет смириться с шумом в салоне и более интенсивной работой водителя. Да и расход топлива, как это ни странно, не упадет, а, при определенных условиях, даже возрастет. Ведь если мы примем расход бензина на прямой передаче за единицу, то на низших он вырастает во столько раз, во сколько увеличивается время движения на них и передаточное число. Вот так!

Автомобильная наука сегодня считает, что наивыгоднейшие показатели обгонной динамики и топливной экономичности (вот он компромисс!) требуют соотношения передаточных чисел между высшей (прямой) и предшествующей передачами трансмиссии в пределах от 1,3 до 1,4. Исходя из этого, если вы для безопасного обгона должны иметь возможность двигаться на третьей передаче со скоростью 95-100 км/час (нужен запас!), прямая передача автоматически дает вам те самые 130-140 км/час, которые вы видите в технической характеристике современной модели.

До сих пор мы с вами рассматривали возможность средней скорости движения с определенной удельной мощностью на примере двух вариантов автомобилей, которые принадлежат к особо малому классу. Если же говорить об автомобилях класса «Москвича» или «Жигулей», то для них нужен еще больший запас мощности, и, соответственно, у них выше приемистость и максимальная скорость.

Это все правильно, скажут иные водители, но ведь автомобиль, который может развивать 140-150 км/час, просто опасен, и поэтому все приведенные тут доводы вряд ли нужны... На это легко возразить: опасен, повторяем, не автомобиль, опасен неопытный или слишком самонадеянный водитель, который не соразмеряет свои возможности с возможностью машины и дорожными условиями.

И после аварии надо винить не конструктора, который снабдил автомобиль резервами мощности, а его владельца, легкомысленно распорядившегося этими резервами. И как раз. чтобы предотвратить легкомысленные (трудно найти другое слово) действия водителей, на наших дорогах и введены ограничения максимальной скорости движения. И никому не дано права их не соблюдать.

Однако факт существования этих ограничений вовсе не является основанием для постановки вопроса о снижении мощностей двигателей у современных легковых автомобилей.