сообщение №1037

Ощущение переднего привода

С развитием конструкции автомобиля изменяются его качества, в том числе поведение на дороге. Сообразно им водители вырабатывают иные навыки управления, которые, в свою очередь, порождают новые требования к характеристикам машин. Такое прогрессивное «двустороннее» развитие бесконечно. Порой оно переживает качественные скачки. Один из них — широкое распространение автомобилей с передними ведущими колесами. В частности, наши заводы скоро приступят к выпуску «жигулей», а в последующие годы «запорожцев» и «москвичей» такой конструкции.

Переднеприводный автомобиль не только устроен по-другому, нежели привычная нам машина классической компоновки с двигателем впереди и задними ведущими колесами. Он отличается поведением на дороге, особенно на скользкой, и требует поэтому от водителя несколько иных навыков и специфических приемов управления. Это обусловлено наличием тягового усилия на передних колесах и приходящейся на них повышенной долей общей массы машины (то есть нагрузкой).

Прежде чем автомобилист сядет за руль новой, переднеприводной модели и сам ощутит разницу с привычной ему машиной классической компоновки, ему нужна опережающая информация об особенностях ее поведения. Постараемся дать ему эту информацию. Но до того, как начать разговор о специфике управления переднеприводными автомобилями, условимся о значении некоторых важных терминов и понятий.

Управляемость автомобиля — ее определение наиболее точно дал один из ведущих специалистов в этой области, доктор технических наук профессор А. С. Литвинов. В общем виде его формулировка гласит: «Управляемость автомобиля — совокупность его свойств, характеризующих возможность изменять в соответствии с желанием водителя направление движения...»

Один из наиболее важных компонентов управляемости — чувствительность машины к повороту руля. Она характеризует, насколько и как быстро изменится траектория движения при определенном повороте руля, и зависит от передаточного отношения рулевого управления, кинематики и жесткости подвески, колес, параметров шин и некоторых других факторов.

Большое влияние на чувствительность автомобиля оказывает так называемая характеристика статической поворачиваемости, которая представляет собой соотношение углов увода передних и задних колес.

Схема увода шины под действием боковой силы (Р). Пунктиром показано первоначальное положение колеса с шиной, сплошными линиями — смещенное вследствие
Схема увода шины под действием боковой силы (Р). Пунктиром показано первоначальное положение колеса с шиной, сплошными линиями — смещенное вследствие увода (выделено пятно контакта шины с дорогой). Для смещенного колеса изображена как его верхняя часть, так и нижняя, деформированная, с пятном контакта на прежнем месте. δ — угол увода. Д — направление качения колеса.

При деформации шины под действием боковой силы (центробежная сила на повороте) направление качения колеса отклоняется от плоскости его вращения. Образовавшийся между ними угол называется углом увода колес. Если у передних колес он больше, чем у задних, то принято считать, что автомобилю присуща недостаточная поворачиваемость (см. рисунок.) При этом машина будет двигаться по кривой большего радиуса, чем это обусловлено углом поворота управляемых колес. Если же угол увода передних колес меньше, чем задних, то у автомобиля избыточная поворачиваемость, иными словами, он стремится двигаться по кривой меньшего радиуса, чем заданный поворотом управляемых колес.

При равенстве углов увода передних и задних колес имеет место нейтральная поворачиваемость — автомобиль точно следует по траектории, соответствующей углу поворота колес.

Практика эксплуатации показала, что наиболее предпочтительна — если иметь в виду меньшую утомляемость водителя и безопасность — незначительная (количественно) недостаточная поворачиваемость. Кроме того, очень нежелательно, чтобы под действием изменяющихся нагрузки, скорости прохождения поворота и других факторов недостаточная поворачиваемость переходила в избыточную или наоборот. При проектировании и доводке машины важно так подобрать соотношение многочисленных параметров и конструктивных решений, чтобы обеспечить желаемые характеристики управляемости. А добиться этого весьма непросто.

Так, увод колеса увеличивается или уменьшается не только под влиянием нагрузки, но также от изменения углов его установки (развала и схода), давления воздуха в шинах, тягового или тормозного усилия. Например, если при движении на повороте к колесу прикладывается крутящий момент (случай начала разгона в процессе поворота), то угол увода растет соответственно увеличивающемуся тяговому усилию. Запомним это обстоятельство.

Чем круче поворот, чем выше скорость — тем больше центробежная сила, приложенная к автомобилю. С ростом боковой (центробежной) силы при движении на повороте углы увода растут, и в определенный момент начинается частичное проскальзывание, а потом и полное скольжение шины по дороге. Скольжение задних колес в боковом направлении принято называть заносом. При этом машина стремится круто уйти внутрь поворота. Если водитель не предпримет корректирующих действий, то она, начав вращаться, потеряет курсовую устойчивость. При скольжении передних колес, называемом сносом, автомобиль стремится двигаться наружу поворота по касательной к криволинейной траектории движения.

Не следует путать с уводом занос и снос. Они наступают, когда увод достигает предельного значения и колесо теряет сцепление с дорогой.

Упоминавшиеся выше особенности конструкции, а именно наличие тяговой силы на передних колесах и большая доля массы, приходящаяся на них, придавали переднеприводным автомобилям недостаточную поворачиваемость в слишком большой степени. Причина в том, что шина, нагруженная крутящим моментом и большой вертикальной нагрузкой, хуже сопротивляется уводу под действием боковой силы. Значительная недостаточная поворачиваемость, в свою очередь, приводила к тому, что переднеприводные машины неохотно сворачивали, плохо входили в поворот по сравнению с заднеприводными. При большом увеличении боковой силы увод передних колес у них перерастал в проскальзывание и наступал неконтролируемый снос машины. Скорость же заднеприводного автомобиля на повороте ограничивается наступлением заноса, а опытному водителю нетрудно контролировать его и удерживать машину на нужной траектории.

Три случая статической поворачиваемости: δП – угол увода передних колес, δЗ – угол увода задних колес, С — центр заданного радиуса поворота, 01 — цен
Три случая статической поворачиваемости: δП – угол увода передних колес, δЗ – угол увода задних колес, С — центр заданного радиуса поворота, 01 — центр изменившегося радиуса поворота. Пунктиром показаны направления и радиусы, заданные водителем, сплошными линиями — изменившиеся вследствие увода шин.
а — недостаточная поворачиваемость: угол увода передних колес больше, чем задних; радиус поворота увеличился против заданного.
б — избыточная поворачиваемость: угол увода передних колес меньше, чем задних; радиус поворота уменьшился против заданного.
в — нейтральная поворачиваемость: углы увода передних и задних колес одинаковы, радиус поворота не изменился.

Необходимость ослабить проявления недостаточной поворачиваемости у переднеприводных автомобилей заставила конструкторов глубже прорабатывать кинематику передней и задней подвесок колес, а также рулевого управления, тщательнее подбирать жесткости рессор, пружин и стабилизаторов в подвеске колес, усовершенствовать конструкцию шин. Комплексный подбор их параметров и характеристик после многолетних исследований и экспериментов обеспечил современным переднеприводным автомобилям желаемые «манеры» при входе в поворот.

Возвращаясь к сравнению поведения переднеприводных и заднеприводных автомобилей на дороге, отметим, что при движении без проскальзывания колес различия практически незаметны. Возникновение проскальзывания наиболее вероятно на покрытиях с низким коэффициентом сцепления — заснеженной, обледенелой, мокрой или грязной дороге. Поэтому и важно сравнить эти разновидности автомобилей в первую очередь при езде зимой.

Начнем с движения по прямой. Водитель заднеприводных «Жигулей» или «Москвича» знает, что в этом случае даже при движении на скользкой дороге (особенно под действием большой тяговой силы) с высокой скоростью или при разгоне задние колеса то и дело пытаются уйти в сторону. Это вызвано действием случайных боковых сил, возникающих от неровностей дороги, различий покрытия или от небрежной работы рулем. Задние колеса, будучи нагруженными крутящим моментом, хуже сопротивляются воздействию боковых сил. Для сохранения курсовой устойчивости водителю приходится поворотами руля препятствовать развитию заноса, а если этих корректирующих действий недостаточно, то «сбрасывать газ» и снижать скорость. Заднеприводная машина постоянно держит водителя в напряжении из-за врожденной, вытекающей из особенностей ее устройства, тенденции к заносу задних колес. Заносу, который необходимо предотвращать своевременными и точными поворотами рулевого колеса и который является естественным ограничением скорости движения.

У переднеприводного же автомобиля такого ограничения нет. При движении по прямой он не испытывает ни малейшей тенденции к заносу, даже на очень скользкой дороге. Некоторые поэтому сравнивают его с пущенной из лука стрелой, имеющей тяжелый наконечник. И действительно, «тяжелый передок» и наличие тяговой силы на передних колесах создают у водителя ощущение надежности и уверенности. Они позволяют двигаться по очень скользкой дороге в прямолинейном направлении на очень высокой скорости даже без необходимости в «подруливании» для коррекции курсовых отклонений.

В результате у водителя может притупиться бдительность. Поэтому он должен выбирать скорость, ориентируясь не на субъективные ощущения, а на показания спидометра — неожиданное изменение дорожной ситуации может потребовать резкого маневра, который на скользкой дороге при высокой скорости окажется невыполнимым. В этом заключается специфика рассматриваемых машин.

Не стоит более говорить о преимуществах переднеприводного автомобиля на скользкой дороге при прямолинейном движении, — они очевидны и никаких особых приемов управления не требуют. Но вот прямолинейный участок дороги заканчивается, впереди поворот. Как поведет себя переднеприводный автомобиль на скользкой дороге в повороте? Чем он обрадует или, может быть, огорчит водителя?

Итак, приближаемся к повороту на заснеженной дороге.

Опытный водитель заранее снижает скорость и проходит его без неприятных неожиданностей. Но стоит переоценить возможности машины и начать маневр несколько «резвее» — центробежная сила превысит силу бокового сцепления шин с дорогой, начнется занос.

Водитель заднеприводного автомобиля почувствует, что задние колеса соскальзывают к наружной бровке. Автомобиль при этом круто устремляется передней частью внутрь поворота. Чтобы приостановить осложнение ситуации, водитель, убавляя «газ», снижает скорость и тем самым центробежную силу, вызвавшую занос. Одновременно такой прием уменьшает чрезмерную тяговую силу, которая вызвала нарушение сцепления задних, ведущих колес с дорогой. Как следствие, занос, скорее всего, прекратится. Если прикрытие дросселя окажется недостаточным, водитель повернет руль в сторону заноса, чтобы погасить его.

А если водитель переднеприводного автомобиля, почувствовав начало заноса, прикроет «газ»? В этом случае занос резко увеличится, причем настолько, что корректирующего поворота рулем может оказаться недостаточно и автомобиль развернется.

Что же произошло? Дело в том, что, «сбросив газ», водитель переднеприводного автомобиля фактически приложил к ведущим, передним колесам тормозной момент от двигателя. Задние, которые уже потеряли сцепление с дорогой, сместились вбок, увеличивая занос или даже заставляя автомобиль разворачиваться. Кроме того, при торможении двигателем произошел «клевок» (перераспределение масс), который разгрузил задние колеса. А им, чтобы восстановить сцепление с дорогой, как раз нужна была дополнительная нагрузка.

Что же должен был предпринять водитель? Ведь так естественно при возникновении опасности — начале заноса «сбросить газ». Нет! Водитель переднеприводного автомобиля должен твердо запомнить, что «сбрасывать газ» для снижения скорости он должен до поворота, прежде чем начал поворачивать руль, а не прикрывать дроссельную заслонку в повороте.

Но как же быть, если водитель все-таки не рассчитал скорости и в процессе прохождения поворота машина пошла в занос? Оказывается, переднеприводный автомобиль таит в себе прекрасные, очень надежные (хотя сначала и непривычные) способы погашения заноса.

Во-первых, водитель должен повернуть руль в сторону заноса — так же, как на заднеприводном автомобиле, — но (ни в коем случае!) не «сбрасывая» при этом «газ». Есть и другой способ. Водитель должен прибавить (да-да, прибавить) «газ», и передние, ведущие колеса вытянут машину из заноса. При этом даже нет необходимости в корректирующих действиях рулем! Просто управляемые колеса должны быть повернуты в избранном направлении движения.

Если же занос слишком велик, поможет сочетание корректирующих поворотов руля и увеличенной подачи топлива. Испытания, проведенные специалистами нашего института (НАМИ), показали, что практически из любого заноса (даже если его угол превышает 90° к направлению движения) переднеприводную машину можно «выдернуть» тяговой силой. Так что это явление переднеприводному автомобилю не страшно.

Но следует отметить, что водитель при начавшемся заносе инстинктивно не очень-то склонен прибавлять «газ». Поэтому новые привычки прохождения поворотов на переднеприводном автомобиле должны быть надежно выработаны в повседневной водительской практике.

Иной автомобилист спросит: а зачем переучиваться, может быть, лучше вообще не отходить от старых привычных конструкций? Но техника не стоит на месте. 85 лет назад работа педалью акселератора, только что появившейся на машинах, тоже вызывала протесты. А вспомните усилители тормозов — с каким трудом привыкали к ним водители, кляня их за аварии. Можно привести сотни аналогичных примеров, и все же, как показывает мировая практика, адаптация водителей к манерам поведения переднеприводных моделей не вызывает особых проблем. Надо привыкать!

Итак, запомним важнейшее правило езды на машине с передними ведущими колесами. Сбросить скорость до поворота. Войдя в поворот, двигаться с постоянной скоростью, а если возможно, то и с некоторым ее увеличением.

Но с повышением скорости, то есть с ростом тяговой силы, водитель переднеприводного автомобиля должен быть осторожен. Увеличение при входе в поворот крутящего момента, приложенного к передним, ведущим колесам, может вызвать их пробуксовку. Как только они потеряют сцепление с дорогой, то перестанут направлять автомобиль. И тогда под действием центробежной силы наступит снос: машина станет двигаться по более пологой, чем необходимо, кривой или даже по касательной к траектории движения.

Характер движения автомобиля на повороте при потере сцепления с дорогой ведущими колесами: а) задними — занос, б) передними — снос. Пунктиром показан
Характер движения автомобиля на повороте при потере сцепления с дорогой ведущими колесами: а) задними — занос, б) передними — снос. Пунктиром показана заданная траектория движения, сплошной линией — действительная при потере сцепления. Ведущие колеса выделены заливкой.

В этой ситуации увеличение угла поворота руля в сторону поворота (что кажется, на первый взгляд, естественным) не исправит положения, так как буксующие, потерявшие сцепление с дорогой колеса не могут направлять автомобиль. И потому прежде всего необходимо восстановить их сцепление с дорогой. А для этого нужно лишь убрать излишек тяговой силы, прикрыв дроссельную заслонку. Если же ранее руль был автоматически довернут водителем в сторону поворота, то одновременно с восстановлением сцепления колес автомобиль резко бросит в направлении, обусловленном вывернутыми колесами.

Водитель должен помнить, что при пробуксовке передних, ведущих колес и сносе машины к внешней стороне поворота, не следует «загонять» ее в поворот «доворотом» руля. Надо лишь прикрыть дроссельную заслонку — и автомобиль вернется к движению в заданном ему направлении.

Когда водитель «почувствует» переднеприводную модель, освоит приемы погашения заноса, прекращения сноса, укрепит в своем сознании специфичную манеру прохождения поворота, тогда он станет получать истинное удовольствие от управления. И обнаружит, что в состоянии задавать кривизну траектории движения, причем в довольно широких пределах, лишь увеличивая или уменьшая тяговую силу на передних, ведущих управляемых колесах.

Наиболее сложна ситуация, если водитель оказывается перед неожиданным поворотом при слишком высокой скорости. На заднеприводном автомобиле его скорее всего ожидает резкий занос задних колес, который довольно сложно скорректировать. От сидящего за рулем потребуется большой опыт и умение, чтобы, сочетая работу рулевым колесом и дроссельной заслонкой, остановить вращение автомобиля, погасить занос и возможные курсовые колебания. Заметим, что не всегда и не всякий водитель способен в такой ситуации справиться с управлением и заднеприводным автомобилем.

Водителя же переднеприводного в аналогичных условиях ожидает не занос задних колес, а потеря сцепления передними и снос автомобиля к внешней стороне поворота под действием центробежной силы. В этом случае немудрено и растеряться, так как машина перестает подчиняться рулю и акселератору. Как же избежать сноса, вызванного центробежной силой на входе в поворот со значительным превышением оптимальной скорости? Снос возникает, когда внешние силы больше силы сцепления с дорогой, и вызывает скольжение колеса.

Какие же это силы? Во-первых, центробежная сила, действующая на автомобиль. Во-вторых, тяговая или тормозная силы от двигателя, которые также способствуют нарушению сцепления колеса с дорогой. Силы от двигателя водитель может просто и быстро убрать, разомкнув трансмиссию выключением сцепления. Можно также максимально уменьшить их, «прикрывая газ» настолько, чтобы убрать тяговую силу, но без резкого торможения двигателем, обеспечивая минимальную (а лучше нулевую) добавку к центробежной силе для сохранения сцепления колес с дорогой. Исключить же центробежную силу при движении по криволинейной траектории невозможно, но попытаться уменьшить ее — реально. Центробежная сила, как известно из школьного курса физики, пропорциональна массе, квадрату скорости движения и радиусу той траектории, по которой движется предмет. Водитель не, в силах изменить массу своей машины, но может управлять скоростью и кривизной траектории. Это значит, что он должен попытаться снизить, насколько получается, скорость до начала действия рулем. Рулевое колесо надо поворачивать плавно, на возможно меньший угол, не пытаясь направить автомобиль по слишком крутой траектории, чтобы не создать большой центробежной силы. Эти действия позволят уменьшить возможность возникновения сноса.

Следует отметить, что в зависимости от характера дорожного покрытия применимы и другие приемы. Например, если скользкая дорога присыпана слоем снега, то увеличение угла поворота колес до предела вызовет на какое-то время снос. Но сильно вывернутые колеса при отпущенной педали дросселя нагребают перед собой плотный снежный вал, упираются в него и довольно эффективно гасят скорость. При этом центробежная сила уменьшится, сцепление восстановится, и автомобиль резко рванется в сторону сильно вывернутых колес. Если же покрытие неоднородное, хотя бы местами позволяет колесам восстанавливать сцепление с дорогой, то наличие небольшой тяговой силы при попадании колес на места с более высоким коэффициентом сцепления поможет «втянуть» автомобиль в поворот.

Исходя из сказанного, водителю переднеприводного автомобиля следует четко усвоить четыре главных правила.

Во-первых, двигаясь по прямой и наслаждаясь высокой надежностью, с которой машина держит дорогу, и прекрасной курсовой устойчивостью, необходимо контролировать скорость не по своим ощущениям, а по показаниям спидометра.

Во-вторых, при подходе к повороту снижать скорость настолько, чтобы обеспечить некоторый запас сцепления колес с дорогой. Не боитесь потерять из-за этого время. Ведь на переднеприводном автомобиле можно увеличивать подачу топлива, а следовательно, и скорость в повороте, не боясь заноса.

В-третьих, при возникновении заноса не «сбрасывать газ», корректировать положение машины поворотом рулевого колеса в сторону заноса или увеличением подачи топлива, а следовательно, и тяговой силы на передних, ведущих управляемых колесах.

В-четвертых, при возникновении сноса не действовать резко ни педалью « газа», ни рулевым колесом, а выбрать один из приемов — в зависимости от характера дорожного покрытия.

Итак, смело вперед на переднеприводном автомобиле, контролируя свои эмоции и поначалу внимательно «прислушиваясь» к его реакции на ваши управляющие воздействия. Тогда вы по достоинству оцените его преимущества и научитесь избегать ситуаций, где могут проявиться его недостатки.

В. ФИТТЕРМАН, доктор технических наук
А. ДИВАКОВ, инженер («За Рулем» №№ 7,8, 1984)