Автомобиль обычно имеет четыре колеса и один руль дуолинго
Четыре на четыре: зачем современным машинам задние подруливающие колеса
Когда японские машины считались самыми-самыми продвинутыми, легенды доносили о том, что в Стране восходящего солнца есть машины, у которых поворачиваются все четыре колеса. Потом в суете обновок те времена как-то забылись. Бурное начало девяностых годов прошло, и в серийном производстве остались только самые нужные из технических решений той поры. Но сейчас интерес к полноуправляемым шасси снова растет, правда, уже на ином техническом уровне, без дополнительных рулевых валов и с заметно упростившейся задней подвеской.
И ладно бы только на Porsche 911 GT3 или Lamborghini Aventador — но ведь на обычном Renault Espace тоже внедряют поворачивающиеся задние колеса. В чем смысл такого технического решения, и ради чего шли на такие сложности производители? И почему о технологии забыли до недавнего времени?
Зачем нужна управляемость
Настройка управляемости всегда считалась очень сложной работой, а машины с идеальным балансом попадали в число лучших. Шасси современных машин, на первый взгляд, мало изменилось в сравнении с восьмидесятыми годами, но отличие есть. И оно отлично себя проявляет, если взглянуть на достигаемые машинами скорости на маневре «переставка» или на гоночной трассе.
Современный семейный хэтчбек способен опередить большую часть суперкаров тридцатилетней давности на автодроме, и не в последнюю очередь за счет тонкой настройки управляемости и отличной «цепкости» шасси. Конечно, и резина, и эластичность моторов тоже играют свою роль, но сейчас в первую очередь поговорим о геометрии.
Нет, речь вовсе не о школьном предмете — я про геометрию шасси. Это набор параметров, описывающих изменения в положении элементов шасси при изменении нагрузки. Суть фокуса в том, что при прохождении поворотов машина наклоняется, да и дорога имеет свой профиль. При правильном расчете параметров геометрии шасси покрышки всегда имеют оптимальный для данных условий контакт с дорогой.
Речь здесь не о максимальной прижимной силе, а о соотношении коэффициента сцепления колес передней и задней оси, правого и левого колес, и о способности колеса в каждый момент воспринимать нагрузку по трем направлениям.
Задача повысить площадь контакта колес с дорогой не так проста, как кажется.
Конечно же, можно «зажать» подвески и сделать перемещения меньше. Это полезно со многих точек зрения, и часто так и поступают, но ведь перемещения можно использовать для благого дела. Например, чтобы колеса в повороте поворачивались сами. Если сложно рассчитать перемещения, то можно немножко подыграть им, поставив рулевое управление и на заднюю ось, создав полноуправляемую машину.
А можно задать перемещение с помощью усложненной подвески — например, многорычажной, которая позволяет настраивать геометрию движения колеса в очень широких пределах и сохранять эти параметры при износе элементов длительное время.
Если вы не гонщик, это не означает, что управляемость для вас не важна. Просто в вашем случае этот термин означает совсем иной набор предпочтительных параметров, нежели идеальная точность и быстрота реакций. Собственно, активная безопасность машины во многом зависит от ее управляемости, и потому над этими параметрами конструкторы автомобилей работают много и продуктивно. А какое отношение это имеет к геометрии шасси?
Как машина поворачивает
Казалось бы, чего проще: повернул передние колеса — и машина повернула. Но на практике все заметно сложнее. Для начала даже на стоящей машине повернутся не только передние колеса. Поскольку у передней подвески есть угол кастора, то передние колеса при повороте поднимутся, каждое на свою высоту. На сколько — зависит от ширины и твердости резины, геометрии подвески и так далее.
Машина в результате получит некоторый крен, в зависимости от высоты центра крена передней и задней подвесок и положения центра масс в этот момент. Задние колеса или даже неразрезной задний мост тоже повернутся — просто в силу того, что при любом изменении положения кузова колеса не просто ходят вверх-вниз, а тоже чуточку, но поворачивают.
В динамике к этой куче параметров добавятся кренящий момент от центра масс машины и уводы резины. Среди всех параметров, которые необходимо рассчитать, для нас наибольшее значение будет иметь мгновенный центр поворота и радиусы поворота передней и задней осей и центра масс. Мгновенный центр поворота совсем не совпадает с геометрическим, который вычислен по правилу Аккермана – точкой, в которой находятся центры окружностей качения всех колес. Более того, в динамике такой точки просто не существует из-за скольжений. Но на рисунках для примера рассмотрена более простая ситуация, чтобы не наводить путаницы.
На первый взгляд, если доворачивать задние колеса в противоположную от передних сторону, то уменьшается радиус поворота машины. Это важно с точки зрения удобства эксплуатации и маневренности. Чем меньше радиус, тем удобнее. Но машины ездят не только на скоростях погрузчиков в торговом центре, так что приходится учитывать и другие факторы.
А что если поворачивать колеса в ту же сторону, что и передние? На первый взгляд, бессмыслица: машина «поедет боком» по большому радиусу, если задние колеса повернуты на меньший угол, чем передние. Сам по себе больший радиус поворота означает, что станет меньше перераспределение нагрузок между правыми и левыми колесами, а значит лучше сцепление колес с дорогой и комфорт.
Но, кажется, того же можно добиться, просто повернув руль на меньший угол? Можно это сделать даже автоматически — благо, рулевые механизмы с переменным шагом сейчас не редкость. Но при повороте задних колес в сторону поворота еще и уменьшается угол увода задней оси, а значит, и склонность к избыточной поворачиваемости. Если совсем просто – машина становится более устойчивой к возникновению заноса. На высоких скоростях это крайне важно.
Схожий эффект можно было бы получить простым увеличением колесной базы. Но размеры машин ограничены — зато с помощью изменения угла поворота задних колес можно получить желаемое, не увеличивая габаритов. А для короткобазной машины это просто спасение: можно сохранить сочетание устойчивости на дороге, характерное для больших машин, не отказываясь от хорошей поворачиваемости.
Не только управлением
Для устойчивости на дороге заднее колесо в повороте должно поворачиваться в сторону поворота передних, а для лучшей маневренности – в противоположную. Если с маневренностью особых сложностей нет, то можно использовать для доворота колес особенности движения машины в повороте. Например, наличие крена. При сжатии подвеска будет доворачивать колесо, и мы получим желаемое.
Но тут есть две проблемы. Во-первых, подвеска таким же образом реагирует на изменение нагрузки, а хотелось бы, чтобы управляемость меньше зависела от нагрузки и больше от собственно крена и боковых усилий. Во-вторых, на заднеприводных машинах очень соблазнительно привязать поворот колес к вектору тяги.
Если усложнять подвеску, вводя рычаги, которые воздействуют на углы установки колес при определенной нагрузке, то мы получим многорычажную подвеску. Да, ту самую, которая появилась на Mercedes W201 и сейчас применяется на большинстве машин С-класса и выше. Причем не только на задней оси, но и на передней.
Именно многорычажная подвеска позволила получить тот же эффект, что и принудительный поворот задней оси, и отказаться от применения сложных систем принудительного поворота на четверть века. Система рычагов в такой подвеске задает сложную траекторию движения колеса в зависимости от продольной, поперечной и вертикальной нагрузок.
Можно довольно точно настроить геометрию шасси с учетом того, как машина будет вести себя при появлении значительных боковых сил, при разном соотношении вертикальной и поперечной нагрузок. Для заднеприводных машин это оказалось серьезным подспорьем в борьбе за лучшую управляемость с самого начала, а переднеприводные примерили подобные технологии чуть позже, с ростом массы, нагрузок и требований уже к их управляемости.
Первые полноуправляемые легковушки
Машины с двумя управляемыми осями создавали вовсе не для отличной управляемости. Такие машины вообще не ездили по шоссе на большой скорости, потому что это были вездеходы. Например, знаменитый Unimog – универсальное шасси повышенной проходимости имеет все четыре управляемых колеса. Разумеется, для того, чтобы лучше ехать по бездорожью и маневрировать в ограниченном пространстве.
На фото: Mercedes-Benz Unimog U 1000
Японские машины начала 80-х годов по сложности конструкции недалеко от них ушли. На Honda Prelude 1987 года была задняя рулевая рейка и вал, связывающий ее с рулевым колесом, и система работала в зависимости от угла поворота колес. На малых углах поворота задние колеса поворачивались в ту же сторону, что и передние, а при больших — в противоположную. Даже в таком виде эффект оказался достаточным, чтобы подобную технологию внедрили и другие японские производители.
На фото: Honda Prelude 1987
Только на следующих поколениях привод задней рулевой рейки стал уже электрическим, а угол поворота зависел и от скорости, на которой совершался маневр. Впрочем, от валов и рейки избавиться не догадались. Конструкции оставались сложными, массивными, объемными и дорогими. Как итог — машины с ними не снискали особой популярности и продавались только на внутреннем японском рынке. Во всем остальном мире безоговорочное лидерство захватили многорычажные подвески.
Почему снова появляются полноуправляемые шасси
Самый очевидный ответ на этот вопрос — снижение цены на приводные механизмы и электронику управления и развитие систем устойчивости и безопасности. На новом технологическом уровне отказались от задних рулевых трапеций и реек. Многорычажные подвески обеспечивают уже достаточный угол доворота колес для реализации нужного эффекта. Осталось оснастить их вместо рычага, отвечающего за доворот колеса, активным электрическим или гидравлическим приводом.
Электроника куда точнее определяет, что происходит в данный момент с машиной, позволяет использовать большие углы доворота, и к тому же дешевле в настройке, чем сложная подвеска. И как дополнительный фактор – то самое улучшение поворачиваемости на малых скоростях. Можно довернуть колеса в противоположную сторону и улучшить маневренность машины на узких улочках.
Не удивлюсь, если подобные системы в ближайшее время будут массово внедряться на машинах от С-класса и выше, причем в сочетании с упрощенной геометрией задней подвески — например, не с многорычажками, а со скручиваемой балкой. Экономический смысл в этом определенно есть, ведь можно получить управляемость, как у более дорогих машин, при меньших затратах. Да и еще один сложный и дорогой изнашиваемый узел «лишним» не будет. Ведь производители авто, кажется, взяли обязательство сделать машину одноразовой.
С перехватом или без: как правильно рулить автомобилем
Большинство водителей вообще не задумываются, как крутить руль. Занудный инструктор в автошколе когда-то говорил про правильный хват, но это было давно и неправда. Попробуем освежить ваши знания о правильной рулежке в разных ситуациях, а заодно поставить точку в споре «знающих автомобилистов» – можно ли перехватывать руль в поворотах или все-таки нельзя?
Немного о хвате
Расположение рук должно быть симметричным и в верхнем секторе рулевого колеса. Если мы представим руль в виде циферблата часов, то либо на 10 и 2, либо на 9 и 3 часов соответственно. А кстати, почему в верхнем секторе? Чем плоха расслабленная ковбойская поза? Ведь на автомобиле наверняка есть гидро- или электроусилитель, а значит никакой силы к рулевому колесу, тем более на ходу, применять не нужно!
Но дело вовсе не в силе. Просто если тянуть руль сверху вниз, то рулить в итоге получается удобнее и быстрее, точнее и информативнее, чем снизу вверх. Есть и еще одна причина, не менее важная. Когда обе руки в верхнем секторе, то водитель своей позой показывает (в первую очередь сам себе), что он работает. Если же руки в нижнем секторе руля, то он отдыхает. Так уж чаще всего получается, что приняв «позу отдыха», в голову начинают лезть лишние мысли, которые отвлекают от происходящего на дороге. Не менее серьезно, чем мобильный телефон.
Но все это не значит, что сев в машину, нужно вцепиться в руль и сидеть так, ни в коем случае не расслабляясь ни на секунду. Отдыхать и опускать руки с руля можно и нужно. На светофорах, в пробках или в плотном потоке, при скорости менее 30 км/ч. В таком случае, если возникнет какая-то нештатная ситуация, водителю ничего не останется, кроме экстренного торможения. Увернуться с помощью резкого перестроения в городской толчее практически невозможно – соседние ряды обычно заняты. Впрочем, если вам кажется, что надежнее всегда держать руки в верхнем секторе рулевого колеса, и напрягает все время переносить их вверх-вниз по мере разгона, то действуйте, как удобнее.
Самое главное – никогда не использовать внутренний хват, ни сверху, ни снизу. Руки должны работать с рулем только снаружи! Поясню, что внутренним считается хват, когда как минимум четыре ваших пальца находятся внутри обода рулевого колеса. То есть если руки внизу, то они должны «обнимать» обод снизу, а не лежать сверху на нем.
В нештатной ситуации, когда потребуется повернуть руль быстрее, чем обычно, сработает рефлекс. Если вы сами научили себя брать руль внутри, то есть шанс удариться пальцами о спицу. Соответственно, вместо того, чтобы думать о повороте, вы будете чертыхаться и потирать пальцы. Если повезет и вы никуда не врежетесь…
Тяни-толкай и перехват
Теперь разберемся с техникой поворота. Единственно верной, к сожалению, не существует, а есть как минимум две, и они противоречат друг другу.
Европейская методика называется Pull-Push, то есть дословно «тяни-толкай». Применялась она, в том числе, в советских автошколах, на автомобилях с рулевым управления без усилителя. При рулении обе руки постоянно находятся на руле, синхронно опускаясь и поднимаясь. Одна рука тянет рулевое колесо вниз, вторая – толкает наверх. Отсюда и название Pull-Push. Метод работает на любой скорости и в любых поворотах – если приноровиться, то можно входить таким образом даже в 90-градусные виражи.
В чем логика постоянного удерживания рук на одном месте? Во-первых, как я уже говорил, метод зародился в те времена, когда не было усилителей, и одной рукой даже кратковременно рулить было сложно. Во-вторых, техника позволяет поворачивать руль максимально плавно, без малейших рывков. В-третьих, подушка безопасности всегда открыта, и в случае ДТП гарантированно спасет водителя от удара головой о руль.
Кстати, в некоторых штатах Америки из этих соображений не только запрещено перехватывать руль, но также и предписано держать руки в нижнем секторе, чтобы не перекрывать путь выстреливающей подушке и исключить ситуацию, когда водитель при ДТП рукой может задеть сидящего справа пассажира.
И если с аргументацией по подушкам безопасности поспорить трудно, то вот плавность при рулении перехвата можно выработать! Хотя стоит признать, что это требует тренировки и сноровки. Если рулить с перехватами, труднее понять, на какой угол повернуты колеса. Доказано на практике: перехватывая, водители почти всегда перекручивают руль чуть сильнее, чем надо. Также немаловажно, что метод «тяни-толкай» позволяет быстро остановить вращение руля в любой момент – это крайне полезно в городских условиях, когда на дорогу может, скажем, выскочить пешеход или вырулить с обочины другой автомобиль.
Технику с перехватами, как я уже говорил, нельзя рассматривать, как более «легкую» – тут нужно внимательно следить за руками. В большинстве случаев водители расслабляют кисть, опускают руку, как бы повисая пальцами на руле. Это очень ненадежный хват, и рулевое колесо может попросту выскользнуть из рук в самый неподходящий момент! Перехватывать нужно собранно, с выпрямленной кистью, и сохраняя полный контроль над автомобилем. Если все делать правильно, то вращать руль получится очень быстро – быстрее, чем по классической технике. Это бывает крайне полезно не только на спортивном треке, но и, скажем, при выходе из заноса.
Правда, есть при рулежке перехватами небольшой риск травмировать руку. При переносе руки часто оказывается, что руль захватывают первыми большой и указательный пальцы – на профессиональном водительском языке это называется «вилочный вход». По неопытности в таких случаях мои ученики ударяются пальцами о спицы руля – в методике «тяни-толкай» это исключено.
В сухом остатке
Итак, подведем итоги, составив короткие и понятные списки, чтобы закрепить знания.
Плюсы техники «тяни-толкай»
Минусы техники «тяни-толкай»:
Плюсы техники с перехватами:
Минусы техники с перехватами:
Главный вывод
Для того, чтобы обеспечивать себе и своим пассажирам безопасность при движении в любой ситуации, нужно владеть обеими техниками и комбинировать их в зависимости от обстановки. Например, в спокойном потоке рулить по методике «тяни-толкай» и в случае необходимости прибегать к перехватам. Но учтите, что в целом техника с перехватами сложнее, и без тренировок от ее использования может получиться больше вреда, чем пользы. Если уж вы неопытный водитель, а вас понесло на скользкой дороге, лучше не строить из себя гонщика, а просто нажать на тормоз. На современной машине с АБС это будет куда более надежным способом выхода из аварийной ситуации, чем скоростное руление.
Иван Чужмар, инструктор по безопасному вождению:
Автомобиль обычно имеет четыре колеса и один руль дуолинго
20 рулевых колес, которые разрушают психику водителя
Mercedes-Benz 300 SL
Даже не спрашивайте «как этим рулить?». На самом деле руль в автомобиле, известном как «Крыло чайки», был самым обычным, зато прикольно откидывался внутрь, дабы помочь водителю разместиться на сиденьи. Теснота в салоне 300 SL была не страшной даже – чудовищной!
Дизайн и Ситроен – слова из одного предложения. Дизайн интерьера в том числе. Элегантный минимализм рулевого колеса в знаменитой модели DS стал шедевром стиля, объектом для подражания и значимой ситроеновской фишкой на годы вперед.
Если думаете, что интерьер автомобиля не может быть лицом одушевленным, то подумайте еще раз, а лучше посмотрите на фото. Жуткий взгляд циферблатов приборки, утиный нос рулевой ступицы и зловещая усмешка звукового сигнала. Брррр Вот уж действительно, такому рулю палец в рот не клади.
Даже у самого неудачного автомобиля можно найти стоящую фенечку. Если, конечно, хорошо поискать. В свое время Austin Allegro стал одной из главных причин коллапса огромной British Motors Corporation. Зато у этой тачки был квадратный (ну почти квадратный) руль. Клево же, разве нет?
Тот, кто помнит, как выглядело это крайне необычное японское купе, не станет задавать вопросов: А почему здесь такой странный руль? Все же очень просто. В техзаднии дизайнерам черным по белому указали – парни, можете куражиться на полную! Как еще объяснить малофункциональную форму баранки в виде буквы L или, если по-нашему, Гэ? Вот именно, что никак.
Aston Martin Lagonda
Да-да, в 80-х будущее представляли примерно вот так. Минимум обводов, максимум прямых углов. Классику традиционных циферблатов, как казалось, вот-вот сменит электронно-светодиодное все-все, а кожу и дерево навсегда вытеснит пластик. Ню-ню :))
В эпоху подушек безопасности знаменитый односпицевый ситроеновский руль полностью утратил свою функциональность. Но дизайнеры Двойного шеврона нашли, чем еще удивить публику. Неподвижная ступица – вращался только обод баранки, но не центральная часть – на С4 первого поколения стала реальным откровением. Жаль, что интересное, но неоднозначное решение в итоге не прижилось…
Тот случай, когда слово штурвал применительно к рулевому колесу используется в самом наиконкретнейшем из всех возможных смыслов.
1971 Maserati Boomerang
Джорджетто Джуджаро создал концепт Maserati Boomerang в 1971 году. Внешний вид сражал наповал: клиновидный кузов по последней моде, стеклянные вставки в дверях и на крыше, чудаковатые колеса и конечно безумный руль.
1980 Lancia Medusa
В 1980 году встроить в руль сенсорный экран было затруднительно, поэтому создатели концепт-кара Lancia Medusa решили заменить его кнопками. В руль прототипа поместили все, абсолютно все: часы, клавиши управления светом, стеклоочистителями, аудиосистемой и даже климатической установкой.
Двумя годами позднее то же самое ателье — видимо, так и не избавившееся от навязчивой идеи запихнуть в руль как можно больше кнопок — представило концепт Lancia Orca. Это тоже был пятидверных хэтчбек с обтекаемыми формами, но на этот раз в его основе лежали агрегаты Delta Integrale. Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx был нижким — 0,245, но кнопок на руле было меньше: например, управление аудиосистемой Sony переместили на отдельный пульт справа от приборной панели, а часы заняли место слева. Зато сама приборная панель получилась настолько чудной, насколько это себе только можно представить: человека, который ее видел, уже ничем не удивишь.
1981 Citroen Xenia concept
Citroen в 1981 году решил, что пришло время для футуристического дизайна и показал Xenia concept. В нём была автоматическая КПП, диоды на руле заменили лампочки-индикаторов, множество кнопок и новых идей.
1987 Pontiac Pursuit
Руль этого Понтиака напоминал джойстик от игровой приставки, только кнопок на нем было больше: имелась даже полноценная телефонная клавиатура. Ведь в машине предполагалась сотовая связь, и возможность отправлять текстовые сообщения.Кстати, этот руль не имел прямой связи с колесами: за повороты отвечали электромоторы, причем поворачивали они все четыре колеса одновременно.
2001 BMW Z22 Concept
Еще один «квадратиш-практиш» — на этот раз баварский. Концепт-кар BMW Z22 публика восприняла крайне негативно. Дело было не в том, что он был очень некрасивым, и не в том, что он был странно-однообъемным. Причина была в том, что он был переднеприводным, а это до 2012 года было нонсенсом. Помимо своей извращенной формы, руль мог похвастаться встроенным дактилоскопическим сенсором (ключа у машины не было) и множеством разных клавиш: они управляли коробкой передач, системой проецирования на лобовое стекло и еще миллионом других функций.
2007 Ford Interceptor
Ford Interceptor, представленный в 2007 году на автосалоне в Детройте, — очень красивый автомобиль. Здоровенный седан сделан в нарочито грубом стиле: у него капот длиной в километр, максимум квадратных форм и минимум округлостей. Рядом с ним грозный Chrysler 300C — дворовая шпана.Правда, потом дизайнеров понесло. Они решили сделать квадратным абсолютно все! В интерьере — одни квадраты: и приборы, и вставки на сиденьях, и кулиса рычага КП, и даже руль (не только сам, но и его ступица). Удивительно, как логотип «Форда» оставили овальным.