Формула 1

«Мадринг»: когда шине нужна мягкая машина, а днищу - жёсткая

Первые впечатления от реальной трассы добавили к расчётной модели «Мадринга» важную переменную. Перепады высот, неровности и изменения продольного уклона здесь выражены сильнее, чем могло казаться по схеме. На подъёме между седьмым и восьмым поворотами уклон достигает 8%. Для машины «Формулы-1» это не вопрос комфорта. Это практически неразрешимый конфликт между механическим сцеплением шины и стабильностью аэродинамической платформы. Они же не на «Ситроенах ДэЭс» гоняют.

Чем жёстче вертикально зажата машина, тем меньше меняются дорожный просвет, тангаж и крен. Днище работает ближе к расчётному положению относительно дороги, передняя и задняя части машины меньше выходят из оптимального диапазона высот, а распределение аэродинамической нагрузки остаётся стабильнее. Не будем забывать и про планку под днищем, которую стесывать нежелательно, если не хочешь повторить фокус Гасли с перемещениями с подиума и обратно (само собой, его наказывали и передумывали наказывать из-за тупости ФИА, не подозревающей, что машины ездят не по прямой, а по сглаженной траектории даже в зоне обслуживания, но сам по себе пример со штрафами слушком уж хорош, чтоб им не воспользоваться).

Но дорога требует своего. При прохождении неровности колесо должно переместиться относительно кузова, сохранив контакт с асфальтом. Чем выше эффективная вертикальная жёсткость - шины, пружины, элементов подвески и самой аэродинамической платформы, - тем большая доля дорожного возмущения превращается не в ход колеса, а в изменение вертикальной нагрузки Fz.

Для шины это плохо из-за нагрузочной чувствительности. Условные 6 кН плюс-минус 2 кН не дают такого же среднего сцепления, как постоянные 6 кН. Коэффициент сцепления с ростом вертикальной нагрузки уменьшается, поэтому выигрыш на пике нагрузки оказывается меньше проигрыша при последующем разгружении. Чем сильнее скачет Fz, тем хуже используется потенциальное сцепление шины.

На «Мадринге» к неровностям добавляется ещё один механизм - вертикальная кривизна траектории. На гребне вертикальная нагрузка на машину приблизительно изменяется на величину

ΔFz ≈ mv²/R,

где R - радиус вертикальной кривизны дороги. На выпуклом переломе эта составляющая разгружает машину, во впадине - нагружает.

А зависимость-то от скорости квадратичная. Если скорость возрастает вдвое, динамическая добавка возрастает в четыре раза. Поэтому незаметный на городской скорости перелом профиля при 250–300 км/ч превращается в существенное изменение нагрузки на колёса.

Дальше начинается замкнутый круг. На гребне подвеска разгружается, кузов изменяет положение относительно дороги, а вместе с дорожным просветом меняется эффективность днища. Следом машина попадает на противоположную кривизну профиля, нагрузка возвращается - уже вместе с аэродинамической составляющей. Какая-то не слишком полезная обратная связь получается.

Поэтому недостаточно просто «смягчить машину». Мягкая подвеска позволяет колесу лучше следовать за профилем дороги и уменьшает пики нагрузки на шине, но увеличивает перемещения кузова. Если аэродинамическая карта чувствительна к дорожному просвету и тангажу, выигранное механическое сцепление можно тут же потерять изменением баланса прижима.

Чрезмерно жёсткая настройка решает противоположную задачу: стабилизирует платформу, но заставляет шины принимать на себя дорожные возмущения. Колесо начинает хуже следовать за асфальтом, растут колебания Fz, а при неудачном сочетании скорости, профиля дороги и демпфирования возможна кратковременная потеря контакта.

Особенно неприятно совместить это с торможением.

При торможении передняя ось уже получает дополнительную нагрузку от продольного переноса массы. Если одновременно она попадает во впадину профиля, к статической, аэродинамической и инерционной нагрузке добавляется вертикальная центростремительная составляющая. На выходе из неё или на гребне процесс разворачивается обратно.

Отсюда меняется не только сцепление. Меняется допустимое тормозное усилие, работа ABS-подобных алгоритмов управления рекуперацией и задней осью, высота передней части машины и вслед за ней аэродинамический баланс. Один участок трассы одновременно становится слишком серьезной задачей для всех узлов: тормозов, подвески, шин, аэродинамики и управления энергией.

Настройка амортизаторов поэтому не менее важна, чем жёсткость пружин. Нужен контроль медленных перемещений кузова - тангажа, крена и изменения дорожного просвета - без чрезмерного сопротивления быстрым перемещениям колеса на неровностях. Идеал очевиден: кузов почти не двигается, колесо двигается сколько требуется. Реальная подвеска вынуждена искать компромисс между этими требованиями.

И здесь появляется одна из самых интересных характеристик машины, которую на глаз не вычислить (если только каким-то образом не оказаться прямо позади несущейся машины, на диффузоре и антикрыле которой прикреплены хлопковые нити, показывающие течение потоков воздуха): насколько широк её аэродинамический рабочий диапазон по высоте.

Если днище сохраняет приемлемые прижим и баланс при изменении дорожного просвета, инженеры могут позволить подвеске больше работать ради шины. Если же аэродинамика требует очень узкого положения кузова, машину приходится зажимать механически - и платить за это сцеплением на неровностях.

В свете всей этой писанины понятно, что «Мадринг» интересен не столько вопросом «у кого больше прижима». Гораздо важнее, кто способен сохранить прижим, не превращая машину в табурет.

На плоскодроме можно сразу строить машину вокруг оптимальной аэродинамической платформы. На «трёхмерной» трассе сначала приходится обеспечить постоянный контакт шины с дорогой - и только потом использовать тот прижим, который удалось сохранить.

Поэтому нам дижоны всякие и нравятся. А вам?

• < Назад
• Вперёд >