Сделать свою машину более быстрой

[А.Журавлёв]

Статья I: Водитель

Мне кажется, не все понимают, как и почему различные нюансы отражаются на поведении автомобиля. В частности, модификация подвески является таким «шаманством», которому я учился много лет (и учусь до сих пор). Я подумал, что обзор улучшения скоростных качеств может быть полезным ряду читателей, в особенности редко обсуждаемая проблема улучшения ВОДИТЕЛЯ.
Далее я понимал, что имеется множество вещей, о которых я мог бы писать, поэтому я решил разбить этот обзор на статьи. В этой статье я сосредотачиваюсь на том, чтобы сделать водителя быстрее. В следующей части я буду обсуждать, как изменения подвески влияют на управляемость, и почему изменение вашей подвески может сделать автомобиль быстрее. В третьей статье... хорошо, я не знаю, будет ли третья статья. Поживем - увидим...
ЗАМЕЧАНИЕ: Весь этот материал - мое личное мнение. Возможно я в чем-то ошибаюсь. Если Вы потрудитесь читать это, попробуйте действовать как в продуктовом магазине: берите то, что вам нравится и не обращайте внимания на то, что вам не нужно.
Однако сначала, я хотел остановиться на философии быстрой езды. Имеются три типа «быстрого автомобиля»:
1)Выглядящий быстрым (the «showcar»).
2)Едущий быстро по улице.
3)Едущий быстро по гоночной трассе.
Я оставлю обсуждения пункта 1 для европейского автомобильного журнала, так как именно этому они посвящают большую часть своего редакционного бюджета (тормозные диски с канавками «для охлаждения» (sic!) и «спортивные» ручки переключения передач).
Номер 2 может быть разделен на два лагеря: любители стартовать с перекрестков и уличные слаломисты. Любителям быстрого старта нужно максимальное ускорение: они хотят, чтобы их BMW работал подобно американскому мощному автомобилю. По моему искреннему мнению, если вам нужен быстрый разгон, идите и купите себе американский автомобиль с V-образным 8-цилиндровым движком. Слаломисты - доморощенные гонщики, летающие в поворотах обычных общих дорог. Одна беда: вождение Е36 М3 на пределе возможностей чересчур опасно для дороги, по которой едут остальные. Я живу у подножия Каскадных гор в солнечном тихоокеанском штате Нью-Йорк. Здесь всюду - дороги с множеством поворотов. Я могу вести машину на безумной скорости, никогда не приближаясь к пределу возможностей собственно машины. Это просто небезопасно... Таким образом, улучшение управляемости автомобиля (см. [3]) сделает скоростное вождение по обычной дороге более увлекательным.
Давайте поговорим относительно номера 3. Прежде всего, имеется пространство от полностью стандартного автомобиля, которым управляют иногда на учебной трассе (в водительских школах) до сугубо гоночных машин. В первом вы имеете просто хороший автомобиль, такой, какой разработали «Гномы из Мюнхена»: удобный, безопасный, предсказуемый. Во втором (например, IMSA M3) вы имеете автомобиль, полностью оптимизированный для скорости: неудобный, опасный в менее чем профессиональных руках, гораздо менее предсказуемый. Автомобиль, идеально настроенный под гонщика-профи, был бы убийствен в руках просто компетентного водителя. Где-то посредине между этими крайностями находится ваш автомобиль. Каждая серьезная модификация, которую вы производите (то есть, рукоятка переключения передач не считается) перемещает ваш автомобиль в ту или иную сторону этого пространства.
То, к чему вы стремитесь, определяется исходя из ваших требований (ежедневная езда, радио, задние сиденья) и желаний (быстрое время на круге, выигрыш гонки BMW клуба и т.д.) Таким образом, мы приходим к трем возможностям сделать вашу машину более быстрой:
Улучшить водителя. Это - самый дешевый и самый быстрый путь к большей скорости. Михаэль Шумахер мог бы сесть в ваш стандартный 325i и обогнать любого из вас по треку Laguna Seca, пусть даже вы едете в модифицированном M3. Этому много причин: стратегия атаки трассы (знание, где идти быстро и где идти медленно), наличие способности находить пределы автомобиля и вести его на этих пределах, плавное управление для предотвращения потери скорости при проскальзывании и потере баланса и т.д.
Как вы можете улучшить водителя? Знание и практика. Знание можно приобрести в BMW CCA/ACA школах, профессиональных школах (Russell, Barber), книгах и видео. Две книги, которые я крайне рекомендую - Poul Frere «Sports Car and Competition Driving» и Alan Johnson «Driving in Competition»: обе являются классикой. Я читал Frere (известного многим по его работе для Road&Track) в 1970 и это навсегда изменило мой стиль вождения. Alan Johnson (многократный чемпион SCCA) описал, как разделить повороты гоночной трассы на три категории, и как распределить их по важности. Другая ключевая область знания может быть получена из «The Physics of Racing» одного из моих сотрудников, Brian Beckman. Хотя физика может показаться сложной для не-технаря, это - важная часть понимания динамики транспортного средства, что необходимо для вождения автомобиля на пределе.
Практика - это всего-навсего время, проведенное за рулем. Недостаточно просто выехать и нарезать круги, если вы ВСЕ делаете неправильно. Большое количество новичков пробует сразу двигаться слишком быстро, и при этом они приобретают некоторые ужасные привычки, от которых очень трудно отучиться. Лучший способ учиться состоит в том, чтобы иметь компетентного инструктора, обеспечивающего постоянный контроль и руководство. Однако, это редко возможно, и многие из нас частенько оказываются на трассе в одиночку. Вот некоторые вещи, которые я оттачиваю на практике на трассе:
Ведите машину плавно. Если Вы можете научиться быть плавным, скорость придет позже сама собой. Помните, что быстрые круги редко выглядят наиболее захватывающими. Движение автомобиля боком в поворотах съедает громадное количество скорости. Блокировка тормозов ухудшает баланс автомобиля. Любая книга или школа вождения подчеркивает этот пункт: Вы должны быть плавны.
Как быть плавным? Пробуйте мягко входить в поворот, вместо попытки срезать его углом. Пытайтесь проходить поворот так, чтобы не корректировать траекторию движения. Вашей целью должно быть такое движение в повороте, при котором вы плавно поворачиваете руль в сторону поворота до достижения апекса, а затем плавно выравниваете его обратно.
Каждый раз, когда вы резко поворачиваете руль, вы существенно теряете реальную скорость автомобиля, а также сильно нарушаете баланс автомобиля. Не мучьте понапрасну педали тормоза и акселератора. При переключении передач используйте ваши кончики пальцев и переключайтесь медленно и мягко. Излишнее возбуждение и дергание рычага не улучшит ни вашего времени на круге, ни вашей трансмиссии.
Практикуйтесь в езде по оптимальной траектории. На гоночной трассе имеется множество траекторий, и та, что подходит для гонок клуба Форда, может не быть наилучшей для вашей M3. Для начала считайте, что имеется две траектории: для сухой и дождевой трассы. Попросите кого-нибудь их вам показать, после чего постоянно их оттачивайте, пока они не отложатся в вашей памяти. В идеале вы должны иметь контрольные точки для торможения, вхождения, апекса и выхода для каждого поворота. Иногда в школах на этих местах ставят фишки; ищите что-нибудь постоянное (отметку на асфальте, начало забора, что угодно) что вы можете запомнить после того, как кто-то задевает фишку (я лично ставлю своей целью попробовать коснуться каждой фишки апекса в водительской школе: я делаю это не из хулиганских побуждений. Просто я тренируюсь, используя КАЖДЫЙ ДЮЙМ трассы. Вы будете удивлены узнав, как много людей пренебрегают этим).
Поддерживайте автомобиль в балансе. Я постоянно слышал это выражение, и задавался вопросом, что же это на самом деле означает. Это означает в точности то же, что говорится: в идеале вы хотите иметь одинаковую нагрузку (вес) на каждом из четырех колес все время. Поскольку на самом деле Вы не можете обеспечить идеальный баланс, кроме как в стоящей машине, вы должны постоянно стремиться оставаться так близко к этому, как только возможно. В моей следующей статье я буду обсуждать, как регулировки подвески влияют на передачу веса, но пока предположу, что ваш автомобиль - полностью серийный. Попытаемся представить нагрузку на каждое колесо во время движения автомобиля.Торможение вызывает перенос веса с задних колес на передние колес; разгон - наоборот. Торможение с левым поворотом нагружает больше всего правое переднее колесо и разгружает левое заднее. Если вы изо всех сил давите на тормоз в конце прямой, передок машины станет чрезвычайно тяжелым по отношению к заду: автомобиль больше не будет сбалансирован. Прерывистое торможение вызовет меньшую передачу веса, соответственно автомобиль останется более сбалансированным. Видели, как это работает? Одна из главных причин для плавности езды - это сохранение баланса.
Используйте ваше зрение. Вообще говоря, когда мы учимся чему-нибудь новому, наше взгляд узок и сосредоточен. С опытом мы начинаем смотреть шире и более общо. Когда вы впервые едете по трассе, вы смотрите прямо перед собой. Опытные водители умеют смотреть далеко вперед и в стороны. Они думают о том, куда они хотят ехать, а не о том, где они едут в данный момент. Вы уже не можете сделать что-либо со своим текущим положением на дороге после того, как вы в него попали, вы уже это проехали. Смотрите туда, куда вы хотите ехать дальше, и автомобиль последует за вашими глазами. Вот упражнение: когда вы проходите точку входа в поворот, смотрите на апекс. Когда вы добираетесь до апекса, вы должны смотреть на выход из поворота. Во время движения пробуйте обращать внимание на то, что вы видите периферийным зрением; вы должны быть способны глядеть по сторонам не двигая зрачками глаз.
Концентрация внимания. Вспомните, насколько вы были сосредоточенны, когда в самый первый раз сели за руль? Позже вы, вероятно, перестали думать что-либо об управлении машиной при движении по автостраде, настраивая радио, болтая по телефону, или попивая кофе. Чем более нам что-либо знакомо, тем труднее остаться на этом сосредоточенным. На гонках это происходит точно так же. Вот одна из причин, по которой средние и продвинутые водители чаще попадают в переделки, чем новички. На трассе различие между средненьким и великим гонщиком - концентрация. К счастью, этому можно научиться. При торможении старайтесь ПОЧУВСТВОВАТЬ тормоза, как они приближаются к блокировке колес. Задумайтесь: можете ли вы тормозить немного сильнее, или это предел? Когда вы прижимаете акселератор на выходе из поворота задумайтесь: автомобиль имеет тенденцию к заносу. Вы готовы противостоять этому? Почувствуйте поведение автомобиля: вы можете ощутить небольшое проскальзывание задней оси прежде, чем этот процесс станет неконтролируемым? Кто позади меня? Кто впереди? Движутся ли они быстрее? Или медленнее? Если автомобиль перед вами в следующую секунду занесет, куда вы поедете?
Над всем этим я работаю, когда нахожусь на трассе, но всему этому можно учиться и при простом движении по городу. Для этого вам не обязательно ехать быстро, просто тренируйтесь. Например, старайтесь проехать колесами в точности там, где хотите. Можете ли вы сказать, где они? Можете ли вы лишь чуть коснуься края поребрика внешним колесом при выходе из кривой? Можете ли вы затормозить до полной остановки так, чтобы автомобиль не качнулся назад? Можете ли вы переключать передачи настолько плавно, что это похоже на автоматическую коробку передач? Все эти навыки трудно развивать, но, к счастью, они могут быть приобретены в ежедневных поездках по городу или в магазин за молоком.
Я тренировался этому во всех моих автомобилях, включая мой 6.5-литровый Suburban ( да, не слишком мягкая машинка :-)
Тренируйтесь во всем этом до тех пор, пока такая езда не станет для вас естественной - и вы станете более быстрым, не затратив ни пенни на тюнинг.

Статья II: Подвеска

В нашей прошлой статье мы обсуждали, как заставить автомобиль ездить быстрее, улучшая водителя (вас!). В этой статье мы погрузимся в некоторые технические детали, касающиеся подвески: как и почему она заставляет ваш автомобиль ехать быстрее.
Одна из причин, по которой мы выбрали BMW вместо Camaro или Corvette - это важность для нас хорошей управляемости. По крайней мере, я на это надеюсь. И одна из вещей, которыми хороши BMW - это действительно управляемость. Но если так, почему же люди подобные мне или Карлу Букланду всегда изменяют свою подвеску, чтобы получить лучшую управляемость?
Тому есть две причины: ехать быстрее и получать больше удовольствия. Хоть и говорят, что гонки выигрываются на прямых, на самом деле все аспекты примерно равны. Автомобиль, который проходит зигзаги чуть быстрее, поставит меньшее время на круге. Что касается удовольствия, многие из нас любят рулевое с быстрым откликом, которое получается в результате ужесточения подвески. Мы просто считаем, что такую машину интереснее вести.
Вы спросите: что же не так со стандартной заводской подвеской на моей M3?. Хороший вопрос. Инженеры, которые разрабатывали ваш автомобиль, должны были учесть множество факторов и достичь многих целей в реализации проекта.
Для начала, автомобиль должен быть безопасен. Поскольку BMW не может заставить вас сдать водительский тест перед покупкой вашей солнечной M3, им приходится предположить, что не все их клиенты - превосходные водители. Таким образом они закладывают в конструкцию небольшой understeer, чтобы, если вы попадете в неприятное положение, автомобиль был более управляем.
Во-вторых, автомобиль должен быть комфортабелен. Поэтому на него устанавливаются относительно мягкие пружины и амортизаторы, дабы сохранить удобство езды.
В-третьих, автомобиль должен иметь конкурентоспособную цену, так что им приходится выбирать такой проект подвески и ее компоненты, которые стоят не чересчур дорого.
Кроме того, существует множество других факторов: от размера моторного отсека до клиренса, простоты в обслуживании, долговечности шин. Все это должно быть учтено при заключительной компоновке. Само собой разумеется, такой проект является компромиссом.
В этом году BMW продаст 100.000 автомобилей, и большинство из них так и будет ездить на заводской подвеске 10 годами позже. Так что, все же, кое-что BMW делает правильно. Однако некоторым из нас хочется оптимизировать конструкцию для достижения некоторых определенных целей. Это - тот момент, когда мы начинаем модифицировать нашу машину неким непростым способом.
Каждый раз, модифицируя свою подвеску для улучшения управляемости, вы заключаете некую «сделку». Уменьшите высоту подвески, и ваш клиренс понизится. В результате довольно скоро вы оторвете какой-нибудь жутко дорогой кусок пластика от днища автомобиля. Увеличьте жесткость амортизаторов, и мягкость поездки вылетит в окно. Пять миль плохой дороги - и ваш зад будет болеть как после 58-часового сидения на табуретке.
Другая вещь, которую стоит обдумать, принимаясь за модернизацию компонентов подвески - это точное представление об изменениях, которые вы хотите почувствовать в поведении автомобиля после окончания работы. А изменения непременно будут. Машина может начать управляться лучше, а может и хуже. Прочитайте любую статью или письмо про модифицированный автомобиль, и там автор всенепременно несет бред о полученной лучшей управляемости, устойчивости в повороте, предсказуемом oversteer, и т.д. Крайне редко они сообщают вам, что их автомобиль начал ехать как грузовик, кренясь на всем протяжении пути, или пахать носом дорогу как свинья. Все эти вещи возможны и даже вероятны, если вы начинаете заменять случайные части подвески без понимания того, как и почему надо это делать.
Одно из фундаментальных явлений при прохождении автомобилем поворота - перераспределение веса. В основном внешние по отношению к повороту шины получают большую нагрузку, а внутренние - меньшую. Шины могут выдерживать те или иные боковые нагрузки в точности пропорционально вертикальной нагрузке на них. Таким образом, перенос веса на внешнюю сторону означает, что соответствующие шины могут лучше держать машину на дороге в повороте. К сожалению, с внутренними шинами - ситуация противоположная. Причем потеря способности удерживать боковое усилие разгруженными колесами больше, чем улучшение такой способности у нагруженных. Таким образом, в целом перераспределение веса приводит к снижению бокового трения шин. Это ПЛОХО.
Несмотря на то, что многие не верят этому, есть всего две вещи, которые можно сделать для изменения поперечного перераспределения веса. Можно либо увеличить межколесное расстояние, либо понизить центр тяжести автомобиля. Величина перераспределения веса - функция размеров треугольника, начерченного между этими тремя точками спереди и сзади автомобиля (то есть перед и зад могут иметь различные свойства перераспределения веса; это - важный момент, к которому мы еще вернемся позже). Вы можете до некоторого предела увеличивать межколесное расстояние засчет перехода к более широкой резине, но обычно размеры кузова не позволяют существенно увеличить этот параметр (поэтому Porsche сделал когда-то такую «жирную» 911, и поэтому Ferrari - настолько широки). Более легкий способ улучшить золотой треугольник состоит в том, чтобы опустить автомобиль вниз, понизив тем самым центр тяжести.
Как вы можете понизить центр тяжести? Как правило вы ставите более короткие стойки. Это в свою очередь уменьшает ход подвески, уменьшает клиренс, и, на некоторых типах подвесок, увеличивает отрицательный развал, что ХОРОШО, пока он не станет слишком велик - и тогда это будет ПЛОХО. Кроме того, поскольку ход колеса сократился, стойки должны быть более жесткими, чтобы предотвратить более короткую подвеску от частых ударов в ограничитель.
Сократив перераспределение веса, мы увеличили максимальную боковую нагрузку, которую способны выдержать наши шины. Таким образом, мы увеличили максимальную теоретическую скорость, с которой автомобиль способен проходить поворот. В повороте с постоянным радиусом автомобиль с меньшим перераспределением веса начнет боковое соскальзывание при большей скорости. Такой автомобиль называется имеющим лучший поперечный баланс.
Однако, автомобиль может остаться совершенно несбалансированным продольно. В идеале хорошо иметь распределение веса 50:50 между передней и задней осями, и заводская стандартная M3 - очень близка к такому распределению. Замена стоек не изменяет статический вес автомобиля, поэтому, даже понизив его, мы сохраним исходное соотношение 50/50. Но как только ваша M3 входит в поворот, распределение веса изменяется. В проект заложен understeer, помните? Как и спроектировано инженерами BMW, вы почувствуете результаты продольного перераспределения веса, которая является функцией различий в боковой устойчивости переднего и заднего мостов. Более устойчивый конец автомобиля сможет передать большее количество веса другому концу. Таким образом, если перед машины жестче, чем зад, то зад получает большее количество веса в повороте и, таким образом, лучше цепляется за дорогу. Это и называется understeer. («Цепляется» - неправильное слово, потому что в действительности речь должна идти об углах проскальзывания и векторах силы. На самом деле understeer - такая ситуация, когда отношение угла проскальзывания к углу качения для передних колес больше, чем такое же соотношение для задних).
Ну как, вы уже уловили идею?
Поперечная устойчивость зависит от многих вещей. Жесткость пружин, амортизаторов и поперечного стабилизатора - вот основные три фактора. Кроме того, геометрия подвески (углы наклона стоек и т.п.) тоже играют роль. Если вы делаете задний мост более жестким относительно переднего (или смягчаете передний относительно заднего) автомобиль будет испытывать меньше understeer. В теории «идеальная» подвеска должна сделать автомобиль нейтральным: такая машина не испытывает ни understeer, ни oversteer на идеальной кривой. В действительности гонщики любят настраивать автомобиль либо в одну, либо в другую сторону (я думаю, что я использую 3-ю статью, чтобы обсудить - почему).
Имея такое количество переменных (жесткость пружин, высота центра тяжести, гасящая сила амортизаторов (как на растяжение, так и на сжатие), жесткость поперечных стабилизаторов... (я не забыл про шины?), как можно определить, каково «магическое» сочетание? Ответ таков - нет НИ ОДНОГО (подождите 3-ей статьи). Тем не менее, вы можете кое-что предпринять...
На этот счет существует множество различных мнений. Одни призывают к установке жестких пружин и и мягких стабилизаторов. Другие - за мягкие пружины и толстые стабилизаторы. На самом деле я лично люблю, когда пружины не более жестки, чем они должны быть - то есть они должны быть такими, чтобы подвеска почти, но не совсем достигала ограничителя на самой здоровенной колдобине данной трассы. Пружины критичны для обеспечения способности шин соответствовать неровностям дороги вместо того, чтобы перепрыгивать через них. Когда ваше колесо находится в воздухе, оно вообще не имеет сцепления с дорогой. После того, как вы установили пружины с минимальной жесткостью со всех четырех сторон, вы регулируете относительную жесткость между передней и задней подвеской. Затем вы балансируете автомобиль с помощью подбора жесткости стабилизаторов.
Однако, это только для гонки. Для движения по улице, вам нужны пружины не жестче, чем можно позволить себе на дорогах, по которым вы обычно ездите. Помните также, что стабилизаторы устойчивости - тоже пружины (торсионные). Чем жестче ваш стабилизатор, тем сильнее зависимость двух колес: когда одно из них приходит в движение, другое, следует за ним.
Одно из решений проблемы (я шел к этому) - подвеска, регулируемая по высоте. Обычно это специальные упоры пружин с нарезкой.
Такие упоры полезны по двум причинам: простое изменение клиренса и стандартизация диаметра и размера пружин. В результате можно найти пружины различной жесткости. Все это делает возможным для гоночной команды иметь набор пружин для разных трасс (подробнее об этом - в 3-ей части). Некоторые комплекты упоров позволяют регулировать высоту только на передней подвеске; с другими можно регулировать все четыре колеса.
Последнее предпочтительнее, так как это позволяет вам опускать оба конца автомобиля независимо, а также регулировать распределение веса по углам. Это - процесс балансировки автомобиля между правым передним и левым задним, между правым задним, и левым передним колесами. Автомобиль, несбалансированный диагонально, будет плохо себя вести именно тогда, когда вам меньше всего этого хочется. Это также позволит вам распределить вес для специфической настройки на конкретную трассу. Принцип прост: подъем заднего правого угла увеличивает вес левого переднего, и наоборот. И т.д.
Все это приводит нас к заключению 2-й статьи: каким же образом нам решить, что делать? У вас два выбора. Вы можете установить готовый «пакет», или изобретать его самостоятельно. Пакет - полная подвеска некоей фирмы, например Dinan или какой-то еще. Они подбирают комбинацию пружин, амортизаторов и стабилизаторов для конкретного автомобиля, и уверяют, что все это вместе будет работать хорошо. Пока ваша цель в настройке машины точно совпадает с целями, которые они ставили при подборке данного пакета, это удовлетворит вас. Альтернатива - свой собственный пакет. Вы начинаете с готового пакета и меняете детали, либо просто начинаете с нуля и сами подбираете пружины, амортизаторы и стабилизаторы. Это дорого, отнимает много времени и потенциально опасно при испытании новой настройки на трассе. Лучший способ самостоятельно настраивать подвеску состоит в том, чтобы работать так же, как тюнинговые фирмы: обеспечьте себе как можно больше настраиваемых узлов. Если у вас стоят настраиваемые поперечные стабилизаторы, вы можете попробовать разную жесткость без необходимости все время покупать новые стабилизаторы. В этом смысле амортизаторы Koni лучше, чем Bilstein: они настраиваемы. Пока еще никто не придумал настраиваемых пружин, но регулируемые упоры дают почти такой же эффект. Обычно они позволяют повышать или понижать подвеску с достаточно маленьким шагом для точной регулировки.
Мы охватили здесь много материала, и я надеюсь, что по крайней мере часть его была полезна. Думаю, написать все это меня побудили отчасти рекламные объявления, которые я видел в журналах и в сети по поводу различных пружин. Обычно они описываются в терминах уменьшения высоты автомобиля (для достижения желаемого внешнего вида!), что является довольно бессмысленной меркой. Если вы опускаете центр тяжести, это конечно хорошо... Но если при этом вы полностью нарушаете баланс, или ваши пружины оказываются слишком мягкими или жесткими - это плохо.
Мы еще не поговорили все же о регулировке подвески и о резине. Также мы не говорили о том, почему автомобиль, который сегодня идеально слушается, может стать кошмаром завтра. И почему люди волнуются о температуре шин. Я попробую рассказать обо всем этом дальше.