от рессоры до думающей подвески

Пожалуй пришло время написания очередного материала на технические темы. Читайте, оценивайте.

А зачем вообще гоночному автомобилю подвеска? Ведь это же не лимузин! А если взять – и совсем отказаться от комфорта? Увы, не все так просто. Даже если оставить в стороне утомляемость пилота (представьте, каково это – 300 км мчаться за рулем жуткого костотряса!), забыть о вибрации, которая может сломать раму, двигатель, коробку передач, никуда не уйти от того, что и по относительно ровной дороге машина будет скакать, как горный козел. А для гоночного автомобиля крайне важен постоянный контакт колес с поверхностью. Тогда сила тяги будет действовать непрерывно, без пробуксовки, управляемые колеса точнее пошлют автомобиль в поворот, тормоза станут эффективней.

Итак, подвеска необходима. Мало того, она должна быть по-возможности мягкой, чтобы колесо как бы “облизывало” препятствия, а не подскакивало на них. Для этого нужно в первую очередь сделать детали подвески как можно легче, снизив массу неподрессоренных частей. Решением стала независимая подвеска колес. Как ее себе представляли конструкторы Ф-1, можно видеть на примере Alfa Romeo 158. Передние колеса первой чемпионки мира подвешивались на поперечной листовой рессоре и двух парах коротких параллельных продольных рычагов.

Рессора и длинные одинарные продольные рычаги (наряду с фрикционными и гидравлическими амортизаторами) применялись и сзади, фиксируя колеса в продольном и вертикальном положении. В поперечном же их удерживали так называемые качающиеся полуоси. Дифференциал с главной передачей жестко крепили к раме, а колеса вращали две полуоси, снабженные карданными шарнирами.

Но у такой схемы есть существенный недостаток – лишь на идеально ровной поверхности колесо перпендикулярно дороге, а значит, только в этом случае пятно контакта шины с асфальтом максимально. На реальной же трассе ширина колеи постоянно меняется, управляемость машины оставляет желать много лучшего. Тем не менее непобедимый Mercedes-Benz W196 оснастили в 1954 году именно такой системой. Как видим, совершенство подвески интересовало конструкторов Формулы-1 отнюдь не в первую очередь. Мощный мотор искупал все недостатки.

Но уже тогда качающиеся полуоси представлялись вчерашним днем. Ибо еще Auto Union модели D 1938 года получил заднюю ось типа de Dion, представлявшую собой компромисс между независимой и зависимой подвесками. Картер дифференциала по-прежнему жестко крепился к раме, поперечные карданные валы передавали вращение колесам, но те были связаны трубчатой осью изогнутой формы, которая фиксировала их перемещение в поперечном направлении. Устраняя недостатки качающихся полуосей, зависимый, по сути, de Dion позволял намного снизить массу неподрессоренных частей и тем самым сохранить преимущества независимой подвески. Такой осью оснащались все чемпионские машины Ф-1 вплоть до 1959 года, когда de Dion окончательно сошел со сцены. Однако даже 17 лет спустя Ferrari продолжала эксперименты с такой системой. Но к тому времени в гонках Гран При уже безраздельно царили поперечные треугольные рычаги.



Если вы любитель полакомиться курятиной, то наверняка обращали внимание на необычную, похожую на маленькую двузубую вилку, косточку-дужку. Англичане называют ее “уишбоун”, “косточка-исполняй желание”: есть такая детская игра – двое тянут дужку к себе, у кого останется в руке меньший конец, тот выполняет желание выигравшего. Автомобильные инженеры назвали “уишбоуном” поперечный рычаг независимой подвески колес, выполненный в форме треугольника. Основание его шарнирно крепилось к раме, а вершина – к ступице колеса.

Впервые в Ф-1 “куриные косточки” появились в передней подвеске Talbot Lago T26C и Maserati 4CLT/48 в 1948 году. Но если у “француженки” – лишь в качестве нижних рычагов (сверху колеса подвешивались на поперечной рессоре), то у “итальянки” и верхние рычаги были треугольными. Мало того, их выполнили с внутренним плечом (как говорят, “рокерного типа”), которое действовало на спиральные пружины и амортизаторы, установленные внутри кузова. Это может показаться невероятным, но полвека спустя подвеска всех автомобилей Формулы-1 построена почти по такой же схеме!

Впервые треугольные рычаги заявили о себе во весь голос в 1959 году, когда чемпионом мира стал Джек Брэбэм. Именно настойчивость австралийца сломила упрямство Чарльза Купера, любимой схемой которого были треугольники снизу и поперечные рессоры сверху. Брэбэм уговорил упрямца заменить на Cooper T51 рессору спиральными пружинами и верхними рычагами. Через год модель Т53 получила и заднюю подвеску на изящных “куриных косточках” и спиральных пружинах. “Потрясающе! – восторгался Брюс Мак-Ларен летом 1960 года. – Представляете, в повороте внутреннее переднее колесо совершенно не вывешивается!”

Итак, идеальная схема была найдена. Впрочем, сами конструкторы об этом пока не подозревали. Они решительно взялись за совершенствование подвески. Пружины пытались заменить торсионами и резиновыми блоками, экспериментировали с гидравлическими и масляно-пневматическими амортизаторами, изменяли длины и расположение рычагов. А потом Колин Чэпмен вспомнил итальянскую новинку 13-летней давности и Lotus 21 1961 года стал сенсацией: “рокерные рычаги” приводили в действие пружины и амортизаторы, спрятанные внутри кузова. Это заметно снижало аэродинамическое сопротивление.

Но вот что любопытно, с тех пор как вместо “рокерного рычага” стали применять толкающую (или тянущую) штангу, в геометрии подвески больше уже ничего не менялось. В начале 90-х Фрэнк Дерни даже обронил: “Я в общем-то никогда не находил, чтобы геометрия играла сколько-нибудь важную роль”.

Но четверть века назад предшественники Фрэнка об этом еще не знали. И продолжали экспериментировать, применяя самые головоломные схемы расположения рычагов. Продолжалось это до тех пор, пока в 1978 году Чэпмен не удивил мир загадочным словом “граунд-эффект”.

“Автомобиль-крыло” Lotus 79 вызвал всеобщее восхищение. Однако выяснилось, что для создания “граунд-эффекта”, присасывающего автомобиль к дороге, жизненно необходим постоянный клиренс, то есть расстояние от днища машины до поверхности трассы. В идеале автомобиль должен все время быть параллелен дороге. А ведь при прохождении поворотов машина неизбежно кренится. Как же быть?

Ответ, казалось, был предельно ясен – сделать подвеску максимально жесткой. Но оснащенный такими сверхжесткими пружинами Lotus 80 в 1979 году чуть ли не в буквальном смысле “вытряс душу” из чемпиона мира Марио Андретти, став одной из самых неудачных машин в истории команды. Однако Колин Чэпмен не сдался, и в марте 1981 года в Лонг-Бич появился необыкновенный Lotus 88.

Проблема была в том, чтобы набегающий поток воздуха прижимал к асфальту именно колеса. А если прямо к ним жестко прикрепить весь кузов автомобиля, сделанный в виде большого антикрыла? А несущий монокок с двигателем и коробкой передач подвесить к нему. Получится, как бы ни кренился в поворотах автомобиль, его кузов останется параллелен дороге! Увы, соперники подали протест, и чэпменовский шедевр оказался вне закона.

А в это же самое время другой конструктор Ф-1 откровенно смеялся над всеми запретами FIA. В 1981 году чиновники попытались нейтрализовать “граунд-эффект”, введя минимальный дорожный просвет в 6 см. Но Гордон Марри разработал гидропневматическую “Систему изменения высоты подвески”, которая опускала кузов Brabham BT49C во время движения и поднимала его на нужную высоту при прохождении техосмотра. Так Нельсон Пике получил свое первое чемпионское звание.

Вероятно и хитроумная выдумка Марри, и тот факт, что еще в 50-е годы BRM пыталась приспособить для Ф-1 гидропневматическую подвеску, использовавшуюся на легковых машинах Citroen, послужили толчком для неуемной фантазии Чэпмена. После FIAско с Lotus 88 англичанин ломал голову, как сделать подвеску в пределах очень короткого хода колеса (около 25 мм!) одновременно сверхжесткой, чтобы устранить крены в поворотах, и очень мягкой, чтобы исключить подпрыгивание кузова на неровностях. На помощь пришла электроника.

Данные от датчиков продольных и боковых ускорений и вертикальных нагрузок поступали в бортовой компьютер, и тот выдавал команды гидросистеме: давление жидкости в определенном амортизаторе повышалось, жесткость его увеличивалась, крен выправлялся. В случае наезда на неровность давление, наоборот, падало, амортизатор позволял колесу мягко подниматься, клиренс опять-таки сохранился постоянным. Впрочем, на бумаге все выглядит легко. Вот что говорил тогда главный конструктор Lotus Питер Райт: “Чертовски трудно оказалось научить электронные мозги распознавать нагрузку и приказывать исполнительному механизму компенсировать ее оптимальным образом в широчайшем диапазоне – от пикового удара на полной скорости, скажем, в две с четвертью тонны, до легкого “постукивания” в полкило”.

Работа продолжалась полтора года, и в марте 1983-го в Рио и Лонг-Бич стартовал Lotus 92 с “Активной подвеской”. Система оказалась тяжелой, несовершенной и ненадежной, Найджел Мэнселл не смог подняться выше 12-го места. Тем не менее “компьютерная подвеска” работала! Прошло четыре года, прежде чем электронные мозги как следует научились управлять жесткостью амортизаторов “формулы”. В 1987 году Айртон Сенна выиграл Гран При Монако и Детройта (самые неровные трассы в календаре Ф-1) на Lotus 99Т с системой, которая несла торговое обозначение Active Mark III. Однако в Монце бразильца опередил Пике на Williams FW11B, оснащенном собственной, “реактивной” – так назвали ее в Дидкоте в противовес активной “лотусовской” – подвеской.

Active весил 10-12 кг, а привод гидронасоса отбирал у двигателя несколько “лошадок” мощности и расходовал драгоценные литры топлива. “Реактивная” же система Williams была легче и отбирала у мотора на 5 л.с. меньше, чем конструкция-конкурент. И хотя Lotus 99Т позволял достичь невиданного доселе в Формуле-1 уровня комфорта – Айртон Сенна говорил, что машина идет как по маслу – и соответственно снижал утомляемость пилота, чемпионскую гонку он проиграл.

Что неудивительно. Ведь “активная подвеска” создавалась не в последнюю очередь по заказу руководства General Motors, которому тогда принадлежала фирма. Поэтому приоритетом конструкторов оставалась комфортабельность езды. А специалисты Williams хотели добиться лишь одного – постоянного дорожного просвета.

И преуспели. После победы в Монце технический директор Williams Патрик Хед заметил: “Нам еще предстоит огромный воз работы…” Действительно, на доводку ушло несколько лет. Зато в 1992 году, когда Мэнселл и Риккардо Патрезе доминировали на трассах Ф-1, секрет их успеха заключался именно в доведенной до совершенства “Реактивной подвеске”.

Любое значительное изменение технических требований почти наверняка дарит подавляющее преимущество одной из команд – той, которая первая научилась максимально эффективно использовать новые правила. В 1994 году такой командой оказался Benetton. Вот как комментировал тогда феноменальные успехи Михаэля Шумахера Росс Браун: “Очень многие вдруг обнаружили, как трудно перестроиться с активной подвески на пассивную. Ведь при очень стабильном положении автомобиля на трассе, которое обеспечивала электроника, вам не приходилось думать, каких невероятных ухищрений стоит поддерживать баланс между аэродинамической эффективностью и постоянно изменяющимся положением днища автомобиля. Теперь все это предстоит вспоминать заново”.

И вновь конструкторская мысль заработала в полную силу. Джон Бернард на Ferrari 412Т1 в 1994 году решил крепить треугольники рычагов не на шарнирах, а жестко к кузову. Гари Андерсон еще в 1991-м (тем, кому не по карману были расходы на активную подвеску, приходилось активнее шевелить мозгами!) оснастил Jordan верхними рычагами и толкающими штангами из углепластикового композита. Но наиболее бурно работала фантазия у технического директора Tyrrell Харви Постлтуэйта.

В 1990 г. он предложил оснастить переднюю подвеску вместо двух амортизаторов… одним. Идея была в том, чтобы при очень жесткой подвеске свести к минимуму взаимодействие колес. Но в полной мере цели достичь не удалось, и через пять лет Постлтуэйт предложил концепцию Hydrolink, стремясь разделить вертикальные нагрузки, действующие на подвеску при наезде на препятствие, от боковых – при крене на поворотах.

К сожалению, постоянная нехватка средств у Кена Тиррелла не позволила довести конструкцию до ума. А соперники тем временем нашли более простой способ добиться той же цели – теперь в передней подвеске используют не два, а… три амортизатора. Правый и левый работают при боковых кренах, а средний гасит колебания кузова при наездах на неровности трассы.


Как видим, инженерам удалось на первый взгляд невероятное – научить “железо” даже без компьютерных мозгов различать разные виды нагрузок. Стоит ли теперь удивляться словам мистера Брауна об исключительной важности работы подвески в нынешней Формуле-1? Так что воздавая должное мастерству Шумахера, Хилла, Хаккинена, Алонсо, Феттеля и других замечательных мастеров, не будем забывать о тех, кто в тиши конструкторских бюро создает автомобили, без которых ни один, даже сверхталантливый, пилот не доберется до финиша.

P.S. На совести Рено есть интересное изобретение названное демпфером масс, впоследствии запрещенное ФИА.
Если не трудно, добавьте в комментариях описание. Его только к теме подвески и можно присоседить.