Журнальная статья 1984-ого о концепте Mazda MX 02 и системах с 4-мя управляемыми колёсами (Le Moniteur de l’Automobile)

Перевод статьи о концепте Mazda MX 02 и системах с 4-мя управляемыми колёсами от бельгийского автомобильного журнального издания Le Moniteur de l’Automobile, № 790, Март, 1984.

ПОСЛЕ 4 ВЕДУЩИХ КОЛЁС — ЧЕТЫРЕ УПРАВЛЯЕМЫХ?

В том, что касается автомобилей, у японцев есть перед нами преимущество (если только одно, скажете вы!): не имея давних традиций, они лишены и предрассудков. В Европе судебный процесс над системой с четырьмя управляемыми колесами казался завершенным: это работать не будет. По целой совокупности совершенно правдоподобных причин, указанных теорией и подтвержденных практикой. Вот только к этому делу не возвращались уже лет пятьдесят, а в те времена никто не задумывался ни о чем ином, кроме как о повороте задних колес в сторону, противоположную передним — то есть таким образом, чтобы облегчить вход автомобиля на криволинейную траекторию.

Японцы подняли архив и взглянули на тему заново, рассмотрев иные возможности, ярким доказательством чему служит экспериментальный прототип Mazda, показанный на Токийском автосалоне. Кроме того, еще в 1979 году группа инженеров Honda на встрече специалистов в Париже выступила с докладом по этому вопросу, рассматривая, как и Mazda, возможность поворачивать задние колеса не только в противоположную сторону относительно передних — дабы облегчить вход автомобиля в поворот, — но и в ту же самую сторону. Естественно, угол поворота задних колес в этом случае должен быть существенно меньше угла поворота передних, иначе заход в вираж станет невозможным: произойдет банальное боковое смещение крабом без вращательного импульса вокруг вертикальной оси. Тот парижский доклад вовсе не остался сухой теорией, и Honda, за последние годы создавшая ряд экспериментальных образцов с четырьмя управляемыми колесами, была весьма обеспокоена тем, что Mazda раньше нее показала широкой публике действующий автомобиль с подобным устройством. Поэтому японский автопроизводитель предоставил мне возможность провести тест-драйв Honda Accord с четырьмя управляемыми колесами на своем испытательном полигоне в Тотиги во время моей недавней поездки в Японию.

Хотя конструктивные решения Honda и Mazda принципиально различаются (Honda верна полностью механической схеме, тогда как Mazda задействует электронику), у обеих систем есть общая черта: на скоростях, привычных для движения по шоссе, задние колеса поворачиваются в ту же сторону, что и передние. И лишь на самых малых скоростях (менее 25 км/ч) у Mazda или при очень больших углах поворота руля, неизбежно подразумевающих низкую скорость у Honda, задние колеса поворачиваются в противоположную передним сторону, способствуя быстрому входу в вираж. У Mazda электронное управление к тому же позволяет нажатием кнопки задать поворот передних и задних колес в одну сторону и на одинаковый угол, что позволяет машине перемещаться крабом, упрощая, в частности, заезд на парковочное место.

Однако наибольший интерес для нас представляет влияние четырех управляемых колес на динамическое поведение автомобиля. Представьте сначала классический автомобиль с исключительно передними управляемыми колесами в момент входа в поворот. Как только водитель поворачивает передние колеса, в пятне контакта шин с дорогой возникает боковая сила, перпендикулярная плоскости вращения колеса. Эта сила вызывает поперечную деформацию покрышек, которые слегка подламываются под дисками, закладывая смену направления движения. Процесс происходит очень быстро, но пока смена направления не началась, на задних колесах никакая боковая сила не возникает. Она зарождается лишь по мере роста центробежной силы и достигает максимума, когда поперечная деформация шины стабилизируется, соответствуя определенному углу увода. Таким образом, процесс смены направления движения состоит из двух фаз:

1. Поворот передних колес и возникновение поперечной силы в пятне контакта шин с дорогой. На задние колеса никакая поперечная сила не действует до тех пор, пока процесс изменения направления движения фактически не начался. Временная задержка между появлением поперечной силы на передней и задней осях зависит от величины поперечной силы спереди и полярного момента инерции автомобиля.

2. Начало изменения направления движения. Зарождение и постепенное нарастание центробежной силы, вызывающей на задних колесах плавно растущую поперечную силу. Угол увода задней оси увеличивается в тех же пропорциях до тех пор, пока деформация шин не стабилизируется. Увеличение угла увода сзади разворачивает автомобиль внутрь виража и требует от водителя корректирующего движения рулем для удержания машины на заданной траектории.

Этой подруливающей коррекции можно избежать только в том случае, если передние и задние боковые силы будут возникать одновременно, а не последовательно, чего можно добиться лишь поворотом задних колес синхронно с передними и в том же направлении. Чтобы сохранить маневренность и отзывчивость автомобиля, угол поворота задних колес должен быть существенно меньше переднего. Но даже относительно небольшой угол поворота задней оси быстро создает требуемую поперечную силу и соответствующий угол увода. В итоге он формируется одновременно (пусть и чуть менее стремительно) с углом увода передней оси. Благодаря этому смена направления происходит в одну фазу, и водитель освобождается от необходимости корректировать траекторию при входе в вираж.

В конструкциях обоих японских автопроизводителей угол поворота задних колес уменьшается по мере увеличения угла поворота передних, а при значительных углах поворота передних колес меняет направление на противоположное. В этот момент поворот задней оси работает на вписывание в дугу. В результате удается искусственно сформировать избыточную поворачиваемость, компенсирующую склонность к сносу передней оси, присущую практически всем автомобилям в крутых поворотах. Это дает дополнительное преимущество в виде уменьшения диаметра разворота.

Как видим, концепция четырех управляемых колес по предложенной схеме выглядит крайне небезынтересно, тем более что привод задних колес можно реализовать чрезвычайно просто. На Honda спереди применен классический реечный рулевой механизм, в котором рейка через шестерню приводит во вращение вал, протянутый к задней части автомобиля. Этот вал на заднем конце имеет эксцентрик, управляющий рулевыми тягами задних колес.

Приблизительно передаточное отношение между рейкой и ведомой шестерней, обеспечивающей поворот задних колес, подобрано так, что максимальный поворот задней оси примерно на 2 градуса в ту же сторону, что и передние колеса, достигается при среднем угле поворота передних колес в 15 градусов. В этот момент управляющий эксцентрик повернут на 90 градусов относительно положения прямолинейного движения. Начиная с этой точки любой дальнейший поворот передних колес уменьшает угол поворота задних, которые при угле поворота передних колес в 30 градусов (и повороте эксцентрика на 180 градусов) снова становятся параллельны продольной оси автомобиля. Продолжим поворачивать передние колеса далее — и задние начнут поворачиваться в противоположную сторону, достигая максимального угла –2 градуса при среднем повороте передних колес на 45 градусов и повороте эксцентрика на 270 градусов. Поскольку закон управления поворотом задних колес синусоидальный, система имеет преимущество: в околонулевой зоне даже небольшие отклонения передних колес вызывают относительно заметный поворот задних, способный быстро сформировать требуемую боковую силу.

Впечатления за рулем

В целом впечатление от управления таким автомобилем складывается весьма положительное, особенно в случае с Honda, у которой максимальный угол поворота задней оси ограничен скромными 2 градусами в каждую сторону. Непредупрежденный водитель, скорее всего, даже не заметит, что задние колеса тоже поворачиваются. Он лишь отметит невероятную курсовую устойчивость и поразительную чистоту при входе в виражи, не требующую никаких коррекций даже на высокой скорости. Чтобы повернуть, вы просто отклоняете руль, и вам ни разу не приходится распускать его обратно в процессе захода машины в дугу. Поведение автомобиля особенно подкупает в связках поворотов, где даже на пределе возможностей управление остаётся предельно простым и понятным. Сравнение, которое мне удалось провести между двумя Honda Accord — обычной и оснащенной системой с четырьмя управляемыми колесами — оказалось в этом отношении предельно наглядным. Что касается уменьшения сноса передней оси в тесных виражах, то этот эффект показался мне менее очевидным, поскольку противоположный поворот задних колес вступает в дело только при очень больших углах поворота баранки, встречающихся разве что в горных серпантинных шпильках.

Остается открытым вопрос, обладает ли данное решение достаточным потенциалом, чтобы оправдать серийное применение. На мой взгляд, всё зависит от того, чего именно ждут от автомобиля. Для спортивной машины на широких шинах с высокой боковой жесткостью и подвеской на жестких шарнирах четыре управляемых колеса едва ли оправданы — во всяком случае, с точки зрения улучшения ездовых качеств. И напротив, для автомобилей, где комфорт стоит во главе угла, система с четырьмя управляемыми колесами вполне способна частично сгладить недостатки, вносимые мягкими шинами и подвеской с мягкими резинометаллическими элементами. В любом случае за этой эволюцией стоит следить с самым пристальным вниманием.