Устройство спортивного автомобиля

Тормозная система, КПП, двигатель, шины и колеса, шасси и подвеска.
Функции тормозной системы
Зачем автомобилю тормозная система? Ответ очевиден: для его замедления. Но это верно только отчасти. Тормозной системой мы также управляем автомобилем. Тормоз позволяет изменить ориентацию машины в пространстве. Загружаем переднюю ось автомобиля и переориентируем его с одной прямой на другую. Чтобы пятно контакта на передних управляемых колесах увеличилось, нам нужно их загрузить. И лучший способ — это торможение.

Ручной тормоз также можно использовать для переориентирования автомобиля. Этот прием часто используется в дрифте. Ручной тормоз — индивидуальная система со своими шлангами, магистралями, суппортами, колодками и т. д. Это отдельный элемент, который крепится в машину. В автоспорте он нужен не для замедления, а для улучшения характеристик управляемости. Такой принцип используется в раллийных и ралли-кроссовых автомобилях
Фото тормозной системы
Регулировка тормозов
Регулировка тормозного баланса помогает изменить характеристику управляемости. Свою основную функцию она тоже исполняет — машина эффективно замедляется. Задние или передние колеса могут перетормаживать из-за износа шин, изменения покрытия под колесами или перепадов температуры, а колеса всегда должны тормозить одновременно и с одинаковой силой.

Пилот всегда чуть сдвигает баланс вперед или назад. Особенно это актуально, когда мы съезжаем с сухого трека на мокрый. Здесь баланс нужно существенно сместить в сторону задних колес, потому что на сухом и мокром асфальте при одинаковом воздействии на тормоз, реакция автомобиля будет кардинально разная.

Современные гражданские автомобили оснащены автоматическими регулировками и блокировками тормозов. Так больше шансов, что при аварийной ситуации или резком торможении автомобиль останется управляемым. В гоночных авто эффективность торможения в основном зависит от пилота. Тормозная система более простая по конструкции, но более сложная в управлении. Это болевая точка гоночного автомобиля.
Особенности тормозной системы гоночных автомобилей
Тормоза имеют свойство греться. Поэтому их главная боль — это температурный режим. В машинах, подготовленных для трека, в первую очередь меняют тормозную жидкость и колодки. При перегреве колодка заполировывается, нет абразива между колодкой и диском, и эффективность торможения становится слабой.

Бывает, что колодки из-за неправильного торможения постоянно стираются. В серийных автомобилях тормозные системы и колодки рассчитаны на большие пробеги, а в автоспорте все наоборот. Колодка должна прослужить 2 гоночных дня, но максимально эффективно. У нее большой коэффициент сцепления, но хватает ее не надолго.
Получается замкнутый круг. Для эффективного торможения нужен высокий коэффициент сцепления, но при этом возрастает температура в точке трения тормозного диска, в колодках, тормозной жидкости и всей системе. Поэтому наша задача — поменять тормозную жидкость.

Обыкновенная гражданская жидкость для наших температур не подойдет, иначе мы получим пузырьки в тормозной системе от ее закипания. Тормоза перестанут работать, как нужно, и будут «проваливаться». Поэтому их важно охлаждать — подводить холодный воздух к точке трения. Самые проблемные температурные зоны — это места контакта тормозной колодки и диска.

Ни одна гражданская тормозная система, даже на Ferrari и Lamborghini, не выдержит нагрузок гоночного трека. В гражданской машине есть вакуумный усилитель тормозов, который в базе усиливает давление, и нам самим напрягаться не нужно. У гоночного авто очень жесткие тормоза с маленьким ходом педали. Это напрямую влияет на управляемость и эффективность торможения, позволяет дозировать миллиметровым нажатием педали ее положение и ловить нужную грань. Но без сильных ног за рулем спортивного авто вам придется туго. Придется качать ноги, растягивать ступню.

Главное отличие при торможении на гражданском и спортивном авто — это принцип торможения. На обычных дорогах мы используем прогрессивное торможение. Решаем замедлиться, плавно нажимаем на педаль тормоза, чтобы нам сзади не въехали в бампер, и увеличивает силу нажатия на педаль тормоза, пока не остановимся.

На треке работает регрессивное торможение. Первый контакт с педалью — самый активный. Мы со всей дури бьем в педаль тормоза: чем быстрее движется автомобиль, тем сложнее заблокировать колеса. Потом плавно отпускаем педаль тормоза, и это влияет на управляемость. Бросать педаль тоже нельзя. Усилия на педаль должны становиться меньше, пока мы плавно не отпустим ее. Этому мы и учим будущих пилотов: как перестать тормозить на треке, будто вы едете по улице.
Типы КПП
Существует 4 типа коробок: механическая, роботизированная, автоматическая и вариатор. В автоспорте чаще всего используют механическую трансмиссию, иногда — роботизированную. Причем механические коробки можно разделить на синхронизированные поисковые, кулачковые поисковые и на секвентальные кулачковые.
Вариатор используют в ралли-рейдах на багги, и то всего в одной категории. Автомат встречается только на гражданских спортивных машинах, но не в профессиональных гонках. А суперкары в основном строят на роботе. Это позволяет быстрее переключаться между передачами. Система Double Clutch дает эффект лучшего разгона. Когда вы разгоняетесь на 4-й, то в коробке шестерни уже замыкаются на 5-й передаче. В момент переключения 4-я разъединяется, а 5-я уже подключена. То есть разница скорости между переключениями минимальна.

Робот чаще используют в гражданских машинах, а реальные гоночные тачки — это механика. Как правило, это самая простая система: поисковая синхронизированная не кулачковая с кривозубами и шестернями. Все машины с ручной коробкой, которые только выходят с завода, работают по этой схеме. Современные роботизированные коробки тоже неплохо справляются с гоночными нагрузками. Ворваться в гоночный мир на роботе вполне возможно.
Разница между кулачковой и не кулачковой коробкой
В поисковой синхронизированной коробке шестерни имеют на зубьях изгиб. На не кулачковой меняется механизм, которым вы переключаете передачи. Для плавности переключения используются бронзовые втулки, которые называются синхронизаторами. При переключении с шестерни на шестерню это дает повышенную плавность момента.

В кулачковой все проще — кулачки цепляются друг за друга. Это жестче, но держит больше мощности и надежнее. Шестерни здесь прямозубые. Это влияет на плавность переключения и дает неприятный звук, но увеличивает выносливость. Кулачковая всегда воет.

Секвентальная коробка — это продвинутый вариант кулачковой поисковой коробки. Принцип работы тот же, кроме того, что переключение происходит по прямой, нет поисковой схемы. Такая же система используется на мотоциклах, только там она расположена внизу и управляется ногой. Она более надежная — исключена ошибка переключения передач. Если пилот случайно включит вместо 3-й передачи 1-ю, мотор просто разрушится. Здесь такой сценарий исключен.

Часто в роботизированных и секвентальных кулачковых коробках применяют подрулевые лепестки. Пилот имеет специальный привод, который позволяет ему не дергать каждый раз коробку, а просто нажимать на лепестки. Правый рычаг — вверх, левый — вниз.
фото сравнение в чем разница
Двигатель и его устройство
Спортивные двигатели делятся так же, как и гражданские, на бензиновые и дизельные. Плюс сейчас часто используют электродвигатели. Существует отдельный класс гибридных установок.
Самый распространенный двигатель — это бензиновый. Дизельный в гонках — исключение, и чаще его ставят на специфичную технику. Это в основном соревнования грузовиков, типа Камаз Мастер, Дакар, ралли-рейды. В дрифте дизель почти не используют, в кольцевых гонках дизельные двигатели встречаются, но их процент очень мал.
Гибриды стали встречаться чаще. 10 лет назад их практически не было, а сейчас они используются в Формуле 1, в чемпионате мира по гонкам на выносливость. Даже чемпионат мира по ралли ввел этот тип двигателей. В суперкарах и гиперкарах, типа Феррари и Порше 918, тоже ставят гибриды.
Основные отличия двигателей друг от друга
На спортивных автомобилях, как и в случае с городскими, моторы бывают бензиновые атмосферные, с турбонаддувом или с компрессором. Турбина в двигателе разгоняется выхлопными газами. У нее есть холодная и горячая часть. В горячую из выпускного коллектора попадают потоки выхлопных газов и раскручивают крыльчатку. Холодная часть тоже раскручивается и нагнетает больше воздуха в двигатель. У турбин есть небольшая задержка между вашим желанием получить крутящий момент и его непосредственным получением. Это называется турбояма.

Турбины бывают очень разные. Между стоковыми гражданскими и спортивными турбинами большая разница. Гражданские — маленькие, их сортируют по размеру крыльчатки, по диаметру. Турбины побольше дают больше мощности, но у них и турбояма больше. Ее научились компенсировать хитрым методом: в двигателе меняют момент вспышки, и в выхлопную систему летит много огня, чтобы турбина не останавливалась и постоянно быстро крутилась.

У компрессора таких минусов нет. Нажал — получил результат. Компрессор ставят всегда на впуске. Он бывает электронный, но чаще всего на шкиву — ременной. Компрессор крепится за шкив коленвала, двигатель начинает крутиться быстрее. Шкив коленвала тоже вращается быстрее, крутит компрессор, и он нагоняет больше воздуха в цилиндр. Иногда на одном двигателе устанавливают и компрессор, и турбину. Это делают для того, чтобы компрессор компенсировал турбояму.

Раньше в гонках все шли по пути форсирования двигателя. Увеличивали степень сжатия, использовали высокооктановое топливо, чтобы выжать максимальные мощностные характеристики. Сейчас встречается больше турбомоторов, и про степень сжатия уже никто не думает.
Характеристики двигателя
Главные характеристики двигателя — это мощность, крутящий момент, вес и ресурс. Все остальное сводится к этим параметрам. Вес важен, потому что одинаковую мощность можно получить из шестицилиндрового двигателя или из четырехцилиндрового турбированного. Четыре цилиндра по весу легче, а это важно в гонках.
Раньше двигатели были в основном чугунными, они считались надежнее. Новое поколение строят из алюминия, он легче. А ресурс у них может быть одинаковым.
Шины и колеса
Гоночные шины отличаются от гражданских так же, как гоночная машина отличается от машины для ежедневной езды. Гоночная шина живет меньше, но держит лучше.
Обыкновенное гражданское колесо проезжает несколько десятков тысяч километров. Оно не должно сильно разогреваться. Вы выехали с парковки, и шина сразу разгоняется, тормозит и поворачивает. Ее разогретое состояние почти ничем не отличается от холодного.

Гоночное колесо предназначено для работы при высокой температуре. При нагреве шина меняет свои характеристики, и это очень заметно. Основное отличие гоночной шины от гражданской — ее состав. Также различие может быть в протекторе.

В кольцевых гонках используют шины типа слик. Лысая резина без протектора для езды по сухому асфальту. Покрышки для езды по мокрой поверхности больше похожи на гражданские. Они имеют выраженный протектор и дорожки для отвода влаги из пятна контакта. А бывает резина полуслик — что-то среднее между гражданской и гоночной.
Мягкая, активно нагревающаяся, но с протектором. Ее обычно используют для непонятной погоды, когда что-то моросит, но тут же выглядывает солнце и сушит асфальт.

Фото гоночных шин

Где какие шины используют?
В ралли запрещены слики. Там на постоянной основе используют полуслики. Все же ралли — это грязный асфальт, песок, влажность.

В современных гонках каждая серия использует одного поставщика шин — это выравнивает конкуренцию между пилотами. У всех одинаковое количество резины, и команде приходится разбираться с этим количеством, выстраивая стратегию. К тому же это значительно сокращает расходы. Работает такая схема даже в Формуле 1. На гонку выделяют шины трех составов, и команда должна использовать минимум два. Получается шинная игра.

Есть тип шин, которые ставят на спорткары, суперкары и гиперкары. Слики здесь не подходят: кузов, тормозная система, трансмиссия не готовы.

Слики и полуслики фото

Износ шин
Одна покрышка во время активной гонки выдерживает полчаса, максимум — час. Это зависит от самой машины. Например, на переднеприводных машинах 65% веса автомобиля приходится на переднюю ось. Передние шины тормозят, поворачивают и ускоряют, поэтому изнашиваются очень быстро.

Сильнее всего износ зависит от состава. Мягкие шины еле доезжают до конца гонки. То есть от установки новой покрышки до момента, как ее выбросят, проходит всего несколько кругов. Только новая резина выдает лучшее время. На максимум правильно нагретая шина работает один круг, потом происходит деградация колеса, и время круга ухудшается на секунду-полторы, а потом колесо стабилизируется. Примерно к пятому кругу покрышка почти разрушается
.
Поэтому для более длинных гонок используют шины пожестче. Особенно в тех гонках, где ездят не на круги, а на часы.

Деградация колеса опасна, потому что ухудшаются характеристики управляемости. Уменьшается сцепление, скорость поворота падает. Пилот должен смещать точки торможения в сторону более раннего торможения, потому что шина уже не может передать тот же момент, что в начале использования.

Фото разрушенной покрышки

Давление в шинах
Накачивание шин строго регламентируется. Производитель резины устанавливает ограничение на минимальное давление. Пилоты хотят, чтобы шина деградировала как можно позже, то есть позже перегревалась. А чем выше давление в шине, тем быстрее она нагревается и отправится в утиль. Поэтому часто на соревнованиях пилоты стараются сделать давление как можно ниже, чтобы проехать длинный отрезок без остановок. В этом случае велик риск повреждения колеса, шина может прорвать боковину или разбортоваться до того, как нагреется.

Давление — очень важный параметр, но оптимальное его значение можно понять только эмпирическим путем. Сначала проводят разные тесты, потому что трек, манера вождения пилота и погода вносят свои коррективы.

Бывает давление холодное, которое устанавливают при выезде из бокса. То есть давление до того, как машина начала движение. Горячее давление — это когда машина возвращается в бокс с горячего круга. Мы проверяем, насколько давление изменилось.

Подбор давления зависит даже от конфигурации трека. Если левых поворотов больше, то давление справа возрастает, потому что нагрузка в основном идет на правую сторону автомобиля. А если больше правых поворотов, то перегревается левая сторона. Передние шины перегреваются больше чем задние, поэтому стартовое давление в передних шинах ниже, чем в задних. Правильный подбор давления — это сложная инженерная работа. В ней участвуют и пилот, и механик, и инженерный консультант.

На гонку и квалификацию шины тоже накачивают по-разному. Все зависит от целей.
Контроль износа шин
На слике есть специальные дырочки. Они показывают, сколько резины осталось на шине. Когда дырочек не видно, значит, шина стерта в ноль.

Когда машина приезжает в бокс после заезда, на резине иногда остаются «червяки». Червяки — это части сточенных шин, которые ровным слоем размазываются по асфальту. Когда машина в следующий раз проезжает по этому месту, то часть резины скатывается и прилипает к горячим колесам. Часть червяков летит по аркам колес с характерным стуком, а часть остается на самом колесе. После заезда их счищают обычным строительным шпателем.

Те, кто только начинают познавать трек, обязательно наезжают на червяков. Профессиональные пилоты стараются ехать по идеальной траектории и цепляют гораздо меньше червяков.
Шасси и подвеска
Влияние характеристик подвески на автомобиль

Шасси

Шасси — это основа машины, то, к чему прикручиваются рычаги подвески. Пространственная рама, карбоновый монокок — это и есть шасси. Шасси — важный элемент гоночного автомобиля, потому что от его жесткости зависит управляемость. Чем жестче шасси, тем лучше машина поворачивает, тем быстрее передает на асфальт желания пилота.

Под жесткостью понимается то, что лонжероны и точки крепления рычагов стоят в идеальной плоскости. При повороте кузов может «играть» — перед стоит на месте, левое переднее колесо опускается, а заднее правое поднимается. И само железо может слегка деформироваться. Чем сильнее оно «играет», тем меньше жесткость кузова.

Шасси

Подвеска

С подвеской дела обстоят так же, как и с остальными агрегатами. У гоночного и гражданского автомобиля она кардинально разная. Машина для повседневной езды должна обеспечивать максимальный комфорт водителя и пассажиров. Машина едет мягко, ее не трясет. Подвеска отрабатывает неровности на дороге.

Также гражданская подвеска должна быть энергоемкая. При проезде по неровному участку, кузов не раскачивается, а пассажиры не подпрыгивают.

Назначение гоночной подвески полностью противоположное. Она напрямую влияет на управляемость. Есть четкая зависимость: чем менее комфортная подвеска, тем лучше управляется автомобиль. Поэтому ее задача — быть жесткой, низкой и не такой энергоемкой. Она должна передавать пилоту информацию обо всем, что встречается на дороге. О комфорте речи не идет.

В автоспорте используются не резиновые шайбы, а металлическое шарнирное соединение. В креплениях никаких резиновых прокладок, которые гасили бы удар. Только очень жесткая металлическая конструкция. И очень информативная.

Подвеска

Гоночную подвеску можно настраивать в зависимости от вида соревнований, автодрома и погодных условий. Меняется множество параметров: пружины, характеристики амортизаторов на сжатие и отбой с регулировкой на большой и малый крен. Настраивают высоту автомобиля по осям: углы установки колес, развал-схождение. Это влияет и на работу шин, их нагрев и деградацию. Причем работают над настройкой как инженеры, так и сам пилот, исходя из собственных ощущений во время тестовых заездов. Он чувствует, как машина поворачивает, недоруливает или переруливает. Все это можно отрегулировать подвеской.

Если говорить об автомобилях стоковых, переделанных под трек, то они всегда несут в себе те характеристики, что вложили в них на конвейере. Часто страдает развесовка. Переднеприводные машины склонны к недостаточной поворачиваемости. С заднеприводной проще, но переделанные авто все равно изначально настроены на недостаточность. Мы же стараемся сделать из них автомобили избыточные.
Типы подвесок
Подвески бывают разных типов. Начнем с задней подвески. Существует многорычажка, рессорная и так называемая балка. Балка — это когда колеса соединены мостом. К мосту крепятся полуоси, а на них установлены ступицы. В такой подвеске невозможно регулировать угол поворота, развал и все остальное. Колеса всегда стоят почти на нуле.

Многорычажная подвеска — это стандартный вариант. Есть стойка (амортизатор), а дальше идут разные типы подвески в зависимости от крепления амортизатора и рычагов.

В целом, существуют подвески двухрычажные, трехрычажные и многорычажные. Какую подвеску воткнут в машину, зависит от конкретной модели.
~
вы за рулем спорткара вваливаете на треке, а инструктор на месте пассажира делится навыками, которые вы сразу закрепляете на практике
запишитесь в гоночную Академию RACEONE.PRO и победите в своей первой гонке
Made on
Tilda