Почему я за жесткость на дороге

Жесткость избыточной не бывает. Чем жестче – тем лучше. Лучше для всех, и прежде всего – для самого водителя.

Porsche 911 – один из самых жестких гражданских автомобилей

В данном случае я говорю о жесткости кузова автомобиля. Большинство активных водителей придают значение настройкам подвески (жестче – значит, лучше управляемость) или, скажем, мощности мотора. Но если честно, жесткость кузова даже важнее. Потому машина с жестким кузовом становится одновременно и более управляемой, и более комфортной, и более долговечной. Скоро мы выясним, что многие недостатки вазовских машин сопряжены именно с низкой жесткостью кузова.

Жесткость – это способность конструкции сохранять форму под нагрузкой. Применительно к автомобильным кузовам чаще всего пользуются понятием жесткости на кручение, которая измеряется в ньютоно-метрах (Н*м) на градус. Ее измеряют на специальных стендах, прикладывая нагрузку к «диагонально» расположенным колесам: например, правому заднему и левому переднему.

Чем она выше, тем лучше кузов противостоит скручивающимся нагрузкам, которые на него действуют в поворотах и при проезде препятствий. Самый наглядный пример – наезд одним колесом на бордюр, отчего у иных машин перестают открываться двери: их перекашивает в проемах из-за низкой жесткости кузова. Производители иногда предлагают журналистам вывесить машину по диагонали и открыть двери: смотрите, дескать, какой бронепоезд получился.

Жесткость кузова Volkswagen Touareg – почти 25 000 Н*м/град. Он почти в пять раз жестче «Жигулей»

Понятно, что жесткость нужна не только ради парковки на бордюре. Важнее, что от нее зависит управляемость машины, ведь если силовой каркас податливый, в поворотах начнут «плыть» точки крепления подвески, а вместе с ней выйдут из расчетных коридоров углы установки колес, нарушится пятно контакта и далее по списку… Скажем, инженеры хотят улучшить управляемость установкой более жестких пружин и амортизаторов. Но если кузов изначально хлипковат, это не пойдет впрок, ибо под нагрузкой «гнуться» начнут не пружины, а сама несущая часть. Это все равно что нажимать мелкие кнопки в мохнатых перчатках: деформироваться будут перчатки, а не кнопки.

Для спортивных машин жесткость на кручение является чуть ли не важнейшей характеристикой кузова, потому что помимо прочего от нее зависит правильный баланс управляемости. Поэтому у Porsche 911 жесткость раза в полтора выше, чем у семейного хетча, а у Bugatti Veyron достигает невероятных 60 000 Н*м/град.

От жесткости зависит и комфорт. Это ответ на вопрос, почему иногда машина с претензией на спорт, вроде BMW 3, кажется чуть ли не более комфортной, чем в кость обывательская «Лада Калина». Конечно, влияют и колеса большего диаметра (они менее чувствительны к мелочам), и более дорогие амортизаторы. Но во главе угла – жесткость кузова.

Например, от жесткости зависит собственная частота колебаний кузова. Условно говоря, хлипкий кузов даже на мягкой подвеске вибрирует, как желе, причем в том частотном диапазоне, который хорошо воспринимается человеком. Скажем, у жесткого кузова собственная частота может быть 50 Гц, а у слабого – 8 Гц. А 8 Гц очень дурно осязаются нашими внутренними органами – кажется, будто машина вытрясает тебя до печенок (хотя в зависимости от комплекции люди могут быть чувствительны к разным частотам, но все равно в достаточно низком диапазоне – от 4 до 8 Гц).

Доморощенные кабриолеты, полученные из вазовских машин путем срезания крыши, на ходу вселяют ужас:
машина трясется, вихляет и реагирует на руль сонно, как корабль

Наконец, чем жестче кузов, тем он долговечнее – меньше нагрузка на сварные швы, крепеж, интерьерные детали. Одна из причин пресловутой скрипучести кузова «четырки-пятнашки» – в таблице ниже. Жесткость на кручение у Lada Samara была рекордно низкой, что вкупе со слабым качеством населяло эти машины «сверчками» прямо с завода. Кроме того, все та же низкая частота собственных колебаний могла провоцировать дребезг обшивок, резонансные частоты которых находятся в диапазоне 18-20 Гц.

Для современных машин нормальным уровнем жесткости считается 20 000-25 000 Н*м/град, спортивные обычно переваливают за 30 000. В отдельной лиге играют спорткары, в кузова которых вварены каркасы, или суперкары с карбоновыми монококами – здесь и 50 000 не предел. Сравнительно низкой жесткостью отличались рамные внедорожники, но именно для бездорожья скручиваемость рамы иногда шла на пользу – больше угол скрещивания осей. Однако на асфальте при ежедневной эксплуатации низкая жесткость – это зло, поэтому сегодня почти все новые внедорожники имеют несущий кузов и управляются почти как легковушки. Mitsubishi Pajero III поколения, отказавшись от лестничной рамы, по словам создателей, стал жестче в четыре раза (хотя точных цифр они не приводят – видимо, чтобы не пугать низкой жесткостью второго поколения).

Рамные внедорожники – для них жесткость не всегда важна, однако требования хорошей управляемости
вынуждают инженеров повышать жесткость даже офф-роудеров

Вообще, сделать кузов жестким – гораздо более сложная задача, чем кажется на первый взгляд. В первую очередь мешают «дыры»: проемы для дверей и стекол, которые размыкают силовую структуру кузова. Поэтому купе или трехдверные хетчи при прочих равных жестче, чем седаны, и поэтому машины с акцентом на спортивность или комфорт стараются строить на базе непрактичных кузовов, вроде купе (это не единственная причина, но важная). Жесткость кузова возрастает после вклейки лобового стекла, при закрытых дверях, а еще – при установленной спинке заднего сиденья. Играет роль каждая мелочь.

Кабриолеты зачастую тяжелее машин, на базе которых они построены, потому что срезание крыши катастрофически роняет жесткость кузова, который приходится усиливать понизу – это и увеличивает массу. Как-то я ездил на самодельном кабриолете на базе и без того хилой ВАЗ-2108. Его «вырубили» болгаркой, то есть никакого усиления кузова сделано не было, и на ходу он был ужасен, как старый велосипед: плохо слушался руля, дергался, дребезжал и, наверное, напоминал первые аэропланы. Летишь не до аэродрома, а пока крылья не отвалятся.

Многочисленные растяжки и распорки для кузовов тольяттинских машин призваны увеличить жесткость,
а с ними – отзывчивость на руль и управляемость

Жесткость можно повысить, например, установкой всевозможных растяжек между опорами стоек подвески, чем часто (и до некоторой степени успешно) пользовались владельцы «вазиков» – обратная связь на руле и его точность возрастали. Конечно, торсионная жесткость – параметр далеко не исчерпывающий, ибо есть еще жесткость крепления рулевой рейки и жесткость точек крепления подвески, от которых сильно зависит «чувство руля». Но это уже детали.

Современные машины проектируются с прицелом на высокую жесткость, и поскольку возможности ее повышения за счет формы кузова почти исчерпаны, инженеры все больше увлекаются высокопрочными сталями. Задача ведь не только повысить жесткость на кручение, но и снизить одновременно массу. Жесткости материалов различаются очень сильно, и для инженеров наиболее важной характеристикой является удельная жесткость – то есть ее отношение к плотности материала. Чем она выше, тем более жесткую и легковесную конструкцию можно создать. Так, например, углеродные волокна имеют в несколько раз лучшие характеристики, чем обычная сталь, но углеволоконные (композитные) кузова пока слишком дороги для массового производства. А вот в суперкарах их используют повсеместно.

Напоследок уточню, что жесткость на кручение относится к несущей части кузова, которая «держит» на себе подвески, рулевое управление и другие элементы автомобиля. Но требования высокой жесткости не предъявляется к деформируемым структурам кузова, которые влияют на безопасность (скажем, передним частям лонжеронов, поперечинам и так далее). Здесь важнее не жесткость, а способность материала поглощать энергию при ударе.

А сам кузов должен быть жестким. В таблице ниже – примерные значения жесткости кузовов разных автомобилей. Что интересно, почти в таком же порядке они бы выстроились и по таким параметрам, как управляемость, а также соотношение комфорта к управляемости.

Жесткость кузовов некоторых автомобилей

* – ориентировочное значение