Развал колёс и давление в шинах

Шины (Tires)

На гоночных машинах устанавливаются специально сконструированные шины. Они подразделяются на пять типов в зависимости от оптимальной рабочей температуры: "мягкие"(soft) (112 °C) и "жёсткие"(hard) (114 °C) шины для сухой погоды, "промежуточные"(intermediate) (107 °C) шины с небольшим протектором для влажной трассы, "дождевые"(rain) (104 °C) со средним протектором, "ливневые"(monsoon) (102 °C) с развитым протектором. Основное правило заключается в том, что чем мягче компаунд (химический состав резины – прим. переводчика), тем выше сцепные свойства покрышек. Но при этом мягкая резина сильнее подвержена перегреву и поэтому быстрее изнашивается. Дождевые шины, как правило, делают мягче сухих, с тем, чтобы обеспечивать сцепление с дорогой в условиях мокрой трассы, поэтому не следует оставаться долгое время на сухом асфальте на дождевых покрышках, так как они быстро перегреются и пойдут пузырями.

Поскольку шины являются единственной деталью автомобиля взаимодействующей с дорожным полотном, можно извлечь уйму полезной информации, измеряя температуру каждой покрышки в процессе заездов. Это самый важный индикатор работы подвески. Измерения производятся в трех местах поверхности шины: на внешней и внутренней сторонах, а также по центру. На изображённом на рисунке экране меню "давление в шинах и развал колёс" (Tire pressure and Camber) можно видеть значения температуры соответствующих покрышек. Значения указаны так, как если смотреть на колесо сверху: наружная температура сверху над правым колесом и снизу под левым колесом. Используя эти значения можно точно настраивать угол развала колёс, давление в шинах, а также получать информацию об эффективности пружин и амортизаторов. Когда все три значения на одном колесе равны, это значит, что покрышка контактирует с дорогой всей поверхностью на протяжении всего круга.
Покрышки обеспечивают максимальное сцепление с дорогой при оптимальной температуре, соответствующей их типу. Чем выше температура, тем большие нагрузки прикладываются на колесо при трансфере веса. Меньшая температура означает, что колесо нагружается не достаточно (или слишком сильно разгружается).

Развал колёс и давление в шинах (Tire pressure and Camber)

Настройка угла развала колёс и давление в шинах позволяет точно отрегулировать пятно контакта покрышки с дорогой. Регулировка развала определяет, насколько вертикально установлено колесо относительно дороги за счёт наклонения верхнего края колеса к кузову либо от него. Это позволяет даже регулировать износ каждого колеса по отдельности на основе измерения температуры внутри и снаружи покрышки. Вот примеры двух максимальных вариантов развала:

Развал передних колёс +2 градуса                       Развал передних колёс -6 градусов

На левом рисунке показан максимальный положительный развал +2 градуса (развал измеряется в градусах угла наклона колеса). Развал считается положительным, когда верхние края колёс наклонены в сторону от кузова. Но не будем лукавить: вероятно, вам никогда не придётся использовать положительный развал на гоночной машине Формулы-1. При таких настройках внешняя часть передней покрышки несёт на себе основную нагрузку, из-за этого она нагревается быстрее остальной поверхности шины. И этот нагрев означает сильный износ с внешнего края колеса, не говоря уже о том, что пятно контакта и сцепление с дорогой значительно меньше. Помните, что основной целью является достижения максимального сцепления с дорогой, о чём сигнализирует одинаковая температура всей поверхности шины.
На соседнем рисунке показано максимальное значение отрицательного развала. Развал считается отрицательным, когда верхние края колёс наклонены к кузову машины. В нормальных условиях такой экстремальный отрицательный развал приведёт к перегреву внутреннего края колеса, неравномерному износу покрышки и уменьшению сцепления с трассой. Однако небольшой отрицательный развал является наиболее эффективной настройкой для получения максимального сцепления. Когда машина поворачивает с небольшим поперечным креном, вес переносится на внешнее колесо. Оно в свою очередь принимает на себя основную нагрузку в процессе поворота. Негативный развал позволяет внешнему колесу принимать вертикальное положение под воздействием нагрузок.
Одно важное замечание: при измерении температуры покрышки следует учитывать количество пройденных кругов и то, на сколько агрессивно пилотировалась машина. При установленном отрицательном развале внутренняя часть колеса будет сильнее нагреваться на прямых. Однако этот нагрев (и соответственно износ) не соизмерим с тепловыми нагрузками на шину при жёстком прохождении поворотов. Здесь надо учитывать одно интересное наблюдение. Если установить отрицательный развал, затем выехать на трассу и пройти два круга, атакуя на 80% возможностей машины, значения температуры могут дать неверную информацию, показывая более высокую температуру внутри покрышки, чем она могла бы быть при более активной езде. Для наилучших результатов следует пройти не менее трёх кругов, атакуя не менее чем на 95% возможностей автомобиля.
Давление в шинах позволяет увеличивать или уменьшать температуру средней части покрышки по отношению к краям. В высокотехнологичных гонках колёса накачивают нитрогеном вместо воздуха. Нитроген – это инертный газ и его давление меньше зависит от изменения температуры. Также он меньше способствует конденсации влаги внутри колеса (что может привести к разбалансировке).
Борта формульных колёс достаточно жёсткие, так что если давление в шине слишком низкое, колесо имеет тенденцию изгибаться в сторону (по направлению статического веса машины) и вдавливает середину покрышки внутрь, к колёсному диску. В этих условия внешние края нагреваются значительно сильнее, так как они соприкасаются с дорогой гораздо сильнее центра. Если колесо перекачано, центральная часть покрышки будет выступать вверх сильнее краёв. В этом случае покрышка не соприкасается всей поверхностью с дорожным полотном. Результат – повышенная температура и износ.
Понимание связи между давлением в шинах и углом развала колёс не возможно недооценить. Необходимо постоянно контролировать температуру шин при изменении регулировок, и, что более важно, анализировать температуру после каждого круга.
Все эти факторы одинаково влияют на работу подвески. Если пружины недостаточно жёсткие это повлияет на величину развала колёс. Так как более мягкие пружины могут поглотить больше веса, статический дорожный просвет уменьшится. При сжатии подвески колёса начнут наклоняться, а рычаги перемещаться вверх. Это в свою очередь приведёт к необходимости изменять развал, чтобы вернуть колёса в вертикальное положение. И так далее. Но не волнуйтесь, когда поведение машины начнут вам нравиться всё больше, изменения в настройках будут делаться всё меньше.

" При настройке машины от пилота и его команды, требуется добиться того, чтобы шины работали в наилучших условиях. Только таким способом можно заставить колёса, являющиеся главным компонентом болида Формулы-1, достичь предела их возможностей".

Из книги Айртона Сенны "Принципы гоночного вождения".

Схождение колёс(Toe-in)

Схождение колёс – это статический угол между их продольными осями, если смотреть на машину сверху. Может быть направлено внутрь (если передние края колёс направлены к кузову, то схождение считается отрицательным ) или наружу (если передние края колёс направлены в сторону от кузова, схождение считается положительным). Причиной, по которой на большинстве машин передние колёса устанавливаются с небольшим отрицательным схождением, является обеспечение стабильности при движении по прямой. Машина с нулевым схождением передних колёс, будет вести себя очень нервно на прямой, рыская и блуждая из-за малейшей кочки, трещины или ямки на дороге. При установке отрицательного схождения, каждое колесо всё время пытается "довернуть" машину к центру траектории. За счёт этого на рулевом колесе возникает ощущение центрирования автомобиля и обеспечивается стабильность при прямолинейном движении.
Нужно ли устанавливать схождение задних колёс – это вопрос спорный. Отрицательным моментом схождения задних колёс является увеличение и неравномерность износа шин, что снижает преимущества, достигаемые за счёт этого схождения. Но с другой стороны, некоторые умники советуют устанавливать небольшое положительное схождение задних колёс, для больше стабильности задней оси при ускорениях.
Но будьте разумны. Слишком сильное отрицательное схождение приводит к повышенному нагреву внешних краёв шин, создаёт дополнительное трение, и несколько снижает скорость. Соответственно слишком большое положительное схождение приводит к перегреву внутреннего края колеса. Эти последствия следует устранять небольшими корректировками угла развала