Теория заноса или почему мою машину занесло

[Lew]

Управляемостью автомобиля называется совокупность его качеств, обеспечивающих движение в заданном водителем направлении.
Под устойчивостью автомобиля понимается его способность противостоять скольжению (заносу) и опрокидыванию.
Б.С. Фалькевич.

Теория заноса или почему мою машину занесло


За окном снова валит снег, назавтра обещали «ледяной дождь», значит на дорогах возникнет множество аварий из-за того, что люди не справились с управлением своих автомобилей, которые неожиданно для своих «управленцев» ушли в занос.
Отчего так произошло?

Колесо автомобиля создает силу сцепления, величина которой складывается благодаря произведению приходящейся на него вертикальной нагрузки и коэффициента его сцепления с дорогой.
Во время движения машины часть силы сцепления колеса расходуется на создание силы тяги, остаток реализуется на создания силы, препятствующей боковому смещению колеса, т.е. заносу оси.
Допустим, что сила сцепления колеса составляет 1000 Н, из них 600 Н тратится на создание силы тяги, следовательно, для создания силы, препятствующей заносу колеса, останется 400 Н.
Чем больше силы сцепления колеса тратится на создание силы тяги, тем меньшая по величине боковая сила (поперечная составляющая центробежной силы) вызовет боковое скольжение колес оси (занос).

При разработке автомобиля конструкторы стремятся придать ему хорошую устойчивость при прямолинейном движении (курсовую). Следовательно, любая машина поворачивает неохотно, и степень этой «неохотности» на скользком покрытии в основном зависит от величины колесной базы. Чем больше последняя, тем больший возникает момент сопротивления повороту, что вызывает занос передней оси наружу поворота, который для упрощения называют «снос». Соответственно заносом обычно называют боковое скольжение колес задней оси.

На вероятность заноса и сноса влияют 3 основных фактора: скорость движения; величина угла поворота передних колес; скорость поворота колес (поворота рулевого колеса при входе в поворот). Следовательно, для ликвидации заноса нужно экстренно применять меры для снижения величин этих трех параметров. А еще лучше снизить скорость заранее до возникновения заноса.
4-й фактор это величина колесной базы: чем ее значение выше, тем меньше склонность автомобиля к заносу на прямой (лучше курсовая устойчивость), но больше момент сопротивления повороту, т.е. выше риск возникновения сноса на входе в поворот.

Заднеприводный автомобиль

Всю силу тяги развивают задние колеса, следовательно их резерв по сцеплению для противодействия боковой силе, стремящейся вызвать поперечное смещение колес оси, намного меньше, чем у колес передней оси, расходующих весь запас силы сцепления на поддержание заданной траектории движения.
Поэтому на скользкой дороге при слишком высокой скорости на входе в поворот стабильно возникает занос. Который водитель гасит интуитивными приемами: резко сбрасывает газ и крутит руль в ту сторону, куда хочет уехать (поворачивает колеса в сторону заноса). В результате на колесах задней оси возникает тормозной момент, они «якорем» тормозят машину и в итоге занос гасится.
Но тут есть опасность вызвать «контрзанос», когда из-за резкого сброса газа после стабилизации задняя ось может после выравнивания по инерции уйти в занос уже в другую сторону. Поэтому газ нужно отпускать плавно, и вообще при гашении заноса на всех автомобилях нужно избегать резких движений – не нужно бить ногой по педалям и резко дергать руль - машины этого не любят.

Занос у заднеприводных машин может возникнуть даже во время прямолинейного движения, поэтому автомобили с таким типом привода (не снабженные системой стабилизации) наиболее опасны в плане потери устойчивости и управляемости.

Переднеприводный автомобиль

Сила тяги развивается передними колесами, следовательно, их резерв по сцеплению для противодействия боковой силе, стремящейся вызвать поперечное смещение колес оси, намного меньше, чем у колес задней оси. Поэтому на скользкой (занесенной снегом) дороге при слишком высокой скорости на входе в поворот стабильно возникает снос (поперечное скольжение) передней оси наружу поворота. Который неопытный водитель пытается погасить интуитивными приемами: резко сбрасывает газ и еще больше поворачивает руль в ту сторону, куда хочет уехать. Но в этом случае интуиция плохой советчик: на передних колесах возникает тормозной момент, а приходящийся на них вес (около 60% от общего веса машины) еще больше увеличивается из-за смещения вперед центра тяжести. В результате «упирающиеся» передние колеса провоцируют резкий занос задней оси и машину разворачивает задницей вперед с последующим неконтролируемым вращением (если для этого имеется свободное пространство).

Либо еще до возникновения тормозного момента из-за снижения крутящего момента передние колеса могут восстановить сцепление с дорогой, и резко повернуть автомобиль (т.к. драйвер чрезмерно увеличил угол поворота руля). Итог тот же: уход с требуемой траектории движения внутрь поворота.

Некоторые водители, начитавшиеся дурных советов на всяких форумах и поэтому считающие себя опытными, поступают в такой ситуации по другому: увеличивают угол поворота руля с одновременным увеличением подачи топлива – пытаются «вывести машину газом».
Друзья, запомните: такой приём ликвидации сноса или заноса применяется только во время прямолинейного движения автомобиля, это позволяет выровнять его курс – вернуть к прямолинейному движению.
Но при входе в поворот (движении по кривой) увеличение тяговой силы уже скользящих колес, полностью исчерпавших запас по сцеплению (из-за чего и возник снос), лишь ухудшит ситуацию и вызовет их интенсивное буксование.
К тому же, как указывалось выше, одним из факторов, влияющих на вероятность сноса, является скорость автомобиля, которую для ликвидации сноса следует снижать. А добавление газа ее может увеличить (или как минимум не снизит).

Поэтому гасить снос на переднеприводнике следует плавным «отпусканием» акселератора (снижением силы тяги колес вплоть до 0). При этом поворачивать руль на больший угол не следует, полезно даже на короткое время уменьшить угол его поворота (что вступает в конфликт с интуицией). В этом случае первое действие увеличит запас силы сцепления, которую колеса используют для противодействия боковой силе и для возможности поменять траекторию движения; второе снизит момент сопротивления повороту. А оба действия в совокупности снизят величину боковой силы, стремящейся «сдвинуть» машину вбок и дадут передним колесам (как говорят драйверы) «восстановить зацеп», необходимый для корректировки траектории движения.
Самое важное в этой ситуации - снизить скорость, для чего иногда полезно кратковременно нажать педаль тормоза.
Остальные 2 фазы прохождения поворота (движение с колесами, повернутыми на постоянный угол и выход из поворота, когда этот угол уменьшается) я рассматривать не стану, так как вероятность сноса наибольшая в первой фазе (вход в поворот).

Полноприводный автомобиль с блокированным приводом (парт-тайм)

Характерными представителями этого типа автомобилей являются Уазики, импортные пикапы и построенные на их шасси универсалы.
Замечал у старых уазоводов и владельцев пикапов привычку ездить зимой по скользким дорогам в режиме 4х2. По их заверению это намного безопаснее, чем движение на полном приводе, поскольку (по их мнению) поведение их машин в режиме 4х4 становится непредсказуемым. А отлавливать постоянно стремящийся вилять зад они уже дано научились, поэтому едут по трассе неспешно, прекрасно зная что нужно делать когда авта начнет мести хвостом.

Это мнение ошибочно.
После включения переднего моста автомобили данного типа по курсовой устойчивости становятся похожими на преднеприводник с большой колесной базой. У них возникает сильная недостаточная поворачиваемость: они чрезвычайно устойчивы на прямой, заносы гасятся автоматически, а увеличение скорости выравнивает курс. Но при этом они неохотно входят в поворот, стремясь спрямлять траекторию и идти наружу поворота. Т.е. демонстрируют ярко выраженную тенденцию к сносу, что особенно наглядно проявляется у пикапов с большой колесной базой.

Следовательно, для снижения риска сноса перед входом в поворот нужно ЗАРАНЕЕ существенно снизить скорость.
Но если машину все же начинает сносить, то ликвидировать снос нужно теми же приемами, как и у преднеприводников.
Соответственно и резкий сброс газа вызывает резкий занос заднего моста. Чем кстати пользуются опытные водители, намеренно вызывая УПРАВЛЯЕМЫЙ занос чтобы потом «заправить» машину в поворот. Но это уже из области экстремального вождения и в статье не рассматривается.
Короче говоря, при вождении автомобилей с блокированным межосевым приводом безопаснее использовать режим 4х4, но при этом не забывая снижать скорость перед поворотом.

Полноприводный автомобиль с межосевым приводом через симметричный дифференциал

Наверное, единственным представителями этого вида в нашей стране являются Нивы и Шнивы.
Основная проблема Нивы заключается в том, что крутящий момент между ведущими мостами распределяется в (практически) равном соотношении, что в совокупности с короткой колесной базой делает поведение автомобиля при входе в поворот непредсказуемым. У него может возникнуть или занос, или снос, или даже одновременное боковое скольжение колес обоих мостов. И вывести его из заноса очень сложно, поскольку срыв возникает на довольно большой (по условиям устойчивости) скорости, поэтому времени для его вывода из скольжения считанные секунды.
Мало того, из-за короткой базы и высокого положения центра тяжести занос может возникнуть даже во время прямолинейного движения.
Поэтому на мой взгляд для придания поведению автомобиля стабильности и понятности во время движения на скользкой дороге нужно межосевой дифференциал заблокировать. В этом случае машина приобретает те же особенности, что и автомобили с «парт таймом». То есть недостаточную поворачиваемость, вызывающую устойчивое прямолинейное движение (возникший занос ликвидируется увеличением подачи топлива) и снос передней оси наружу поворота при слишком высокой скорости.
У Шнивы база больше, но межосевой привод такой же, следовательно возникает та же нестабильность, что и у Нивы, разве что проявляется это на больших (чем у Нивы) скоростях.

Полноприводный автомобиль с межосевым приводом через несимметричный дифференциал повышенного трения (или блокируемый вискомуфтой)

Многочисленными представителями этого типа являются Тойота Лэнд Крузер, Мицубиси Паджеро Спорт и Паджеро. А также некоторые модели Ауди.

Немного истории.
Когда-то в давние годы многие автомобили имели конструкцию межосевого привода как у Нивы. И инженеры начали ломать голову над тем, как бы доработать их привод так, чтобы придать машине стабильность и предсказуемость в плане устойчивости и управляемости.
Первым конструктивным приемом было введение межосевой вискомуфты, частично блокирующей симметричный дифференциал (например, 2-е поколение Паджеро и 1-е поколение Тойота РАВ-4). В результате после того, как на входе в поворот водитель поворачивал колеса, крутящий момент, передаваемый раздаткой на передний мост, начинал снижаться, а на задний – увеличиваться. В результате первыми теряли сцепление с опорной поверхностью колеса заднего моста, и у машины появлялась тенденция к заносу, что позволяло ввести машину в поворот без сноса переднего моста.

Но проявлялась такая «легкая» избыточная поворачиваемость недостаточно стабильно, поэтому следующим шагом стало применение несимметричного межосевого дифференциала, опять же частично блокируемого вискомуфтой (как у Паджеро 3 и 4).

Следующим этапом стал отказ от капризных вискомуфт и применение несимметричных дифференциалов повышенного трения (обычно Торсен тип 3). Это обеспечило стабильное проявление «легкой» избыточной поворачиваемости, что позволило водителям понять особенности поведения автомобилей и наработать стабильные навыки их вывода из заноса.

Наибольшая опасность при вождении таких автомобилей заключается в том, что они уходят в занос на значительно бОльших скоростях, чем машины с другим типом межосевого привода (аналогичной конструкции кроме привода). Из-за этого времени на ликвидацию заноса у их водителей меньше. Что влечет необходимость тщательного выбора безопасной скорости по условиям движения и в особенности постоянного контроля состояния дорожного полотна (чтобы не прозевать гололед).
Что порой нелегко, так как водители при движении на трассе обычно определяют возникновение гололеда (и прочее ухудшение сцепных условий) по буксованию ведущих колес, а у автомобилей 4х4 буксование ощущается не так явно, как у автомобилей 4х2.


Полноприводный автомобиль с автоматическим подключением второй ведущей оси

Конструкции автомобилей данного типа и настройки их систем полного привода настолько разнообразны, что изложить особенности их устойчивости (склонности к заносу) не представляется возможным и не имеет смысла.
Могу только заметить, что у современных машин крутящий момент на вторую ведущую ось передают многодисковые муфты, которые всегда «слегка поджаты» и зажимаются полностью относительно плавно, что обычно не вызывает резкого срыва автомобиля в занос при полном включении неосновного ведущего моста. Да и электроника не включает муфту полностью при движении на больших скоростях.
К тому же у многих современных автомобилей имеются системы курсовой устойчивости (стабилизации), которые распознают возникновение заноса в его начальной стадии и эффективно его гасят, не реагируя на действия драйвера.
И последнему остается только не крутить резко руль, остальное электроника сделает сама.
А самое главное помнить, что никакая электронная система не в силах изменить законы физики, следовательно, безопасность поездки главным образом зависит от головы водителя. И главным фактором, влияющим на эту безопасность (как это не банально звучит) является скорость движения.

Лев Тюрин

Новогорск, 2023

[Chumahod]

Я скажу по другому: не умеешь (боишься) ездить - нех садиться за руль!!!
Есть ряд реально хороших контор с реально хорошими инструкторами. Именно ими, я крайне рекомендую воспользоваться каждому, кто хоть сколько нибудь сомневается в своих силах и навыках вождения. Переступив через своë "Я", и пройдя обучение, вы реально спасëте не одну жизнь...