7.5. Распределение массы между осями автомобиля

Масса автомобиля проявляется в виде нагрузки на оси. С осей на поверхность дороги должна передаваться движущая сила, и величина максимально передаваемой силы зависит от нагрузки на оси и коэффициента сцепления между шиной и поверхностью дороги. На сравнительно сухой дороге этот коэффициент составляет приблизительно 0,6, так что и максимальное тяговое усилие ведущей оси равно 60 % нагрузки на эту ось. Если масса распределена на обе оси равномерно, то максимальная сила тяги на горизонтальном шоссе составит 0,3 массы автомобиля; при большей силе, подводимой к колесам, начнется их пробуксовывание. Максимальная тяговая сила не зависит от мощности двигателя. Коэффициент сцепления приведен в табл. 4.

Таблица 4. Коэффициент сцепления между шиной и поверхностью дороги

(Примечание. Максимальный износ шины согласно правилам соответствует остаточной высоте протектора 1 мм.)

При движении на подъеме нагрузка на заднюю ось увеличивается и, наоборот, на спуске растет нагрузка на переднюю ось. При приводе или при торможении всех осей максимальная движущая и тормозная силы зависят от общей массы автомобиля.

Таким образом, масса автомобиля необходима для того, чтобы развить необходимую движущую силу или силу торможения. Это относится прежде всего к тягачам и тракторам. Тяговая сила трактора зависит от нагрузки на его ведущую ось и более сильный двигатель не увеличит ее. Поэтому иногда на колеса трактора или на площадку тягача устанавливают дополнительную нагрузку.

Выше уже было объяснено, что для экономичной эксплуатации автомобиля необходимо снизить его массу до минимума. Как же в таком случае обеспечить все необходимые качества автомобиля без увеличения его массы?

При движении на подъеме, когда необходимо передавать на поверхность дороги большую движущую силу, автоматически увеличивается нагрузка на заднюю ось, С этой точки зрения выгодным является использование задней оси в качестве ведущей. При передней ведущей оси можно увеличить тяговое усилие перемещением большей части массы автомобиля на переднюю ось. Однако такое решение имеет известные пределы. Если бы при движении на подъеме с большим уклоном на переднюю ось было бы перенесено 60 % общей массы автомобиля, то при движении этого же автомобиля по горизонтальному шоссе на переднюю ось приходилось бы 70 % массы, а на спуске - до 80 %. При этом требовалось бы, чтобы эффективность передних тормозов также составляла 80 %; при резком торможении, когда нагрузка на переднюю ось еще больше, может возникнуть угроза переворота автомобиля.

Обычно с легковыми автомобилями такие случаи не возникают, но этот пример очень наглядно показывает возникающие проблемы. Большая нагрузка на переднюю ось, когда она является ведущей, сильно отражается и на износе шин передних колес как при движении на подъеме с включенной первой передачей, так и в случае торможения при спуске. Износ шин передних колес в этих условиях обычно больше, чем задних. При задней ведущей оси и распределении массы по осям в соотношении 1 : 1 достигается равномерный износ шин передних и задних колес.

Существуют, однако, способы, позволяющие увеличить нагрузку на ту или иную ось без повышения общей массы автомобиля. В главе об аэродинамическом сопротивлении автомобиля были объяснены свойства спойлеров, с помощью которых можно увеличивать или снижать нагрузку на оси. Наиболее ярко это проявляется на больших скоростях автомобиля.

Нагрузку можно распределять на обе оси и, более того, изменять ее за счет изменения угла наклона спойлеров, аналогично рулям высоты у самолетов. Если говорить об увеличении нагрузки на оси при торможении, то увеличение аэродинамического сопротивления автомобиля при большем наклоне спойлера является полезным, так как возникающее аэродинамическое торможение облегчает нагрузку на тормоза колес и уменьшает нагревание шин при переносе тормозного усилия на поверхность дороги.

При ускорении автомобиля повышение аэродинамического сопротивления нежелательно. Поэтому нужно тщательно проанализировать, компенсируется ли увеличение аэродинамического сопротивления приростом движущей силы, возникающим благодаря увеличению прижатия колес к дороге. При разгоне автомобиля с места аэродинамическое воздействие в начальной фазе движения сравнительно невелико.

При движении по спрофилированному повороту (дороге с боковым уклоном) можно использовать центробежные силы для прижатия колес автомобиля к дорожному покрытию. Но и этот способ для легковых автомобилей не может быть использован, так как только на дорогах высших категорий повороты спрофилированы таким образом, что эффект центробежного прижатия автомобиля к дороге возникает лишь при скорости автомобиля не ниже 120 км/ч.

Не остается ничего иного, как примириться с тем положением, что экономичная эксплуатация автомобиля обусловливает его минимальную собственную массу и благоприятное соотношение полезной нагрузки и полной массы.