«Породистая управляемость». Это загадочное понятие с упоением обсуждают автомобилисты всего мира. Как прививают хорошие манеры своим детищам современные автопроизводители?
Как именно помогает водителю «умное» рулевое управление?
Концепт Honda EV-STER представлял собой яркую фантазию на тему будущего рулевого управления. Вместо руля в салоне можно было обнаружить два джойстика. Чтобы повернуть направо, нужно было потянуть на себя правый джойстик и оттолкнуть левый, и наоборот. Смысл такой концепции в том, чтобы перегрузка в повороте не мешала водителю управлять автомобилем.

Есть легенда, что породистость прямо пропорциональна количеству часов, проведенных автомобилем на Северной петле Нюрбургринга во время тестовых испытаний. Возможно, поэтому, по месту жительства, вкусную управляемость обычно приписывают немецким авто, а корейским машинам в ней по‑прежнему отказывают.

В этом есть немалая доля правды: поведение машины в значительной мере зависит от множества тонких настроек, подобрать которые можно только опытным путем с помощью классного пилота и гоночной трассы. Однако в наше время заветное «чувство автомобиля» может быть не только выстрадано потом и кровью спортсменов, но и смоделировано усидчивыми программистами. Давайте посмотрим, какую управляемость мы сегодня называем «честной».

Подсказки шепотом

Электрический усилитель руля — прекрасное изобретение, которое позволяет экономить топливо (двигателю не нужно вращать гидравлический насос), а также создавать таких прекрасных помощников водителя, как парковочный ассистент и система удержания курса в пределах полосы. Однако кроме этих явных функций электроусилитель выполняет еще и ряд скрытых, деликатно помогая водителю вести машину.

В автомобилях марки Volkswagen, как и во многих других, мощность усилителя находится в обратной зависимости от скорости движения: на парковке электродвигатель активно помогает крутить руль на большие углы, облегчая маневры, а на скоростной прямой практически отключается, позволяя лучше чувствовать дорогу.

Фото
Чувствовать, на какой угол повернуты колеса в скольжении, — это навык, вырабатывающийся только с годами спортивного опыта. К счастью, автомобили Volkswagen готовы намекнуть владельцу, все ли он делает правильно: при вращении «баранки» в неподобающую сторону усилие на ней будет больше.

Кроме того, усилитель руля в Volkswagen работает в связке с системой стабилизации, опираясь на показания ее датчиков: скорости вращения колес, угла поворота колес, угла поворота рулевого колеса, акселерометров. К примеру, если ESP сообщает, что автомобиль в течение продолжительного времени едет прямо (по данным акселерометра), а руль при этом повернут, система делает вывод о наличии бокового ветра, поперечного уклона дороги или колеи. Компьютер дает команду электроусилителю увеличить мощность, и усилие на руле исчезает.

Эта система называется Side-Wind Compensation, субъективно ее работа ощущается так, как будто автомобиль очень надежно держит дорогу на скорости. Породистая управляемость!

Еще интереснее фольксвагеновская функция Counter-Steering Assistance, призванная улучшить пассивную безопасность автомобиля, а заодно дать водителю шанс почувствовать себя настоящим раллистом. Как известно, в случае заноса, когда задняя ось авто пытается обогнать переднюю, ESP спасает ситуацию с помощью притормаживания отдельных колес и принудительного сброса газа. Но тормоза не всесильны и с интенсивно развивающимся заносом могут не справиться.

Опытные пилоты умеют противодействовать заносу, поворачивая руль в сторону заноса, то есть в сторону, противоположную изначально намеченному направлению движения. А система Counter-Steering Assistance может подсказать водителю сей неочевидный прием. Разумеется, машина не посмеет самостоятельно вращать «баранку». Однако усилитель руля сработает так, что повернуть руль в правильную сторону будет легко, а в неправильную — тяжело.

Эта функция очень важна не столько для того, чтобы начать поворачивать руль в сторону заноса, сколько для того, чтобы вовремя вернуть его назад и остановить в нужном положении. Именно это — самая сложная часть, неудачное исполнение которой чревато развитием циклического заноса еще большей силы. Субъективно вмешательство Counter-Steering Assist воспринимается как дружелюбный характер в скольжении — непременный атрибут хорошей спортивной управляемости.

Гармонический редуктор

У гоночных автомобилей управление, как правило, очень острое: в любой поворот можно войти без перехвата руля. Недостатков у такой настройки немало. Во‑первых, чтобы машина могла точно реагировать на столь решительные управляющие действия, необходимы очень жесткие кузов и подвеска, что негативно сказывается на комфорте. Во‑вторых, такой автомобиль непросто вести по прямой. Держаться за траекторию в течение пяти секунд на гоночной трассе — вовсе не то же самое, что пять часов плыть на круиз-контроле по загородному шоссе.

Как же быть водителям, которые по будням хотят расслабиться, а по выходным чувствовать себя гонщиками? Им помогут системы рулевого управления с переменным передаточным числом. Одна из самых интересных, Dynamic Steering, опционально устанавливается на многие модели Audi.

Рулевой вал здесь разрывается компактным редуктором, в основе которого лежит волновая передача. Этот сложный механизм с гибкой солнечной шестерней, способной изменять свою форму, был создан в конце 1950-х годов для аэрокосмической промышленности. В системе Dynamic Steering он управляется высокоскоростным электромотором и способен изменять передаточное отношение вдвое.

На парковке и на тесных городских улицах Audi с «гибким рулем» чрезвычайно маневренна: от упора до упора руль делает не более двух оборотов. На скоростной прямой передаточное отношение, напротив, становится большим, и автомобилем можно с легкостью управлять одной рукой. При относительно больших углах поворота — скажем, на серпантине — руль становится острым и наливается информативным усилием.

Мало того, система Dynamic Steering работает в согласии с ESP и позволяет себе незаметно вмешиваться в управление в целях безопасности. Система может помочь ESP погасить скольжение в начальной стадии, повернув колеса в сторону заноса. При интенсивном торможении машина, опять же незаметно, может подруливать, чтобы компенсировать изменения курса при кратковременной блокировке колес.

Как может субъективно ощущаться автомобиль, который четко следует за скупыми движениями руля в поворотах, держит прямую, как локомотив, не сбивается с курса даже при интенсивных торможениях? Разумеется, как честный, филигранно настроенный спорткар. Что и следовало доказать.

Две стороны одной медали
Есть два равноправных подхода к реализации переменного передаточного отношения в рулевом управлении. В обоих случаях необходим дополнительный электродвигатель. В варианте Audi он изменяет характеристики редуктора, разрывающего рулевой вал.
В версии Ford мотор просто вращает вал, помогая водителю незаметно для него.

Интереснейший подход к системе изменяемого передаточного отношения рулевого механизма продемонстрировала компания Ford. Инженеры подсоединили к рулевому валу электромотор, который при необходимости обострить руль просто доворачивает колеса на нужный угол пропорционально движениям водителя, а значит — незаметно. Само по себе это не новость — примерно так же работали первые системы, устанавливаемые на BMW. Важно другое: инженеры Ford разместили электродвигатель прямо в ступице руля. Удивительно, как им удалось установить в рулевом колесе и мотор, и подушку безопасности, и органы управления мультимедиа и круиз-контролем.

Ford обещает начать установку системы на серийные модели уже в этом году. И в таком случае американская компания станет первым автопроизводителем массового сегмента, предложившим покупателям рулевое управление с изменяемым передаточным отношением.

Фото
Летом 2005 года, почти десять лет назад, компания Citroёn демонстрировала концептуальный C5 с системой X-by-wire. Вместо руля в салоне красовался рогатый штурвал, похожий на авиационный, с помощью которого водитель мог управлять не только направлением движения, но и разгоном и торможением. На каждой рукоятке штурвала располагались курки для большого и указательного пальцев, один из которых служил «газом», а второй — «тормозом». Разумеется, штурвал позволял управлять автомобилем без перехватов на любой скорости благодаря переменному (и виртуальному) передаточному отношению рулевого механизма.

Меньше знаешь — лучше едешь

Представьте себе сцену: вы движетесь по оживленной городской улице со скоростью 60 км/ч, и вдруг с тротуара прямо под колеса выскакивает пешеход. Прежде чем вы успеваете дотянуться до тормоза или бросить взгляд в зеркала, автомобиль сам объезжает бедолагу и возвращается на свою полосу. Маневр происходит резко, со скрипом шин, на грани скольжения, но не за гранью. Так хорошо справиться с ситуацией не смог бы даже опытный гонщик, если бы не был предупрежден.

Полигонные тесты данной системы активно демонстрировались компанией Nissan в 2012 году. Экспериментальное оборудование было установлено на автомобиль Nissan Leaf. Принцип действия основан на постоянном мониторинге окружающего пространства с помощью нескольких видеокамер и выявлении так называемых зон уклонения (escape zones). При появлении опасности компьютер уже знает, можно ли направить машину правее или левее, нет ли там других автомобилей, позволит ли сцепление колес с дорогой сделать маневр достаточно быстро и безопасно.

В тот момент ниссановцы утверждали, что уже потратили на разработку системы пять лет и еще трех лет им будет достаточно, чтобы вывести ее на рынок. Стоит ли в это верить, и можем ли мы ожидать появления подобной технологии в этом или максимум следующем году?

Мы допускаем, что это вполне возможно. Ведь центральное место в механизме уклонения занимает система управления по проводам steer-by-wire, которая уже серийно устанавливается на модель Infiniti Q50 в качестве опции. В такой машине рулевой вал размыкается сцеплением, которое смыкается только в случае поломки системы. Между колесами и рулем полностью отсутствует механическая связь, и, вопреки ожиданиям, это делает управляемость более острой и спортивной.

Фото
Под капотом Infiniti Q50 скрываются доселе невиданные узлы и агрегаты: сцепление рулевого вала, актуаторы поворота колес, три электронных контроллера рулевого управления, резервирующих друг друга. Эта система уже доступна на серийных автомобилях в максимальной комплектации.

Система состоит из датчика угла поворота руля, электрических актуаторов, поворачивающих передние колеса на нужный угол, и трех одинаковых электронных контроллеров, страхующих друг друга на случай отказа. Еще один электродвигатель снабжает «баранку» обратной связью.

Механизм steer-by-wire позволяет избавиться от многих технических ограничений, свойственных классическому рулевому управлению. Изменяемое передаточное отношение, маневренность на парковке и устойчивость на прямой? Пожалуйста! Гораздо интереснее то, что система умеет компенсировать инертность управления, связанную с гибкостью шин (та самая проблема, ради решения которой спортсмены ставят низкопрофильные шины и мирятся со снижением комфорта). Когда водитель поворачивает руль, колеса поворачиваются не пропорционально его движению, а немного быстрее, чтобы шины сработали резче.

Парковка не царское дело
Именно распространение электрических усилителей рулевого управления сделало возможным появление всевозможных парковочных ассистентов, функционал которых постоянно расширяется. К примеру, новый Volvo XC90 не только исполняет параллельную парковку и «заезд в бокс», но и помогает водителю покинуть тесное парковочное место. В городских условиях это бывает не так просто: водителю приходится одновременно контролировать дистанцию до автомобилей, припаркованных спереди и сзади, и отслеживать движущиеся автомобили, чтобы не помешать им. Кроме того, многие препятствия, такие как бордюры или ограничительные столбики, с водительского места просто не видны.

Камера и акселерометры определяют поперечный уклон, боковой ветер, колеи и даже мелкие неровности дорожного полотна, и рулевой механизм справляется со всеми невзгодами, не утомляя водителя лишней информацией. Автомобиль остро рулится, прекрасно держит дорогу — чего еще можно пожелать?

И все же на тот случай, если они упустили что-то едва уловимое из мира тонких материй, инженеры Infiniti доверили работу по доводке ходовой части четырехкратному чемпиону мира в «Формуле-1» Себастьяну Феттелю. Пусть лень — двигатель прогресса, но практика по‑прежнему остается критерием истины.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№1, Январь 2015).