В этой главе мы попытаемся разобрать основные принципы прохождения поворотов, основанных на природных силах, действующих на автомобиль при изменении направления его движения. Хорошая управляемость автомобиля зависит от сцепления его колес с поверхностью дороги. Этот показатель определяется коэффициентом сцепления, который зависит от природы поверхности дорожного покрытия и прямо пропорционален весу автомобиля. Соответствующее соотношение задается формулой:

А = W х μ

где W - вес автомобиля и μ - коэффициент сцепления.

В нормальных условиях для дорожных шин на поверхности дороги хорошего качества μ находится в пределах 0.8-1.0, в зависимости от основного предназначения шины. Для специальных гоночных покрышек, μ может достигать значения 1.5 и более.

Если, к примеру, μ = 0.8, потребуется сила в 1600 фунтов, чтобы сместить в сторону автомобиль весом в 2000 фунтов. Если все колеса заблокированы, та же сила потребуется для движения автомобиля в любом другом горизонтальном направлении. До тех пор пока автомобиль катится вперед по прямой, его коэффициент сцепления, который позволяет ему сопротивляться боковым силам, остается неизменным. Как только происходит торможение или разгон, или смена направления движения, возникают силы инерции, которые отнимают часть доступного сцепления или «держака».

В качестве первого примера рассмотрим автомобиль, который уже съехал с прямой линии в поворот, и теперь движется с постоянной скоростью по дуге постоянного радиуса кривизны. При этих условиях автомобиль находится под действием центробежной силы:

где m - масса автомобиля, v - его скорость и r - радиус поворота.

Эта сила направлена вдоль прямой, проходящей из центра кривизны траектории к центру тяжести автомобиля. Она может быть разложена на две компоненты, одна из которых направлена назад вдоль средней линии автомобиля, а другая перпендикулярна ей и по величине и направлению очень близка к самой центробежной силе, если радиус кривой сравнительно велик.

Центробежная сила пропорциональна массе автомобиля и, следовательно, его весу (масса равна отношению веса к ускорению свободного падения), она также пропорциональна силе сцепления автомобиля.

Рис. 17. Линия постоянного радиуса r, вписанная в прямоугольный поворот.

Таким образом, чем легче автомобиль, тем меньше его центробежная сила. Часто высказываемое мнение, что легкие автомобили более опасны, чем тяжелые, поскольку они более склонны к скольжению, совершенно ошибочно.

Гораздо более интересны два других факта: 1) центробежная сила пропорциональна квадрату скорости; 2) она обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории. Предел сцепления, на котором автомобиль начинает скользить, достигается в момент равенства главной составляющей центробежной силы (той, которая действует под прямым углом к средней линии автомобиля) и силы сцепления. Таким образом, центробежная сила будет меньше для данной скорости движения, если полностью использовать ширину проезжей части для увеличения радиуса кривизны траектории движения автомобиля. Тем самым обеспечивается безопасность, и скорость можно ещё увеличивать, пока не будет достигнут предел.

Это именно то, что делается в гонках. Траектория максимального радиуса, которая может быть вписана в данный искривленный участок дороги, начинается как можно ближе к краю проезжей части на внешнем радиусе поворота, направлена внутрь поворота таким образом, что автомобиль проходит внутренний радиус в апексе поворота, затем опять выходит наружу к внешнему краю и подходит к нему по касательной. В этот момент она выпрямляется. Если поворот имеет абсолютно правильную форму, то точка, в которой автомобиль максимально приближается к внутреннему краю, находится в точности посередине траектории. Теоретически это и есть наискорейшая траектория прохождения поворота, если не принимать во внимание фазы входа в поворот и выхода из него, которые будут обсуждаться позже.

Целью гонщика, однако, является не максимально быстрое прохождение того или иного конкретного поворота, а минимальное время прохождения всей трассы в целом. Это может показаться парадоксальным, но это значит, что повороты трассы необходимо проходить чуть медленнее, чем это теоретически возможно. Каждый поворот должен быть рассмотрен без отрыва от прямой, на которую он выводит. Любая трасса состоит из поворотов и прямых участков, на которых автомобиль разгоняется до следующего поворота. Прямая редко имеет достаточную длину, чтобы автомобиль мог разогнаться

Рис. 18. Водитель этого Остина-Хейли не сумел пройти поворот достаточно близко к апексу и перешел в неуправляемое вращение при попытке заставить его следовать по траектории слишком большой кривизны (Гонка Production car, Spa, 1955)

до максимальной скорости. Поэтому движение гоночного автомобиля по трассе в основном состоит из ускорений и торможений. Если для простоты считать, что ускорение автомобиля на прямой постоянно, пока водитель не должен будет снова тормозить, тогда очевидно, что, чем быстрее автомобиль выходит на прямую, тем быстрее будет его средняя скорость на этой прямой до следующей точки начала торможения.

К примеру, водитель выходит на прямую со скоростью 80 миль в час и ускоряется до 160 миль в час до начала следующего торможения, но лучшим водителем будет тот, который выходит на прямую со скоростью 85 миль в час, и на том же автомобиле достигнет 165 миль в час, пока прямая не закончится. В первом примере средняя скорость движения по прямой была 120 миль в час, во втором 125 миль в час. На практике это не совсем так, поскольку ускорение автомобиля падает с увеличением скорости. Однако этот пример показывает, что на достаточно длинной прямой полученный выигрыш в средней скорости может перекрыть проигрыш в результате слегка уменьшенной средней скорости прохождения предшествующего поворота, если это позволяет водителю закончить поворот с большей скоростью и тем самым быстрее пройти прямую.

Мы видели ранее, что наивысшая постоянная скорость на дуге поворота достигается выбором траектории, соответствующей максимальному радиусу, вписанному в данный участок дороги. Для данного радиуса и коэффициента сцепления с дорожным покрытием, имеется соответствующая скорость, которую невозможно превысить без того, чтобы центробежная сила не утащила автомобиль с дороги. В свою очередь это означает, что если автомобиль едет по дуге поворота с максимально возможной скоростью, он не может разгоняться, пока не достигнет конца поворота. Для того чтобы выйти на прямую со скоростью, превышающей максимальную скорость, допустимую в повороте, необходимо ехать по траектории, отличной от рассмотренной выше траектории, обеспечивающей наивысшую скорость в самом повороте. Эта новая траектория проходит по кривой переменного радиуса; в начале поворота она более искривлена, чем первоначальная траектория постоянного радиуса, позволяющая ехать с максимально возможной скоростью; во второй части кривой траектория постепенно распрямляется в кривую большего радиуса, чем первоначальная правильная дуга окружности.

Рис. 19. Траектория переменного радиуса. Кривизна остается приблизительно постоянной между точками 1 и 2, а затем траектория распрямляется.

Благодаря более крутой траектории движения автомобиля в первой части поворота, его скорость должна быть немного меньше, чем та, которую допускает наша первая траектория постоянной кривизны. Однако, как только автомобиль достигнет того места, где траектория начинает распрямляться, можно будет ускорить его движение, поскольку постепенное уменьшение кривизны траектории позволяет постепенно увеличивать его скорость. Таким образом, автомобиль может начать разгоняться до того, как он достигнет конца кривой, и точка выхода из поворота будет пройдена с большей скоростью, чем это позволяла наша первая кривая, разгон на которой до выхода из поворота был невозможен. Тем самым прямая, следующая за поворотом, может быть пройдена быстрее.

Рис. 20. Сплошная линия (постоянного радиуса) касается внутреннего радиуса поворота в апексе. Пунктирная линия (переменного радиуса) касается его после апекса.

Преимущество, которое получается с использованием этого метода, весьма просто понять. Предположим, что автомобилю требуется две секунды, чтобы пройти поворот и затем следует десять секунд прямолинейного движения, пока не потребуется тормозить перед следующим поворотом: таким образом, движение по прямой требует в пять раз больше времени, чем собственно поворот. Если траектория переменного радиуса в повороте приводит к снижению средней скорости в нем на две мили в час, но позволяет увеличить на эти две мили в час среднюю скорость прохождения прямой после поворота, на ней будет сэкономлено в пять раз больше времени, чем потеряно в повороте.

Мы увидим, что вместо касания внутреннего радиуса в апексе (то есть строго посередине поворота, если это поворот постоянной кривизны), наша новая исправленная траектория касается внутренней бровки немного позже.

Рис. 21. Если вход в поворот (в точке А) происходит на максимально возможной скорости, определяемой сцеплением шин с дорогой, автомобиль, движущийся по кривой постоянного радиуса (сплошная линия) не может разгоняться до тех пор, пока дуга поворота не закончится (точка D). Автомобиль, едущий по пунктирной линии переменного радиуса, должен более сильно замедлиться для входа в поворот, потому что кривизна траектории более существенна. Если по сплошной кривой можно ехать со скоростью 80 миль в час, скорость автомобиля на пунктирной линии будет меньше в точке В (скажем, 78 миль в час). Но, начиная с точки С, автомобиль на пунктирной траектории можно разгонять. В точке D, его скорость может уже достичь 85 миль в час, в то время как автомобиль на сплошной кривой еще только будет заканчивать движение по дуге окружности со скоростью 80 миль в час, и только после этого сможет приступить к ускорению. В точках Е и F, и все время вдоль последующей прямой, автомобиль на пунктирной траектории будет ехать быстрее.

Эта точка касания смещается вдоль дуги в направлении выхода из поворота по мере того, как увеличивается неравномерность искривления траектории автомобиля. Насколько сильно реальная траектория, которой следует придерживаться, должна отличаться от идеальной кривой постоянного радиуса, вписанной в данный участок дороги, целиком зависит от возможностей автомобиля. Если он развивает ровно столько мощности, сколько требуется для поддержания движения по идеальной траектории постоянного радиуса с наивысшей возможной для этого радиуса скоростью, и резерва мощности для дальнейшего ускорения нет, тогда с очевидностью следует выбирать именно эту траекторию. Если же автомобиль способен развивать очень большие ускорения, будет разумно весьма значительно увеличить кривизну траектории, для того чтобы получить возможность спрямить ее во второй части кривой, так что возможности ускорения автомобиля были бы максимально использованы. Для реального автомобиля, занимающего промежуточное положение между этими двумя крайностями, наилучшие результаты соответственно получатся с некоторой промежуточной траекторией. Практическая польза от траекторий с ярко выраженной неравномерной кривизной особенно заметна при прохождении «шпилек», которые большинство спортивных автомобилей проходят на первой передаче, обеспечивающей очень быстрое ускорение. В этом методе, однако, возможен перебор. Во многих школах езды слишком настойчиво указывают на необходимость увеличения кривизны траектории в повороте и спрямления ее на выходе. Это приводит к запоздалому входу в поворот, в результате начало траектории имеет гораздо большую кривизну, чем это требуется, а сам поворот проходится фактически по прямой.

Если требуется пройти поворот максимально быстро, тогда необходимо от момента входа в поворот до того момента, когда траектория вновь распрямится, удерживать автомобиль на грани потери сцепления с дорогой, в то же время полностью используя всю ширину дороги. Это значит, что траектория во второй половине поворота должна распускаться лишь настолько, насколько это требуется для поддержания сцепления с дорогой на грани срыва при все возрастающей скорости движения автомобиля. Если траекторию во второй части поворота пришлось спрямить до такой степени, что сцепные возможности автомобиля с дорогой будут использоваться не полностью, это значит, что было потеряно время при входе в поворот по излишне искривленной траектории.

Прохождение поворота

До сих пор мы рассматривали движение автомобиля по кривой траектории приблизительно постоянного радиуса с приблизительно постоянной скоростью. Это значит, что мы пренебрегали силами инерции, которые важны в момент перехода с прямой траектории на кривую или с кривой траектории на прямую, а также всякий раз, когда изменяется радиус кривизны траектории движения автомобиля или же его скорость. Когда автомобиль описывает кривую, он не только катится по кривой линии, но и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Прямолинейно движущийся автомобиль имеет нулевую скорость вращения относительно собственной вертикальной оси; когда он с постоянной скоростью проходит поворот по траектории постоянного радиуса, он также вращается вокруг своей оси с постоянной угловой скоростью. Если пренебрегать потерями на трение, поддержание этого вращения не требует действия на автомобиль каких-либо посторонних сил. Однако автомобиль обладает определенным моментом инерции относительно своей вертикальной оси (так называемая полярная инерция), и для приведения автомобиля во вращение в момент перехода с прямой на кривую должны быть приложены силы. С другой стороны, силы обратного направления необходимы для прекращения этого вращения, когда автомобиль выходит из поворота и переходит к прямолинейному движению.

Наилучшую демонстрацию сил такого типа можно наблюдать, когда автомобиль поднимают на одноопорный подъемник на автосервисе. На этих подъемниках автомобили могут вращаться вокруг вертикальной оси, приблизительно совпадающей с осью, проходящей через центр тяжести автомобиля. Если Вы попробуете повернуть его вручную, Вы почувствуете, что значительное усилие требуется для начала движения, но как только он начнет вращаться, для поддержания вращения требуется совсем небольшая сила, фактически лишь для компенсации потерь на трение в механизме подъемника. Большая сила при начале вращения требуется для преодоления инерции автомобиля; для данного механизма подъемника, эта сила пропорциональна угловому ускорению автомобиля. Пренебрегая трением в механизме, точно такая же сила, развивающая такой же крутящий момент относительно вертикальной оси подъемника (которая, проходит через центр тяжести автомобиля) должна быть приложена в противоположном направлении, если вращение должно быть прекращено с тем же вращательным ускорением, которое было развито при начале вращения.

Если автомобиль переходит от прямолинейного движения на кривую, крутящий момент должен быть приложен относительно вертикальной оси автомобиля, проходящей через его центр масс, для преодоления его инерции и приведения его во вращение. Этот крутящий момент создается силами, действующими через пятна контакта колес автомобиля с дорогой. За счет своей инерции автомобиль сопротивляется приложенному моменту таким образом, что, как только начинается поворот и радиус траектории движения начинает уменьшаться, реакция автомобиля стремится вытащить передние колеса автомобиля наружу поворота и втянуть его задние колеса внутрь поворота. Сила инерции на передних колесах действует приблизительно в том же направлении, что и центробежная сила, если автомобиль слишком резко направляют в поворот. Эта сила инерции плюс часть центробежной силы, приходящаяся на передние колеса, в сумме могут абсолютно превысить силу сцепления передних колес с дорогой, что приведет к скольжению передних колес. В конце поворота, когда траектория движения автомобиля вновь начинает выпрямляться, действующие на автомобиль со стороны силы и силы инерции меняют направление, чтобы прекратить вращение автомобиля вокруг своей вертикальной оси. Сила инерции на передних колесах теперь стремится затянуть их внутрь поворота против центробежной силы, в то время как сила инерции на задних колесах стремится вытолкнуть их наружу и тем самым добавляется к центробежной силе, приходящейся на задние колеса. В теории, если слишком резко распрямить траекторию после дуги поворота, пройденной на грани потери сцепления, можно вызвать скольжение задних колес.

Чем выше полярная инерция, тем больше сил требуется для отклонения автомобиля с постоянного курса и наоборот. Следовательно, автомобиль с малой полярной инерцией при прямолинейном движении будет более подвержен действию каких-либо случайных посторонних сил.

Рис. 22. Чтобы началось вращение автомобиля вокруг его вертикальной оси, к передней и задним осям должны быть приложены силы, которые создадут крутящий момент F₁ l₁ + F₂ l₂. При этом на поверхность дороги со стороны колес будут действовать силы реакции, равные этим силам, но действующие в противоположных направлениях. Эти силы пропорциональны моменту инерции автомобиля относительно его вертикальной оси, проходящей через центр масс автомобиля. Они растут пропорционально квадрату ускорения вращательного движения, т.е. углового ускорения.

Рис. 23. Когда автомобиль начинает вращаться, боковая составляющая F₁ центробежной силы F действует в том же самом направлении, что и сила реакции F_r1 на передней оси автомобиля, созданная моментом инерции автомобиля, и в направлении, противоположном действию силы F_r2 действующей на заднюю ось автомобиля. Тем самым, автомобиль оказывается склонен к скольжению передних колес.

Он будет более «живым», чем автомобиль с большой полярной инерцией. Он также будет быстрее реагировать на любые действия рулевого колеса. Поэтому при конструировании современных гоночных автомобилей стремятся максимально уменьшить полярную инерцию. Это достигается сосредоточением всех тяжелых компонентов (двигатель, коробка передач, топливные баки, водитель) вблизи центра тяжести. Для автомобилей спортивного класса такие быстрые реакции не всегда желательны, особенно если они предназначены для пользователей, не имеющих необходимых навыков обращения с таким автомобилем. Такие автомобили более спокойны при движении по шоссе, где устойчивость прямолинейного движения является основным требованием.

Но даже автомобиль, имеющий малую полярную инерцию, не может мгновенно изменить направление движения. Его необходимо постепенно переводить на кривую траекторию и уводить с нее. Это в свою очередь означает, что траектория максимального радиуса кривизны, вписанная в тот или иной поворот, не может начинаться и заканчиваться строго на внешнем крае дороги, как это до сих пор предполагалось. Это относится и к предложенной нами модифицированной траектории, имеющей слегка увеличенную кривизну вначале и постепенно распрямляющую во второй части поворота. В обоих случаях, автомобиль должен управляться плавно, но максимально быстро и точно, насколько это возможно. Траектория при этом должна начинаться на самом внешнем краю дороги и постепенно выходить на кривую необходимого радиуса кривизны.

Переходная кривая

Есть способ плавно войти в поворот, при этом траектория необходимой кривизны будет начинаться от самого внешнего края дороги. Многие гонщики используют ее, не задумываясь о его смысле в полной мере, а просто чтобы не ехать слишком долго всего лишь в нескольких дюймах от края дороги, пока они не войдут в поворот. В результате на подходе к повороту они двигаются по траектории, под малым углом приближающейся к внешнему краю дороги, направленной в точку, где должен произойти переход на кривую необходимого радиуса. Для того чтобы пройти внешний край дороги по касательной траектории, поворот должен быть начат немного раньше, чем это делалось бы при движении параллельно внешнему краю. Тем самым пилот получает возможность поворачивать на траекторию требуемой кривизны постепенно. При этом она будет начинаться строго в точке касания внешнего края, и ширина дороги будет использована полностью.

Рис. 24. Переходная кривая (от А до В) постепенно переводит автомобиль на траекторию требуемой кривизны, начинающуюся в точке В.

Опытный водитель, когда он едет действительно быстро, при приближении к закрытому скоростному повороту автоматически начинает покачивать рулевое колесо из стороны в сторону быстрыми движениями очень малой амплитуды. Хотя он делает это инстинктивно, очень немногие водители знают, что цель этих движений - сообщить автомобилю колебательное движение малой амплитуды, достаточное для небольшого рысканья. При этом автомобиль проще будет направить в поворот, когда водитель примет решение это сделать. На самом деле, автомобиль при этом движется по серии небольших переходных кривых, из которых водитель выбирает ту, которая кажется ему наиболее подходящей для входа в предстоящий поворот.

Связка поворотов

В связке повороты противоположного направления следуют друг за другом со слишком малыми промежутками, чтобы можно было обеспечить правильное положение автомобиля на входе в каждый из них по отдельности. Согласно принципу, по которому скорость на выходе из поворота важнее скорости в нем самом, связка поворотов должна проходиться таким образом, чтобы иметь максимальную скорость на выходе из последнего поворота в связке. При этом выигрыш времени на последующей прямой будет максимальным. Это значит, что предпоследний поворот в связке необходимо пройти таким образом, чтобы автомобиль на выходе из него находился не снаружи поворота, а близко к внутреннему радиусу, так чтобы последний поворот в связке был бы пройден в наилучших возможных условиях.

Рис. 25. Переходная кривая. Айртон Сенна за рулем Хонды МакЛарен только что начал правый поворот от края дороги. Автомобиль на заднем плане едет по той же самой траектории, по которой подошел к повороту Айртон Сенна.

Скорость в предпоследнем повороте, таким образом, приносится в жертву траектории в последнем повороте связки. Траектория во всех предыдущих поворотах, разумеется, должна обеспечивать разумный компромисс между максимальным использованием ширины трассы на выходе из предыдущего поворота и правильной позицией автомобиля на входе в следующий. Траектория, по которой следует ехать, зависит полностью от расстояния до следующего поворота противоположного направления и доступных возможностей коррекции положения автомобиля на трассе перед входом в него. Хороший водитель всегда находит абсолютно плавную и гладкую траекторию на любом участке трассы - и никогда не едет по ломаной линии.

Рис. 26. Правильная траектория в S-образном повороте, выбранная Рикардо Патрезе и Терри Баутсеном на Рено-Вильямс.

(трасса Пауль Ричард, Гран-при Франции, 1990).

Использование дополнительных преимуществ дорожного профиля

До сих пор мы полагали, что трасса является полностью плоской и горизонтальной, но такое возможно только на аэродромных трассах. Обычные дороги, как правило, имеют слегка выпуклый профиль, чтобы с них стекала дождевая вода, так что внутренняя часть поворота наклонена внутрь. Таким образом, в повороте имеется некоторый уклон. На современных специально сконструированных шоссе повороты имеют уклон по всей ширине.

Такой уклон позволяет значительно увеличить скорость в повороте, как показано на рис. 27 и 28. Для простоты мы будем считать коэффициент сцепления равным единице. Такой коэффициент сцепления возможен на трассах со специальным покрытием. Это значит, что сила сцепления автомобиля равна его весу W.

Сначала предположим, что автомобиль стоит на дороге с уклоном, тогда его вес W можно разложить на боковую силу, параллельную поверхности дороги, F_1w, и силу, параллельную вертикальной оси автомобиля F_vw. Эта сила F_vw меньше веса автомобиля W, откуда следует, что наклон дороги уменьшает силу сцепления автомобиля на величину W-F_vw. С другой стороны, боковая компонента веса стремится стащить автомобиль вниз с уклона, и это реально происходит, если уклон превышает 45 градусов (или даже меньше, если коэффициент сцепления меньше единицы, как это обычно бывает на самом деле).

На автомобиль, движущийся по траектории в повороте, действует другая система сил, порожденных центробежной силой F_c. Она также может быть разложена на боковую составляющую F_1c, действующую параллельно поверхности дороги, и силу, параллельную вертикальной оси автомобиля (т.е. перпендикулярную поверхности дороги) F_vc. Чем круче уклон на повороте, тем при данной центробежной силе F_c меньше ее боковая компонента F_1c и тем больше ее вертикальная компонента F_vc, которая приводит к увеличению силы сцепления автомобиля с дорогой.

В гоночной езде, целью является быстрое прохождение поворота, приводящее к большим центробежным силам. В этом случае:

а) F_vc всегда больше чем W-F_vw, из чего следует, что сцепление автомобиля с дорогой увеличивается, и можно увеличить также и скорость в повороте;

б) F_1c не только меньше, чем собственно центробежная сила F_c, но ей противодействует сила F_1W, так что равнодействующая сила, которая стремится вытянуть автомобиль из поворота, значительно меньше, чем центробежная сила, которая действовала бы на автомобиль в повороте без уклона.

В результате всего этого на повороте с уклоном увеличивается сила сцепления, а также уменьшается боковая сила для данной скорости. Это позволяет двигаться значительно быстрее при том же радиусе поворота, даже если уклон составляет всего лишь несколько градусов. Водитель, безусловно, должен стараться извлечь максимальную выгоду из этого, и соответственно выбирать траекторию движения.

Если, например, дорога имеет выпуклый профиль, в результате чего на внешнем краю дороги уклон отрицателен, это приводит к эффектам, обратным тем, которые мы только что рассмотрели. При этом они столь же вредны, сколь полезны при правильном уклоне дороги. В таких случаях необходимо любой ценой избегать движения по внешнему краю дороги, считая дорогу более узкой, чем это есть в действительности.

Рис. 27. Дорога выпуклого профиля

Рис. 28. Правильно сконструированный поворот.

Более того, кривизна траектории в повороте должна быть согласована с изменением поперечного уклона трассы. Кривизна должна увеличиваться по мере того, как траектория движения сближается с внутренним краем дороги, и снова уменьшаться после прохождения апекса поворота, когда автомобиль снова возвращается на середину трассы.

Профиль правильно сконструированного поворота имеет на внешнем радиусе сравнительно малый поперечный уклон, но все же более крутой, чем на его внутреннем радиусе. Такой поворот требует совершенно другой техники прохождения. В этом случае траектория имеет максимальную кривизну в начале и в конце поворота, где поперечный уклон максимален. На внутреннем радиусе поворота, где уклон минимален, траектория спрямляется.

Для водителей, не имеющих гоночной практики, иногда трудно оценить важность правильного использования особенностей профиля трассы. Это становится наиболее очевидным на льду, при слегка выпуклой дороге, когда по внутреннему краю можно ехать со скоростью, двигаться с которой по вершине дорожного профиля невозможно.

До сих пор мы имели дело с небольшими поперечными уклонами, поскольку они встречаются на обычных дорогах или дорожных гоночных трассах. Длинные и крутые повороты с уклоном, обычно образующие полуокружность, соединяют пару прямых на гоночных или испытательных трассах типа трасс Монтлери и большинства трасс для измерения скорости. Такие повороты требуют совершенно иной техники езды. На треке описанного типа даже очень малое увеличение радиуса кривизны траектории обеспечивает преимущество перед традиционной техникой входа в поворот по широкой траектории, срезки поворота по апексу и широкого выхода из поворота, поскольку срезка по апексу означает, что автомобиль в это время едет почти по горизонтальному участку трассы, вместо того, чтобы использовать уклон дороги на протяжении всего поворота.

По дороге с правильно выполненным уклоном автомобиль можно вести с очень большой скоростью, не опасаясь действия каких-либо боковых сил, стремящихся перевести автомобиль в скольжение и увести его с траектории. Для того чтобы добиться этого, водитель должен удерживать автомобиль на такой траектории, где при данной выбранной скорости угол уклона таков, что боковые компоненты F_1w и F_cW, созданные весом автомобиля и центробежной силой соответственно, компенсируют друг друга. Эта траектория не только наиболее безопасна, поскольку она исключает любые возможности скольжения, но также и максимально быстрая, поскольку при этом отсутствуют боковые силы на покрышках, поглощающие мощность. Однако для медленных автомобилей, которые вынуждены придерживаться нижнего края уклона, наискорейшая траектория может иногда находиться где-то между траекторией наименьших боковых сил и кратчайшей кривой в повороте, т.е. его внутренним радиусом.

Благодаря тому, что подверженный действию боковых сил автомобиль стремится к отклонению от своей траектории в направлении действия этих сил, водителю очень просто найти траекторию на уклоне, вдоль которой при данной скорости движения все боковые силы компенсируют друг друга. Он должен очень слабо придерживать рулевое колесо, позволяя автомобилю занять место там, откуда не будет смещаться ни наружу, под действием центробежных сил, ни внутрь, за счет гравитации.

Рис. 29. Автор объясняет водителю Порше на курсах гоночной езды, как следует зацепляться внутренним передним колесом за обочину дороги для сокращения кривой и создания эффекта уклона при движении автомобиля по нижнему уровню дороги.

Другими словами, автомобилю нужно дать возможность самому найти правильную траекторию. Все, что водитель должен делать, это переводить его с прямой на поворот с уклоном по траектории, соответствующей правильному положению автомобиля на повороте, так, чтобы его не требовалось перемещать выше или ниже, если он уже находится на кривой.

Поскольку на трассе с уклоном быстрые автомобили должны в повороте ехать выше, менее быстрые автомобили следует обгонять всегда сверху.

Если на правильно построенной трассе с уклонами боковые силы, стремящиеся стащить автомобиль с траектории, могут быть полностью скомпенсированы, на больших скоростях возникает другая трудность вследствие составляющей центробежной силы F_vc, действующей перпендикулярно трассе. Она увеличивает силу, с которой автомобиль действует на дорогу, эквивалентно весу машины и это увеличивает нагрузку на колеса, шины, подвеску и кузов.

Рис. 30. Феррари Оливера Гендебина на уклоне трассы в Монтлери. При ближайшем рассмотрении рисунка можно заметить, что подвеска почти полностью сжата центробежной силой, прижимающей автомобиль к треку.

Можно вычислить, что в случае полной компенсации боковых сил на уклоне в 45 градусов (т.е. когда центробежная сила равна весу автомобиля), полная сила, с которой автомобиль опирается на дорогу, превышает его собственный вес в 1,4 раза. Это условие достигается для кривой радиуса 250 метров (820 футов), на скорости в 178 км/ч (111 миль в час). Если для компенсации боковых сил, автомобиль требуется вести выше по уклону, силы, прижимающие его к дороге, значительно увеличиваются. Для центробежной силы, равной двукратному весу автомобиля, требуется уклон в 64 градуса. При этом сила, с которой автомобиль опирается на поверхность трассы, превышает его собственный вес в 2,25 раза. На кривой радиуса 250 м (820 футов) это происходит на скорости 252 км/ч (157 миль в час), что может быть опасно для деталей подвески и шин, если они специально не подготовлены.

Спортивные автомобили и особенности их вождения
Пол Фрере