Авторский

Жесткость избыточной не бывает. Вообще я (и не только я) считаю, что чем жестче – тем лучше. Лучше для всех, и прежде всего – для самого водителя.

Я в основном о жесткости кузова автомобиля. Большинство людей придают большое значение настройкам подвески (жестче – значит, лучше управляемость) или, скажем, мощности мотора. Но если честно, жесткость кузова гораздо важнее обоих этих параметров. Потому что когда она есть, машина становится одновременно и более управляемой, и более комфортной, и более долговечной. Очень скоро мы выясним, что многие недостатки вазовских машин сопряжены именно с низкой жесткостью кузова.

Жесткость – это способность конструкции сохранять форму под нагрузкой. Применительно к автомобильным кузовам чаще всего пользуются понятием жесткости на кручение, которая измеряется в Н*м на градус. Чем она выше, тем лучше кузов противостоит скручивающимся нагрузкам, которые на него действуют. Самый наглядный пример – наезд одним колесом на бордюр, отчего у иных машин перестают открываться двери – их перекашивает в проемах из-за низкой жесткости кузова. Производители иногда обращают внимания журналистов, заставляя их вывешивать машину по диагонали и хлопать дверями – зырьте, дескать, какой бронепоезд получился.

У "Таурега" - почти 25 000 Н*м/град. Он в пять раз жестче "Жигулей"

Понятно, что жесткость важна не только ради возможности беспрепятственно парковаться на бордюре. От нее очень сильно зависит управляемость машины, потому что если силовой каркас податливый, в поворотах начнут «плыть» точки крепления подвески, а вместе с ней выйдут из расчетных коридоров углы установки колес, нарушится пятно контакта и далее по списку… Скажем, инженеры хотят улучшить управляемость установкой более жестких пружин и амортизаторов. Но если кузов изначально хлипковат, это не пойдет впрок, ибо под нагрузкой «гнуться» начнут не пружины, а сама несущая часть. Это все равно что нажимать мелкие кнопки в мохнатых перчатках: деформироваться будут перчатки, а не кнопки.  

Для спортивных машин жесткость на кручение вообще является чуть ли не важнейшей характеристикой кузова, потому что помимо прочего от нее зависит возможность добиться правильного баланса управляемости (снос, занос и т.п.).  Поэтому у Porsche 911 жесткость раза в полтора выше, чем у семейного хетча, а у Bugatti Veyron достигает невероятных 60 000 Н*м/град.

От жесткости зависит и комфорт. Это ответ на вопрос, почему иногда машина с претензией на спорт, вроде BMW 3, кажется чуть ли не более комфорной, чем в кость обывательская «Лада Калина». Конечно, влияют и колеса большего диаметра (они менее чувствительны к мелочам), и более дорогие амортизаторы. Но во главе угла – жесткость кузова. Потому что от нее зависят собственные частоты и амплитуды колебаний кузова. Условно говоря, хлипкий кузов даже на мягкой подвеске вибрирует, как желе, причем в том частотном диапазоне, который воспринимается человеком. Скажем, у жесткого кузова собственная частота может быть 50 Гц, а у слабого – 8 Гц. А 8 Гц очень дурно осязаются нашими внутренними органами (хотя это зависит от комплекции человека).  

Наконец, чем жестче кузов, тем он долговечнее – меньше нагрузка на сварные швы, крепеж, интерьерные детали. Одна из причин пресловутой скрипучести кузова «четырки-пятнашки» - в таблице ниже. Жесткость на кручение была рекордно низкой, что вкупе со слабым качеством населяло эти машины «сверчками» прямо с завода.  

Для современных машин нормальным уровнем жесткости считается 20 000 Н*м/град, спортивные обычно переваливают за 30 000. В отдельной лиге играют спорткары, в кузова которых вварены каркасы, или с карбоновыми монококами – здесь и 50 000 не предел. Сравнительно низкой жесткостью отличались рамные внедорожники, но именно для бездорожья скручиваемость рамы иногда шла на пользу – больше угол скрещивания осей. Однако на асфальте при ежедневной эксплуатации низкая жесткость – это зло, поэтому сегодня почти все новые внедорожники имеют несущий кузов и управляются почти как легковушки. Mitsubishi Pajero III поколения, отказавшись от лестничной рамы, по словам создателей, стал жестче в четыре раза (хотя точных цифр они не приводят - видимо, чтобы не пугать низкой жесткостью II поколения).

Вообще сделать кузов жестким – гораздо более сложная задача, чем кажется на первый взгляд. В первую очередь мешают «дыры»: проемы для дверей и стекол, которые размыкают силовую структуру кузова и резко снижают его прочность. Поэтому купе или трехдверные хетчи при прочих  равных жестче, чем седаны, и поэтому машины с акцентом на спортивность или комфорт стараются строить на базе непрактичных кузовов, вроде купе (это не единственная причина, но все же).  Жесткость кузова возрастает после вклейки лобового стекла, при закрытых дверях, а еще – при установленной спинке заднего сиденья. Играет роль каждая мелочь.

Кабриолеты зачастую тяжелее машин, на базе которых они построены, потом что срезание крыши катастрофически роняет жесткость кузова, который приходится усиливать «понизу» - это и увеличивает массу. Как-то я ездил на самодельном кабриолете на базе и без того хилой ВАЗ-2108. Его «вырубили болгаркой», то есть никакого усиления кузова сделано не было, и на ходу он был ужасен, как плохой велосипед: плохо слушался руля, дергался, дребезжал и, наверное, напоминал первые аэропланы. Летишь не до аэродрома, а пока крылья не отвалятся.

Жесткость можно повысить, например, установкой всевозможных растяжек между опорами стоек подвески, чем часто (и вполне успешно) пользовались владельцы «вазиков» - могу подтвердить, обратная связь на руле и его точность возрастают вполне ощутимо. Конечно, торсионная жесткость – параметр несколько условный, ибо есть еще, например, жесткость крепления рулевой рейки. Но это уже детали.

Современные машины проектируются с прицелом на высокую жесткость, и поскольку возможности ее повышения за счет формы кузова почти исчерпаны, инженеры все больше увлекаются высокопрочными сталями. Задача ведь не только повысить жесткость на кручение, но и снизить одновременно массу.

Жесткости материалов различаются очень сильно, и для инженеров наиболее важной характеристикой является удельная жесткость - то есть ее отношение к плотности материала. Чем она выше, тем более жесткую и легковесную конструкцию можно создать. Так, например, углеродные волокна имеют в несколько раз лучшие характеристики, чем обычная сталь, но углеволоконные (карбоновые) кузова пока слишком дороги для массового производства. А вот в гоночных сериях и суперкарах их используют повсеместно.

Напоследок уточню, что жесткость на кручение относится к несущей части кузова, которая «держит» на себе подвески, рулевое и другие элементы автомобиля. Но требования высокой жесткости не относятся к деформируемым структурам  кузова, которые влияют на безопасность (скажем, передним частям лонжеронов, поперечин и так далее). Здесь важнее не жесткость, а способность материала поглощать энергию при ударе.

А кузов должен быть жестким. Вот табличка, и если брать машины, на которых мне довелось поездить (кроме «Вейрона, гы-гы), то могу заверить: примерно в таком же порядке они бы выстроились и по таким параметрам, как управляемость и соотношение комфорта к управляемости.

Жесткость кузова некоторых автомобилей