При рассмотрении характеристик транспортного средства вес является одним из наиболее важных факторов в уравнении. Более тяжелые автомобили потребляют больше энергии для разгона и их труднее остановить. Их также сложнее контролировать в поворотах. В целом, все, что утяжеляет автомобиль, обычно имеет массу недостатков как в производительности, так и в эффективности. Вы хотите, чтобы ваша гоночная машина была как можно легче.
Тем не менее, время от времени автопроизводители находят причины намеренно увеличивать вес автомобилей. Мы рассмотрим пару ключевых примеров и обсудим, почему это странное дизайнерское решение иногда может быть именно тем, что заказали инженеры.
Вибрация
Любой, кто прошел курс по вибрациям в университете, знает, что добавление массы обычно меняет ситуацию к лучшему в том, что касается вибраций. Большая масса снижает собственную частоту системы. В транспортном средстве, если собственная частота шасси или подсистемы падает ниже, чем частота возбуждения от таких вещей, как дорога, вибрации трансмиссии или двигателя, вибрации, ощущаемые во всем транспортном средстве, могут резко уменьшиться.
Примерно до 1968 года некоторые модели Porsche 911 устанавливали пары 27-фунтовых грузов на передний бампер, чтобы сбалансировать вес 6-цилиндрового двигателя, установленного сзади.
Распространенный пример - Porsche 912E, в котором плавно работающий шестицилиндровый двигатель заменен на грохочущий четырехцилиндровый двигатель Volkswagen. При проектировании автомобиля для установки этого двигателя инженеры Porsche решили добавить изрядный 12-фунтовый груз под поперечину трансмиссии. Вес указан как «демпфер вибрации» и, вероятно, изменяет собственную частоту заднего подрамника настолько, что она становится ниже частоты вибраций, создаваемых двигателем. Добавление двенадцати фунтов собственного веса к дешевому низкопроизводительному «спортивному» автомобилю имеет малозаметный отрицательный эффект, но может изменить ощущение утонченности, если меньше вибрации будет передаваться от двигателя в кабину.
Porsche не единственные, кто провернул такой трюк. Toyota использовала груз на болтах на некоторых моделях Hilux для снижения вибрации трансмиссии, прикрепленный к раздаточной коробке или используемый для подавления чрезмерной вибрации. При весе около шести фунтов этого было достаточно, чтобы иметь существенное значение. Между тем, добавленный вес вряд ли будет заметен на транспортном средстве, снаряженная масса которого превышает 3480 фунтов.
Volkswagen включал аналогичный элемент весом около 25 фунтов в заднюю часть моделей Golf Cabrio середины 90-х годов. «Задняя дополнительная масса», по-видимому, была включена для уменьшения вибраций.
Эта техника используется и по сей день, хотя часто менее очевидным образом. Инженеры усердно работают над снижением шума, вибрации и резкости в новых моделях, известных в отрасли как «NVH». Прихватка большого куска металла а-ля 912E - это быстрый способ решить проблему вибрации в существующей модели. Однако, если вы проектируете автомобиль с нуля, вы можете быть аккуратнее в своей работе. Рамы и поперечины могут быть спроектированы с более толстыми поперечными сечениями, или можно добавить дополнительный материал к таким вещам, как опоры двигателя или кронштейны, чтобы более тонко изменить картину. Однако, если автомобиль приближается к производству и нет времени менять пресс-формы для других деталей, иногда прикрепляют небольшой груз на болтах, чтобы подавить эти неприятные маленькие вибрации.
Автопроизводители иногда идут еще дальше. Dodge установила активные демпферы массы, которые раскачивают вес не по фазе с вибрациями, создаваемыми двигателем в их грузовиках RAM. Тряска от этих весов разрушительно мешает тряске двигателя и при правильной настройке может сильно снизить вибрации по всему шасси автомобиля.
Массовые амортизаторы использовались и в автоспорте: команда Renault Formula 1 впервые применила эту технологию в 2005 году, прежде чем она была объявлена вне закона руководящим органом этого вида спорта. В этом случае демпфер состоял из 19-фунтового диска, который мог перемещаться в вертикальной плоскости, удерживаемый на месте пружинами, при этом его движение амортизировалось маслом. Диск помогал поглощать энергию автомобиля, наезжающего на неровности, почти так же, как настроенные массовые демпферы помогают уменьшить колебания, ощущаемые в небоскребах, и считался значительным конкурентным преимуществом для команды, пока его не запретили участвовать в соревнованиях.
Небольшие грузики, такие как этот пример, весом 25 грамм, используются для балансировки колес и шин во избежание вредных вибраций.
Конечно, мы не можем забывать, что одним из наиболее распространенных случаев увеличения веса автомобиля является балансировка колес. Шины и диски не всегда имеют идеально однородную конструкцию и могут иметь утолщения. Поверните их на полную скорость, и вы получите всевозможные ужасные толчки и вибрации по всей машине. Однако с помощью балансировочного станка можно прикрепить несколько грузов, чтобы сбалансировать все это.
Баланс
Иногда к транспортному средству добавляются большие веса, чтобы улучшить баланс и сцепление с дорогой. Отличным примером является грузовик Willys FC-150 1957 года выпуска, на задние колеса которого приходится 265 фунтов веса. В этом случае у грузовика, как было задумано, двигатель и пассажирская кабина расположены далеко впереди шасси, а это означает, что весь вес сильно смещен вперед. Это имеет довольно негативный эффект, заставляя автомобиль поднимать задние колеса при резком торможении, и в целом делает транспортное средство неуравновешенным и трудноуправляемым. Решение было очевидным: поставить сзади большой груз, чтобы колеса оставались на земле.
Балласт часто используется на тракторах для увеличения сцепления или противовеса тяжелых передних или задних навесных орудий. Тот же принцип иногда используется на пикапах для поддержания сцепления на скользкой дороге.
Конечно, это очень простое решение. Еще в 1950-х годах такие мелочи, как экономия топлива и эффективность, просто не приходили в голову. Таким образом, было легко надеть вес и покончить с этим. В наши дни грузовики спроектированы с немного большей утонченностью и обычно достаточно тяжелы, поэтому в таких очевидных мерах нет необходимости. Несмотря на это, по-прежнему важно, чтобы распределение веса автомобиля было правильным, независимо от того, загружено оно или нет, для поддержания хорошей управляемости.
На самом деле, когда дело доходит до пикапов, распространенным решением для увеличения тяги зимой является просто добавление фиктивного груза в кузов. Несколько сотен фунтов песка или асфальтоукладчиков помогут уменьшить заедание или раскручивание задних колес на снегу. Экономия топлива обходится дорого, но если грузовик не попадает в сугроб, вы значительно экономите на буксировке, чтобы компенсировать это.
Аналогичные меры часто используются на тракторах, чтобы помочь им тянуть навесное оборудование и не терять сцепление на вязкой местности. Их можно наносить на рамы в передней или задней части трактора или даже непосредственно на сами колеса, помогая увеличить усилие, прижимающее шины к земле для большего сцепления. Они могут весить тысячи фунтов на верхнем уровне.
Не все так плохо
Колесные утяжелители помогают усилить сцепление трактора в сложных условиях.
Как оказалось, лишний вес - это не всегда плохо. Если небольшой дополнительный вес помогает сократить раздражающие вибрации или решить некоторые сложные проблемы с управлением, обычно это стоит компромисса.
Если вы соревнуетесь в автоспорте и нуждаетесь в максимальной производительности, имеет смысл уменьшить вес до последней капли. Тем не менее, для ежедневного использования в дороге и в других местах часто требуется немного больше, чтобы решить некоторые инженерные проблемы!