Секреты быстрой езды или нейтральный апекс

Автором данной статьи является Александр Крамарский, помимо своего прошлого в картинге и на формуле Александр увлекается симрейсингом, в котором он проводит многочасовые стримы по настройке машин, обучению, разбору трасс и просто гонок на высоком уровне. В этой статье он расскажет, какие фундаментальные знания необходимо знать, чтобы стать быстрее. И не важно, симрейсинг это или реальный автоспорт.

Подписывайтесь на соц. сети Александра Крамарского и учитесь ездить быстро

«Волшебные траектории»

Многие начинающие пилоты не знают почему они проигрывают более быстрым и более опытным соперникам. У многих из них возникают вопросы: «Почему они едут быстрее чем я? Как надо ехать, чтобы быть быстрее?» Первое, что сразу же становится заметно при наблюдении за более быстрыми соперниками, они едут по каким-то особенным траекториям. Хотя, открою вам небольшой секрет, «волшебные траектории» не отвечают на вопрос – «как?». Они отвечают на вопрос – «где?». По этим траекториям еще надо уметь проехать, и это, как вы очень скоро поймете, намного сложнее, чем найти эти самые траектории. Но обо всем по порядку. Что же это за «волшебные траектории», что при движении по ним можно ехать намного быстрее? Давайте разбираться.

Как уже ранее было описано, автомобиль движется по законам физики. Любой объект в пространстве движется либо прямолинейно, либо криволинейно, а также может вращаться в разных плоскостях. При движении любой объект обладает скоростью движения. Скорость движения и траектория движения могут меняться, в зависимости от того, какие силы прикладываются к объекту. В нашем случае «объект», это автомобиль. Для того, чтобы было проще разобраться с основными законами движения автомобиля, надо держать в уме, что водитель должен контролировать три (3) основных параметра:

Скорость движения.
Радиус дуги, по которой движется автомобиль.
Скорость и направление вращения автомобиля вокруг центра тяжести.

Скорость движения по дуге и её радиус, если сила сцепления шин, и масса автомобиля не меняются, строго связаны друг с другом и определяются формулой - Fц=mV2/R или её упрощенным видом - R=aV2. Скорость движения автомобиля может увеличиваться (разгон), уменьшаться (торможение/замедление), или не меняться (равномерное движение по окружности). Именно по этому показателю (изменение скорости), определяют в какой фазе прохождения поворота находится автомобиль. Существует всего 3 основные фазы прохождения поворота:

Фаза торможения/замедления (при которой скорость уменьшается).
Средняя фаза (при которой скорость не меняется).
Фаза разгона (при которой скорость увеличивается).

На рис.1 красным обозначена фаза замедления – отрезок от точки «Т» до точки «А», синим – средняя фаза от точки «А» до точки А1, зеленым – фаза разгона от точки А1 и далее. Это тот самый рисунок «базовой» предельно упрощенной траектории прохождения поворота с апексом по середине поворота (нейтральным апексом). А на рис.2 рядом представлен график скорости, который будет соответствовать данной траектории.

Если мы введем к данным трем фазам еще одну фазу прохождения поворота – фазу «затяжного торможения» Trail Braking, то мы получим уже вот такую рис. 3 упрощенную траекторию движения, которая обозначена на рисунке снизу. Это прохождение поворота с использованием «затяжного торможения» и «нейтральным апексом». А рядом с этим рисунком рисунок графика скорости, который будет соответствовать этой траектории.

Далее такой способ прохождения поворота я буду называть «оптимальным». При прохождении поворота по данной траектории торможение начинается от точки Т2 до точки B, после чего следует фаза торможения в дугу от точки B до точки С, после чего следует средняя фаза от точки С до точки D, далее разгон на дуге от точки D до точки E (не самый интенсивный, учитывая круг трения и соответствующие замедляющие моменты, которые этому соответствуют), после чего следует дальнейшее движение по прямой.

Если наложить эти две траектории, то мы увидим рис.5 и рис.6

Давайте более подробнее рассмотрим именно эти объединенные рисунки, которые были сделаны в графическом редакторе и их наложение можно рассматривать как абсолютное.

Надо сразу отметить, что у траектории с использованием «затяжного торможения» средняя фаза обладает дугой меньшего радиуса, следовательно, скорость в ней будет меньше. Но, поскольку зависимость между скоростью и радиусом определяется формулой центростремительного ускорения — Fц=mV^2/R , то она не линейная, а квадратичная. То есть при уменьшении радиуса дуги на один порядок, скорость уменьшается на корень квадратный из него. В нашем случае радиусы дуг отличаются приблизительно на 15%. Следовательно, скорость упадет приблизительно на 4% - не так уж и много. Что и отражено на графике скорости – она у синей траектории, которая обозначает скорость при прохождении по траектории с «затяжным торможением», ниже, чем скорость у красной, «базовой» траектории. Однако «затяжное торможение» в поворот, пусть даже и менее интенсивное чем торможение по прямой (хотя это и не всегда так, но об этом позже), все равно позволяет сдвинуть точку торможения ближе к повороту и, порой, очень значительно. Следовательно, на протяжении всей зоны торможения скорость автомобиля будет выше, за исключением короткого участка около «входа» в «среднюю фазу». А поскольку на выходе из поворота мы можем начинать распрямлять траекторию раньше, то и разгон у нас начинается раньше и, если крутящий момент двигателя позволит достаточно интенсивно разгонять автомобиль, то к выходу на прямую у нас будет скорость выше чем в случае прохождения поворота по «базовой» траектории. В итоге мы получаем выигрыш на входе в поворот, проигрыш в средней фазе и выигрыш на разгоне и всей следующей прямой. Поэтому отсюда вытекают некоторые правила при построении оптимальной траектории:

Чем длиннее зона замедления, тем больше выигрыш при «затяжном торможении».
Чем короче средняя фаза, тем позже мы можем начинать тормозить и глубже затягивать торможение в поворот.
Чем короче средняя фаза, тем раньше мы можем начинать разгоняться.
Чем более интенсивно машина может разгоняться на выходе из поворот, тем больше возможен выигрыш на разгоне при прохождении по «оптимальной» траектории.
Чем короче средняя фаза, тем меньше минимальная скорость при прохождении поворота.

И обратные правила:

1.1. Чем короче зона замедления, тем меньше выигрыш при «затяжном торможении»

2.1. Чем длиннее средняя фаза, по каким-либо причинам, тем раньше надо тормозить и раньше прекращать торможение.

3.1. Чем длиннее средняя фаза, тем позже мы можем начинать разгоняться.

4.1. Чем менее интенсивно машина может разгоняться, тем меньше шансов получить выигрыш на выходе при прохождении по «оптимальной» траектории.

5.1. Чем длиннее средняя фаза, тем выше «минимальная» скорость прохождения поворота.

Рассмотрим эти моменты более детально. Давайте сразу определим, что данные траектории движения – упрощенные. По ним будет двигаться не передняя ось, и тем более не передний бампер или антикрыло, а центр масс автомобиля. Сила сцепления шин и вес автомобиля у нас не меняются, а поворачиваемость автомобиля близка к «нейтральной» на всех режимах. Так же в данной схеме не учитываются «перераспределение веса» автомобиля и возникающие при этом крены, задержки отклика, «убегающие» углы установки колес и много чего еще. Хотя, честно говоря, они если и влияют на траекторию, то не значительно. И еще одно не маловажное уточнение – мы не превышаем силу сцепления шин с дорогой и не доводим машину до скольжения. Отдельно хочется отметить, что мы рассматриваем изменение скорости в физическом смысле этого понятия, а не нажатие на педали газа или тормоза. Есть приемы, которые гасят скорость автомобиля даже без нажатия на педаль тормоза, а нажатие на педаль газа не всегда приводит к разгону автомобиля. Именно поэтому я использую термин – «замедление», а не «торможение».

Равномерное движение по окружности у нас определяется формулой центростремительной силы - Fц=mV^2/R

Если сила сцепления и масса автомобиля не меняется, то её можно упрощенно записать как R=aV^2

Эта формула является стандартной квадратичной функцией y=ax^2.

График этой функции – парабола. Парабола разной степени «выпуклости», в принципе и есть почти идеальная траектория при прохождении поворота начиная с зоны «затяжного торможения». Благодаря тому, что у современных автомобилей очень эффективные тормозные системы, которые «мощнее» чем сила сцепления шин с дорогой, то мы можем в зоне торможения по прямой почти всегда использовать весь потенциал силы сцепления шин с дорогой и весь потенциал «круга трения» для замедления. Далее начинается «затяжное торможение» с траекторией похожей на параболу с разной степенью выпуклости и входом в какую-то «эффективную» «среднюю фазу». Степень этой выпуклости зависит таких факторов как: сила сцепления шин с дорогой, скорости «отпускания» педали тормоза, замедляющей составляющей от «углов увода», скольжения шин, циркуляции мощности от блокировки дифференциала или задней оси у картов и машин с заблокированным дифференциалом, и других особенностей автомобиля и дороги. Этот момент почти невозможно просчитать «на бумаге». Это должен либо пилот чувствовать исходя из своего опыта или таланта, либо с помощью метода «научного тыка» найти оптимум для данных условий, настроек и особенностей своего автомобиля и своего стиля пилотирования. Это одна из тех частей «гоночного искусства», которая и отделяет чемпионов от тех, кто приехал сзади. Хотя и здесь есть место для анализа и кропотливого разбора. Но об этом в других главах.

Средняя фаза. Средняя фаза, это фаза, в которой, по определению, скорость не меняется. Поскольку на автомобиль всегда действуют замедляющие силы – сила сопротивления воздуха, сила сопротивления качению, замедляющая составляющая от углов увода, сопротивление в подшипниках и трансмиссии и т.д., то для поддержания одной и той же скорости требуется передавать крутящий момент от двигателя на колеса ровно такой же, как и эти силы, которые останавливают автомобиль. И тут надо особенно отметить, что если вы едете по «оптимальной» траектории с «нейтральным» апексом, то зона начала разгона геометрически должна «зеркально» относительно середины поворота совпадать с зоной прекращения замедления. В случае преждевременного разгона вы просто не поместитесь в пределах трассы, как это нарисовано на рисунке.

На этом рисунке графически представлена попытка начать разгоняться немного раньше времени. Пилот вместо того, чтобы начать разгоняться от точки D, решает начать разгоняться немного раньше от точки D2. Скорость начинает расти, траектория расширяется, и машина вылетает с трассы.

Чтобы избежать вылета, вам придется либо отпустить газ и снова довернуть руль, либо не сбрасывая газ довернуть руль и сорвать машину в скольжение. В любом случае, чтобы остаться в пределах трассы надо будет погасить скорость. И погасить скорость вам придется до еще меньшей чем была в апексе. В результате это приведет к тому, что ваш разгон наоборот отложится на еще больший срок. На рисунке сбоку представлена траектория движения машины в случае если пилот пытается начать разгоняться раньше, чем можно.

И если сила сцепления шин с дорогой большая, а «сила тяги» двигателя значительно меньше силы сцепления шин, то вы всего лишь будете не очень интенсивно разгоняться и проигрыш будет незначительным.

А если же всё наоборот, и «сила тяги» двигателя большая и легко либо разгоняет машину, либо легко превышает «круг трения» и срывает колеса в пробуксовку, то проблемы, с которыми вы столкнетесь, будут значительно большими, как и потеря времени на круге. Придется либо отпускать газ, а может быть даже тормозить, чтобы остановить вылет машины за пределы трассы, либо машина уйдет в скольжение и скорость погасится за счет скольжения. Ваш разгон будет отложен, и начнется он со скорости значительно более низкой, чем была в зоне апекса.

Что касается фазы разгона, то это самая простая фаза. На сухом чистом асфальте и прогретых шинах обычно достаточно всего лишь немного «распустить» руль и нажать на газ «в пол». Главное сделать это вовремя, а не преждевременно. Если вы нажмете на газ «в пол» немного позже, вы сможете скомпенсировать проигрыш более интенсивным и стабильным разгоном с более прямым рулем. Хотя конечно если вы слишком поздно разгоняетесь, то вы тоже будете проигрывать. Но все же основная ошибка начинающих пилотов именно - попытка преждевременного разгона.

Серьезные сложности с разгоном наступают только в случае если сила сцепления шин с дорогой мала по сравнению с «силой тяги» двигателя. Тогда приходится разгоняться плавным нажатием на газ, пытаясь удерживаться в пределах «круга трения». Но такие ситуации бывают крайне нечасто. Либо такие проблемы возникают на холодных шинах на первых поворотах или даже кругах после выезда на трассу из «боксов». Или на очень грязной трассе, которую по-английски называют – «green track». Ну и конечно же под дождем, по снегу, льду и т.д.

Поздний и ранний апекс

Особого внимания и рассмотрения заслуживают траектории под названием – «поздний апекс» и «ранний апекс». До этого мы рассматривали траектории с «нейтральным» апексом. Академическая гоночная наука считает «поздний апекс» самой главной «волшебной» траекторией. Я так не считаю. Я считаю, что сферы «полезного» применения и «позднего» и «раннего» апекса очень ограничены. Давайте разбираться. Апекс, это точка касания внутреннего края трассы при прохождении поворота. «Нейтральный» апекс, это когда эта точка совпадает с серединой поворота. «Поздний» апекс, это когда точка касания внутренней части поворота находится после середины поворота. Ну а «ранний» апекс, соответственно, это когда машина касается внутреннего края дороги до середины поворота. Как это упрощенно выглядит графически, описано на рисунках снизу.

На траектории с поздним апексом от точки Т до точки С1 машина тормозит по прямой. Далее пилот «ставит» машину в среднюю фазу, что обозначено траекторией от точки С1 до точки D1. После чего начинается разгон в дуге от точки D1 до точки Е1. И далее разгон по прямой. Отличия траектории с «поздним» апексом от «оптимальной» траектории с «нейтральным» апексом:

Более раннее торможение
Меньшая скорость в средней фазе
Более ранний (геометрически, а не по времени) разгон

На траектории с «ранним апексом машина тормозит по прямой то точки Т до точки С. После чего начинается зона «затяжного торможения» (Trail braking) от точки С до точки D. Потом наступает средняя фаза от точки D до точки Е, а потом начинается зона разгона. Отличия траектории с «ранним» апексом от «оптимальной» траектории с «нейтральным» апексом:

Более позднее торможение
Меньшая скорость в средней фазе
Более поздний (геометрически, а не по времени) разгон

«Правда» про поздний и ранний апекс

Почему траектория с «поздним» апексом считается «настоящей» гоночной траекторией? В чем её ценность? Траектория с поздним апексом обладает одной отличительной особенностью - зона разгона у нее наступает до апекса и, бывает, наступает даже еще до середины поворота. Что, в теории, должно дать более ранний разгон и выигрыш на следующей прямой. То есть пилот специально жертвует на входе в поворот, немного раньше тормозит, проезжает немного шире на входе в поворот, после чего «ставит» машину на среднюю фазу, которая будет с меньшим радиусом, чем у «оптимальной» траектории с нейтральным апексом, которую я описывал раньше, проезжает поворот на газу и начинает разгоняться еще до точки апекса. То есть пилот сознательно проигрывает в зоне торможения, в средней фазе, но отыгрывает в зоне разгона. Выглядит это вроде логично, если учесть, что зоны разгона обычно значительно превосходят зоны торможения и отыгрыш на разгоне должен превышать «жертву» на входе в поворот. Но так ли это на самом деле? Давайте разбираться.

К сожалению, это совсем не так. Я пал одной из многих жертв теории «позднего» апекса. Я, как хороший ученик, прочитав про эту теорию, использовал её. И… проигрывал тем, кто ехали совсем по-другому. Я удивлялся, почему те, кто ехал «не правильно», ехали быстрее меня. И только после того, как я начал ехать со «средним» апексом, я начал ехать быстрее всех, с кем сталкивался на гоночных трассах, когда у нас была приблизительно одинаковая техника. И только спустя какое-то время я понял почему так происходило. Для того, чтобы объяснить почему «поздний» апекс не дает никакого преимущества, придется внимательно рассмотреть вот этот рисунок.

В графическом редакторе я повернул траекторию с «поздним апексом», немного сместил и совсем немного модифицировал зону входа в среднюю фазу (обозначено буквой М), что не является чем-то значимым. И что же мы получили? «Повернутая» траектория оказалась просто короче. Все зоны сместились ближе к финишу круга, по простой причине – дистанция пути стала меньше. Точки начала разгона «во времени» остались там же, они сместились только в пространстве. И хотя геометрически зона разгона оказалась у «повернутой» траектории после апекса, но оба пилота начинают разгон в одно и то же время. Только пилот, который едет с поздним апексом, уже проигрывает какое-то расстоянию тому пилоту, который всего лишь «резанул» вход внутрь и начал разгоняться после апекса. Поскольку обе машины будут разгоняться в одно и то же время, то даже в конце прямой эта дистанция сохранится.

И от длинны прямой зависит только то, сколько проиграет пилот, который едет с «поздним» апексом. Чем короче прямая, тем больше проигрыш. Чем длиннее прямая, тем меньше проигрыш. Но он никогда не выиграет. Траектория с поздним апексом не дает никакого преимущества. А траектории с «нейтральным» апексом и «затяжным торможением» (Trail braking), она проигрывает вчистую.

На этих рисунках наложение двух траекторий и приблизительное наложение графиков скоростей, если было бы вообще возможно проехать по «классическому позднему апексу» как его описывают в учебниках. Поскольку радиус дуги в средней фазе у классического «позднего апекса» меньше, следовательно, и скорость в средней фазе меньше. Поскольку прекращать тормозить надо раньше, следовательно, и начинать тормозить надо раньше. А к точке D1 пилот, который едет с поздним апексом, приедет позже чем пилот, который едет по «оптимальной траектории» к точке D. В результате пилот на «позднем» апексе начнет разгоняться и позже по времени и с меньшей скорости чем пилот, который едет по «оптимальной» траектории.

Траектория с «поздним» апексом уже давно стала анахронизмом. Лучшие пилоты современности используют её очень редко. Но, как я уже писал выше, всё же есть случаи, когда надо использовать как траекторию с «поздним» апексом, так и с «ранним». Давайте рассмотрим эти случаи.

Все наши траектории рисовались с учетом того, что дорога плоская и сила сцепления шин с дорогой одинаковая. Но в реальной жизни так бывает далеко не всегда. Спуски, подъемы, неровности трассы, разный асфальт и/или дорожное покрытие очень часто ломают эту схему. Чтобы получить максимальное преимущество над соперниками, надо стремиться «делать» среднюю фазу там, где наиболее высокая сила сцепления. Если выход из поворота находится на спуске и/или с отрицательным уклоном, или на выходе кочки или еще что-то, что уменьшает силу сцепления шин с дорогой, то траекторию нужно немного смещать в сторону «позднего» апекса. Если выход из поворота находится на подъеме или еще по каким причинам сила сцепления шин с дорогой на выходе больше, то траекторию наоборот надо немного смещать к «раннему» апексу. Очень многие трассы обладают «завиражированными» поворотами. То есть в повороте присутствует наклон трассы внутрь (вираж). Когда машина едет с внешней кромки на апекс, она едет немного вниз, а потом, когда едет от апекса на внешнюю кромку – она едет в подъем. В таких поворотах тоже нужно смещать акцент в сторону немного раннего апекса.

Так же траектория с ранним апексом считается как «обгонная траектория», так и «защитная». Траекторию же с поздним апексом можно считать «подготовительной» к обгону. Вот, пожалуй, и все случаи, когда надо использовать «поздний» или «ранний» апекс. Во всех остальных случаях наиболее выгодной будет траектория с нейтральным апексом и затяжным торможением.

И хотя утверждают, что траектория с ранним апексом еще хорошо работает, когда длинная зона замедления, а после неё короткая зона разгона, но я не вижу этому ни теоретических ни практических оснований. В теории в любом случае «нейтральный» апекс будет «быстрее». Да и на своей практике я не получал преимущества от «раннего» апекса по причине длинной зоны замедления/торможения.

Для того, чтобы начать рассматривать другие типы поворотов, а не только 180-ти градусные медленные «шпильки», давайте более детально рассмотрим некоторые аспекты и особенности именно этого типа поворотов в следующей главе. И на основе этих знаний перейдем к другим типам поворотов.

Подписывайтесь на соц. сети Александра Крамарского и учитесь ездить быстро