Теория настройки автомобиля

на примере Lancia Delta HF Integrale

  Последнее обновление 11 Июня 2003.

   Иногда заявленные характеристики автомобиля не совсем стыкуются с действительностью. Кроме того, царит много заблуждений касательно Чип-Тюнинга, подбора главной пары, рядов коробки вообще и т.д. Здесь приведены некоторые факты. Энтузиастам они помогут упорядочить знания и подойти к вопросу доработок автомобиля более грамотно.

    Здесь сравниваются стандартные EVO I & EVO 16V Cat ( EVO II ) c следующими автомобилями: 
a)  Lancia Delta HF Integrale 8V ,
b)  Их исторически первый соперник : Escort Cosworth
c)  Новейшие японские модели: Mitsubishi Lancer Evo V и
d)  Subaru Impreza 99-го года 220 л.с ( предположительно WRX ), а также 2000-го года STI..

Первый неожиданный момент заключается в том, что последняя Integrale EVO II во многих дисциплинах заметно медленнее остальных машин,  включая 8-ми клапанную Гралю 1987-го года . Этому есть два объяснения : (1) ЭВО 2 существенно потяжелела; (2) Меньшая турбина обеспечивает высокую эластичность моментной характеристики и меньший Turbo-Lag, но не столь эффективна на высоких оборотах.

Данные по  Escort Cosworth взяты для первых серий этого автомобиля ( у них была установлена "большая" турбина  T35). Ускорения во многих режимах лучше, чем у Интеграле, но из-за значительного Турбо-Лага езда на этой машине в обычных условиях малоприятна.

Графики мощности и момента позволят нам найти дополнительные объяснения приведенным выше фактам..

Здесь приведены данные для стандартных  Delta Evoluzione I, Delta Evoluzione Cat (II) и Delta Integrale 8V.

Из-за меньшей турбины Evo II Cat развивает большую мощность на малых оборотах, а турбина вступает в действие уже на 2500 rpm, но, с другой стороны, двигатель практически стухает к 5000 rpm и развивает только 200 bhp (вместо заявленных  215). Касательно  Evoluzione 1, рост мощности продолжается до больших оборотов, а начиная с 4000 rpm обеспечивается преимущество по сравнению с Эво 2. Поэтому цифры ускорений как правило лучше, так как мы эффективно используем диапозон высоких оборотов. Максимальная скорость Evo 2  Cat серьезно ограничена из-за нехватки мощности на высоких оборотах. Integrale 8V может превзойти Evo 2 Cat в разгоне благодаря практически такой-же мощности ( меньше только на 7 процентов ) и меньшем весе ( на целых 10% ). Переход на 16-ти клапанный двигатель в  Integrale 16V и EVO I увеличил мощностные показатели на высоких оборотах, однако 8V все же незначительно превосходит своего собрата в диапозоне до 2750 оборотов..

Теперь сравним самый, пожалуй, сбалансированный вариант - Evoluzione I с некоторыми современными японскими аналогами Лянчи : Subaru Impreza WRX и самыми мощными  Mitsubishi Lancer VI, Subaru STI :

Несложно заметить, что до 4000 rpm нет особенной разницы между нашей Integrale и другими автомобилями. Более того, Лянча незначительно мощнее в диапозоне от 2500 до 3500 rpm. Что касается диапозона высоких оборотов - загадка превосходства японцев не в том, что они настроны на большие давления избытка, просто они поддерживают его постоянным во всем диапозоне рабочих оборотов.  Благоприятным является тот факт, что двигатели японских аналогов "крутильные", т.е. ход поршня меньше его диаметра, что положительно сказывается на мощностной характеристике двигателя в зоне высоких оборотов.Двигатель Лянчи наоборот, длинноходный, т.е. ход поршня больше его диаметра, что улучшает моментные хар-ки на невысоких и средних оборотах.  И все же, главная причина превосходства это то, что японские машины поддерживают давление наддува в районе 1 bar почти во всем диапозоне оборотов, в то время как давление у Integrale падает до 0.6 bar наверху по сравнению с максимальным 1 bar на средних оборотах. Таким образом, если мы обеспечим поддержание давления наддува на высоких оборотах, мы сможем приблизиться к показателям современных конкурентов.

Приведенные ниже графики сравнивают стандартную Evoluzione I с двумя различными вариантами альтернативных прошивок :

1) Штатная прошивка -  OE Chip ;

 2) Прошивка от Arese,  Netherlands +31(0)20-497781. Не самые выдающиеся показатели, прошивка поднимает давление избытка весьма незначительно (с 1 до 1.1bar), но однако удерживает его на приемлимом уровне до самых высоких оборотов (0.9 bar при 6000 rpm)::

 3) Прошивка Evocars Hybrid Chip. Доступна от  Evocars in U.K. (http://www.evocars.com/). Пожалуй, один из очень удачных вариантов.  Максимальное давление избытка  1.35 bar,  0.9 bar при 6000 rpm. Рекомендуется замена болтов и прокладки ГБЦ на улучшенные ( Gr. N )

Данные приведены для стандартного фильтра и выпускной системы. (Заменена только прошивка).

Мощность до 3000 rpm практически не изменилась, более высокое даление избытка приводит к большей мощности, развиваемой на средних и высоких оборотах, при этом до 7000 rpm включительно обеспечивается более 200 bhp, с достаточно пологой хар-кой мощности на верху. На сегодняшний день данных по популярным прошивкам от  Superchips и Abarth нет.

На данном графике хорошо просматривается способность японских двигателей поддерживать стабильное давление избытка на высоких оборотах.

А здесь характеристики перепрошитых моторов. Ключевая особенность прошивок от  Arese и Evocars - их способность поддерживать большее давление в зоне высоких оборотов, соответственно, переработаны карты впрыска топлива и зажигания, при этом кривая момента приближается по характеру к современным японских моторам.

Заключение: Здесь вкратце мы поговорили о чип-тюнинге и об отличии длинноходных моментных моторов Лянчи и Альфы 155ку4 от моторов японских одноклассников. Понятно, что для умеренной программы чип-тюнинга от Arese доработки мотора не столь необходимы, а вот вариант от Evocars уже заметно поднимает максимальное давление наддува ( 1.35 вместо 1.0, 35% прироста ), как следствие этого, стоит задуматься о соответствующей прокладке ГБЦ, более крепких болтах ГБЦ, ну и вообще об общей ревизии двигателя. Далее информация касается настройки трансмиссии, в том числе и для перепрошитого двигателя.

Теперь посмотрим на такой момент, как точки, или обороты, при которых следует переключать передачи, что бы мощность "на колесах" была наибольшая, и, как следствие этого, обеспечивалось бы наибольшее возможное ускорение. Каждая комбинация двигателя и коробки имеет уникальные оптимальные точки переключения передач. Переключение необходимо производить в тот момент, когда мощность на колесах на включенной передаче такая же, как и на следующей ( т.е. мощность, приведенная к колесам до и после включения следующей передачи равна ). Несложно посмотреть на график внизу и понять простую логику этого правила. Если мы переключимся до оптимальной точки, то мы попадем на кривую, которая лежит ниже той, с которой мы ушли, соответственно, мы не до конца исчерпали запас мощности текущей передачи и ушли в зону, где мощность на колесах заведомо ниже. Если мы передержали, то опять же, мощность на текущей передаче оказывается ниже, чем на следующей. отсюда  потери времени и интенсивности разгона. Т.е. глядя на график, нам как бы надо двигаться по кривой, которая огибает хар-ки на каждой передаче сверху. Это кривая максимально возможной мощности на колесах.  Другой момент, о котором надо помнить - варьирование главной пары или размера колес смещает график по горизонтали, но никак не влияет на оптимальные обороты переключения передач. Просто моменты переключения будут отличаться при пересчете в скорость. 

Данный график ( ниже ) приведен для стандартной EVO I с заводской коробкой, главной парой и колесами размером 205/50ZR15.

Хотелось бы высказать некоторые замечания, которые помогут анализировать кривые той или иной машины. Позже я приведу примеры разных рядов и вариантов двигателей для ВАЗ2108, как удачного и доступного примера. Также, будут доступны графики оптимальных точек переключения некоторых других авто. Что важно, на что надо смотреть: 

1) Пересекаются ли графики соседних передач вообще. На данном графике видно, что даже у Лянчи не пересекается первая и вторая передачи. У некоторых "выдающихся" авто не пересекаются две и более передачи. О чем это говорит - что при разгоне с максимальной эффективностью придется переключаться со значительными изменениями мощности на колесах, по сути, рывками в трансмиссии, а точек оптимального переключения как таковых не существует, т.е. они есть, но возможности штатного мотора так далеко не простираются...

2) Какой вообще разрыв в оборотах и мощности на колесах мы имеем при переключениях в оптимальных точках, и на меньших оборотах, чем оптимальные. Зачастую идеальное переключение происходит при 6000 и выше, не каждый пожилой мотор вообще крутится до этих оборотов, вернее, крутиться-то он крутится, но ощущения при этом .. Соответственно, можно оценить, насколько усталость авто в целом повлияет на достижимость оптимальных режимов смены передач.

3) При какой скорости происходит переключение. В данном случае переключение 1-2 происходит около 60 кмч. Это очень распространенная скорость прохождения медленных поворотов или их связок. В данном случае видно, что диапозон 60 плюс-минус 10 кмч не очень удачен, если оставаться на второй, то к 50 очень падает мощность на колесах, если переключаться на первую - то это два дополнительных переключения до и после в районе красной зоны тахометра, плюс около поворота надо крутить руль, да и вообще вероятность ошибки больше, поэтому, если настройкой ГП можно вывести переключения из этого скоростного диапозона, то будет здорово.  На мой взгляд, именно это главная задача подбора главных пар и ряда, а не обеспечение максимально динамики разгона на прямой. Во всяком случае, мне намного удобнее проходить поворот имея запас зоны достаточной мощности на торможение до, вход, импровизацию, разгон на выходе, и, в случае ошибки, даже на снижение скорости на 5-10 км от запланированной. На данном графике это, например, вторая для поворота с расчетной минимальной скоростью 80 кмч. При торможении и переключении вниз  переключение происходит заранее, при 100 кмч, а проходя поворот имеется запас вниз до 65-70 км.ч, при этом мощность на колесах ( и момент ) все равно будет достаточна. Если же войти на 70 и совершить ошибку, скажем, уронив скорость до 60 и ниже, то мощность на колесах упадет значительно ( это острый участок графика ), до 140 или менее л.с., и надо будет решать, переключаться ли на первую -и это в период лихорадочного вытаскивания машины на хоть какую нибудь траекторию в повороте, т.е. в критической ситуации. 

Возвращаясь к стандартной Лянче Эво - нетрудно заметить, что стандартная коробка довольно короткая, максимальная скорость на высшей передаче достигается после зоны оборотов максимальной мощности ( максималка 225 кмч, скорость при максимальной мощности - 215 кмч ). Вывод - мы можем увеличить размер колес на 7% ( по сути, уменьшить ГП ), это не скажется на максималке, однако надо помнить, что оптимальные скорости переключения передач тоже сдвинутся вверх на те-же 7 процентов. Возможно, для некоторых трасс это то, что нужно.

Стандартная раскладка позволяет приводить на колеса около 200 bhp в диапозоне от  100 Km/h до 220 Km/h, но на первых двух передачах приведенная мощность в среднем менее 180 bhp.

Что бы улучшить ситуацию, мы можем установить альтернативный имеющийся на рынке набор передач ( ряд коробки ). Обладателям ВАЗ повезло, для них это копейки :-)), для лянчи такие наборы стоят под 10000 долларов :-))  Тем не менее, в природе существуют такие наборы передаточных чисел коробки :

Соответственно, для каждого ряда можно заказать любую из перечисленных главных пар: 13x57 (4.38), 14x57 (4.07), 15x56 (3.73) или 16x55 (3.43). 16х55 - ГП 3.43 это, похоже, главная пара от Лянчи Призмы Интеграле, ее можно найти за умеренные деньги. Именно такую поставили в мою Лянчу Интеграле 16v. Штатная у всех Граль - 3.111. 

Приведенный график - для перепрошитой машины, короткого ряда номер1, и ГП 3.43. Остальные ГП слишком коротки для обычной езды, т.к. максимальная скорость заметно падает. Учитывая, что мощность двигателя идет на спад к 6000 оборотов, не помешает установка больших колес, например 235/40ZR17? (6,71% больше в эквиваленте ГП ). Посмотрите на характер графика:

Теперь начиная с  45 Km/h у нас более 200 л.с. на колесах, первая чуть длинее, вторая близка к стандарту, три высшие передачи заметно короче. Максимальная скорость по прикидкам будет в районе 200 кмч.

Более того, видно что общая огибающая кривая по достижении пика на первой передаче падает не более чем до 230 л.с., а падение оборотов при переключениях значительно меньше. Кривые первой и второй передач пересекаются, причем с хорошим запасом. Более того, пересекаются даже 2 и 4,  3 и 5-ая передачи! Хорошо для раллистов, у которых редкая коробка не потеряет ни одной передачи к концу ралли :-)))

Если мы просто сменим прошивку на  Evocars Hybrid ECU (255 Bhp), это все равно радикально улучшит общую картину, она приведена на графике ниже:

Видно, что как минимум, кривые первой и второй пересекаются. Недостаток по сравнению с коротким рядом - переключение 1-2 происходит на высоких оборотах - 6800. Максимальная скорость будет на уровне 233 кмч ( весомый прирост ). Другие изменения можно посмотреть в конце страницы.

Следующий график - перепрошитый мотор, большие колеса и короткий ряд с штатной ГП :

Видно, что в целом такая комбинация для перепрошитого двигателя лучше, чем штатный набор на предыдущем графике. 225Bhp начиная с 50 Km/h. Потери мощности на огибающей меньше, а средняя мощность, подводимая к колесам на протяжении разгона - больше. Недостатки - незначительно меньше максимальная скорость ( 215 кмч ), первая длиннее - отсюда большая нагрузка на сцепление. Кроме того - дальше будет соответствующий график - на второй меньше ускорение.

Дальнейшие модификации: Мотор прошит на Evocars, коробка штатная, но ГП заменена на 3.73.  (дешевле вчетверо, чем покупать полный короткий ряд, однако стоит 2000 Евро ...Хм. ). 3.43 было бы лучше ( а мы хитрые, :-)) нашли 3.43 от Призмы ), максимальная скорость была бы выше, но она недоступна как запасная часть ( знать ходы надо ). Переключения близки к штатной коробке с стандартной ГП (с прошивкой Evocars ), но сдвинуты вниз по скорости ( Km/h range), в результате скорость, при которой переключения оптимальны, близка к таковой для комбинации стандартный мотор + стандартная коробка. Максимальная скорость также не поменялась.

    Графики, где на одной оси Мощность, а на второй Скорость помогают сориентироваться в выборе наилучших оборотов/скоростях переключения передач, но некоторые новые графики дадут нам еще большее понимание вопросов выбора передаточных чисел и ГП. 

Построим графики Ускорения и Скорости. Если мы знаем момент, который развивает двигатель при определенных оборотах, передаточные числа скоростей коробки и ГП, диаметр колес, а также потери в трансмиссии, мы можем вычислить силу, приложенную к поверхности ( дороге, или колесам ). Это и есть ускорение, или сила, вызывающая ускорение.. Первые три переменные нам известны, но точные потери в трансмиссии мы не знаем. Принято считать, что у полноприводных авто потери составляют 20% от приложенной силы (и 15% у моноприводных авто). Сила равняется масса разделить на ускорение, массу автомобиля мы знаем, таким образом нет проблем построить график Ускорения и Скорости авто. Цифры ускорения в  m/s^2 не очень легко читаются, поэтому, разделив на 9.81 мы будем указывать их в G's. На машину действует сила аэродинамического сопротивления и потери на трение ( трансмиссия, шины ). Сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости и площади лобовой проекции, умноженному на коэффициент Cx, так что это тоже несложно посчитать. Масса авто выбрана 1360 кг. Между тем, 10% уменьшение массы приведет к примерно 10%-му увеличению ускорения.

 Первый график - штатная Evo I в сравнении с прошитой на Evocars авто с короткой коробкой и большими колесами:

Первое наблюдение: Максимальная скорость достигается, когда сила, направленная на ускорение авто сравняется с силой всех потерь ( аэродинамика и т.д, - в данном случае все остальные силы за исключением аэродинамики уже вычтены ) т.е. 222 кмч для штатной комплектации и 220 для измененной. Точки переключений располагаются там, где ускорение на следующей передаче пересекает график ускорения на предыдущей. Видно, что при штатной комплектации только до 37 кмч достигается лучшее ускорение, в остальных режимах ускорение модифицированной авто СУЩЕСТВЕННО лучше. Более того, модифицированная авто ускоряется на 5-ой лучше, чем штатная на 4-ой! В зоне  45-80 Km/h (но на первой скорости ... ) и 50-160Km/h ( 2, 3 и 4 скорости) улучшение очень значительное! Недостатки: максимальная скорость не увеличилась (однако она достаточная для многих применений) и более длинные первая и вторая передачи. На 2-ой авто медленнее ускоряется вплоть до 50 Km/h, что для многих опять же недостаток ( необходимо включать первую в медленных поворотах ), ну и конечно более длинная первая приводит к повышенному износу сцепления при стартах. Но в итоге - в диапозоне 60-160 кмч эту авто будет очень нелегко догнать ...

Прошу заметить, какое ускорение с нуля у перепрошитой авто с короткой ГП :-)) 1.25G!! Очевидно, нужна специальная мягкая резина для эффективного старта :-) Сравните с "просто чип тунихом" ниже - ускорения радикально выше! Ускорение свыше 0.5G на 100 кмч! Кое кому такое не снилось даже и на старте ... 

Пример сбалансированной недорогой доработки - везде ускорение хоть не намного, но лучше. И максималочка подросла. Просто это только перепрошивка - двигатель.

 Вот еще хороший пример - две меганавороченные машины, но если взять 100 кмч и выше - почти сравнимы. А в зоне до 100 кмч есть явные зоны. где сильно лучше либо одна, либо другая :-))

Скорость и Дистанция были посчитаны исходя из предыдущих графиков, при этом потери времени на переключение приняты за 0.30 секунды. Переключения влияют как на время прохождения дистанции ( около 4% на дистанции 1000 метров ), так и на время достижения некоторой скорости (около 0.9 секунд на разгон от 0 до 140 Km/h), кроме того, как одно из следствий, скорость в конце дистанции также меньше из-за переключений, что абсолютно неудивительно, например - на 7 км.ч на дистанции 1000 метров. 

Итого:

 Наблюдения - вариации точки переключения первой передачи достигали 15 кмч ( что важно для настройки, там самые большие перепады ускорений... ), разгон 0-160 кмч улучшался радикально ( почти на 4 секунды вниз !! ), прохождение дистанций и т.д. - смотрите сами ...

Основная идея - перед тем, как что либо дорабатывать, или вступать в дисскуссии по поводу доработок и тюнинга на популярных сайтах - неплохо бы разобраться в предмете, а еще лучше посчитать предполагаемый результат. Есть неплохая, хотя и не идеальная программа CarTest 2000, которая позволяет получить аналогичные графики для любого авто с известными параметрами, поэксперементировать с выбором колес, рядов, ГП, увеличением мощности, снижением веса и посмотреть на то, что получится, сравнить варианты. Но и общая логика. которая во многом ясна после прочтения этой страницы, тоже вполне работает.

Например, становится ясно, зачем поднимать отсечку двигателя, не повышая казалось бы его мощности. Если у нас стандартная средненькая коробка, то графики мощности на соседних скоростях зачастую не пересекаются вообще, т.е. переключения по-определению неоптимальны, подняв же отсечку ( желательно конечно после развесовки и доработки двигателя, Хм ) мы можем добиться пересечения графиков. Я потом посчитаю, сколько это примерно дает в цифрах ..

Второй момент - под какие задачи изменяются параметры трансмиссии? Максимальное ускорение в каком диапозоне скоростей? Отсутствие переключений в районе каких скоростных точек? Все это имеет важное значение. Я думаю, многие при езде на каких угодно машинах испытывали неудобства при прохождении тех или иных поворотов - типа, на второй все же медленно, мотор аж звенит от перекрута, а третья не вытягивает. Именно проанализировав трассу и свой стиль вождения надо дорабатывать трансмиссию и авто в целом. И именно поэтому, выстроив ускорения там, где надо и уйдя от лишних переключений в повороте подготовленная слабосильная авто может "отодрать" многомощный болид со слишком общими настройкками. Ум побеждает силу.

P.S. Статья в основном переводная с сайта уважаемого товарища Sendo, у которого совсем не детсяка Граля, см. здесь: http://www.geocities.com/evosendo/realp.html#Choosing

Добавлены мои комментарии. Если у вас есть умные комментарии - добавим с легкостью :-)