AIBA. Академия Conti

Парадокс истории техники: колесо как древнейшее и важнейшее изобретение человечества до сих пор нуждается в совершенствовании Владимир Заборщиков иллюстрации Continental AG

Честно говоря, само автомобильное колесо, трансформированное из каретного еще в первой половине прошлого века, вряд ли в ближайшие годы изменится: обод останется круглым, диск плоским, чуть выпуклым. Материалы, конечно, могут меняться, но не революционно. Зато надеваемая на колесо шина никак не получит своего окончательного вида. Оно и понятно: условия ее работы очень разнообразны. На ее конструкцию влияют эксплуатационные нагрузки, дорожное покрытие, тип и вес самого автомобиля, а также стиль вождения, погодные условия и множество других менее значимых факторов.

Конусы были установлены по результатам торможения на хороших шинах. А вот результат использования плохих © Фото: Continental AG

С завидной регулярностью производители выбрасывают на рынок все новые и новые модели шин. Срок жизни модели — года четыре. Затем появляется новинка, а старая модель выпускается еще какое-то время для рынка запчастей. Столь же регулярно разработчики приводят цифры, свидетельствующие о преимуществах «новоиспеченных» шин. Улучшения обычно измеряются в единицах процентов, лишь изредка доходя до десятка-двух. Такие значения «на ощупь» улавливают лишь очень опытные водители, но люди склонны заблуждаться и ошибаться. Так что без инструментальных измерений сегодня не обойтись. Как, впрочем, и от многих других условий. Но начнем по порядку.

Другая часть оборудования устанавливается стационарно © Фото: Continental AG

На заре мировой автомобилизации, всего лишь век с небольшим тому назад, единственным способом испытаний автомобиля в целом и отдельных его узлов и агрегатов была повседневная эксплуатация. Очень быстро добавился автомобильный спорт. Стали появляться лабораторные установки и стенды. Но самым точным методом долгие годы оставались статистические исследования, когда большая опытная партия изделий использовалась по прямому назначению на протяжении достаточно длительного отрезка времени, отказы и прочие отклонения регулярно фиксировались с целью последующего анализа. Получалось и до сих пор получается точно, но долго, дорого, громоздко и, главное, поздно.

 А «мокрая» трасса зимой и вовсе простаивает © Фото: Continental AG

Осознавая недостатки всех известных в ту пору методов, производители шин стали еще в середине прошлого века проводить натурные испытания, используя перекрываемые на время дороги общего пользования. Для тестирования летних покрышек ехали на юг, зимних — на север. Мокрую дорогу готовили уличными поливальными машинами, прочие метеоусловия приходилось либо покорно ждать, либо искать по свету. Спорт как метод, при огромных, как тогда казалось, затратах, если и давал результаты, то выборочные, неполные и не всегда своевременные. К тому же гонки, бывшие тогда и остающиеся по сей день мощным орудием рекламы, все дальше и дальше уходили от реальных условий эксплуатации автомобиля. Никому ведь не приходит в голову, как это практикуется на ралли, после проезда по гололеду снимать шипованные шины, чтобы не испортить шипы об асфальт. И вряд ли самый рьяный фанат «Формулы-1» и любитель быстрой езды готов менять колеса каждые три часа.

«Сухая» трасса Контидрома используется для проведения тестов преимущественно летом © Фото: Continental AG

Уже в начале 1960-х годов к специалистам отрасли пришло понимание, что менее хлопотно и, в конечном счете, не слишком дорого иметь в своем распоряжении закрытый от посторонних полигон с заданными параметрами конфигурации и покрытия тестовыми трассами. Здесь уже можно сравнивать шины между собой: условия заездов более или менее одинаковые. А чтобы испытатели не сидели полгода без дела, полигонов требуется два — летний и зимний. Но о зимних задумались несколько позже, когда сезонные колеса стали приобретать популярность в Европе и Америке.

Вираж можно проехать «без рук» © Фото: Continental AG

Инженерная мысль не стояла на месте. Создавались разнообразные лабораторные стенды, в той или иной степени имитирующие условия работы шины в реальных условиях и позволяющие осуществлять соответствующие измерения. Они реально помогали конструкторам ускорить процесс разработки, но по-прежнему давали неполную картину. Колесо, вращающее массивный барабан, в чем-то сопоставимо с колесом, разгоняющим автомобиль на дороге, но на эффективность торможения (обратный процесс) помимо шины влияют распределение нагрузки по осям, состояние деталей подвески и тормозного механизма и прочее. Причем влияние это зачастую осуществляется не напрямую, а опосредованно через колесо. Колесо, вращаемое ледяным диском в морозильной камере, дает определенное представление о поведении зимней шины, но внимательный ученик средней школы заметит, что векторы сил на стенде и в реальности не совсем совпадают. Идеальных стендов на все случаи жизни пока не придумали.

 Результаты можно посмотреть на мониторе. Но только после остановки © Фото: Continental AG

Начало электронной эпохи стало вехой и для испытаний шин. Значительно повысилась точность измерений, невероятно ускорилась обработка данных. Вместо старомодного пятого колеса для определения параметров движения стали использовать приемники GPS. Но настоящим прорывом стало внедрение компьютерного моделирования. Появилась возможность конструировать изделие и испытывать его, минуя стадию изготовления опытных образцов. Но чуда не произошло, «автоматное столетие» пока не наступило. Изъян заложен в самую основу метода: программное обеспечение создается на базе данных, полученных ранее традиционными, «живыми» способами. Компьютерное моделирование вторично: оно позволяет лишь пройти проторенной дорожкой намного быстрее, чем раньше. Потребность в натурных испытаниях нисколько не сократилась. Но общее повышение точности измерений и расчетов потребовало и новых подходов к условиям проведения тестов. Внушительным шагом в новом направлении стало создание концерном Continental испытательного комплекса AIBA (Automated Indoor Braking Analyzer — Автоматический крытый тормозной анализатор), продемонстрированного журналистам в конце прошлого года на полигоне Контидром под Ганновером.

Момент начала торможения © Фото: Continental AG

 

Под крышу!

Нет такого метеоявления, которое не влияло бы на работоспособность шин. Разве что свет далеких звезд, в отличие от солнечного, не вызывает старения резиновой смеси. Для получения достоверных и точных результатов испытаний необходимо максимально стандартизировать условия их проведения. Если разговор идет о влиянии шин на такой главенствующий параметр, как эффективность торможения, идентичными, помимо материальной части (тестового автомобиля и его механизмов, тормозных колодок), должны быть скорость в момент начала торможения и сам этот момент, а также сила давления на педаль; горизонтальность и коэффициент трения дорожного покрытия; температура и влажность как окружающего воздуха, так и полотна дороги; толщина водной пленки на дороге, если таковая предусмотрена тестом; отсутствие ветра, инея, мороси. Этот, вероятно, неполный список наглядно показывает, что обеспечить абсолютное или близкое к тому равенство условий в естественной среде едва ли возможно. Конструкторы Continental не только осознали эту несложную идею, но и настояли на строительстве защищенной от атмосферных воздействий тестовой «дороги», что было куда сложнее.

Такими «качелями» принято измерять коэффициент трения образцов дорожной поверхности © Фото: Continental AG

Специально построенный ангар длиной 300 м и шириной 3 м с климатическими установками разделили вдоль на три «коридора». Средний — транспортный, по нему испытуемый автомобиль перемещается из зоны подготовки на стартовую позицию в противоположном конце здания. Перемещается автоматически, т.к. «на педалях» расположился робот, обеспечивающий своевременное начало торможения и дозированное нажатие на педаль. А багажник и салон чуть ли не полностью забиты измерительной аппаратурой. Развернутый на аналогичном железнодорожному поворотном круге автомобиль поступает на испытательную прямую. Для разгона машины до нужной скорости (максимум 120 км/ч) используется не собственный ДВС, а линейный электродвигатель мощностью в несколько Мегаватт. Маленький Golf разгоняется с его помощью быстрее, чем Bugatti. Такой мощностью можно было бы погасить всю округу, поэтому энергия для старта предварительно накапливается в конденсаторах.

Улучшения обычно измеряются в единицах процентов © Фото: Continental AG

В заданной точке при заданной скорости робот начинает тормозить, приборы — считывать и записывать информацию. Предусмотрено до пяти видов дорожного покрытия, пока задействовано три. Механизм их замены — не очень сложная, но впечатляющая своими масштабами часть комплекса. Представьте себе пролет стального моста с соответствующим покрытием проезжей части. Система домкратов и рельсовых путей позволяет приподнять этот «мост» и откатить в сторону, а на его место установить другой. Длина пролета, метров 50, превышает тормозной путь со стандартной скорости 100 км/ч. Система спринклеров позволяет увлажнить дорожное полотно. На случай отказа штатных тормозов предусмотрена механическая ловушка. Полностью остановившийся автомобиль вновь подхватывает манипулятор и откатывает его в техническую зону. За это время компьютер распечатывает результаты заезда. Один цикл испытаний занимает менее четырех минут.

© Фото: Continental AG

Ничего принципиально нового в каждом из элементов и абсолютно новое качество испытаний в результате их взаимодействия. Тесты летних шин отныне можно проводить круглосуточно и круглогодично.

У вас зимние? Вам по левому коридору. Здесь размещается всего один вариант покрытия — голый лед, правда искусственный. Климатическая установка поддерживает заданную температуру льда и воздуха. Здесь также можно работать без остановки. Но в традиционном, «ручном» (точнее «ножном») режиме.

Температура воздуха в летнем отсеке регулируется в пределах от 10 до 25 градусов, в зимнем — от 5 до 12 градусов. Диапазон регулирования температуры льда — от минус 10 до минус 1 градуса.

Предполагается, что, когда комплекс выйдет на расчетную мощность, здесь можно будет проводить до 100 000 тестов в год. Стабильность воспроизведения заданных параметров тестов по сравнению с ранее использовавшимися методами возросла на 70%. Оборудование AIBA позволяет использовать в качестве тестовых легковые автомобили, внедорожники, фургоны и микроавтобусы, что соответствует потребностям современного шинного рынка.

Контидром
Главный испытательный центр концерна был открыт в 1967 году. Первым появился скоростной овал с двумя длинными прямыми, на котором развивается скорость до 250 км/ч. Его длина составляет 2,8 км. Угол наклона виражей в 58° допускает движение со скоростью до 180 км/ч без возникновения боковых нагрузок. На этой скорости в вираже руль можно не держать: машина сама опишет поворот. На овале проводится большая часть скоростных испытаний, если же необходимы скорости до 400 км/ч, то приходится прибегать к услугам других трасс. Например, итальянской Нардо.

Со временем на полигоне были построены и другие объекты. В 1972 году был сдан в эксплуатацию 1800-метровый орошаемый «короткий» трек с несколькими 90-градусными поворотами, в 1995-м — «длинный» (3,8 км), шириной от 7 до 10 м, допускающий скорости свыше 160 км/ч и, при необходимости, объединяемый со скоростным овалом. С 2003 года действует 600-метровый внедорожный участок с подъемами и спусками разной крутизны, «кривой» дорогой и даже бассейном с водой. Правда, более серьезные внедорожные испытания проводятся на другом полигоне концерна в Техасе.

На двух круглых орошаемых площадках проверяется стойкость шин к аквапланированию, на третьем, сухом, — к срыву с обода при падении давления.

Рельсовая система, вступившая в строй в 1985 году, позволила с большей точностью замерять тормозной путь автомобиля на разных покрытиях и определять момент начала аквапланирования. Два специальных участка дорог Контидрома используются для стандартизированных замеров уровней наружного и внутреннего шума.

В 2012 году начал работать комплекс AIBA.

Контидром — не единственный полигон концерна. Есть еще Арвидсъяур на севере Швеции, Идиада в Испании, Уанака в Новой Зеландии и другие трассы, в частности в США и Японии. Примечательно, что для получения сопоставимых результатов техасский полигон принадлежащего Сontinental бренда General Tire выполнен (за небольшими исключениями) как точная копия Контидрома.

Все проводимые тесты делятся на субъективные и объективные. В первых измерительные приборы не используются: руководствуясь своим опытом и знаниями, оценку дают водители-испытатели и привлеченные эксперты. Результаты вторых — цифры, полученные в ходе измерений.

На Контидроме постоянно занято около 90 работников, от инженеров-испытателей до установщиков колес. С 1967 года на полигоне испытано почти два миллиона шин.