Искусство строить автомобили
— Так что же все-таки автомобиль? Модернизированная телега? Карета, которую с бешеной скоростью мчат лошади-невидимки?
— Скорее автомобиль — это дом на колесах. А если хотите более лирическое определение, автомобиль — это красота в движении.
Один из величайших архитекторов и дизайнеров нашего времени, Ле-Корбюзье (Франция), так понимал термин «архитектура»: «…Искусство строить дома, дворцы или храмы, суда, автомобили, вагоны, самолеты; домашнее, промышленное или торговое оборудование…» (надо заметить, что по-французски «строить» — constuire, то есть конструировать).
Очень точное определение! Вдвойне точное! Оно не ограничивает область архитектуры зданиями и одновременно расширяет понятие «искусство», включая в него техническое мастерство, необходимое для создания хороших современных машин. Расширяется и понятие «конструировать»; в него как бы включается изготовление машины.
Вооружившись определением Ле-Корбюзье, уместно сравнить автомобиль с архитектурным сооружением в обычном понимании. Он, как и здание, является прежде всего помещением для людей или грузов. Он построен по законам строительной механики, имеет пространственную композицию. И по масштабам он соизмерим со строением. У него есть окна, двери, ступени, вентиляция, отопление, мебель. Автомобили — часть архитектурного ансамбля. Для них строят гаражи, подъезды и ворота, мосты и тоннели, заправочные станции и станции обслуживания, делают дороги и планируют города.
Эти размышления приводят к правильной оценке конструкции автомобиля, его красоты в широком смысле слова.
Быстроходный спортивный автомобиль должен быть устойчивым, обтекаемым, очень приземистым, а значит, и сравнительно длинным. Гонщики и спортсмены готовы мириться с низкой посадкой, сравнительно узкой и невысокой дверью. Наверное, найдутся люди, которые предпочли бы ехать и в такси гоночного вида, хотя таких людей будет немного. Большинство же пассажиров такси заинтересовано в том, чтобы приятно было ехать, удобно ставить багаж, а водители — в том, чтобы машина была маневренной, легкой в управлении, надежной. Значит, как бы ни был красив стремительный гоночный автомобиль, его форма для такси не годится. И наоборот — высокая и короткая форма специального такси неприемлема для спортивной машины. Но обе машины могут быть по-своему красивыми, если они сделаны с соблюдением требований, из которых первое — соответствие конструкции машины ее назначению, ее исправная и эффективная работа.
Второе требование относится к частям машины, с которыми непосредственно соприкасается человек, прежде всего к рабочему месту водителя: близко расположенные, удобные рычаги и рукоятки; легко читаемые приборы; комфортабельное сиденье. Недопустимы слишком тугие органы управления, острые кромки ручек, ослепительно блестящие украшения, яркие фирменные надписи. С такой же заботой должен подходить архитектор машины к пассажирским местам автомобиля, к точкам обслуживания механизмов.
Третье. Человеку, пользующемуся машиной, в общем, все равно, каким способом она изготовлена, лишь бы она была недорогой и хорошо служила. Но наш современник так уж воспитан, что он дает положительную оценку той конструкции, в которой с первого взгляда видны совершенство технологических методов, остроумные решения деталей, способов их соединения. Есть, например, автомобильные кузова, на которых не видно сварочных швов. Это красиво. Но это означает, что при изготовлении кузова затрачено много труда (и повышена цена машины). Лучше, если конструктор не побоится оставить видимыми стыки отдельных панелей, поработав над таким их расположением и конфигурацией, чтобы они «читались». Так и сделаны современные автомобили.
Четвертое требование: конструкция должна быть новой, оригинальной. Конечно, и древняя конструкция может вызывать восхищение, но при этом надо учитывать условия, в которых она создавалась. Если современная конструкция повторяет уже известные модели, то она не больше чем копия картины знаменитого художника. Любуясь конструкцией, как и копией картины, люди будут хвалить копииста за умелое, мастерское подражание. Или будут восхищаться автором оригинала, забыв о копиисте.
До сих пор речь шла и о конструкции механизмов, и об интерьере, и о внешности автомобиля. Но к последней относится еще ряд требований.
Из них, вероятно, важнейшее — так называемая информативность машины. Это ее способность снабжать человека правильными сведениями о себе самой и давать ему возможность получать иную информацию, необходимую при пользовании машиной. Вот для примера автопогрузчик, работающий в аэропорту. Водителю необходимо видеть все пространство вокруг погрузчика, крайние его точки, высоко расположенный люк самолета. Значит, нужны большие окна кабины, в том числе и на лобовой части крыши. С другой стороны, сам погрузчик должен быть отчетливо виден, даже в туманную погоду и в темноте, пилоту приземлившегося самолета, диспетчеру на вышке аэровокзала. Значит, погрузчик должен быть ярко окрашен, его стрела, захваты, колеса покрыты особо заметной, предупредительной окраской для безопасности находящихся поблизости пассажиров и обслуживающего персонала. Кроме того, должны иметься краткие, но доходчивые надписи по обслуживанию машины. А когда погрузчик, выехав на площадь перед аэровокзалом, вливается в поток транспорта, ему необходимы указатели поворота, городской номер. Стоит все это предусмотреть заранее, и тогда машина и без украшений будет красивой!
Итак, если конструкция функциональна, удобна для человека, технологична, оригинальна, информативна, да еще и тщательно отделана, то она понравится большинству людей, покажется им совершенной и привлекательной. Перечисленные качества можно ей придать и без участия художника, архитектора, как говорят, «по науке».
Но чисто художественные задачи еще впереди. Чтобы машина была по-настоящему красивой, в ее внешнем виде должна быть гармония, стройная согласованность отдельных ее частей. За основу композиции архитектор берет задуманную им геометрическую систему, обеспечивает приятные для глаза соотношения отдельных ее объемов, предусматривает, если нужно, разбивку поверхности выступами, выштамповками или цветом.
Едва ли не главная черта красивой композиции автомобиля — простота.
Примером целесообразного упрощения может служить московский сочлененный троллейбус завода СВАРЗ. Раньше его композицию строили так, чтобы замаскировать несимметричность (двери только справа) и подчеркнуть некую стремительность. Двери окрашивали в два цвета с границей цветов на уровне подоконника, чтобы правая боковина казалась сплошной. Для зрительного удлинения боковин устанавливали алюминиевые накладки и так далее. При модернизации троллейбуса учли, что обе его стороны одновременно не увидишь, что правая сторона обращена к близкому тротуару, а левую, наоборот, наблюдают с далекого противоположного и что длинная машина не нуждается еще и в оптическом вытягивании. Накладки удалены, боковины окрашены в один цвет, а двери — в другой, светлый: они как бы приглашают пассажира, показывают ему, куда идти: надписи сделаны крупно, горизонтально, на уровне глаз ожидающих на остановке пассажиров. Введение этой композиции улучшило внешность троллейбуса и вместе с тем удешевило его производство.
А при работе над формой легкового автомобиля приходится учитывать стремление человека разнообразить те вещи, которыми он пользуется в повседневном быту. Ему хочется, чтобы его автомобиль не был как две капли воды похож на автомобиль соседа, чтобы машина была не только технически совершенной, с идеальными пропорциями, но и обладала известной индивидуальностью. Вот тут и нужен художник, архитектор, способный создать одухотворенную творчеством композицию, в наименьшей степени нарушающую техническое совершенство и законы гармонии.
Он не занимается «оформлением» уже спроектированной машины, как это иногда считают. Рука об руку с инженерами, а иногда и самостоятельно он анализирует взаимодействие создаваемой машины и ее потребителя — человека. В этом ему помогают острый глаз, знание анатомии. Он быстро определяет, насколько удобно или неудобно водителю пользоваться педалями и рычагами, легко ли читать показания приборов и обозревать дорогу, а пассажиру — входить в кузов и выходить из него, ремонтнику — добираться до точек смазки и обслуживания.
Художник имеет возможность показать и инженеру, и специалистам, принимающим участие в утверждении машины к производству, как она будет выглядеть. Он делает это в рисунках и моделях задолго до появления на свет первого опытного образца.
Вот почему на автомобильных заводах существуют специальные крупные подразделения, где работают художники, архитекторы, художники-конструкторы или дизайнеры. Вот почему высок авторитет автомобильных конструкторов, таких, как Д. Джакоза или Э. Бугатти, сочетающих художественные способности с инженерными.
— Красота, конечно, очень важна для автомобиля. О французах даже говорят, что красивый автомобиль они ценят выше, чем красивую женщину.
— Трудно предположить, что французы так отзываются о женщинах.
— Так что же все-таки главное в автомобиле?
— В автомобиле все главное. Если уж устанавливать очередность, то первое место займет колесо.
Нет автомобиля без колеса. Можно построить автомобиль без источника энергии на нем самом. Можно свести к минимуму детали трансмиссии. Устранить рессоры, если автомобиль рассчитан на движение исключительно по идеальным дорогам. Совместить тормоза с трансмиссией и даже с двигателем, а рулевой привод встроить в колеса. Но нельзя устранить сами колеса, без них автомобиль перестает быть автомобилем.
От правильного выбора шины и колеса зависят все качества будущего автомобиля: динамика, расход топлива, плавность хода, проходимость, устойчивость, безопасность движения. С характеристикой колеса теснейшим образом связана конструкция трансмиссии и даже двигателя, мостов, подвески, тормозов. Размеры колес определяют объем колесных кожухов, а значит, и планировку кузова, и удобства для пассажиров, и обтекаемость формы автомобиля.
На первых автомобилях устанавливали деревянные колеса кареты, затянутые в железный обод, или велосипедные огромного диаметра. Потом пришли к мысли штамповать их из тонкого стального листа с ребрами для повышения прочности и отверстиями для снижения массы или отливать из легкого сплава, формовать из пластиков.
Улучшение дорог, стремление к уменьшению высоты и массы автомобиля и многое другое вызвали постепенное сокращение диаметра колеса. Более чем метровый (вместе с шиной) диаметр первых легковых автомобильных колес сократился к нашему времени почти вдвое.
С развитием колеса неразрывно связано развитие шины. Даже самые хорошие дороги не могут гарантировать легкому автомобилю с жесткими колесами такой плавности хода, какую обеспечивают, например, тяжелому поезду стальные рельсы, уложенные на прочном, массивном основании. Даже при установке очень мягких рессор механизмы первых, не снабженных пневматическими шинами автомобилей не были защищены от непрестанных ударов при езде по дорогам того времени. Автомобили начинали разваливаться на части: рассыпались колеса, ломались рессоры, рули «били по рукам», ослаблялось крепление двигателей, трещали по швам кузова. Конструкторы пытались усиливать, утолщать части автомобиля, и он становился тяжелее. Чтобы привести его в действие, ставили более мощный двигатель, масса машины возрастала еще больше, а удары колес на выбоинах и ухабах становились еще сильней, чем до этого.
«Заколдованный круг» удалось разомкнуть только тогда, когда на колеса автомобиля надели пневматические шины. Это способствовало уменьшению массы автомобиля примерно в полтора раза, удлинило срок его службы, сделало езду спокойной и удобной, дало ему возможность передвигаться со скоростью, о которой в XIX веке и не мечтали. Пневматические шины были теми семимильными сапогами, без которых современный автомобиль оставался бы механической телегой.
Конструкторы долго бились над созданием надежной шины. Первые шины лопались буквально на каждом шагу. В начале XX века самые лучшие, сделанные на заказ для гонок, приходилось менять на протяжении двух-трех сотен километров десятки раз. Можно без преувеличения сказать, что современные шины сделали бы самый тихоходный автомобиль начала века победителем любой гонки того времени.
Сначала шина была попросту кольцом из пожарного рукава, наполненным водой или накачанным воздухом. Кольцо (камеру) заключили в покрышку, защищавшую его от подковных гвоздей. Чтобы облегчить смену шин, снабдили колесо съемным ободом, а затем сделали легкосъемными и колеса. Теперь отказываются от отдельной камеры; ею становится сама покрышка, плотно прилегающая к ободу колеса. Изменяется конструкция самой покрышки. Словом, идет непрерывный процесс совершенствования шины, но одно в ней остается неизменным — это воздух. Он-то главным образом и несет нагрузку от автомобиля. И поэтому существует единый для всяких пневматических шин — старых, новых и будущих, высокого и низкого давления, малых и больших, камерных и бескамерных, кордовых, диагональных и радиальных — закон грузоподъемности шины.
В основе этого закона лежит предпосылка, что на единицу количества воздуха, находящегося в шине, должно приходиться всегда одинаковое количество килограммов нагрузки. Другими словами, отношение нагрузки, приходящейся на колесо, к количеству сжатого воздуха в камере шины должно быть постоянным. Чем больше нагрузка, тем большим должен быть внутренний объем шины при определенном давлении в ней. Увеличивая объем, можно уменьшить давление, и наоборот. Изменять объем не обязательно за счет общего наружного диаметра колеса с шиной, можно делать ее шире, сохранять диаметр обода, причем последняя мера более эффективна. Именно она способствует уменьшению диаметра и массы колеса.
Теория шин сейчас уже хорошо разработана, и конструктор располагает подробными о них сведениями, номограммами и стандартами для выбора их параметров. Ход его действий примерно таков.
На основе предварительных расчетов и наметок он устанавливает желательный по компоновочным соображениям диаметр колеса, приходящуюся на него нагрузку и давление в шине, которое обеспечивало бы требуемые плавность хода автомобиля и сопротивление качению. Потом подсчитывает объем камеры.
В свое время противники малого колеса утверждали, что оно будет оказывать сильное сопротивление движению машины, застревать в рытвинах и вообще не годится для плохой дороги, что тряска возрастет, а устойчивость автомобиля ухудшится.
Конечно, речь не идет о тяжелом бездорожье, для движения по которому существуют вездеходы. Но если высота неровности, даже порога, не превышает примерно половины радиуса колеса, то оно не остановится. Для преодоления порога потребуется лишь большее усилие. А удар малого колеса о порог будет относительно слабее, чем удар большого, поскольку колесо отделено рессорой от всей массы автомобиля.
Есть у малого колеса еще одно достоинство — его соответствие современному автомобильному двигателю. Оно до некоторой степени компенсирует его быстроходность. Но об этом особый разговор.
Перечень причин, вынуждающих уменьшать колеса, не исчерпан. Есть еще такое понятие, как момент инерции вращающихся масс. Это значит, что чем больше масса колеса, тем труднее его «раскрутить» или затормозить. А от этого зависит и быстрота разгона автомобиля (и потребная для этого мощность!), и, значит, средняя скорость движения.
Разумеется, детали малого колеса должны быть прочными; с этим приходится считаться.
— Хоть все и привыкли уже к малым колесам, например на «Жигулях», все же трудно освободиться от убеждения в преимуществе больших.
— Глубокое заблуждение! Кстати, так думаете не только вы.
— Возможно. Но скорость! Ведь за каждый оборот малое колесо проходит и малый путь, значит, автомобиль движется медленнее, чем на больших колесах!
— Это не значит, что стриж должен летать медленнее вороны, потому что у той крылья больше?
Когда записывают в техническое задание на автомобиль определенную максимальную скорость, то исходят прежде всего из необходимости быстрейшей доставки пассажиров или груза. Но возможность обеспечить быструю доставку складывается из целого ряда факторов. Тут и способность человека безопасно управлять автомобилем на высокой скорости, и реальные дорожные условия, и расход топлива, и другие расходы, неизбежно возрастающие с увеличением скорости. На автомобиле можно достигнуть огромной скорости. Мировой рекорд превышает тысячу километров в час, гоночные автомобили развивают на отдельных участках трасс 300 и более, а в среднем по всей трассе — свыше 200 километров. Существует немало легковых автомобилей, в технической характеристике которых записана такая максимальная скорость, например ЗИЛ-117.