Физика торможения: неужели тормозной путь не зависит от массы авто? Автомобиль с хорошими шинами может иметь ускорение


Ускорение автомобиля

Одним из важнейших показателей динамических качеств автомобиля является интенсивность разгона - ускорение.

При изменении скорости движения возникают силы инерции, которые автомобилю необходимо преодолеть для обеспечения заданного ускорения. Эти силы вызваны как поступательно движущимися массами автомобиля m, так и моментами инерции вращающихся деталей двигателя, трансмиссии и колес.

Для удобства проведения расчетов пользуются комплексным показателем - приведенными силами инерции:

где δвр - коэффициент учета вращающихся масс.

Величина ускорения j = dv/dt, которое может развить автомобиль при движении по горизонтальному участку дороги на заданной передаче и с заданной скоростью, находится в результате преобразования формулы для определения запаса мощности, которая расходуется на разгон:

,

или по динамической характеристике:

D = f +.

Отсюда: j = .

Для определения ускорения на подъеме или спуске пользуются формулой:

.

Способность автомобиля к быстрому разгону особенно важна в условиях городской езды. Увеличенные ускорения для автомобиля могут быть получены за счет увеличения передаточного числа u0главной передачи и соответствующего выбора характеристики изменения крутящего момента двигателя.

Максимальное ускорение при разгоне находится в пределах:

- для легковых автомобилей на первой передаче 2,0…3,5 м/с2;

- для легковых автомобилей на прямой передаче 0,8…2,0 м/с2;

- для грузовых автомобилей на второй передаче 1,8…2,8 м/с2;

- для грузовых автомобилей на прямой передаче 0,4…0,8 м/с2.

Время и путь разгона автомобиля

Величина ускорения в ряде случаев не является достаточно наглядным показателем способности автомобиля к разгону. Для этой цели удобно применять такие показатели, как время и путь разгонадо заданной скорости и графики, отображающие зависимость скорости от времени и пути разгона.

Так как j = , тоdt =.

Отсюда путем интегрирования полученного уравнения находим время разгона tв заданном интервале изменения скоростей отv1доv2:

.

Определение пути разгона Sв заданном интервале изменения скоростей осуществляют следующим образом. Так как скорость является первой производной пути по времени, то дифференциал путиdS=v·dt, или путь разгона в интервале изменения скоростей отv1доv2равен:

.

В условиях реальной эксплуатации автомобиля затраты времени на операции переключения передач и буксование сцепления увеличивают время разгона по сравнению с теоретическим (расчетным) его значением. Время, затрачиваемое на переключение передач, зависит от конструкции коробки передач. При применении автоматической коробки передач это время практически равно нулю.

Кроме того, разгон не все время происходит при полной подаче топлива, как это предполагается в изложенном методе. Это также увеличивает реальное время разгона.

При применении механической коробки передач важным моментом является правильный выбор наиболее выгодных скоростей переключения передач v1-2, v2-3и т.д. (см. раздел «Тяговый расчет автомобиля»).

Для оценки способности автомобиля к разгону в качестве показателя используют также время разгона после трогания с места на пути в 100 и 500 м.

Построение графиков ускорений

В практических расчетах принимают, что разгон происходит на горизонтальной дороге с твердым покрытием. Сцепление включено и не пробуксовывает. Орган управления режимом работы двигателя находится в положении полной подачи топлива. При этом обеспечено сцепление колес с дорогой без пробуксовывания. Предполагается также, что изменение параметров двигателя происходит по внешней скоростной характеристике.

Полагают, что разгон для легковых автомобилей начинается с минимально устойчивой скорости на низшей передаче порядка v0= 1,5…2,0м/сдо значенийvт= 27,8м/с(100км/ч). Для грузовых автомобилей принимают:vт= 16,7м/с(60км/ч).

Последовательно, начиная со скорости v0= 1,5…2,0м/сна первой передачи и последующих передачах, на динамической характеристике (рис.1) для выбранных по оси абсциссvрасчетных точек (не менее пяти) определяют запас динамического фактора при разгоне как разность ординат (D – f)на различных передачах. Коэффициент учета вращающихся масс (δвр) для каждой передачи подсчитывают по формуле:

δвр= 1,04 + 0,05·iкп2.

Ускорения автомобиля определяют по формуле:

j = .

По полученным данным строят графики ускорений j=f(v)(рис.2).

Рис.2. Характеристика ускорений автомобиля.

При правильном расчете и построении кривая ускорений на высшей передаче пересечет абсциссу в точке максимальной скорости. Достижение максимальной скорости происходит при полном использовании запаса динамического фактора: D – f = 0.

Построение графика времени разгона t = f(v)

Этот график строят, используя график ускорения автомобиля j=f(v)(рис.2). Шкалу скоростей графика разгона разбивают на равные участки, например, через каждый 1м/с, и из начала каждого участка проводят перпендикуляры до пересечения с кривыми ускорения (рис.3).

Площадь каждой из полученных элементарных трапеций в принятом масштабе равна времени разгона для данного участка скорости, если считать, что на каждом участке скорости разгон происходит с постоянным (средним) ускорением:

jср= (j1 + j2)/2,

где j1 , j2- ускорения соответственно в начале и в конце рассматриваемого участка скоростей,м/с2.

В данном расчете не учитывается время на переключение передач и другие факторы, приводящие к завышению времени разгона. Поэтому вместо среднего ускорения принимают ускорение jiв начале произвольно взятого участка (определяют по шкале).

С учетом сделанного допущения время разгонана каждом участке приращения скоростиΔvопределится как:

ti=Δv/ji,с.

Рис. 3. Построение графика времени разгона

По полученным данным строят график времени разгона t = f(v). Полное время разгона отv0до значенийvтопределяют как сумму времени разгона (с нарастающим итогом) по всем участкам:

t1=Δv/j1 ,t2=t1 +(Δv/j2),t3= t2 +(Δv/j3)и так далее доtтконечного времени разгона:

.

При построении графика времени разгона удобно пользоваться таблицей и принять Δv= 1м/с.

Участки скорости vi , м/с

№ участков

1

2

3

4

5

6

7

и т.д.

ji , м/с2

ti , с

Врем разгона с нарастающим итогом

Напомним, что построенный (теоретический) график разгона (рис.4) отличается от действительного тем, что не учтено реальное время на переключение передач. На рис.4 время (1,0 с) на переключение передач отображено условно для иллюстрации момента переключения.

При использовании механической (ступенчатой) трансмиссии на автомобиле действительный график времени разгона характеризуется потерей скорости в моменты переключения передач. Это также увеличивает время на разгон. У автомобиля с коробкой передач с синхронизаторами интенсивность разгона выше. Наибольшая интенсивность у автомобиля с автоматической бесступенчатой трансмиссией.

Время разгона отечественных легковых автомобилей малого класса с места до скорости 100 км/ч(28м/с) составляет порядка 13…20с. Для автомобилей среднего и большого класса оно не превышает 8…10с.

Рис. 4. Характеристика разгона автомобиля по времени.

Время разгона грузовых автомобилей до скорости 60 км/ч(17м/с) составляет 35…45си выше, что свидетельствует о недостаточной их динамичности.

Путь разгона для легковых автомобилей до скорости 100 км/чсоставляет 500…800м.

Сравнительные данные по времени разгона автомобилей отечественного и зарубежного производства приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4.

Время разгона легковых автомобилей до скорости 100км/ч (28 м/с)

Автомобиль

Время, с

Автомобиль

Время, с

ВАЗ-2106 1,6 (74)

17,5

Alfa Romeo-156 2,0 (155)

9,0

ВАЗ-2121 1,6 (74)

25

Audi A6 Tdi 2,5 (150)

9,5

Москвич 2,0 (113)

11,5

BMW-320i 2,0 (150)

9,9

ЗИЛ-117

13

Cadillac Sevilie 4,6 (395)

7,2

ГАЗель-3302 D 2,1 (95)

24

Mercedes S 220 CD (125)

11,0

ЗАЗ-1102 1,1 (51)

16,2

Peugeot-406 3.0 (191)

7,9

ВАЗ-2110 1,5 (94)

12,0

Porsche-911 3,4 (300)

5,2

Ford Focus 2,0 (130)

9,2

VW Polo Sdi 1,7 (60)

17,4

Fiat Marea 2,0 (147)

8,8

Honda Civic 1,6 (160)

8,0

Примечание: Рядом с типом автомобиля указан рабочий объем (л) и мощность (в скобках) двигателя (л.с.).

Построение графика пути разгона автомобиля S = f(v)

Аналогичным образом проводится графическое интегрирование раннее построенной зави­симости t = f(V) для получения зависимости пути разгона S от скорости автомобиля. В данном случае кривая графика времени разгона автомобиля (рис. 5) разбивается на интервалы по вре­мени, для каждого из которых находятся соответствующие значения Vcр k.

Рис.5. Схема, поясняющая использование графика времени разгона автомобиля t = f(V) для построения графика пути разгона S = f(V).

Площадь элементарного прямоугольника, например, в интервале Δt5есть путь, который проходит автомобиль от отметки t4 до отметки t5, двигаясь с постоянной скоростью Vcр 5.

Величина площади элементарного прямоугольника определяется сле­дующим образом:

ΔSk = Vcр k (t k - t k-1) = Vcр k · Δt k .

где k = l…m - порядковый номер интервала, m выбирается произвольно, но считается удобным для расчета, когда m = n.

Например (рис. 5), если Vср5 =12,5 м/с; t 4 =10 с; t5=14 с, то ΔS5 = 12,5(14 - 10) = 5 м.

Путь разгона от скорости V0до скорости V1 : S1 = ΔS1;

до скорости V2 : S2 = ΔS1 + ΔS2;

до скорости Vn : Sn = ΔS1 + ΔS2 + ... + ΔSn = .

Результаты расчета заносятся в таблицу и представляются в виде гра­фика (рис. 6).

Путь разгона для легковых автомобилей до скорости 100 км/чсоставляет 300…600м. Для грузовых автомобилей путь разгона до скорости 50км/чравен 150…300м.

Рис.6. Графика пути разгона автомобиля.

studfiles.net

3 способа сделать авто быстрее

Практически всегда, когда мы говорим об улучшении динамики автомобиля, мы представляем тюнинг двигателя, его свап или турбирование. Однако существует множество способ улучшить показатели 0-100 и без модернизации ДВС. Ведь что такое автомобиль? Это сложная система различных узлов и агрегатов, а ДВС является лишь одним из них. Конечно мы не сможем увеличить мощность (ведь ее источником как раз и является мотор), но мы можем минимизировать потери этой мощности, увеличить эффективность нашего автомобиля (в нужном нам диапазоне). В этой статье мы будем говорить не о максимальной скорости, а об ускорении. Хочешь убрать лишние секунды с рейслоджика, обгонять всех со светофора, прочитай.

Представим, что наш тестовый автомобиль — среднестатистический городской седан мощностью порядка 150 л/с и массой в 1400 кг. Что мы можем сделать?

1. Облегчение автомобиля

Вес автомобиля — враг быстрого разгона, чем он больше, тем большее усилие надо приложить как для разгона, так и для торможения.

До достижения автомобилем скорости 100-120 км/ч наблюдается прямая зависимость ускорения автомобиля от его массы. Снизим вес на 10%, улучшим ускорение на 10% (грубо, для общего представления). На более высоких скоростях важным фактором становится аэродинамическое сопротивление (нарастает нелинейно, пропорционально квадрату скорости).

Каждый водитель сам решает, чем готов жертвовать ради ускорения:

  • лишний багаж, инструмент и запаска из багажника — 20-40 кг;

  • легкие колеса — 10-20 кг

  • уменьшение содержимого бензобака — 20-40 кг;

  • шумоизоляция — 20-40 кг;

  • музыка — 10-30 кг;

  • замена капота, крыльев, багажника на пластик — 20-40 кг;

  • климатическая система — 10-30 кг;

  • удаление/замена сидений — 10-30 кг;

  • удаление обшивок — 10-20 кг;

    (список можно продолжать долго, это первое что пришло на ум, цифры приблизительные)

Итого: можно похудеть на 130-260 кг, конечно мы не призываем никого корчевать свои автомобили, но согласитесь, это повод для размышлений.

Так для нашего «тестового» автомобиля расчетное ускорение 0-100 составит 9,2 секунды. Но, стоит оставить в баке 20 литров вместо 60, опустошить багажник, выложить сабвуферы с усилителями и машина похудеет на 100 кг, а это расчетные 8,7 сек до 100 км/ч.

Помимо прочего снижение неподрессоренных масс улучшит управляемость автомобиля.

2. Тюнинг дифференциала

Дифференциал характеризуется определенным передаточным числом, чем оно меньше, тем больше возможная максимальная скорость. Чем передаточное число больше, тем быстрее разгон автомобиля. Короткий дифференциал не прибавит лошадиных сил, но способен увеличить момент на колесах.

Как правило мощные модификации авто комплектуются длинными редукторами, слабые короткими. Ваша цель резкие ускорения — ставьте короткий редуктор, но на трассе будет неудобно. Также стоит иметь в виду некоторые нюансы:

  • на слишком коротком дифференциале и мощном двигателе первая передача может оказаться бесполезной, колеса будут уходить в букс, а стрелка тахометра взметаться к отсечке, эффективно реализовать потенциал не удастся;

  • короткий редуктор предполагает кроткие передачи, а значит и частые переключения. Включения передачи — всегда потеря времени.

Такой тюнинг эффективен и недорог, но владельцу надо подобрать оптимальное значения передаточного числа для своих целей.

Самоблокирующийся дифференциал поможет нам при разгоне на плохой дороге с разной или скользкой поверхностью. Для того чтобы разогнаться быстро мы должны передать максимум момента на колеса, не допуская пробуксовки. Распределяя момент между двумя ведущими колесами самоблокирующимся дифференциалом мы эффективнее ускоряемся. Показатели разгона улучшатся, ведь пока колеса буксуют машина не едет.

3.На каких колеса быстрее разгон

Что такое колесо для автомобиля? Последний элемент передающий момент на асфальт, такой же как КПП и дифференциал. Для нас важны следующие параметры:

  • Радиус колеса

    Радиус колеса — плечо приложения силы. Колесо меньшего размера легче раскрутить. Уменьшение диаметра колеса сопоставимо с увеличением передаточного числа главной пары. При большем передаточном числе разгон лучше, но максимальная скорость меньше.

  • Вес колеса

    Легкие диски и колеса обладают меньшей инерцией и обеспечивают лучшее ускорение и торможение автомобиля. Они также позитивно сказываются на управлении ввиду снижения неподресоренных масс.

Кроме диаметра колеса и его веса также имеет значение распределение этого веса. Чем дальше от центра сосредоточен вес диска, тем больше плечо приложения силы. Из этого следует:

1. Меньший диск на высокой резиной раскрутить легче;

2. Большое значение имеет вес шины на диске.Для нашего «тестового» автомобиля взаимозаменяемыми могут быть колеса 205/60 R16 и 215/45 R18, но установив 205/55 R16 можно ускориться на 0,2-0,7 секунды. В таблице приведен вес дисков BBS RC.

Вывод.

На динамические характеристики авто влияет множество факторов. Улучшить разгон можно не прибегая к тюнингу двигателя. Описанный выше пример демонстрирует, что в снижение веса, подбор колес и смена дифференциала позволит нам сэкономить от 1 до 2 секунд при разгоне от 0 до 100 км/ч (применительно к нашему авто).

tuningtech.ru

3.6. Скорость и ускорение автомобиля

Линейную скорость колеса, м/с, можно определить с помощью выражения

где гк — радиус колеса, м; ω к— угловая скорость колеса, рад/с.

Скорость автомобиля при его прямолинейном движении равна линейной скорости колеса, т. е. = к.

Так как скорость автомобиля обычно выражается в км/ч,а скорость колеса к — в м/с, то для получения скорости автомобиля в км/ч необходимо ввести переводной коэффициент 3,6. С учетом этого коэффициента скорость автомобиля, км/ч:

Аналогично при прямолинейном движении ускорение автомобиля равно линейному ускорению колеса:

(3.15)

3.7. Реакции дороги, действующие при движении на колеса автомобиля

При движении автомобиля его колеса могут катиться в различных режимах: тяговом, ведомом и тормозном. При этих режимах качения со стороны дороги на колеса действуют силы, называемые реакциями. Для определения их величины рассмотрим качение колеса автомобиля по жесткой (недеформируемой) дороге. Схема сил, действующих в этом случае на ведущее колесо, представлена на рис. 3.5.

СилыРх и Рz. и момент М' действуют на колесо со стороны автомобиля. Силы R.x и Rz действуют на колесо со стороны дороги и представляют собой ее реакции.

Рассмотрим указанные силы и момент.

Рис. 3.5. Силы, действу­ющие на ведущее колесо при качении по недефор­мируемой дороге: О — центр колеса

Рz. — вертикальная нагрузка на колесо, направленная вниз перпендикулярно поверхности дороги.

Рх — продольная сила, параллельная поверхности дороги. В зависимости от режима качения колеса она может быть на­правлена как в сторону движения автомобиля, так и в противоположную.

M`— момент, подводимый к колесу от полуоси или тормозного барабана (тормозного диска). Иногда момент может быть равен нулю (не подводится к колeсу). Момент считается положительным, если его направление совпадает с направлением вращения колеса, и наоборот.

Rz — нормальная реакция дороги, направленная вверх перпенди­кулярно поверхности дороги. Точка приложения нормальной реак­ции смещена относительно оси колеса на некоторую величину аш из-за большей деформации шины в набегающей на дорогу части, чем в сбегающей с дороги. Это подтверждает эпюра элементарных сил, действующих в месте контакта колеса с дорогой, для кото­рых нормальная реакция является результирующей силой.

Rх — касательная реакция дороги. Это сила, которая действует в плоскости дороги и в зависимости от режима качения колеса может быть направлена в сторону движения автомобиля или в про­тивоположную. Касательная реакция считается положительной, если она направлена в сторону движения, и наоборот.

Составим уравнение моментов относительно оси колеса:

(3.16)

где Jк — момент инерции колеса относительно оси вращения. Из выражения (3.16) находим касательную реакцию дороги:

Обозначим отношение — символом ƒ и, выразив величину с помощью формулы (3.15) через ускорение автомобиля j,для касательной реакции дороги получим в общем случае (при любых режимах качения колеса)

(3.17)

Рассмотрим типичные режимы качения колеса.

Тяговый режим характерен для ведущего колеса. Момент М' подводится к колесу через полуось, и направление момента со­впадает с направлением вращения колеса. В этом случае момент называется крутящим. Подставляя в выражение (3.17) вместо М' выражение для крутящего момента Мк, подводимого к ведущим колесам, и учитывая соотношения (3.12) и (3.15), для ведущего колеса получим

Где — тяговая сила.

Для ведущего колеса касательная реакция Rх > 0. Следователь­но, она направлена в сторону движения, как показано на рис. 3.5.

Ведомый режим характерен для ведомого колеса. Момент М' к колесу не подводится, и, следовательно, он равен нулю. Для ведомого колеса касательная реакция дороги

Знак «-» показывает, что у ведомого колеса касательная реакция дороги направлена Тормозной режим является характерным для тормозящего колеса(ведущего, ведомого). Момент М' подводится к колесу от тормозного барабана или тормозного диска и направление его противоположно направлению вращения колеса. В этом случае момент называется тормозным (Мтор). Подставив в выражение (3.17) вместо М' тормозной момент (М' = -Mтор), для тормозящего колеса получи против движения (рис.3.6, а).

Рис. 3.6. Силы, действующие на ведомое (а )и тормозящее (б) колеса

studfiles.net

неужели тормозной путь не зависит от массы авто?

Друзья, в прошлом выпуске я утверждал, что тормозной путь автомобиля не зависит от его массы. Большинство водителей считают, что зависит, и я объяснил, откуда берется это представление. В этой статья я докажу справедливость своего утверждения, прибегнув к физическим понятиям.

Подчеркну, что речь идет о кратчайшем, экстренном, то есть минимально возможном тормозном пути. То есть о тормозном пути при торможении на грани блокировки колес. В современных машинах при таком торможении срабатывает АБС (антиблокировочная система тормозов), а классические машины либо срываются в «юз», либо остаются на грани «юза», в зависимости от действий водителя.

Сначала докажу это «на пальцах». Утяжеляя машину, мы, с одной стороны, увеличиваем ее инертность и осложняем торможение. С другой стороны, мы сильнее прижимаем шины к дороге, увеличиваем сцепление шин с дорогой и повышаем тормозные возможности машины. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути.

Что такое «масса»?

Для интерсующихся приведу физико-математическое доказательство и вначале кратко расскажу о понятии «масса». Массы в природе две: инертная и гравитационная. Есть, правда, еще и третий вариант – Фелипе Масса, пилот Формулы 1, уже который год выступающий за Ferrari, но сейчас не об этом :)

Инертная масса

Инертная масса mи – масса, которая «отвечает» за сопротивление движению тела. Чем тяжелее тело, тем сложнее привести в его движение или остановить, если оно движется.

В механике об этом говорит 2-й закон Ньютона:

a = F/mи

то есть ускорение (замедление) тела пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально инертной массе тела. Или в более привычной формулировке этот закон выглядит как

F = mи a

Инертная масса осложняет торможение

Это как раз то, о чем думает большинство водителей: чем тяжелее машина, тем сложнее ее остановить (а также и разогнать) и, якобы, тем длиннее тормозной путь. Остановить машину действительно сложнее, не спорю, но тормозной путь есть возможность сохранить — для этого нужно лишь затратить больше энергии. В этом нам поможет второе понятие массы.

Гравитационная масса

Гравитационная масса mг – масса, которая «отвечает» за взаимное притяжение тел, в частности, за притяжение тел к Земле. Чем тяжелее тело, тем больше сила тяготения и тем сильнее тело давит на опору (пол, дорогу и т.д.).

А об этом в механике говорит закон всемирного тяготения Ньютона:

F = G mг1 mг2/r2

Или, по-русски, сила притяжения двух тел пропорциональна массам (гравитационным) этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта формула упрощается для тела в поле тяготения Земли:

F = mг g

где mг – гравитационная масса тела, а g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2

Гравитационная масса помогает торможению

Применительно к разговору о тормозном пути это означает, что чем тяжелее машина, тем сильнее она давит на колеса, тем лучше прижимает их к дороге и тем лучше сцепление шин с дорогой. Ведь, согласно закону Кулона, сила сила трения покоя (в нашем случае — сила сцепления шин с дорогой, она же – «держак» на гоночном жаргоне) пропорциональна весу тела N:

Fтр = k N = k mг g

где mг – гравитационная масса машины, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Тогда, чем больше масса автомобиля, тем выше сила сцепления шин с дорогой и тем сложнее тормозам заблокировать колеса и пустить машину в «юз» (ну или включить АБС, если она есть).

Одна масса мешает, другая — помогает. Что победит?

В итоге, инертная масса увеличивает инерцию машины, а гравитационная масса улучшает сцепление шин с дорогой и тормозной потенциал машины. Одно удлиняет тормозной путь, а другое пытается укоротить его. Что же победит?

Нам поможет Закон сохранения энергии

На языке физики процесс торможения выглядит как закон сохранения энергии:

mи v2/2 = Fтр s

т.е. кинетическая энергия машины с инертной массой mи и скоростью v при торможении переходит в тепло за счет работы силы трения Fтр, которая затрачивается на замедление машины на участке пути длиной s (собственно, тормозной путь).

Машина тормозит не тормозами, а шинами

Как я уже писал выше, сила трения Fтр равна kmг g – произведение коэффициента трения k, гравитационной массы mг и ускорения свободного падения g. И сразу вопрос: о какой силе трения идет речь? О силе трения колодок о тормозной диск? Или о силе трения шины о дорогу, о «держаке»? Вообще, первопричина торможения – сила трения колодок о диски. Но она не может превышать силу трения между шиной и дорогой: в этом случае шины начинают скользить, и, либо включается АБС, либо машина идет в «юз». После чего любое усиление нажатия на тормоз не дает выигрыша в торможении, и машина продолжает тормозить за счет трения шин о дорогу. Поэтому для случая экстренного торможения нужно считать, что сила трения колодок о диски равна силе сцепления шин с дорогой. И тогда k — коэффициент сцепления шин с дорогой, если шины на грани скольжения, или это коэффициент скольжения шин о дорогу, если колеса заблокированы, и машина тормозит юзом.

Тогда подставим значения силы сцепления Fтр = k mг g в закон сохранения энергии:

mи v2/2 = k mг g S

Инертная и гравитационная массы противодействуют друг другу в равной степени

А теперь ключевой момент! Еще Ньютон доказал, а Эйнштейн в свое время постулировал, что инертная и гравитационные массы равны! На сегодняшний день это проверено многократными экспериментами с высокой степенью точности. Эти массы имеют абсолютно разный физический смысл, но в килограммах это всегда одно и то же!

И тогда заменяем инертную и гравитационную массы на «просто массу»:

m v2/2 = k m g S

Теперь массы можно успешно сократить, и останется:

v2/2 = k g S

Отсюда получаем тормозной путь, не зависящий от массы:

S = v2/(2 k g)

где v – скорость движения машины до начала торможения, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Еще раз смысл: с одной стороны, масса увеличивает инертность машины и создает препятствие тормозам. С другой стороны, масса увеличивает сцепление шин с дорогой и помогает тормозам. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути.

Скорость зависит только от водителя, g – постоянна, а коэффициент сцепления k зависит от состава резины протектора шины и от качества дорожного покрытия. Выходит, тормозной путь зависит от скорости, качества шины и качества дороги. При этом под качеством шины понимается именно состав резины. А от ширины профиля шины и площади пятна контакта сила сцепления шины с дорогой не зависит, как и не зависит тормозной путь.

Тормоза важны

Поговорим о тормозах. Размеры тормозных дисков, материалы колодок и прочее устройство тормозных механизмов важны для машины, но не могут влиять на тормозной путь напрямую, поскольку он ограничивается сцеплением шин с дорогой. Но хочу отменить следующее. Каждые тормозные механизмы расчитаны на погашение определенной кинетическиой энергии, которая пропорциональна массе и квадрату скорости. Обычно запас тормозов расчитывают так, чтобы даже Форд Фокус остановился с мешком картошки в багажнике со 100 км/ч за те же 40 метров, что и без мешка. Но вот ежели вы в машину загрузите лишних 500 кило, будьте готовы к тому, что ваши тормозные механизмы, рассчитанные под меньшую массу, перегреются и не справятся с задачей, и проедете вы куда больше прежних 40 метров.

Или еще пример. Можно взять Жигули со штатными тормозными дисками и колодками и поставить на нее гоночные слики. А что, на Формулах 1 как раз шины 13-дюймового диаметра, аккурат подойдут :) Конечно, придется серьезно переделать саму машину, но это сейчас не столь важно. Так вот, слики имеют почти вдвое больший коэффициент сцепления с дорогой, а значит для торможения юзом на тормоза Жигулей ляжет нагрузка вдвое больше обычной. И вариантов развития событий тоже два: либо тормоза перегреются с первой же попытки, либо вовсе не смогут довести колеса до грани блокировки… И то, и другое означает для нас увеличение тормозного пути (по сравнению с тормозным путем на этих же сликах и гоночными тормозами) даже для пустой машины. А если ее еще и догрузить как следует, то ситуация еще более усугубится, и тормозной путь таких Жигулей еще как будет зависеть от массы авто.

Таким образом, мы можем говорить о независимости тормозного пути от массы машины, если она соответствует общепринятым нормам безопасности: на машине с загрузкой, не превышающей допустимую производителем, штатные тормоза должны быть способны заблокировать колеса (или включить АБС) на штатных шинах.

Однако главное при торможении — шины

Выходит, и Жигули, и Ferrari затормозят с примерно одинаковым тормозным путем, если тормоза у всех исправны, а на колеса установлены одни и те же шины. Возможна разница за счет разного времени срабатывания тормозной системы, а также за счет разных алгоритмов торможения водителя и АБС. Но эта разница будет куда меньше по сравнению с тем, когда одни и те же Жигули (или Ferrari) будут тормозить сначала на Michelin, а потом на отечественной Каме. Так что главное при торможении — шины!

Выше я уже написал, что в случае торможения на грани скольжения шин под k понимается коэффициент сцепления, а в случае торможения юзом при заблокированных колесах k — коэффициент скольжения шин по дороге. Известно, что трение скольжения всегда меньше трения покоя (сцепления), примерно на 10-15%. Соответственно, машина, тормозящая юзом, как правило, проходит на 10-15% больший путь до полной остановки по сравнению с машиной, тормозящей на грани скольжения. АБС не допускает блокировки колес, поэтому машины с АБС при нажатии тормоза «в пол» тормозят всегда на грани скольжения. А машины без АБС при торможении «в пол» сразу же уходят в юз. Хотя, при должном навыке водитель и без АБС может правильно дозировать усилие на педали и тормозить на грани скольжения. Например, машины в Формуле 1 не оснащены АБС, и пилоты тормозят на грани скольжения, а уход в юз считается ошибкой. Из написанного следует, что при одних и тех же шинах машина с АБС будет тормозить короче, чем машина без АБС юзом, но это справедливо только для гладких и твердых дорог. На рыхлых и неровных покрытиях машины с АБС проигрывают в тормозном пути машинам без АБС.

Кстати, не стоит сравнивать тормозные пути седана и фуры. Это не всегда корректно, поскольку там могут быть конструктивно разные тормоза (у грузовиков даже бывает не гидравлическая, а пневматическая тормозная система с огромной задержкой в срабатывании) и разного качества шины. Лучше всего сравнивать «яблоки с яблоками», то есть одну и ту же машину с разной степенью загрузки. Подробнее об этом читайте в ответе на вопрос гостя нашего сайта о влиянии тормозов.

Легковушка и фура тормозят одинаково

Однако, если время срабатывания тормозов у легковушки и фуры одинаково, и стоят схожие по составу шины, то тормозной путь отличаться не должен. Вот видео, которое подтверждает это (правда, я не понимаю по-немецки, но по смыслу именно то :)):

http://www.myvideo.de/watch/7778214/Bremstest_PKW_LKW_VW_T4_gg_Mercedes_Actros

В заключение скажу, что тормозной путь зависит от веса машины (не будем путать вес и массу), а также от массы прицепа без тормозов, от положения руля. Обо всем этом я расскажу в будущих выпусках.

Как это поможет на практике?

А пока — практический смысл этой статьи.

Используйте качественные шины

Помните, машина тормозит не тормозами, а шинами. Если у вас стоят изношенные или дешевые или просто не соответствующие сезону шины, ваш автомобиль тормозит плохо, и хорошие тормоза ему не помогут. Если вы хотите повысить безопасность и улучшить тормозную динамику машины, не нужно делать тюнинг тормозов и ставить дорогущие тормозные диски, колодки и т.п. Поставьте дорогие качественные шины, и тогда ваша жизнь за рулем будет в большей безопасности.

Тюнинг машины требует профессионального подхода

Если же вы решите «обуть» машину в суперцепкие шины — для гонок ли, или для собственной безопасности, имейте в виду, что это уже вмешательство в конструкцию автомобиля, тюнинг. Одними шинами не обойтись — они потребуют для себя мощных тормозов, а подобрать их и грамотно установить — дело крайне важное и непростое. Так что подходите к тюнингу машины серьезно и пользуйтесь услугами профессионалов, ведь такие вещи не терпят самодеятельности.

Маленькая легкая машина не дает преимуществ при торможении

Выбирая машину при покупке не думайте, что маленький городской автомобильчик будет более безопасный по сравнению с минивэном и тем более фурой лишь потому, что легче и, якобы, лучше тормозит. Не лучше он тормозит, а если и лучше, то масса тут ни при чем. Будьте бдительны, если управляете маленьким авто. Особенно, когда едете сзади фуры: не приближайтесь к ней и не думайте, что в случае чего она будет останавливаться долго, а вы то уж точно успеете остановиться… Сохраняйте безопасную дистанцию, независимо от разницы в массах машин.

Сохраняйте самообладание, управляя загруженной машиной

Если вам предстоит путь на машине с пассажирами и полным багажником, будьте бдительны, но не теряйте самообладание при торможении. Да, вам покажется, что торможение стало хуже. Но это лишь потому, что вы привыкли к другому усилию на педали тормоза.Нажимайте на тормоз сильнее обычного, и машина затормозит так, как вам нужно. Но и после разгрузки автомобиля не теряйте голову :) — ведь машина станет более чутко отзываться на нажатие педали тормоза, но это иллюзия: тормозной путь не станет короче!

Не перегружайте машину

У каждой машины есть свое предназначение для использования и своя допустимая нагрузка. Если ее превысить, то шины и тормоза могут перегреться, а то и вовсе испортиться. В любом случае, они не справятся с задачей торможения. Тормозной путь заметно увеличится, и это, как вы понимаете, может привести к ДТП.

Учитесь правильно тормозить

Казалось бы, что тут сложного? Но наш тренерский опыт говорит, что многим водителям не хватает плавности и знаний многих тонкостей в повседневном торможении и, наоборот, маловато резкости в экстренном торможении. В общих чертах я написал об этом в статье «Как правильно тормозить?», а если вас интересует практика, то экстренное торможение вы можете отработать на курсе «Зимняя контраварийная подготовка», а постичь все премудрости грамотного торможения на каждый день — на «курсе МВА для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля».

kaminsky.su

Распространенные мифы об автомобилях — журнал За рулем

У какого масла меньше вязкость — у минерального или у синтетического? Кто быстрее стартует — трактор или легковушка? Ответы на очевидные вопросы могут быть неверными, говорят Михаил Колодочкин и Эдуард Коноп.

Untitled-1

Нравится это кому-то или нет, но мы постепенно превращаемся из автолюбителей в банальных пользователей. И причина не только в том, что современная техника стала почти необслуживаемой. Многим водителям совершенно безразлично, как что-то устроено: едет — и ладно. Но пока еще немало и тех, кто тоскует по гаражнокурилочным диспутам на технические темы. Им и предлагаем размять мозги.

1. Какое транспортное средство из нижеперечисленных первым уйдет на дистанцию в гонке с общим стартом?

А — гусеничный трактор ДТ‑75;

Б — Боинг‑747;

В — велосипед;

Г — Лада Гранта.

Правильный ответ: А. В момент одновременного старта все преимущества — у трактора ДТ‑75. На низшей передаче тяговое усилие гусениц достигает примерно 44 300 Н, и благодаря их отменному сцеплению с дорогой оно уверенно реализуется. Ускорение трактора массой 6 т близко к 0,75g. У Гранты же передние шины при старте разгружаются, их сцепление падает — развить даже ускорение 0,5g не всегда возможно. Боинг‑747 и того хуже: самолет со взлетной массой 400 т и суммарной тягой четырех двигателей 1 130 000 кН стартует с ускорением всего около 0,29g. А велосипедист и того медленнее!

1447417898_mdf1

Misha Designs Ferrari 458 Italia

Misha Designs Ferrari 458 Italia

Misha Designs Ferrari 458 Italia

2. Спортивный автомобиль разгоняется до 100 км/ч за 3,0 с. Какие технические ухищрения могут сократить это время до 1,0 с?

А — увеличение мощности и крутящего момента двигателя;

Б — снижение коэффициента аэродинамического сопротивления Сх;

В — установка эффективного антикрыла;

Г — задача не имеет решения: это теоретически невозможно.

Правильный ответ: В. Ускорение автомобиля ограничено сцеплением шин с дорогой. При коэффициенте сцепления около 1,0 (сухой асфальт) даже полноприводная машина не позволяет получить ускорение выше 1,0g. Будь мотор хоть в миллион сил, а Сх равен нулю. Минимальное расчетное время разгона до сотни составит 2,83 с.

Остается одно — увеличить силу сцепления с дорогой. У прогретых гоночных покрышек коэффициент сцепления на сухом асфальте равен 1,4–1,6, но мы говорим про стандартные колеса. Небольшие антикрылья гоночных формул, прижимающие колёса к дороге, тоже не помогут: на скорости до 100 км/ч они малоэффективны. Но если установить на машину перевернутое крыло от легкого самолета со взлетной скоростью менее 100 км/ч, чтобы увеличить прижимную силу и тем самым улучшить сцепление, это позволит решить задачу — во всяком случае, теоретически.

1447244473_7y1a8936

Материалы по теме

3. У какого масла стандарта 10W‑40 меньше вязкость при 100 °C — у синтетического или у минерального?

А — у синтетического;

Б — вязкость одинакова;

В — у минерального;

Г — возможны оба варианта.

Правильный ответ: Г. У обоих масел одинаков лишь диапазон изменения вязкости при 100 °C, но ее конкретные величины при этом могут различаться. Для указанного масла этот разброс составляет от 12,6 до 16,3 мм²/с. Поэтому теоретически возможны оба варианта.

4. Вместо штатного аккумулятора энергоемкостью 50 А·ч установили другой — на 75 А·ч. Каковы негативные последствия такой замены?

А — увеличится среднее время заряда;

Б — возрастет нагрузка на генератор;

В — негатива не будет;

Г — батарея постоянно будет недозаряженной.

Правильный ответ: В. Если установить на машину более вместительный бензобак, то с какой стати он должен быть, к примеру, полупустым, а бензонасос — перегруженным? Так и здесь: негатива не будет. При зарядке постоянным напряжением излишним токам просто неоткуда взяться. Среднее время заряда также не изменится: оно определяется степенью разряженности батареи, а не этикеткой на корпусе. И если аккумулятор потерял при пуске 1 А·ч, то генератор должен вернуть обратно точно такой же заряд. И время подзарядки от емкости, конечно же, не зависит.

1448526850_vw_tdi

Материалы по теме

5. Какой из перечисленных ниже четырехтактных двигателей является самоуравновешенным?

А — трехцилиндровый;

Б — четырехцилиндровый;

В — рядная «шестерка»;

Г — V‑образная «шестерка».

Правильный ответ: В. Двигатель — это множество деталей, движущихся с ускорениями. Для каждой детали ее масса, помноженная на ускорение, определяет силу инерции. А там, где есть сила и плечо, возникают моменты. Конкретное распределение сил и моментов зависит от конструкции мотора, но и те и другие действуют на опоры двигателя, порождая вибрации. Если удается добиться взаимного уничтожения влияния этих факторов, то такой мотор называют полностью самоуравновешенным.

К сожалению, всего несколько конструкций двигателей являются самоуравновешенными по своей природе — среди них, например, шестицилиндровый рядный мотор и 12‑цилиндровый V‑образный. Рядную «четверку» подвели силы инерции второго порядка. Трехцилиндровому мотору еще хуже: виноваты моменты центробежных сил и силы инерции двух порядков. А V‑образная «шестерка» не уравновешена по моментам.

6. В заднем колесе прицепа-роспуска, буксируемого по ровной сухой дороге, случайно застрял камешек. В какую сторону он полетит, если освободится?

А — всегда вперед, по ходу автомобиля;

Б — назад, против хода автомобиля;

В — в любую сторону с равной вероятностью;

Г — вперед, если в момент отрыва не касается асфальта.

Правильный ответ: Г. Камень, вращающийся с колесом, движется по циклоиде. (Эту кривую продемонстрируют в движении велосипедные колёса со светящимися колпачками.) Свободное движение тела начинается по касательной к той траектории, по которой оно двигалось перед отрывом. Эта касательная всегда имеет составляющую по направлению движения и никогда — против. Значит, камень, вылетев из колеса, полетит по направлению движения. При этом его скорость может превышать скорость автомобиля вдвое! Кстати, именно по этой причине такие камешки частенько летят в кабину тягача.

Исключение — точка касания с дорогой, в которой линейная скорость равна нулю. Если камень освободится именно в этот момент, то останется на месте.

Почему же камни иногда разбивают стекла машин, идущих сзади? Во‑первых, если вместо асфальта окажется грунт или скользкая дорога, то ведущее колесо может забуксовать и выбросить камень в произвольном направлении, в том числе и назад. Во‑вторых, задняя машина может догнать летящий перед ней камень. Понятно, что вероятность поймать такой «подарок» от того же роспуска гораздо выше, чем от легковушки, где камешек может заплутать в колесной нише.

20150429_2272_4_9_05

Материалы по теме

7. О чем говорит потребителю цвет охлаждающей жидкости в момент покупки? 

А — о типе антифриза: традиционный, карбоксилатный, гибридный, лобридный;

Б — ни о чем;

В — о взаимозаменяемости;

Г — о температуре замерзания.

Правильный ответ: Б. Современные охлаждающие жидкости не имеют цвета. Окраска в тот или иной тон — выбор конкретного производителя, а не следствие каких-либо химических реакций. Поэтому антифризы одного цвета могут различаться по составу, а разноцветные, напротив, могут оказаться одинаковыми.

8. Какой из перечисленных параметров бензина не нормируется Техническим регламентом?

А — точное октановое число;

Б — содержание смол;

В — фракционный состав;

Г — ни один из перечисленных параметров.

Правильный ответ: Г. Для октанового числа любого бензина Техническим регламентом нормируется только нижняя граница — не ниже 80 по исследовательскому методу и 76 по моторному. Его точное значение при этом не оговаривается. Смолы и фракционный состав также не упомянуты.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

www.zr.ru


Смотрите также