СТАТЬИ

ЕЩЁ РАЗ О ТРЕНИИ ШИН НА ВОПРОС ЧИТАТЕЛЯ ОТВЕЧАЕТ КОНСТАНТИН КРУПНИКОВ (ККК)

Здравствуйте Михаил Георгиевич, ваша книга ?Экстремальное вождение? дала

понять многие нюансы управления автомобилем, которые обычно упускаются в

литературе, даже написанной для профессионалов. Это такие вещи как

торможение без клевка, руль и правая нога (газ или тормоз) ? антагонисты,

даже пре прерывистом торможении нога не отпускает педаль, а только меняет

усилие, недопустимость резкого и слишком раннего прекращения торможения в

повороте. Очень наглядно представлена информация о сцеплении шин с

дорогой. Но по этому вопросу хотелось бы получить уточнение.

Трение ? это сложный и очень малоизученный процесс, на который нет

законченной теории. А те формулы, которыми пользуются в научной

литературе, даются как ориентировочные (коэффициенты трения, полученные в

них, справедливы только для условий эксперимента, и не могут давать

достоверных результатов в реальных условиях). Согласно упрощенной теории,

которая дается в учебниках общей физики, сила трения не зависит от площади

контакта поверхностей, а зависит только от силы давления на опору F=м*mg.

Т.е на автомобиль, согласно этой теории, можно было бы поставить хоть

велосипедное колесо ? трение до момента проскальзывания колес будет

одинаковым. Но на практике (правильно ли я понимаю?) размеры колес и

площадь контакта выбираются из соображений необходимости обеспечения

определенной силы трения скольжения, прочности шины и необходимой мягкости

работы совместно с подвеской, а также обеспечения курсовой устойчивости.

ККК. Совершенно верно – сила трения покоя мало зависит от ширины опоры. Дело в том, что, с микроскопической точки зрения, контакт двух поверхностей при их сдавливании сначала происходит через миниатюрные “горы и хребты”, которые затем частично сминаются. При узкой опоре возникает большее давление и большее смятие микрорельефа; для широкой опоры давление меньше, соответственно и смятие меньше. Результат один - при одинаковой нагрузке реально соприкасается между собой схожее количество молекул, т.е. сила трения покоя та же самая. На железной дороге (включая метро и трамваи) используются узкие колёса. Огромный тормозной путь железнодорожного состава определяется малым коэффициентом трения сталь-по-стали. В развитых странах для городского железнодорожного транспорта применяют обрезиненные колёса с целью сократить тормозной путь и снизить шум. Износ резины невелик, ибо она не испытывает боковых нагрузок: поворот обеспечивает реборда. Автомобильные шины вынуждены передавать как продольные, так и поперечные нагрузки; вдобавок, покрытие дороги всегда шершавее стальной полосы рельса. Так что шины часто выбираются из соображений износостойкости, когда важнее ширина беговой дорожки. Ведь чем больше пятно контакта, тем меньше удельная нагрузка в нём и тем меньше износ. С другой стороны, чем меньше пятно контакта, тем меньше расход топлива, в том числе из-за снижения момента инерции узкого колеса. Вообще, автомобиль – сборище компромиссов. Вы также правы, упомянув прочность, курсовую устойчивость (более широкая шина хуже ведёт себя в колее) и комфорт (приемлемую мягкость совместно с подвеской). Обратите внимание, что с развитием прогресса снижается высота борта автомобильной покрышки: она стремится стать обрезиненным железнодорожным колесом.


Дело в том, что сила трения скольжения, в отличии от трения покоя сильно

зависит от площади контакта и свойств поверхностей. Она может быть заметно

меньше силы трения покоя и определяется как F= 1\v + k(v)*выделяемое

тепло. Т.е она уменьшается с увеличением скорости проскальзывания,

стремиться в конце концов к некоторой минимальной величине, но при этом

при определенном проценте проскальзывания проходит через максимум.

ККК. Применимость указанной формулы ограничена именно скольжением. Рассмотрите случай трения покоя (т.е. возьмите нулевую скорость проскальзывания V=0) и получите в первом слагаемом деление на ноль, т.е. бесконечно большую силу трения, что нонсенс (или, для гонщиков – недостижимая мечта). Написанная формула относится к зависимости силы трения от скорости при скольжении в пятне контакта. Автомобиль чаще всего “управляется” трением покоя. Парадоксально, но у автомобиля, даже движущегося в повороте, в пятне контакта работает именно трение покоя, а не трение скольжения; важен боковой увод шин, а не снос-занос при скольжении шин. Если к копытам коровы на льду прикрепить ролики, то она не попала бы в поговорку.


Вероятно, при очень большой скорости проскальзывания в месте трения

возникает высокая температура, и трение снижается за счет появление

прослойки выделяющихся жидких и газообразных продуктов, действующих на

подобие смазки. Разницу между трением покоя и скольжения легко наблюдать,

когда сдвигается какой либо тяжелый ящик. До начала движения

прикладывается большое усилие, а когда он уже двигается, то поддерживать

его движение можно существенно меньшими усилиями.

Любое ускорение определяется как a=F\m, где F ? это сила тяги, или

торможения, центростремительная сила, или их комбинация. В любом случае

максимальная сила, приложенная к шинам, не может быть больше силы трения

F=Fтрен= м*mg, откуда максимальное ускорение, которое может быть приложено

к автомобилю a=м*mg\m=м*g. Т.е. что разгон, что торможение, что

устойчивость в поворотах автомобиля зависят главным образом от

коэффициента сцепления шин с покрытием, который максимален при

определенном проскальзывании.

ККК. Во-первых, вывод почти верен, точнее – верен в некотором диапазоне скоростей. В общем случае, и разгон, и торможение, и устойчивость автомобиля в поворотах зависят от двух внешних условий: сил, приложенных со стороны дороги (в частности, коэффициента сцепления шин с покрытием), и аэродинамических сил. С ростом скоростей вторая составляющая увеличивается. Грубая оценка говорит, что аэродинамические силы становятся заметными при скоростях выше 70 км/час. Так что используемая вертикальная компонента силы есть не просто вес (в покое - произведение массы на ускорение свободного падения): к ней надо прибавить вертикальную компоненту силы аэродинамического прижима. Такой прижим может существенно превысить вес. Во-вторых, коэффициент сцепления шин с покрытием, в самом деле, максимален при малом проскальзывании шин. Но надо твёрдо помнить, что диапазон проскальзывания (т.е. разности скоростей в контакте “шина-покрытие”), в котором коэффициент трения достигает максимума, крайне невелик. Мастерство гонщика заключается в умении двигаться на наиболее высокой точке этой неустойчивой куполообразной зависимости коэффициента трения от скорости проскальзывания.


В вашей книге приведены данные зависимости силы сцепления от силы прижатия

шины к поверхности, откуда следует, что коэффициент м зависит от давления.

При возрастании давления, сначала он практически постоянен (отношение силы

давления к силе сцепления постоянно), а далее он начинает падать.

ККК. Автор в начале своего письма правильно подметил, что теория, согласно которой сила трения линейно зависит от силы давления на опору, является упрощенной. В книге М.Г.Горбачёва собран опыт гонщиков, подметивших нелинейную зависимость. Кроме того, рискованно употреблять слово “давление” при рассмотрении взаимодействия шин с дорогой. Возможна путаница с внутренним давлением воздуха в шине. Для строгости можно использовать определение “нормальная к поверхности дороги составляющая суммарного вектора сил, приложенных к пятну контакта шины”. Но вполне достаточен выбранный автором термин “сила прижатия к поверхности”.


Вы приводите пример перераспределения нагрузки на шины во время прохождения

поворота, и говорите что в результате суммарное сцепление шин с дорогой

падает. В результате я прихожу к выводу, что чем мягче шины, установленные

на автомобиле ? тем больше площадь контакта с дорогой должна быть, т.е.

тем шире покрышка должна использоваться на данном автомобиле. Если

посмотреть на шины в Формуле1, то видно, что они сделаны очень широкими. К

правильному выводу я пришел ? Из этого практически получается, что для

получения оптимального коэффициента сцепления при использовании зимней

нешипованной резины ширина покрышки должна быть чуть шире, чем при

применении шипованной, немного более жесткой резины.

ККК. Сделанный автором письма вывод “шина шире, следовательно мягче”, неверен. Эффект трения возникает в пятне контакта на молекулярном уровне, так что говорить нужно о мягкости протектора, а не шины. В пресловутой “Формуле 1” используются шины разной мягкости одинаковой ширины. Ширина шины (точнее, высота профиля, т.е. отношение ширины к высоте борта) задаёт другую характеристику – боковую жёсткость, которая определяет боковой увод. Боковой увод – явление, которое сопровождается трением покоя в пятне контакта, а не трением скольжения. Именно боковой увод доминирует при управлении автомобилем в повороте. Скольжение – экстремальная и редкая ситуация. Скольжение – всегда потеря скорости по сравнению с “прокатыванием” поворота. Почему? Потому, что коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя: шине не хватает сил повернуть автомобиль. Совсем другой вопрос, может ли гонщик “прокатить” поворот? Ну, а что касается зимних условий, то они гораздо разнообразнее летних. Судите сами – зимой покрытие может быть не только твёрдым и ледяным, но мягким и рыхлым. О выборе зимних шин можно написать много. Кратко – автомобильная зимняя шина, независимо от наличия шипов, должна быть узкой, жёсткой и с сильно развитой (т.е. имеющей большую площадь граней) рабочей поверхностью рисунка протектора из мягкого материала. Для снегохода это неверно.


И еще один вопрос. Когда вы говорите о перераспределении веса при

прохождении поворота, разгоне, или торможении, то наверно имеете ввиду

только его вертикальную составляющую, которая влияет на величину прижатия

шины к дороге. Эта составляющая конечно не меняется. Но в физике есть

четкое определение веса ? это векторная величина равная силе, с которой

тело давит на опору. И по этому определению вес автомобиля растет в

повороте, при торможении и разгоне. Что легко можно показать, повесив весы

с гирей внутри автомобиля. При прохождении поворота будет видно, что вес

гири увеличивается. Дорожное полотно делают с уклоном, чтобы получить

пользу от возрастающего веса и использовать его на увеличение силы

прижатия шин к дороге. Есть аттракцион цирковой, когда мотоциклист ездит

по вертикальной стене, проезжая круги в чисто горизонтальной плоскости, и

его вес имеет существенную горизонтальную составляющую. Почему мне это

важно? Я хотел бы уточнить, максимально допустимая нагрузка на шины дается

только на вертикальную составляющую веса, или на полную его величину.

Может быть, именно от превышения допустимого веса на шины они становятся

квадратными, как вы пишите, при чрезмерно интенсивном торможении. Может

быть, для того чтобы колесо не слетало с обода при слишком сильном

центростремительном ускорении нужно ставить шины с запасом по максимальной

нагрузке?

ККК. Многие путают вес и массу тела, инерциальную и неинерциальную системы. Автор письма верно подметил, что в грамотно спрофилированном повороте нагрузка, дополнительно возникающая вследствие центробежной силы, полезна. Внимательный взгляд на циркового мотоциклиста, быстро едущего внутри вертикального барабана, подметит, что положение мотоциклиста не строго горизонтально. Всё-таки колёса расположены чуть ниже головы артиста (речь идёт о стационарном движении строго по кругу). Ведь силу гравитации, приложенную к экипажу (мотоциклисту и мотоциклу) отключить нельзя. Векторное сложение двух взаимно перпендикулярных сил (гравитации и центробежной силы) позволяет создать такое давление на барабан со стороны колёс, что сила трения превышает вес экипажа. Поэтому он, восхищая зрителей, не соскальзывает вниз. Представьте себе движение мотоциклиста-одиночки (без коляски) в крутом повороте обычной дороги: он сильно наклонился, чтобы центр тяжести экипажа прошёл через площадки опоры – места соприкосновения шин с дорогой. Однако, объектив видеокамеры на шлеме мотоциклиста сообщает, что наклонился не он, а дорога. По телевизору иногда показывают подобные кадры, когда дорога кренится влево и вправо под мотоциклом. Возникает интуитивное ощущение, что колёса вот-вот соскользнут вниз по склону. Вот если бы дорога наклонялась одновременно с мотоциклом, то опасности соскальзывания не возникало. Точно так же легко понять, что тормозной путь автомобиля уменьшается, когда он интенсивно (на грани срыва в юз) тормозит в гору: векторное сложение сил увеличивает нагрузку в пятне контакта. Естественно, помогает рост потенциальной энергии. Теперь насчёт “квадратности” шин. Это жаргонное выражение, гоночный сленг, обозначающий печальный факт, когда после торможения с блокировкой колеса, образовалась плешь на протекторе. Разумеется, у гонщика достаточно высокой квалификации блокируется одно колесо, а не все. Для примера возьмите круглый ластик и потрите одной его частью по шероховатой поверхности – появится лыска. С таким некруглым колесом труднее тормозить – как только пятно контакта попадает на лыску, плечо силы изменяется и влечёт изменение тормозного усилия. Главная неприятность в том, что окружность с лыской не может ровно катиться: колесо на ходу начинает подскакивать, даже если его идеально сбалансировать. Вот поэтому гонщики обзывают такие колёса квадратными. Возможно, свою роль сыграл анекдот про “пи эр квадрат”, который стучит. И, наконец, о максимальной нагрузке на шину. Шина – весьма гибкая конструкция. Даже если её кратковременно сплющить огромной нагрузкой, то она распрямится и останется без повреждений. Поэтому максимальная нагрузка не есть величина, при превышении которой шина “сломается”. Шина также не лопнет при превышении максимального давления. Вот максимальная скорость (выражаемая через некоторый условный индекс) есть скорость, при превышении которой шина довольно быстро разрушится. Чем меньше шина, тем меньше у неё максимальная скорость; это связано с резонансными явлениями. Все три величины возникают при испытаниях шины и, в первом приближении, сосуществуют вместе: с таким-то давлением при такой-то скорости и такой-то нагрузке шине обеспечен оговоренный пробег без разрушений. Потеря целой шины с обода – дефект, изжитый до второй мировой войны. Сдвиг борта шины при боковой нагрузке предотвращается внутренним давлением воздуха в ней и, при его падении, специальными валиками на ободе, называемыми хамп. С точки зрения динамичной езды, предпочтительнее шины с меньшим моментом инерции, т.е. более лёгкие. Шина с большими допустимыми нагрузками обычно тяжелее, так что в спорте стремятся к маленьким и лёгким шинам. Ограничение по применимости шин, соответствующих спортивному автомобилю по нагрузке, вызвано юридическими соображениями.

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

СТРОИТЕЛЬСТВО АВТОДРОМОВ. МОНИТОРИНГ НА 20 апреля 2009 года. МИРОВОЙ ФИНАНСОВЫЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КРИЗИС ВНЁС СВОИ КОРРЕКТИВЫ В СТРОИТЕЛЬСТВО АВТОДРОМОВ. ИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОЕКТОВ ЕСТЬ ТОЛЬКО НЕСКОЛЬКО, НЕ ТРЕБУЮЩИХ ЗНАКОВ ВОПРОСА! СРЕДИ НИХ АВТОДРОМ «SMOLENSK RING» ( На фото), который будет достроен к следующему летнему сезону! ПРОЕКТЫ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОДРОМОВ В РОССИИ, СНГ ( и в бывшем СССР): 1. ??? НЕТ ИНФОРМАЦИИ. В Тольятти ( Сосновка). Стадия - проектирование. 2. ??? В Санкт-Петербурге (Стадион). Стадия – неясность. Вокруг стадиона КИРОВА ТРАССЫ однозначно НЕ БУДЕТ! На трассу в новом месте выделенных бюджетом города денег не хватит! Рассматриваются альтернативные коммерческие варианты. 3. ???НЕТ ИНФОРМАЦИИ. В Беларуссии под Минском ( село Щзерище). Стадия - проектирование. 4. ???В Крыму в районе Западного обхода Краснодара ( Сакский район ). Формула 1. Проект Тильке. Стадия - проектирование. Известен ещё один готовящейся проект инициативной группы. Стадия – переговоры с инвесторами. 5. В Казахстане ТОО «Казахстан Мотор Сити», недалеко от аэропорта Астаны будет построена трасса для Формулы 1. В проект будет инвестировано около 300 млн. долларов США. Трасса по своей протяженности будет одной из самых длинных в мире – 5 452 метра. По словам исполнительного директора «Казахстан Мотор Сити» Максима Трифачева, она представляет собой сложное кольцо, имеющее до 10 модификаций (трасса может быть переделана в кольца с различной протяженностью примерно от 1 до 5 км). Средняя скорость прохождения трассы автомобилем класса DTM – примерно 164 км/ч.

налог при продаже автомобиля Как не платить налог при продаже авто? Как же всё сложно и запутанно. Не огорчайтесь, закон содержит и положительные моменты. Рассмотрим их. В соответствии со ст. 220 НК РФ налогоплательщик имеет право на получение имущественных налоговых вычетов. Так, если Имущество (автомобиль) находилось в собственности налогоплательщика три года и более – имущественный налоговый вычет будет равен продажной стоимости этого имущества. То есть, если после продажи автомобиля у вас на руках остались документы (справка-счёт, договор купли-продажи), которыми подтверждается стоимость проданного автомобиля – ваш доход НДФЛ не облагается и в данном случае НДФЛ не уплачивается. Кроме того, если имущество (автомобиль) находилось в собственности менее трех лет, то имущественный налоговый вычет предоставляется в сумме продажной стоимости, но не более 125000 рублей. То есть, если автомобиль был куплен дороже той цены или за ту же цену, за которую продан (не забудьте приложить к декларации документы, подтверждающие цену покупки автомобиля) – НДФЛ также не начисляется.

ТОНКАЯ НАСТРОЙКА ГОНОЧНОЙ МАШИНЫ. Основы правильной настройки.Перераспределение веса и центр тяжести. Регулировка тормозного баланса. Мой любимый гонщик, трехкратный чемпион мира Ники Лауда, отвечая на вопрос о секрете его побед, один раз сказал так: «На аналогично настроенном автомобиле я не смогу ехать быстрее, чем любой гонщик мирового уровня, поскольку мы все едем на пределе возможного. Выигрывает тот, кто лучше настроил автомобиль, а значит, много работал и думал». Для чего настраивают ходовую часть автомобиля? Для того, чтобы улучшить его поведение на скорости, сделать его быстрее. Однако добиться этого вам удастся только в том случае, если вы будете чувствовать разницу между реальностью и мифами, которых, когда дело доходит до настроек, оказывается множество. Действительно, в этом деле есть масса нюансов. Но мы будем говорить о базисных положениях, которые верны для любой гоночной машины, независимо от ее типа, формулы привода или мощности. Зная и применяя эти принципы на практике, можно научиться настраивать любой автомобиль.