Гальмування на мотоциклі.
Vittore Cossalter, Roberto Lot
(З безліччю доповнень і виправленням помилок;) Прим. Grom)
Оригінал статті знаходиться тут
Важливість гальмування на мотоциклі можна висловити словами "спочатку навчися гальмувати ... потім їдь"
Правильна оцінка гальмівного шляху і максимальна ефективність гальмування це здатності, необхідні для безпечної їзди при будь-яких умовах.
Водій, неправильно використовує гальма, особливо задній, є приводом для аварії.
Далі буде показано, що гальмування заднім колесом завжди скорочує гальмівний шлях і надає стабільність мотоциклу в повороті. Це гальмування особливо ефективно при досягненні максимального уповільнення при повному використанні і переднього і заднього гальм без їх блокування. У деяких випадках гальмування заднім колесом приносить незначний ефект, і досить використовувати гальмування двигуном.
Використання гальм в повороті
При різкій блокування переднього колеса через перетормаживание може виникнути небезпечна ситуація, яка веде до зносу переднього колеса і lowside.
Гальмування переднім гальмом і сили інерції дають крутний момент, який випрямляє мотоцикл і виштовхує його з повороту.
Рис.1 Поворот з використанням тільки переднього гальма
Гальмування заднім колесом, навпаки, дає стабілізуючу дію по траєкторії руху, як показано на рис.2 Блокування і ковзання заднього колеса виникають, коли вага мотоцикла і водія перенесений вперед, далеко від заднього колеса; при перетормаживание; при прискоренні. (Увага, при блокуванні заднього колеса виникає небезпека Highside 'a! Прим. Grom)
Рис.2 Поворот з використанням тільки заднього гальма
Зміна розваговки під час гальмування
(Під словами "завантаження" і "развесовка" маються на увазі динамічний або статичний розподіл ваги мотоцикла між колесами. Прим. Grom)
При гальмуванні завантаження переднього колеса збільшується, в той час як завантаження заднього колеса зменшується.
Основні рівняння, прикладені до системи мотоцикл-водій, дозволяють обчислити динаміку зміни завантаження коліс і зміна развесовки.
Рис.3 Мотоцикл в фазі гальмування
Рівняння горизонтальних сил.
Сила інерції при уповільненні (що дорівнює добутку маси m на прискорення d) дорівнює сумі сил гальмування:
Рівняння вертикальних сил.
Вага mg дорівнює сумі вертикальних завантажень коліс:
Рівняння моментів відносно центру мас.
де F (сила повного гальмування) означає суму сили гальмування переднього колеса Ff і силу гальмування заднього колеса Fr
Динамічне завантаження переднього колеса дорівнює сумі статичного завантаження і перенесеної завантаження:
Динамічне завантаження заднього колеса дорівнює різниці статичного завантаження і перенесеної завантаження:
Перенесена завантаження Fh / p пропорційна загальній силі гальмування, висоті центру мас і обернено пропорційна колісній базі.
Припускаючи силу гальмування рівною нулю, можна знайти статичні вертикальні завантаження коліс. Вони є функціями від положення центру мас.
Статична завантаження переднього колеса:
Статична завантаження заднього колеса:
Щоб уникнути ковзання шин при гальмуванні, сила гальмування не повинна перевищувати твори динамічного завантаження і відповідного коефіцієнта тертя (позначеного m). Цей твір є максимумом застосовуваної сили гальмування до шини в умовах обмеженого зчеплення з дорогою.
На рис.4 показані динамічні завантаження коліс в залежності від сили гальмування. Завантаження коліс і сили гальмування представлені в безрозмірною формі (віднесеними до ваги). Мотоцикл має статичну завантаження коліс, розподілену як 50:50; центр мас розташований на рівній відстані від обох коліс, висота центру мас дорівнює половині бази).
Рис.4 Безрозмірні динамічні завантаження коліс в залежності від загальної гальмівної сили наведеної до ваги.
(Цей графік є найважливішим в статті. Він буде виглядати точно так само, якщо по осі Х буде відкладатися не спільна гальмівна сила, а безрозмірне прискорення або коефіцієнт тертя. А по осі Y - зусилля на гальмах в процентах Прим. Grom)
Якщо коефіцієнт зчеплення малий, наприклад, рівний m = 0.4 для обох коліс, максимальна динамічна завантаження переднього колеса дорівнює
0.3. У цих умовах, невикористання заднього гальма зменшує гальмівну силу на 30%.
Разом з тим, з коефіцієнтом тертя m = 0.9, максимальне завантаження переднього колеса становить 0.95, а заднього тільки 0.05. У цьому випадку внесок сили гальмування заднім колесом дуже малий.
Важливість (ефективність) гальмування заднім колесом мала при оптимальних дорожніх умовах з високим коефіцієнтом зчеплення, але стає високою на слизькій дорозі.
Клювок мотоцикла вперед.
Попередній малюнок показує, що при уповільненні завантаження переднього колеса збільшується, а завантаження заднього колеса зменшується через перерозподіл завантаження.
Якщо завантаження заднього колеса дорівнює нулю, динамічне завантаження переднього колеса дорівнює вазі мотоцикла. Лінія дії динамічного завантаження гальмівної сили проходить через центр мас.
Гальмівна сила в умовах клювка мотоцикла вперед:
Чим менше ця сила, тим легше мотоцикл клює вперед.
Якщо сила гальмування постійна, умова клювка - це функція положення центру мас і самої маси.
Уповільнення клювка (безрозмірне прискорення. Прим. Grom):
Знайдене значення є функцією тільки положення центру мас, а не самої маси.
Для отримання максимального уповільнення до клювка, центр мас повинен бути якомога нижче, і зміщений якнайдалі назад.
Рис.5 Мотоцикл в умовах клювка вперед
Максимально ефективне гальмування
Максимально ефективне гальмування дозволяє досягти максимального уповільнення, яке дорівнює
Уповільнення є функцією колісної бази p, вертикального h і горизонтального b положення центру мас і коефіцієнтів зчеплення, не залежати від маси мотоцикла.
Відношення між силою гальмування переднього колеса і загальної гальмівної силою залежить тільки від геометричних властивостей і коефіцієнтів тертя. (В оригіналі у формулі помилка в чисельнику. Прим. Grom)
(Формулка для отримання кривих, отриманих на графіку. Прим Grom)
Мал. 6 Лінії уповільнення і відносини зусиль на передньому і задньому гальмі.
Колісна база p = 1.4м, висота центру мас h = 0.7м, горизонтальне положення центру мас b = 0.7 м
Рис.6 показує, що уповільнення зростає з коефіцієнтами тертя. Через перенесення завантаження сила гальмування переднього колеса більше, ніж заднього.
Відносини між силами гальмування переднього і заднього коліс показані червоними лініями.
Горизонтальна вісь представляє гальмування тільки заднім колесом. Вертикальна вісь показує гальмування тільки переднім колесом.
Якщо коефіцієнти тертя малі, важливість гальмування заднім колесом не так мала, як в умовах високого тертя.
Максимальне уповільнення до клювка мотоцикла одно 1g.
Як приклад розглянемо гальмування з уповільненням 0.5g. Бажаного уповільнення можна досягти, використовуючи різні відносини гальм.
Гальмування з використанням тільки переднього гальма вимагає коефіцієнта тертя переднього колеса рівного 0.68 (точка А).
Якщо використовувати відношення гальм 80% переднього і 20% заднього, те ж саме уповільнення 0.5g вимагає коефіцієнта тертя переднього колеса 0.55 і заднього 0.4 (точка B).
Який же із способів оптимальний для досягнення уповільнення 0.5g?
(Питання це, звичайно, академічний, тому що ми не знаємо ніяких коефіцієнтів тертя, коли просто їдемо по дорозі. Весь сенс в тому, що чим більше слизька дорога, тим інтенсивніше потрібно користуватися заднім гальмом, намагаючись гальмувати обома колесами на межі блокування. Прим . Grom)
При коефіцієнтах тертя, однакових у обох коліс, рис.7 показує максимальне уповільнення, що досягається при максимальному використанні обох гальм
Для прикладу розглянемо коефіцієнт тертя 0.8 для обох коліс. Максимальне уповільнення (0.8g) досягається при відношенні гальм 90:10.
При використанні тільки переднього гальма, максимальне уповільнення одно 0.67g.
При використанні тільки заднього гальма, максимальне уповільнення одно 0.29g.
У слизьких умовах коефіцієнт тертя дорівнює 0.4, максимальне уповільнення одно 0.4g і оптимальне співвідношення гальм 70:30.
Лінія в 45 ° представляє умова m f = m r (коефіцієнти тертя в обох коліс однакові) і є оптимальною для гальмування. Ця лінія перетинає різні відносини гальм як функцію від необхідного уповільнення.
Мал. 7 Гальмування на сухій (0.8) і мокрою (0.4) поверхнях
Мал. 8 показує, що лінія оптимального гальмування йде по дотичній до відношенню гальм 50:50. Вона не перетинає відносини гальм, коли сила гальмування заднього колеса більше сили гальмування переднього колеса.
Вищевикладене вірно, навіть якщо статична завантаження заднього колеса більше ніж переднього.
Лінія оптимального гальмування завжди йде по дотичній до відношенню гальм такому ж, як відношення статичного завантаження коліс.
Наприклад, якщо статична завантаження 45:55 (45% на передньому, 55% на задньому), крива оптимального відносини гальм теж 45:55 і йде по дотичній до оптимальної гальмівний лінії, виходячи з початку координат.