Тормозной путь автомобиля vs мотоцикла.

[wrest]

Barabas в сообщении #1167853 писал(а):

Ваш пост с формулами воспринял. Все мои дальнейшие вопросы, по сути, сошлись к ТТХ резины: влиянии мягкости, пятна контакта и т.д.

Я думаю, что это очень специальные знания, на грани физики и химии. И вряд ли, потыкав пальцем в покрышки и ощутив мягкость одной и твердость другой, можно сделать какой-то вывод о том, как резина будет тормозить, так же как например по рисунку протектора вы вряд ли сможете по каким-либо формулам рассчитать характеристики. Только общие рассуждения, навроде того, что канавки на сликах нужны для водоотвода. Да, для водоотвода :)
Так что эти вопросы, на мой взгляд, скорее для автомотофорумов.

[Xey]

wide в сообщении #1167839 писал(а):

Коэффициент трения может зависеть от температуры

С ростом давления (силы деленной на площадь) коэффициент трения для многих пар уменьшается.

[Barabas]

wrest в сообщении #1167874 писал(а):

канавки на сликах нужны для водоотвода. Да, для водоотвода :)
Так что эти вопросы, на мой взгляд, скорее для автомотофорумов.

Если говорить о моторезине, то ламели на дорожной резине - именно для отвода воды.:)
На автомотофорумах - пользователи, далекие от теории. Даже мнение профессионального мотоинструктора вы, физики, опровергли, что уж говорить..)

[wide]

Barabas в сообщении #1167989 писал(а):

... Даже мнение профессионального мотоинструктора вы, физики, опровергли, что уж говорить..)

Нет, мотоинструктор давал совет как правильно тормозить, и при этом учитывается не только тормозной путь, но и общая устойчивость мотоцикла. Если я правильно его понял, то он советует тормозить сначала задним колесом, т.к. начав тормозить передним вы резко разгрузите заднее, и вся нагрузка ляжет на переднее, но при разгрузке заднего колеса, из-за неровности покрытия или по какой-либо другой причине увеличивается вероятность заноса заднего колеса, и помимо экстренного торможения необходимо будет бороться еще и с курсовой устойчивостью. Часто экстренное торможение сопровождается маневрированием, поэтому желательно оставлять заднее колесо в работе.

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Механика и Техника»
Причина переноса: в подходящий раздел.

-- Пт ноя 11, 2016 09:34:33 --

Barabas, предупреждение за избыточное цитирование (в пределах всей темы).

-- Пт ноя 11, 2016 09:42:28 --

wide, предупреждение за избыточное цитирование (в пределах всей темы)

[Barabas]

wide в сообщении #1168010 писал(а):

Barabas в сообщении #1167989 писал(а):

... Даже мнение профессионального мотоинструктора вы, физики, опровергли, что уж говорить..)

Нет, мотоинструктор давал совет как правильно тормозить, и при этом учитывается не только тормозной путь, но и общая устойчивость мотоцикла. Если я правильно его понял, то он советует тормозить сначала задним колесом, т.к. начав тормозить передним вы резко разгрузите заднее, и вся нагрузка ляжет на переднее, но при разгрузке заднего колеса, из-за неровности покрытия или по какой-либо другой причине увеличивается вероятность заноса заднего колеса, и помимо экстренного торможения необходимо будет бороться еще и с курсовой устойчивостью. Часто экстренное торможение сопровождается маневрированием, поэтому желательно оставлять заднее колесо в работе.

Это говорил не мотоинструктор. Я не об этой цитате. Цитату мотоинструктора я приводил еще раньше.) Но не суть.) Суть для меня в том, чтобы явления мне разъяснили физики.)

[profrotter]

Barabas, строгое предупреждение за избыточное цитирование.

(Подробно)

Forum Administration в сообщении #27356 писал(а):

I. Нарушения и санкции
1) Нарушением считается:
н) Существенные грамматические и пунктуационные искажения, а также явное злоупотребление средствами форматирования текста, обращающее на себя излишнее внимание и затрудняющее восприятие сообщений, в том числе:

• КАПСЛОКИНГ;
• цветовыделение;
• полужирное и курсивное начертание;
• изменение размера шрифта;
• смайлы
• оверквотинг (избыточное цитирование).

[Barabas]

Благодарю всех, принявших участие в теме, за помощь!
Помогли, объяснили, направили на путь истинный.
Спасибо!


Итоги по теме.

Моя задача:
1). Сравнить расчетные тормозные пути автомобиля и мотоцикла при торможении в одинаковых стартовых условиях. Подразумевается, что дорожное покрытие одно и то же, одинаковая исходная скорость, одинаковый (параллельный) маршрут движения ТС, наличие/отсутствие АБС у обоих ТС, штатные исправные тормозные системы, штатные покрышки, и т. д.
2). Выяснить факторы, от которых зависят тормозные пути.
Задача потребовала углубиться в физику торможения транспортных средств.

1. Получен расчет тормозного пути ТС:

wrest в сообщении #1165693 писал(а):

Если торможение происходит равноускоренно, то тормозной путь вычисляется по формуле
$s=v_0^2/2a$ где $v_0$ -- начальная скорость, $a$ -- ускорение (замедление) торможения.

Ускорение торможения связано с силой торможения через второй закон Ньютона по формуле
$F=ma$, где $F$ -- сила торможения, $m$ - масса автомобиля(мотоцикла).

Сила торможения возникает вследствие трения колес о дорогу, и здесь могут быть варианты.
Если транспортное средство (далее - ТС) оснащено антиблокировочной системой, то в торможении участвует в основном трение покоя, а если не оснащено, то в основном трение скольжения. Обе силы (трения покоя и трения скольжения) определяются схожим образом -- они пропорциональны весу (автомобиля, мотоцикла) и коэффициенту трения (соответственно -- трения скольжения и трения покоя (сцепления)).

Поскольку вес пропорционален массе, то в итоге масса сокращается и оказывается, что ускорение торможения, а следовательно и тормозной путь, от массы и количества колес не зависит, и получается такая формула:
$s=\dfrac{v_0^2}{2kg}$ где $k$ - безразмерный коэффициент трения (скольжения если ТС идет "юзом" или сцепления с дорогой если работает АБС), $g$ -- коэффициент пропорциональности между массой и весом.

Поэтому, при одинаковых колесах и одинаковых тормозных системах (то есть и там и там есть\нет АБС), в первом приближении и тормозной путь одинаковый.

Однако, в зависимости от реальных условий, эффективность тормозной системы может различаться, т.е. одно ТС станет тормозить более эффективно, приближаясь к максимально возможной силе торможения, а другое нет, так что в реальности тормозной путь будет различаться у различных ТС.

2. Т.о. при исправных тормозных системах, тормозной путь будет зависеть от алгоритма настройки АБС (при ее наличии) ТС и сцепления покрышек ТС с дорожным покрытием.

2.1. Алгоритм настройки АБС.
Индивидуален для каждой модели ТС, включая собственные модификации.

2.2. Коэффициент сцепления.

Найдена формула расчета коэффициента сцепления, используемая в автомобильной промышленности:

$$\varphi_x=\varphi_{\max}\sin[C\arctg\left\lbrace BS_x-E(BS_x-\arctg(BS_x))\right\rbrace]$$

где:
$\varphi_{\max}$ – пиковое значение коэффициента сцепления;
$C$ – фактор формы кривой;
$B$ – фактор «жесткости»;
$S_x$ – коэффициент продольного скольжения шины;
$E$ – фактор кривизны.

(Подробности: Хусаинов А.Ш. "Эксплуатационные свойства автомобиля", стр. 52, http://window.edu.ru/resource/194/77194 ... 012-20.pdf )


Т.о., на коэффициент сцепления оказывают влияние факторы:

А). Свойства шины:
- состав резины;
- конструкция протектора;
- конструкция шины;
- температура шины;
- давление воздуха в шине.

Б). Динамика ТС:
- углы установки колес;
- вертикальная нагрузка на колесо;
- продольные и поперечные силы;
- крутящий (тормозной) момент на колесе;
- продольное скольжение шины;
- поперечное скольжение шины;

В). Внешние факторы:
- шероховатость поверхности дорожного полотна;
- загрязненность дорожного полотна;
- наличие и толщина водяной пленки;
- температура дорожного полотна.


Исходя из условии задачи:
1). Можно пренебречь:
а). Внешними факторами. Одинаковы для сравниваемых автомобиля и мотоцикла;
б). Углами установки колес. Ибо углы будут в допусках эксплуатационных требований производителя.

2). Всем остальным пренебречь нельзя.
Вообще, если условия торможения автомобиля можно стандартизировать в каком-то условном диапазоне (едешь с заданной скоростью, нажал на педаль тормоза, ждешь полной остановки на выжатой педали тормоза), то торможение мотоцикла — всегда индивидуальный широко вариативный процесс: мотоцикл расположен строго вертикально или есть отклонение, было ли закрытие газа при торможении и в каком объеме, какую технику торможения применил водитель (выжал одновременно оба тормоза или выбрал определенную последовательность, с какой задержкой, и т. д.), был ли перенос веса тела вперед с целью нагрузки передней подвески и каким, и т. д.

3. Необходим эксперимент.
При том, что результат эксперимента будет актуален исключительно для ТС, принявших участие в эксперименте в момент его проведения.
Эксперимент буду проводить летом.


Если в чем не прав - прошу прокомментировать. Также буду благодарен любым комментариям, любой дискуссии в теме.

[wrest]

Barabas в сообщении #1168065 писал(а):

Исходя из условии задачи:
1). Можно пренебречь:
а). Внешними факторами. Одинаковы для сравниваемых автомобиля и мотоцикла;

Вот как раз внешними факторами пренебрегать нельзя, поскольку:
- у автомобиля 4 колеса и автомобиль не может упасть на бок на скользкой дороге
- как вы демонстрировали, покрышки устроены по-разному, и соответственно в зависимости от шероховатости покрытия, влаги, комбинации этих факторов, коэффициент сцепления колес с асфальтом у покрышек мотоцикла и автомобиля, поведет себя по-разному.
Мне представляется, что на мокрой дороге у мотоцикла вообще нет шансов, т.к. у автомобиля, помимо АБС, еще бывают системы курсовой устойчивости, которые постараются не дать автомобилю закрутиться, а у мотоцикла такой возможности нет в принципе в силу недостатка в количестве колес.

Другое дело, что правильно учесть внешние факторы без специальных знаний и результатов экспериментов -- невозможно, что в принципе и подтверждается в найденной вами

Barabas в сообщении #1168065 писал(а):

Подробности: Хусаинов А.Ш. "Эксплуатационные свойства автомобиля",

Цитата:

Зависимость коэффициента сцепления теоретически описать адекватно реальности пока никому не удалось.

[Barabas]

wrest в сообщении #1168067 писал(а):

Вот как раз внешними факторами пренебрегать нельзя, поскольку:
- у автомобиля 4 колеса и автомобиль не может упасть на бок на скользкой дороге
- как вы демонстрировали, покрышки устроены по-разному, и соответственно в зависимости от шероховатости покрытия, влаги, комбинации этих факторов, коэффициент сцепления колес с асфальтом у покрышек мотоцикла и автомобиля, поведет себя по-разному.
Мне представляется, что на мокрой дороге у мотоцикла вообще нет шансов, т.к. у автомобиля, помимо АБС, еще бывают системы курсовой устойчивости, которые постараются не дать автомобилю закрутиться, а у мотоцикла такой возможности нет в принципе в силу недостатка в количестве колес.

В своей задаче сделал допуск, что мотоцикл остался на 2-х колесах. Иначе у него не было бы тормозного пути и предмета сравнения.
Абсолютно согласен с тем, что задача мотоциклиста не только остановиться, но и остаться на 2-х колесах.)
АБС и трекшн сейчас достаточно стандартные помощники в мотоциклах. Системы курсовой устойчивости же стали серийно внедряться совсем недавно - с 2014 года.
Да, 2 колеса - это не 4.

[bondkim137]

Дело в том, что узлы мотоцикла крайне сложно скомпоновать таким образом, что бы центр тяжести был расположен достаточно низко и одновременно мотоцикл смог бы достаточно наклоняться для осуществления поворотов. В итоге, центр тяжести мотоцикла, как правило, принципиально выше, по отношению к колесной базе, чем у автомобиля. В результате чего, лимитирующим фактором при разгоне и торможении часто является опрокидывание, а не сцепление с дорогой. Минимальный тормозной путь получается при минимальном отрыве (но именно отрыве!) заднего колеса. А разгон - при минимальном отрыве переднего соответвенно. При этом дальнейшее улучшение сцепления резины с дорогой бесполезно.

На практике же рядовые мотоциклы, как правило, тормозят лучше автомобилей. Связано это с использованием более простой и эффективной тормозной системы. Т.к. тормозит по сути одно колесо (переднее), нет необходимости распределять тормозные усилия. Также у рядового мотоцикла на переднем колесе ставят два тормозных диска и 8 тормозных поршней. Стоимость стоковых тормозных дисков и колодок как правило значительно выше. Т.е. на рядовом автомобиле обычно тормоза стоят по-проще. В результате всего этого торможение получается более плавным, резина меньше срывается.

-- 26.11.2016, 22:05 --

Barabas в сообщении #1168071 писал(а):

В своей задаче сделал допуск, что мотоцикл остался на 2-х колесах. Иначе у него не было бы тормозного пути и предмета сравнения

Это вы абсолютно зря. Если упрощенно описывать технику наиболее эффективного торможения, используемую в кольцевых мото-гонках, то она следующая: пилот очень незначительно жмет задний тормоз для контроля отрыва заднего колеса. Вся тормозная нагрузка идет на передний тормоз. Как только заднее колесо практически полностью разгружается, оно начинает блокироваться - по писку задней резины пилот контролирует тормозное усилие на передний тормоз, поддерживая околонулевой отрыв заднего колеса и, как следствие, максимальную загрузку переднего.

-- 26.11.2016, 22:10 --

wrest в сообщении #1168067 писал(а):

еще бывают системы курсовой устойчивости, которые постараются не дать автомобилю закрутиться, а у мотоцикла такой возможности нет в принципе в силу недостатка в количестве колес

Дело в том, что в силу наличия лишь одной колеи у мотоцикла, при правильном торможении нет предпосылок закручиваться. А системы, предотвращающие закручивание у автомобилей при торможении делают это путем сброса тормозного усилия на стороне с хорошим сцеплением со всеми вытекающими.

[EUgeneUS]

Barabas

Цитата:

Поскольку вес пропорционален массе, то в итоге масса сокращается и оказывается, что ускорение торможения, а следовательно и тормозной путь, от массы и количества колес не зависит,

Только в том случае, если тормозят все колеса. Если тормозит только часть колес, например только переднее - еще как зависит!

Далее. Причина, почему тормозной путь мотоцикла короче - проста, на самом деле. Но за шесть страниц, похоже, не прозвучала.
Дело в том, что и у мотоцикла, и у автомобиля центр масс выше осей, поэтому возникает вращающий момент в продольном направлении, опрокидывающий.
В результате, передние колеса загружаются, задние разгружаются. Но суммарно ТС давит на дорогу больше при торможении, а значит больше сила реакции опоры, а значит больше может быть сила трения. - тут я ошибся, конечно. Происходит перераспределение силы реакции опоры в сторону передних колес.
Если считаем, что автомобиль может тормозить, пока задние колеса не уйдут в юз. А мотоциклист может полностью разгрузить заднее колесо и сохранить управляемость, то у мотоцикла ускорение торможения будет больше.

Вот и весь фокус.

[bondkim137]

EUgeneUS в сообщении #1176687 писал(а):

Но за шесть страниц, похоже, не прозвучала

стоило значит читать внимательнее

EUgeneUS в сообщении #1176687 писал(а):

автомобиль может тормозить, пока задние колеса не уйдут в юз. А мотоциклист может полностью разгрузить заднее колесо

возьмите двухколесный мотоцикл, в котором водитель сидит на закрепленной стремянке, в 2-х метрах от земли. на таком мотоцикле элементарно полностью разгрузить заднее колесо, при этом никаких выдающихся результатов в торможении такая конструкция не покажет.

[EUgeneUS]

bondkim137

Цитата:

стоило значит читать внимательнее

Да, возможно.

Цитата:

возьмите двухколесный мотоцикл, в котором водитель сидит на закрепленной стремянке, в 2-х метрах от земли....

И это тоже так. Более того, такая конструкция будет тормозить весьма не эффективно, так как скорее опрокинется, чем сила трения достигнет максимума.

Идея несколько в другом. Условия, при которых достигается максимальная сила трения, существенно различаются для мотоцикла и автомобиля:

1. Автомобиль теряет управляемость, когда колеса хотя бы на одной оси начинает скользить.
2. Мотоцикл остается управляемым, даже в том случае, когда почти весь вес на переднем колесе.

Без интеллектуальной системы, которая распределит тормозные усилия по осям, условие для автомобиля будет нарушено при меньшем ускорении, чем условие для мотоцикла.

[bondkim137]

EUgeneUS в сообщении #1176817 писал(а):

1. Автомобиль теряет управляемость, когда колеса хотя бы на одной оси начинает скользить.
2. Мотоцикл остается управляемым, даже в том случае, когда почти весь вес на переднем колесе.

Это, мягко говоря, не совсем правда. Мотоцикл, который начал отрываться задним колесом, в первом приближении управляется значительно хуже, чем автомобиль, который потерял задними колесами сцепление. Если не учитывать эквилибристику, степеней свободы что бы навернуться - три против одной. Разворот, падение набок, опрокидывание через переднее колесо против лишь разворота (набок автомобилю упасть сложнее, а кувыркнуться через передние колеса - еще сложнее)

EUgeneUS в сообщении #1176817 писал(а):

Без интеллектуальной системы, которая распределит тормозные усилия по осям, условие для автомобиля будет нарушено при меньшем ускорении, чем условие для мотоцикла.

Роль такой интеллектуальной системы на раллийных гонках, кстати, превосходно выполняет средняя педаль, преимущественно загружающая передний тормоз, гидравлический ручник, загружающий только зад, и рефлексы пилота. А у мотоцикла, как правило, вообще передний и задний тормоз имеют полностью раздельное управление.
Надо понимать, что электронные интеллектуальные системы торможения, в основном, созданы для исправления грубых ошибок, которые пилоты в спорте, как правило, не допускают - и таргетированы на мирного потребителя (неопытного водителя). Кроме того, интеллектуальные тормозные системы, как правило, в спорте запрещаются регламентом.

А кульминацией является тот факт, что спортивные подготовленные автомобили тормозят лучше, чем спортивные мотоциклы - именно из-за того, что не опрокидываются вперед и упираются в сцепление резины.