пилотирование

Я думаю, что к шинам надо подходить как-то спокойно. Вот жёсткость шины это вообще что такое? Наверное, графики надо изучать, там суть.

При этом графики не обязательно будут отражать, то на что вы сможете повлиять, изменяя давление в шинах, например. Но если давление в шинах не будет сильно влиять на какие-то параметры, то это тоже можно использовать.

Любое изменение элементов подвески повлияет на общие параметры движения. Но это же любой новичок знает. А график может дать обобщёную суть взаимосвязи. И не всегда она бывает жёсткой и это тоже информация.

Как работает шина



Первое, что обычно вспоминают - эмпирический закон Амонтона - Кулона, справедливый для твердых тел. Бывает, это приводит к неверным выводам, наподобие отсутствия зависимости между величиной пятна контакта и пределом сцепления в повороте... А всё потому, что дальше законов физики из школьного курса мало кто рискует углубиться в этом вопросе. Самое же интересное происходит в пятне контакта.

Движение по прямой (с ускорениями, или без) лучше отложить на потом, а в первую очередь посмотрим, что же происходит с пятном контакта шины при движении в повороте. Для этого вполне пригодятся другие физический законы школьного курса физики: второй и третий законы Ньютона, закон Гука.

В соответствии с третьим законом Ньютона боковая сила равна по модулю силе трения в пятне контакта и противоположна ей по направлению. Здесь всё понятно. Но фокус в том, что сила, воздействующая на автомобиль, передаётся через шину, и здесь есть кое-какие тонкости. В общем случае шина обладает некоторым набором физических характеристик, в том числе показателями упругости по отношению к сжатию (приложению вертикальной нагрузки), боковому сдвигу, скручиванию относительно пятна контакта в вертикальной плоскости (уводу), закручиванию поверхности протектора относительно оси вращения шины в результате действия сил на разгоне-торможении.

Для случая с поворотом важна жесткость шины к уводу. Опытным путём установлено, что величина боковой силы, которую способна воспринять шина, связана определённой зависимостью с величиной угла увода шины.

Что такое увод? Это отклонение продольной оси пятна контакта от плоскости вращения шины по причине упругой её конструкции.

На самом деле увод и скольжение - разные вещи, хотя их часто путают. Если на стоящем автомобиле слегка отклонить руль таким образом, чтобы пятно контакта оставалось в покое, то колёсный диск окажется повёрнут на небольшой угол относительно отпечатка протектора. Это и есть угол увода.

Часто увод путают ещё с боковым смещение шины под действием боковой силы:


Хотя в повороте имеют место оба явления - и боковое смещение, и увод, но боковая сила, воздействующая на автомобиль пропорциональна именно углу увода шины.

Как известно, сила трения пропорциональна приложенной вертикальной нагрузке. Зная жесткость шины к уводу, коэффициент трения и угол увода, можно вычислить величину боковой силы. Вопрос только в том, что коэффициент трения в каждой точке пятна контакта имеет своё значение. Чтобы понять, почему так происходит, рассмотрим подробнее динамику в пятне контакта. При движении в повороте имеет место такая картина:

Точка 1 находится на рабочей поверхности колеса без отклонения от продольной его оси. Точка уже 2 смещена в сторону от продольной оси колеса, так как смещённое пятно контакта начинает "тянуть" на себя беговую дорожку протектора. В точке 3 поверхность протектора входит в контакт с полотном трассы. От точки 3 до точки 4 скольжение в пятне контакта отсутствует. В точке 4 местная нагрузка (а значит и сила трения) падает настолько (смотреть график распределения давления вдоль пятна контакта), что появляется скольжение в пятне контакта, которое постоянно нарастает до точки 5, где происходит отрыв поверхности протектора от полотна дороги. В принципе, любая точка на протекторе по мере вращения проходит все эти стадии.

Если вспомнить, что в каждой точке пятна контакта "местная" сила трения равна произведению местного коэффициента трения (скольжения или покоя) на "местную" величину нагрузки, то становится понятно, что означает график распределения боковой силы вдоль пятна контакта: по мере смещения от точки 3 до точки 4 увеличивается смещение (сдвиг) боковины шины, что в соответствии с законом Гука порождает противодействующую силу - "местную" боковую силу в данной точке протектора. Если "проинтегрировать" местную силу в каждой точке, то можно получить величину суммарной боковой силы и точку приложения силы, эквивалентной суммарной боковой силе. Она находится позади вертикальной оси симметрии шины, что означает наличие некоего плеча приложения этой силы. Это в свою очередь создаёт момент, который стремится развернуть колесо в сторону, противоположную углу увода. То есть стабилизирующий момент. По этой причине плечо боковой силы называют "пневматическим сносом" (шинным сносом), по аналогии с механическим сносом - плечём боковой силы, которое возникает из-за наличия продольного наклона оси поворота колеса (кастера). Результирующее плечо боковой силы получается в результате сложение пневматического и механического плеча, и определяет возвращающее усилие на рулевом колесе. Однако величина пневматического плеча зависит от угла увода, так как по мере увеличения угла увода расширяется зона скольжения в задней части пятна контакта, постепенно расширяясь вперёд вплоть до того момента, когда весь отпечаток протектора становится зоной скольжения (т.е. наступает полный срыв шины в скольжения). При этом точка приложения суммарной боковой силы так же смещается вперёд, и в какой-то момент суммарное плечо может уменьшится до нуля, или даже поменять своё значения, создавая вместо стабилизирующего момента дестабилизирующий. Пилот воспринимает эти процессы сначала как увеличение возвращающего усилия на руле, а затем, по мере приближения к пределу шины, как уменьшения возвращающей силы.

Как известно из школьного курса физики, площадь отпечатка протектора не зависит от ширины протектора, а определяется величиной давления в шине и нагрузкой на колесо. То есть, у более широкой шины более короткое пятно контакта при одинаковой нагрузке на шину. Таким образом у узких шин точка приложения суммарной боковой силы "гуляет" в боле широком продольном диапазоне, и как следствие даёт больший диапазон силы реактивного действия на рулевом колесе. Широкие шины более стабильны в этом смысле. Кроме того, если вникнуть, то окажется, что величина угла увода больше зависит от жесткости "полотна" протектора, а не от жесткости боковин шины. Логично предположить, что более широкая шина будет иметь большую жесткость на "скручивание" отпечатка протектора (будет сильнее сопротивляться превращению прямоугольника в параллелограмм), и как следствие меньший угол увода при одинаковой боковой силе. Собственно говоря, радиальные шины отличаются от диагональных именно тем, что у радиальных шин жесткость полотна протектора гораздо меньше взаимосвязана с жесткостью боковин шины.

В этом месте стоит обозначить ещё один момент: боковую силу может создавать не только увод, но и угол развала колеса. Механизм этого явления можно описывать по разному: либо как следствие разницы в натяжении нитей корда в боковинах при отклонении шины от вертикали, либо приводя в качестве иллюстрации катающийся по кругу конус. Но результат один - при появлении угла развала возникает и боковая сила, направленная в ту же сторону, в которую отклонена верхняя точка шины. Эту способность шин характеризует такой параметр, как жесткость шины к развалу. При этом у диагональных шин жесткость к развалу на порядок больше, чем у радиальных, и боковую силу, соответственно, диагональные шины создают на порядок большую при том же угле развала колеса.

Но вернёмся к пятну контакта. Можно заметит, что по мере увеличения угла увода (а мы помним, что он пропорционален силе трения, а следовательно и величине приложенной нагрузки) в пятне контакта постоянно уменьшается та его часть, в которой отсутствует проскальзывание протектора. Так как коэффициент трения покоя как правило несколько больше коэффициента трения при проскальзывании, то логично предположить, что по мере увеличения угла увода (а значит и вертикальной нагрузки на шину) суммарный коэффициент трения пятна контакта постоянно снижается, так как проскальзывающая "доля" протектора в пятне контакта будет больше.

То есть шины работают более эффективно при меньших нагрузках. Собственно, это ещё один секрет команды Ред Булл: они научились лучше использовать потенциал шин в диапазоне, когда они не перегружены.
Писанины много, но многие моменты не отражены... В следующий раз рассмотрим, что происходит в пятне контакта при разгоне и торможении.

Чудеса начинаются сразу же. Если колесо катится по прямой с постоянной скоростью, то в пятне контакта уже присутствует... скольжение. Дело в том, что под нагрузкой эффективная высота боковины шины уменьшается, а значит уменьшается эффективный радиус качения шины. Если так, то каждая точка протектора, "погружаясь" в пятно контакта, сначала замедляется относительно тех точек на поверхности шины, которые не контактируют с дорогой, а пройдя центр пятна контакта, начинает "догонять" по скорости остальной протектор. Таким образом, скольжение в пятне контакта теоретически должно отсутствовать только в его центре. Отклонение скорости по длине пятна контакта от скорости "свободного" протектора шины показано верхним голубым графиком.

Рассмотрим теперь картину при торможении. Под действием силы трения между трассой и пятном контакта передняя его часть несколько растягивается, а задняя - сжимается. Отклонение скорости протектора в пятне контакта под действием продольной силы торможения показано на среднем голубом графике. Суммарную картину можно наблюдать на нижнем графике, из которого видно, что при торможении максимальное отклонение скорости в пятне контакта (скольжение) наблюдается в задней его части.

При разгоне картина будет противоположная.

Переход от равномерного прямолинейного движения к замедлению или ускорения сопровождается нарастающим отклонением скорости перемещения пятна контакта по поверхности трассы от скорости "свободного" протектора, которая определяется скоростью вращения колеса и его "свободным" радиусом R1. То есть имеет место нарастающее проскальзывание шины. Скорость этого проскальзывания характеризуется коэффициентом проскальзывания, который равен отношению "свободной" скорости протектора и фактической скорости в пятне контакта. Экспериментально установлено, что максимальную продольную силу шина развивает при проскальзывании около 20%, и далее максимально возможная сила начинает снижаться.

Теперь пора вспомнить, что при движении в повороте проскальзывание протектора начинается в задней части пятна контакта. Если сочетать поворот с торможением, то дополнительному стрессу подвергается задняя часть пятна контакта. При разгоне одновременно с поворотом дополнительное скольжение развивается в передней части пятна контакта. Эти соображения дают возможность понять, почему торможение чуть лучше сочетается с поворотом, чем разгон, а так же причину того, что для более эффективного разгона аккуратно "встать на газ" пилоты стараются ещё до апекса. Кроме того, понятно, что у переднеприводных автомобилей передние шины гораздо больше нагружены, чем задние. Распределение нагрузок у заднеприводных машин более равномерное.

После того, как картина более-менее сложилась, самое время сказать, что всё вышесказанное - ... условность. В реальности нет отдельных продольных и боковых сил. Есть одна результирующая сила, характер изменения которой выше был условно разложен на составляющие. Максимально доступная суммарная сила, которую теоретически может генерировать шина, изображается на графиках, которые называют кругом профессора Камма. На картинке внутри круга максимально возможной боковой силы приведены графики, которые показывают частные случаи располагаемого "зацепа" в зависимости от текущего угла увода шины и коэффициента её проскальзывания. То есть, каждой линии внутри круга сцепления соответствует "свой" коэффициент проскальзывания шины и угол увода. Для создания максимальной продольной силы необходим оптимальный коэффициент проскальзывания при небольшом угле увода. Для создания максимальной боковой силы необходим оптимальный угол увода при минимальном коэффициенте проскальзывания.

Важный момент: если проанализировать вышесказанное, то можно заметить некоторое противоречие. Максимальная продольная сила развивается при 20-ти процентном проскальзывании всего протектора, в то время, как максимальная боковая сила требует, чтобы скользил не весь отпечаток пятна контакта. На приведённом графике видно, что переход от торможения к повороту требует несколько меньшей фактической тормозной силы, чем максимально располагаемая. При малых углах увода графики суммарной силы имеют характерные "завитки" в сторону вертикальной оси координат. Достичь максимально замедления можно лишь при нулевом угле увода.
Таким образом, переход от "чистого" торможения к его комбинированному с поворотом, а так же от сочетания поворота с разгоном к "чистому" разгону несколько сложнее, чем это могло бы показаться, и не все пилоты способны "отработать" эти моменты одинаково эффективно.
...
Позже, думаю, стоит собрать и обобщить основные факторы, влияющие на "производительность" шины.

Интересные рассуждения о пилотировании.

Как работает шина? часть третья



До этого момента было много абстрактной теории, пора поговорить о конкретных параметрах шин и о том, как они влияют на «потребительские свойства.

Геометрические параметры:

1. Посадочный диаметр. Самое главное, что зависит от данного параметра — диаметр тормозных дисков. Тенденция к увеличению посадочного диаметра колёсных дисков на современных автомобилях обусловлена именно этим, хотя многие считают, что это делается для использования шин с более низким профилем (для улучшения управляемости»...) Ag

2. Ширина рабочей поверхности (протектора) шины. От неё зависит конфигурация пятна контакта. Мы, конечно, помним, что площадь пятна контакта не зависит от ширины шины и определяется нагрузкой на колесо и давлением внутри шины. Более широкая шина даёт более короткое пятно контакта шины, а значит более короткое плечо боковой силы шины в повороте. Поэтому, как ни парадоксально, при увеличении ширины шины (в разумных пределах!!!) падает усилие на рулевом колесе в движении. Кроме того, более короткое пятно контакта наделяет шину большей жесткостью к уводу, что уменьшает угол максимального увода шины и делает рулёжку более «чёткой» а реакции более острыми. То есть более узкие шины обладают более размазанными реакциями, но скольжение у них развивается более плавно и автомобиль в этом случае легче контролировать, хотя усилие на руле колеблется в большем силовом диапазоне. Ещё одна особенность увеличения ширины шины — улучшение плавности хода, так как чем короче пятно контакта — тем меньше времени при прочих равных условиях одна и та же неровность находится в зоне пятна контакта шины про движении.

3. Высота профиля шины. От неё в первую очередь зависит (страдает!) плавность хода, так как чем меньше высота профиля — тем более жёсткой вынужден делать производитель боковину шины. Это, и «геометрическое» (вследствие большего отношения ширины к высоте) увеличение жесткости каркаса шины способствуют увеличению жесткости шины как к уводу (что даёт более «чёткий» руль), так и к развалу (что резко увеличивает чувствительность автомобиля к колее). В общем, преимущество от низкого профиля довольно сомнительное (хотя при этом колёса и выглядят «круто») и вынуждают очень щепетильно подходить к выбору конструкции и геометрии подвески.

4. Внутренний объём шины. Очень важный параметр. Чем он больше, тем меньше увеличивается давление в шине при увеличении на неё нагрузки. Во-первых, это способствует улучшению плавности хода, а во-вторых — способствует увеличению пятна контакта в повороте при перераспределении веса. Здесь стоит остановиться чуть подробнее... В соответствии в законом Менделеева-Клапейрона, при постоянной температуре произведение объема на давление постоянно. Чем меньше в процентном отношении к общему объёму шины уменьшится внутренний объём при «вдавливании» рабочей поверхности шины при увеличении нагрузки на неё— тем меньше увеличится давление внутри шины (по этой же причине и плавность хода лучше — меньше скачок давления в шине при наезде на неровность). А как мы помним — чем меньше давление — тем больше пятно контакта. То есть у более «пухлой» шины пятно контакта при перераспределении веса «расползается» сильнее. Что это даёт? Резина протектора характеризуется определённой величиной нагрузки (напряжения) при которой начинается её разрушение. Если одна и та же приложенная нагрузка распределяется по большей площади пятна контакта, то предельное напряжение в протекторе будет достигнуто позже, и шина будет способна воспринять больше нагрузки в повороте (срыв начнётся позже). Именно этим объясняется уменьшение общего сцепления автомобиля в повороте при перераспределении веса. Использование закона Амонтона-Кулона это явление объяснить не может. Проще говоря, для сохранения сцепления в повороте с внутренних шин на внешние вес можно перераспределять до тех пор, пока не будет достигнуто предельное напряжение резины в протекторе внешних шин. Дальше начнётся скольжение...

5. Жесткость боковины шины на растяжение. Рассуждая ранее об изменении внутреннего объёма шины по умолчанию подразумевалось, что оболочка шины не растягивается, либо этим явлением можно пренебречь... Конечно, это не так, и у шины с меньшим внутренним объёмом недостаток этого объёма можно компенсировать, если сделать боковины шины более податливыми к растяжению. Это же позволяет улучшать плавность хода. Но пространство для маневра в этом направлении ограничено высотой профиля шины (чем он меньше, тем менее растяжимыми можно сделать боковины по той простой причине, что на неровностях шину может просто "пробить" до обода диска)... Кроме того, излишне «эластичные» боковины способствуют уменьшению жесткости шины к уводу и увеличению боковой деформации протектора ("сдвига") в повороте. То есть, «играя» этим параметром приходится идти на больший компромисс между управляемостью и плавностью хода. Пухлая шина с жесткой к растяжению боковиной и достаточной шириной протектора будет работать лучше и надёжнее, чем низкопрофильная шина с податливой к растяжению боковиной. В общем, переход формулы 1 на низкопрофильные шины однозначно будет способствовать увеличению красоты болида, но вот позволит ли увеличить скорость болидов? Скорее наоборот...

6. Собственно, состав резины протектора... Чем он лучше — тем ...лучше... Ag Секрет производителя... Конечно, конструкция силового каркаса тоже «секрет», обусловленный разными нагрузками на шину при разгоне и торможении, а так же необходимостью равномерного распределения температуры по пятну контакта... Но состав резиновой смеси — основа основ... У кого лучше получится соединить высокий коэффициент сцепления шины с высоким напряжением разрушения состава - тот и молодец. Здесь давно в ходу ухищрения, когда для увеличения коэффициента сцепления используется увеличение "липкости" резины при её нагревании... И продолжают "химичить"... Пожелаем же шинникам успехов в их нелёгком деле.

А вот это интересный момент, в котором по сути рассматривается реакция шины на увеличение нагрузки как бы в динамике, при том, что общее произведение параметров должно оставаться постоянным, то есть как бы в статике. Вот почувствовать грань непрерывного и неразрывного перехода от статики к динамике это и есть задача пилота.

Правильно не надо статику от динамики отделять.Ведь и в динамике какие-то постоянные процессы происходят. А стояние на месте-это тоже вид инерции.

Возможно, от соотношения скорости сжатия-растяжения покрышки под нагрузкой в повороте может зависеть развал колёс болида.

Кто отделяет своё частное от общего, тот рано или поздно становится никому не нужен.

Так может не я сам с собой веду беседы, а тот кто смотрит тоже какие-то беседы ведёт, а я их как-то выражаю или совсем не выражаю.

Кто отделяет своё частное от общего, тот рано или поздно становится никому не нужен. Но при этом нужно помнить, что всё что вокруг должно помогать человеку, а не подчинять, подавлять его ставить в зависимость от другого. Все и вся друг от друга зависят.

Не хочу тебя расстараивать, но последние твои посты, это наукообразный бред. Такое ощущение что студент или даже лаборант (разницы особой нет, потому что и смысла тоже нет) шинного института. Никакой ни научной, ни тем более практической ценности в данных статьях, к сожалению, нет.

Бывает, что есть некое идеальное давление в шинах, которое сочетается с другими параметрами автомобиля. Так вот, а что если вместо этого значения указать произведение всех коэффициентов и параметров(или некое соотношение) от которых зависит в большей степени сила сцепления шины с трассой? В этом случае для пилота это будет более информативно, чем абсолютное значение. Зачем пилоту знать чего-то о высоком или низком давлении если он все равно не думает о других параметрах с которыми взаимодействует давление в шинах? Например, вы увеличили давление в шинах и это высокое давление. Но с практической точки зрения, если вы увеличили давление, а пятно контакта шины с дорогой уменьшилось, то с позиции площади сцепления колеса с дорогой это давление условно "низкое", хотя в тоже время оно высокое.

Думаю, что русские гонщики очень быстрые и они способны творить чудеса.

Вот Петров https://www.youtube.com/watch?v=gQPOZ96uN5kИ таких много, я считаю.

Пожалуй, единственное высказывание, в коем прослеживаются правдивые нотки.