Важность торможения на мотоцикле можно выразить словами "сначала научись тормозить… затем езжай"
Правильная оценка тормозного пути и максимальная эффективность торможения это способности, необходимые для безопасной езды при любых условиях.
Водитель, неправильно использующий тормоза, особенно задний, является поводом для аварии.
Далее будет показано, что торможение задним колесом всегда сокращает тормозной путь и придает стабильность мотоциклу в повороте. Это торможение особенно эффективно при достижении максимального замедления при полном использовании и переднего и заднего тормозов без их блокировки. В некоторых случаях торможение задним колесом приносит незначительный эффект, и достаточно использовать торможение двигателем.
Использование тормозов в повороте
При резкой блокировке переднего колеса из-за перетормаживания может возникнуть опасная ситуация, приводящая к сносу переднего колеса и lowside.
Торможение передним тормозом и силы инерции дают крутящий момент, который выпрямляет мотоцикл и выталкивает его из поворота.
Рис.1 Поворот с использованием только переднего тормоза
Торможение задним колесом, напротив, дает стабилизирующее действие по траектории движения, как показано на рис.2 Блокировка и скольжение заднего колеса возникают, когда вес мотоцикла и водителя перенесен вперед, далеко от заднего колеса; при перетормаживании; при ускорении.
Рис.2 Поворот с использованием только заднего тормоза
Вышеизложенные рассуждения наводят на мысль использования обоих тормозов при прохождении поворотов.
Изменение развесовки во время торможения
(Под словами "загрузка" и "развесовка" имеются в виду динамическое или статическое распределение веса мотоцикла между колесами. Прим. Grom)
При торможении загрузка переднего колеса увеличивается, в то время как загрузка заднего колеса уменьшается.
Основные уравнения, приложенные к системе мотоцикл-водитель, позволяют вычислить динамику изменения загрузки колес и изменение развесовки.
Рис.3 Мотоцикл в фазе торможения
Уравнение горизонтальных сил.
Сила инерции при замедлении (равная произведению массы m на ускорение d) равна сумме сил торможения:
md= +Ff+Fr
Уравнение вертикальных сил.
Вес mg равен сумме вертикальных загрузок колес:
-mg+Nr+Nf=0
Уравнение моментов относительно центра масс.
-Fh-Nrb+Nf(p-b)=0
где F (сила полного торможения) означает сумму силы торможения переднего колеса Ff и силу торможения заднего колеса Fr
Динамическая загрузка переднего колеса равна сумме статической загрузки и перенесенной загрузки:
Динамическая загрузка заднего колеса равна разнице статической загрузки и перенесенной загрузки:
Перенесенная загрузка Fh/p пропорциональна общей силе торможения, высоте центра масс и обратно пропорциональна колесной базе.
Предполагая силу торможения равной нулю, можно найти статические вертикальные загрузки колес. Они являются функциями от положения центра масс.
Статическая загрузка переднего колеса:
Статическая загрузка заднего колеса:
Чтобы избежать скольжения шин при торможении, сила торможения не должна превышать произведения динамической загрузки и соответственного коэффициента трения (обозначенного m) . Это произведение является максимумом применяемой силы торможения к шине в условиях ограниченного сцепления с дорогой.
На рис.4 показаны динамические загрузки колес в зависимости от силы торможения. Загрузки колес и силы торможения представлены в безразмерной форме (отнесенными к весу). Мотоцикл имеет статическую загрузку колес, распределенную как 50:50; центр масс расположен на равном расстоянии от обоих колес, высота центра масс равна половине базы).
Рис.4 Безразмерные динамические загрузки колес в зависимости от общей тормозной силы приведенной к весу.
(Этот график является самым важным в статье. Он будет выглядеть точно так же, если по оси Х будет откладываться не общая тормозная сила, а безразмерное ускорение или коэффициент трения. А по оси Y - усилия на тормозах в процентах Прим. Grom)
Если коэффициент сцепления мал, например, равный m=0.4 для обоих колес, максимальная динамическая загрузка переднего колеса равна ~0.7, а заднего ~ 0.3. В этих условиях, не использование заднего тормоза уменьшает тормозную силу на 30%.
Вместе с тем, с коэффициентом трения m=0.9, максимальная загрузка переднего колеса составляет 0.95, а заднего только 0.05. В этом случае вклад силы торможения задним колесом пренебрежимо мал.
(Еще раз. По оси Х задаем имеющийся коэффициент трения, по оси Y получаем, каким тормозом сколько тормозить для получения максимального замедления.
Только понимайте правильно. В любой ситуации, для достижения максимального торможения передний тормоз используется по максимуму, на грани блокировки. Но, при плохом сцеплении с дорогой, точно так же нужно использовать и задний тормоз! А процентное соотношение тормозных усилий как раз и берется из этого графика. Прим. Grom)
Важность (эффективность) торможения задним колесом мала при оптимальных дорожных условиях с высоким коэффициентом сцепления, но становится высокой на скользкой дороге.
Клевок мотоцикла вперед.
Предыдущий рисунок показывает, что при замедлении загрузка переднего колеса увеличивается, а загрузка заднего колеса уменьшается из-за перераспределения загрузки.
Если загрузка заднего колеса равна нулю, динамическая загрузка переднего колеса равна весу мотоцикла. Линия действия динамической загрузки тормозной силы проходит через центр масс.
Тормозная сила в условиях клевка мотоцикла вперед:
Чем меньше эта сила, тем легче мотоцикл клюет вперед.
Если сила торможения постоянна, условие клевка - это функция положения центра масс и самой массы.
Замедление клевка (безразмерное ускорение. Прим. Grom):
Найденное значение является функцией только положения центра масс, а не самой массы.
Для получения максимального замедления до клевка, центр масс должен быть как можно ниже, и смещен как можно дальше назад.
Рис.5 Мотоцикл в условиях клевка вперед
Максимально эффективное торможение
Максимально эффективное торможение позволяет достичь максимального замедления, которое равно
Замедление является функцией колесной базы p, вертикального h и горизонтального b положения центра масс и коэффициентов сцепления, не завися от массы мотоцикла.
Отношение между силой торможения переднего колеса и общей тормозной силой зависит только от геометрических свойств и коэффициентов трения. (В оригинале в формуле опечатка в числителе. Прим. Grom)
(Формулка для получения кривых, полученных на графике. Прим Grom)
Рис. 6 Линии замедления и отношения усилий на переднем и заднем тормозе.
Колесная база p=1.4м, высота центра масс h=0.7м, горизонтальное положение центра масс b=0.7 м
Рис.6 показывает, что замедление возрастает с коэффициентами трения. Из-за переноса загрузки сила торможения переднего колеса больше, чем заднего.
Отношения между силами торможения переднего и заднего колес показаны красными линиями.
Горизонтальная ось представляет торможение только задним колесом. Вертикальная ось показывает торможение только передним колесом.
Если коэффициенты трения малы, важность торможения задним колесом не так мала, как в условиях высокого трения.
Максимальное замедление до клевка мотоцикла равно 1g.
В качестве примера рассмотрим торможение с замедлением 0.5g. Желаемого замедления можно достигнуть, используя разные отношения тормозов.
Торможение с использованием только переднего тормоза требует коэффициента трения переднего колеса равного 0.68 (точка А).
Если использовать отношение тормозов 80% переднего и 20% заднего, то же самое замедление 0.5g требует коэффициента трения переднего колеса 0.55 и заднего 0.4 (точка B).
Какой же из способов оптимален для достижения замедления 0.5g?
(Вопрос этот, конечно, академический, потому что мы не знаем никаких коэффициентов трения, когда просто едем по дороге. Весь смысл в том, что чем более скользкая дорога, тем интенсивнее нужно пользоваться задним тормозом, пытаясь тормозить обоими колесами на грани блокировки. Прим. Grom)
При коэффициентах трения, одинаковых у обоих колес, рис.7 показывает максимальное замедление, достигаемое при максимальном использовании обоих тормозов
Для примера рассмотрим коэффициент трения 0.8 для обоих колес. Максимальное замедление (0.8g) достигается при отношении тормозов 90:10.
При использовании только переднего тормоза, максимальное замедление равно 0.67g.
При использовании только заднего тормоза, максимальное замедление равно 0.29g.
В скользких условиях коэффициент трения равен 0.4, максимальное замедление равно 0.4g и оптимальное отношение тормозов 70:30.
Линия в 45° представляет условие mf= mr (коэффициенты трения у обоих колес одинаковы) и является оптимальной для торможения. Эта линия пересекает различные отношения тормозов как функцию от требуемого замедления.
Рис. 7 Торможение на сухой(0.8) и мокрой(0.4) поверхностях
Рис. 8 показывает, что линия оптимального торможения идет по касательной к отношению тормозов 50:50. Она не пересекает отношения тормозов, когда сила торможения заднего колеса больше силы торможения переднего колеса.
Вышеизложенное верно, даже если статическая загрузка заднего колеса больше чем переднего.
Линия оптимального торможения всегда идет по касательной к отношению тормозов такому же, как отношение статической загрузки колес.
Например, если статическая загрузка 45:55 (45% на переднем, 55% на заднем), кривая оптимального отношения тормозов тоже 45:55 и идет по касательной к оптимальной тормозной линии, выходя из начала координат.
Рис. 8 Торможение на сухой(0.8) и мокрой(0.4) поверхностях
Колесная база p=1.4м, высота центра масс h=0.7м, горизонтальное положение центра масс b=0.7 м
http://moto72.ru
