Трение колесо-трасса, боковой увод, тяговый круг

[bmw3s]

Трение между колесом и трассой

Мы определяем движение колеса по поверхности как результат трения (сцепки колеса с дорогой). Эта сила трения являет собой то, что не дает колесу крутится и оставаться на месте, как бы проскальзывая. Чем больше сила трения, тем лучше сцепка с дорогой. Если мы рассмотрим то как высчитывается эта сила трения, то мы увидим, что она не зависит от толщины шины в месте контакта с трассой.

F = u * N

Где: F = сила трения;
u = коэффициент трения;
N = контактное давление;



Мы можем менять коэффициент трения путем замены одного типа шины на другой. Но не стоит забывать о том, что шины, которые являются очень "цепкими", не пригодны для гонок, т.к. изнашиваются слишком быстро.

Угол бокового увода колеса.



Шина, не подверженная боковой силе, будет катится по прямой линии в плоскости колеса. В момент поворота колеса появляется сила, перпендикулярная шине, которая вызывает отклонение, ограничивая устойчивость колеса. Шины не абсолютно твердые, они немного деформируются под этой нагрузкой и это задает колесам несколько другое направление.
Боковой прогиб (деформация) под силой воздействия (F) означает, что место контакта колеса с трассой (на левом рис. т. A) больше не в одной плоскостью с колесом. А это в свою очередь означает, что с целью повернуть по какому-то определенному радиусу, колеса должны быть повернуты немного больше, чем рассчитывалось. Разница между направлениями шины и колеса известна как угол бокового увода колеса (см. правый рис.). Линия AB - это линия вдоль которой движется шина, F - сила, вызывающая боковой прогиб, а угол a - это тот самый угол бокового увода.

С целью найти подлинный путь, который проделывает машина с повернутыми колесами, мы должны рассматривать оба угла: угол передних колес и угол бокового увода. Во время поворота, изменение бокового угла увода повлечет за собой изменение угла поворота всей машины. Также не стоит забывать, что задние колеса подвергаются тому же эффекту деформации, соответственно имея свой угол, что тоже требутся учитывать.

Мы можем резюмировать, что угол бокового увода зависит от следующего:

1. Боковая сила. Чем меньше сила, тем меньше угол бокового увода и наоборот;
2. Давление в шинах. Чем меньше давление, тем более шины будут гибкими. В F1 шины заполняются азотом с атмосферным давлением в 1.3-1.4;
3. Масса машины. Шины разрабатываются под определенную массу. Любые изменения повлекут увеличение угла бокового увода;
4. Развал колес.

Тяговый круг

Справа вы видите графическое изображение так называемого тягового круга. Здесь: r - мера сцепления шины с дорогой. Она может рассматриваться как два компонента: Fl и Fp. Если вектор сложения этих сил располагается внутри круга, то поворот будет выполнен нормально, в противном случае мы будем наблюдать скольжение машины по дороге.

В центе рисунка мы видем саму шину. Ось Y (здесь вертикальная линия) на графике описывает силы, воздействующие на шину во время торможения и ускорения. Ось X (здесь горизонтальная линия) описывает силу, действующую на шину при повороте.



Исходя из графика, запишем формулу:

Fl2+Fp2 = r2

Отсюда:

r = Корень2 (Fl2+Fp2)