Всем привет! Эту зиму нас как-то сильно торкнула тема резины и свойств держака (тут, тут, и даже тут), поэтому мы не смогли удержаться и не разобрать, казалось бы заезженную со всех сторон тему — кто же тормозит лучше, мотоцикл или машина?

Видеоверсия прилагается, ну а под катом традиционно подробная текстовая версия





Теория трения это даже в применении к автомобилю очень непростая штука. А уж если говорить про мотоцикл, то и подавно — у нас с вами всё ещё тяжелее. Тем не менее, чтобы хорошо и быстро ехать крайне желательно разбираться в силах, с которыми нам с вами приходится взаимодействовать. Для чего нужно это понимание? Ну, чтобы не задавать глупых вопросов в стиле “Какой тормоз на мотоцикле основной?”.

Итак, про торможение. Тут нам с вами понадобится несколько формул, чтобы понять, с какими силами мы сталкиваемся при торможении и какие из них нам помогают, а какие мешают.



Итак, первое — ускорение при торможении
а = μg, где а — ускорение при торможении, μ — коэффициент трения, g — ускорение свободного падения
Как можно заметить, максимальное ускорение при торможении не зависит от массы, а зависит только от коэффициента трения. Подробнее вы можете прочитать тут и тут, и тут — но если вкратце, то с одной стороны, масса увеличивает инертность и создает препятствие тормозам; с другой стороны, масса увеличивает силу тяжести и помогает тормозам. Эти два эффекта компенсируют друг друга в равной степени, и, в конечном итоге, масса не влияет на длину тормозного пути.

Кстати, про тормозной путь — максимально упрощённая формула будет выглядеть вот так:
S = V2/2μg (V2 — это скорость в квадрате)
Опять же, тормозной путь здесь зависит только от скорости и коэффициента трения. И вот теперь самое время поговорить об этом загадочном μ



Коэффициент трения это величина, характеризующая трущиеся поверхности. Он зависит от трущихся поверхностей и их состояния, и обычно имеет значение не больше 1. Но только пока мы говорим не про резину — в случае с покрышками и в зависимости от условий (температура, состав и структура асфальта, состав резины и т.д.) μ может быть значительно больше.
Вот, например, значения коэффициента трения в зависимости только от типа поверхности — это хороший повод подумать о том, насколько у нас меньше сцепления на мокрой дороге.



А заодно, сразу становится понятно, что для джимханы гораздо лучше идущий дождь, чем грязная площадка. Ну и раз уж мы в таблицу заглянули, обратите также внимание и на зимние коэффициенты — заледенелый асфальт это худшее, что может случиться с дорогой, а посыпка песком не делает зимнее покрытие летним.
Ну да я отвлёкся, давайте разбираться дальше, от чего же ещё зависит коэффициент трения. Итак, факты, изменяющие коэффициент:

1. Скорость движения
С увеличением скорости движения снижается. На сухом ледяном покрытии этого не наблюдается
2. Неровности дороги
неровности увеличивают частоту вертикальной нагрузки — коэффициент снижается из-за изменяющихся условий в месте контакта шины с дорогой и из-за подпрыгивания колес на неровностях
3. Пропитка вяжущими материалами поверхности дорог
Избыток вяжущих материалов делает поверхность скользкой, в жаркую погоду вяжущий материал размягчается, выступает на поверхность дороги, при этом φ уменьшается
4. Увлажнение покрытия
В начале дождя уменьшается из-за того, что из влага, дорожная пыль, частицы резины, капли нефтепродуктов и т.п. образуют жидкую грязь, по которой, как по смазке, скользят колеса
5. Продолжительность эксплуатации дорожного покрытия
При увеличении срока эксплуатации покрытия φ уменьшается из-за уменьшения шероховатости
6. Шероховатость покрытия
Чем больше шероховатость, тем значительнее площадь контакта дороги с шиной, при этом улучшается зацепление и коэффициент возрастает. Наибольшая высота неровностей покрытия не должна превышать 4-5 мм. Слишком большая шероховатость покрытия приводит к уменьшению коэффициента
7. Увеличение нагрузки на колесо
На твердых покрытиях дорог при увеличении нагрузки снижается
8. Повышение давления в шинах
При увеличении давления воздуха в шинах первоначально повышается, затем начинает убывать
9. Повышение температуры шины
С увеличением температуры шины сцепление на бетонных поверхностях несколько ухудшается, на асфальтобетонных — улучшается, коэффициент в этом случае увеличивается из-за прилипания элементов протектора к поверхности дороги, что наблюдается при высокой температуре в зоне контакта в случае интенсивного торможения
10. Износ протектора шины
При полном истирании рисунка протектора шины коэффициент снижается на 35÷45%. Особенно сильно он уменьшается при движении на мокрых и грязных дорогах (примерно еще на 20÷ 25%)
11. Тип рисунка протектора шин
Шины с рисунком протектора повышенной проходимости на мягком снеге и неуплотнённом грунте имеют больший коэффициент, чем шины с дорожным рисунком. На мокром покрытии шины с рисунком протектора, имеющим большую расчлененность, обеспечивают более высокий коэффициент сцепления
12. Вид материала
Шины из высокогистерезисных резин обеспечивают больший коэффициент
Источник

Чтобы сразу избежать ненужных вопросов — по ссылкам вы найдёте коэффициенты сцепления, но речь идёт об одном и том же — коэффициент трения или коэффициент сцепления, между ними нет разницы

Итак, а это всё к чему? А к тому, что кроме характера и температуры дороги почти всё остальное сцепление будет зависеть от резины — её свойств и температуры! Резина — одна из главнейших составляющих сцепления в повороте, на торможении, на прямой. Вы, кстати, достаточно часто можете найти тесты автомобильных шин, особенно зимних, а вот тестов мотоциклетных шин на русском языке нам найти вообще не удалось.

Кому хочется ещё больше формул и ещё больше деталей, от чего зависит коэффициент трения — рекомендуем заглянуть вот сюда, я же процитирую только выводы из этого документа:

Таким образом, коэффициент сцепления значительно зависит от состояния поверхности дороги в зоне контакта и резины протектора, менее существенно зависит от геометрических параметров шины, давления воздуха в ней, нагрузки на колесо и шероховатости поверхности дороги.

И теперь, когда мы с вами полностью разобрались с коэффициентом трения, возникает вопрос: если мы возьмём два разных мотоцикла, но с полностью одинаковыми колёсами и резиной, будут ли они тормозить одинаково? Нет, и сейчас мы разберёмся почему.

Коэффициент сцепления пневматического колеса с дорогой зависит не только от материала и состояния трущихся поверхностей и т.д., но и от характеристики подвески. И вот тут мы подбираемся к самому интересному. Помните, как мы рассказывали, что при увеличении нагрузки коэффициент трения снижается? Так вот, максимально эффективное торможение получается в случае, если перераспределение веса происходит как можно меньше! Это одна из причин, почему низкие спортивные автомобили так хорошо тормозят, а рекорд по самому короткому тормозному пути принадлежит Формуле 1. Кроме того, спортивный болид тормозит гораздо лучше мотоциклов Moto GP.



Так что же мотоциклы? У байков очень короткая база и высокий центр тяжести. И в результате, теоретически, лучше всего тормозить будут не те мотоциклы, от которых мы этого ожидаем — например, мотарды и спортбайки, а большие и длинные круизёры. Конечно, это при том условии, что на мотоцикле исправная тормозная система и хорошая новая резина — ведь мы с вами уже разобрались, насколько важно качество покрышки. Но ключевым в торможении становится не только качество резины, но и геометрия (куда, кстати, входит и аэродинамика) и работа электроники (о которой мы поговорим чуть позже). И вот тут, по сумме всех этих факторов, условный “среднестатистический” мотоцикл будет тормозить хуже условного автомобиля. Потому что подвеска не позволяет на мотоцикле развить большое тормозное усилие. Что это значит? А то, что формула1 на торможении испытывает перегрузки в 5g, а мотоцикл всего лишь в 1,8. Только понимайте правильно — это не причина, это следствие. На байке не получается тормозить также эффективно из-за большого перераспределения веса, высокого центра тяжести, плохой аэродинамики. Обычный гражданский автомобиль на торможении испытывает перегрузку примерно в 1,3g а мотоцикл только 0,8g. Это значит, что в сумме все факторы, влияющие на торможение, на машине работают лучше, а на мотоцикле хуже. И результаты тестов это подтверждают.

Надеюсь этой статьёй мы развеяли ряд мифов и заблуждений, касательно сцепления резины и торможения. Но стоп, а как же авторевю?

Не так давно, летом 2018 вышло две статьи и ролик о сравнении тормозного пути машины и автомобиля. Давайте посмотрим, что же там такое.



Статья номер раз — Михаил Подорожанский о физике торможения мотоцикла. Михаил правильно пишет и о том, что μ может быть выше единицы, и о том, что на торможение мотоцикла влияет геометрия. В статье мотоцикл представлен максимально упрощённо, а опрокидывающий момент представлен как отношение высоты к половине длины мотоцикла. Только вот потом автор приходит к вот такой странной формуле

a=gb/µh

по которой получается, что что чем выше выше коэффициент сцепления (µ), тем меньше максимально возможное замедление (a). Михаил это аргументирует тем, что чем меньше коэффициент сцепления, тем у мотоциклиста выше шанс развить то же предельное замедление, что развивает автомобиль. Только это уже в корне неверно, т.к. выдаёт желаемое за действительное. А дальнейшие тесты это только подтверждают — BMW1000RR, который (при условии отключенной абс) встаёт в стоппи (то есть переворачивается) гораздо охотнее 310го, обладает гораздо лучшей покрышкой (пирелли суперкорса — это резина с наилучшими сцепными свойствами среди всех мотопокрышек, которые разрешены на дорогах) остановился при этом гораздо лучше, чем R310. Но если следовать логике автора статьи с самого начала и до конца, максимально возможное замедление должно было получиться:

M1=amh
M2=gmb
amh=gmb
ah=gb
a=gb/h а точнее a=g*µ или а=b/h (в зависимости от того, что будет меньше) (1)

А вот такой вариант уже гораздо интереснее и информативнее, потому что из него мы можем сделать вывод, что условный спортбайк не обязательно тормозит хуже условного круизёра, так как очень многое будет зависеть от того, какой коэффициент сцепления сможет “развить” каждый из мотоциклов. Да-да, именно развить, ведь мы с вами помним, от какого огромного количества факторов зависит коэффициент сцепления.

Кроме того, очень важной деталью является то, что мотоцикл с водителем — не статичная система. Я не зря раньше говорил, что эффективность торможения будет зависеть, в том числе, именно от перераспределения веса на мотоцикле, а не от простого соотношения сторон — иначе один из лучших результатов в тесте показал бы 310тый. И всё-равно, подвеска — лишь один винтик в общей сложной системе факторов, которые влияют на эффективность торможения, а опираясь на формулу
a=g*min(µ, b/h) (1) не стоит забывать, что даже на одинаковой резине коэффициент сцепления у разных мотоциклов будет разный. И вот вам ещё результаты тестов на эту тему



Точка невозврата: разбираемся в тонкостях торможения на мотоцикле и на автомобиле.
Для начала я отмечу сильные стороны статьи — это объективные результаты, полученные с помощью высокоточного оборудования, а также большое разнообразие техники в тесте. Плюсом идёт и то, что в целом верно описаны принципы торможения на мотоцикле и рекомендация иметь байк с абс. А теперь давайте разбираться, что же в тесте не так.

И начнем с самой большой проблемы — то, что главным элементом торможения на мотоцикле стала геометрия и только геометрия. “Чем больше колесная база и ниже центр тяжести, тем меньше тормозной путь” — это фразу в разных вариациях нам повторяют примерно 5 раз за статью, и никто не задаётся вопросом, почему литровый спортбайк показал одни из лучших результатов в тесте, Африка тормозит так же как GS1200 с подвеской телелевер, который, по логике авторов статьи, должен был вообще показать одни из лучших результатов, а худшие результаты на торможении показал мотоцикл на внедорожной резине. И за всю статью никто ни разу не упоминает важность состава резины покрышки, износ протектора и как долго она в эксплуатации — а ведь эти параметры оказывают не меньшее, если не гораздо большее влияние на длину тормозного пути, чем пресловутая геометрия и соотношение высоты к длине центра тяжести. Я понимаю, что переобуть все мотоциклы и машины для теста в одинаковую резину — и вот тогда получить действительно интересные данные, из которых мы могли бы сделать гораздо больше выводов — это непомерно увеличивает бюджет, но это ведь не мешает сделать элементарный вывод о том, что 1000rr на суперкорсе так хорошо тормозит не только благодаря геометрии.



А теперь давайте подумаем ещё вот о чём — а почему автомобили тоже остановились на разном расстоянии? Правильно, всё по тем же причинам — это геометрия, перераспределение веса, тип резины. И тут я бы хотел затронуть ещё один очень важный момент — электроника, но для упрощения мы будем рассматривать только абс. Во всех тестовых заездах водители тормозили в пол, моделируя ситуацию экстренного торможения. А дальше на тормозной путь уже напрямую начинает влиять настройка абс. Давайте здесь не будем сильно углубляться, а лишь сделаем замечание, что спортивно настроенная абс на машинах уже научилась останавливаться быстрее, чем человек-водитель с отключенной системой. И обратим внимание вот на такой факт — в Европе автомобили без абс запрещено продавать с 2004, а мотоциклы — с 2016. Также, на автомобилях систему и устанавливать начали значительно раньше — а это всё нас приводит к выводу, что на сегодняшний день алгоритмы и настройки работы абс на автомобилях гораздо совершеннее, чем на мотоциклах — просто потому, что над их созданием и совершенствованием работают гораздо дольше.



И тут мы приходим к ещё одной очень важной детали — это наличие двух тормозов (передний и задний) на мотоцикле против одного тормоза на все колёса у автомобиля. Да, это даёт определённые плюсы в управлении байком, но при экстренном торможении очень усложняет задачу как человеку-водителю, так и электронике, ведь приходится реализовывать достаточно сложные инженерные решения для того, чтобы при нажатии на один тормоз тормозили оба колеса, но в разном процентном соотношении. И тут сразу необходимо добавить, что да — тормозной путь без абс на хорошей дороге на мотоцикле будет короче. Но ведь и на машине в схожих условиях при отключении абс тормозной путь станет меньше! Но на автомобиле никто делать этого не станет (как и на мотоцикле) потому что в реальной жизни важен будет не тормозной путь, а остановочный — куда входит и время реакции водителя, и эффективность самого торможения. И если у автомобиля или мотоцикла с абс тут всё просто — от момента нажатия на тормоз до полной остановки они проедут то же расстояние, что и на полигоне, то вот без абс всё становится очень непросто — ведь все мы с вами знаем, как легко блокируются колёса на мотоцикле, и как много аварий с перетормозившими мотоциклистами.

Итак, какие нам с вами надо сделать выводы? Ваш тормозной путь будет зависеть от:
1. Дороги, по которой вы едете
2. Состояния и характеристик вашей покрышки
3. Геометрии вашего мотоцикла (насколько сильно будет перераспределяться вес)
4. Характеристики и настроек электроники, которая помогает при торможении (АБС и другие системы)

И в дополнение напомню, что среднестатистический автомобиль останавливается быстрее среднестатистического мотоцикла.

И про Настоящего Мотоциклиста — у меня много вопросов к ролику, который он снял, но давайте разберёмся в главном. В ролике говорится, что мотоцикл с 200 км/ч тормозит лучше машины. Это в корне неверно, почитайте комментарии от авторов статьи на Авторевю — машина остановилась примерно на 25 метров раньше, но на видео получилось так как получилось. Собственно, это подтверждают и другие автомобильные тесты, где у машин тормозной путь с 200 км/ч занимает примерно 150 метров. И это крайне серьёзная ошибка в его ролике, которая ввела в заблуждение уже очень много людей



Вот ещё один пример — торможение со 190 км/ч на автомобиле 125-130 метров
Надеюсь, этой статьёй мы помогли вам начать лучше разбираться в торможении, а в следующий раз мы поговорим уже о том, а как на практике надо правильно тормозить на мотоцикле. Всем пока!