Основы управления картом урок 2
"Картинг - это не просто гонка на скорость, а поддержание баланса между телом, разумом и картом, управляя законами физики." (KartDriver)
Основы управления картом - Основные маневры
Карт является гоночной машиной особого рода. Он легкий, имеет большую мощность двигателя, но не имеет дифференциального механизма. Благодаря специальным, обладающим высоким сцеплением, шинам карт может двигаться с большими ускорениями без скольжения, полностью используя возможности двигателя. Все это должен учитывать пилот карта, особенно управляя дроссельной заслонкой карбюратора с помощью педали акселератора, называемой педалью «газа» или просто «газом». В большинстве случаев для всех газ - это просто нажать ногой на газ, руль на себе и в хмари! Мало кто задумывается, какое огромное количество процессов происходит в тот момент, когда мы нажимаем эту самую педаль, и почему зачастую не полное нажатие педали во многих поворотах означает лучшую скорость на круге? Прежде, чем в нашем обучении мы будем сопоставлять теоретические задачи с практикой на треке - мы изучим физику, устройство карта, научимся понимать все процессы, и только потом мы сможем эти знания сопоставлять с опытом, получаемым на треке. До этого момента мы по прежнему остаемся просто "мартышка и очки", но на гоночном треке.
Карт имеет небольшое отношение собственной массы к мощности двигателя. Это особенно относится к гоночным картам. Масса карта класса с водителем составляет около 150 кг в спорте и =190 в прокатном картинге, а мощность двигателя превышает 55 ЛС. На 1 кВт приходится 5 кг и меньше что близко к соотношению масса-мощность гоночных автомобилей формулы. Может поэтому управлять гоночным картом класса KZ2 - одно из самых сложных физически занятий в автоспорте! Но ив прокатном картинге есть свои нагрузки и сложности, более жесткие шины не прощают отсутствие контроля сцепления шин и чрезмерные неосторожности в управлении рулем и педалями. У картов гоночной категории максимальная скорость— 140—180 км/ч (в зависимости от конфигурации трека и передаточного соотношения звезд) и эти карты имеют пяти- или шестиступенчатую коробку передач. Из приведенного сравнения видно, что динамика картов значительно выше динамики встречающихся у нас гоночных автомобилей, а в этом сравнении мы еще не учли, что у карта значительно меньше сопротивление трения качения и лобовое сопротивление. Прокатный карт 270 СС - почти 6 кВт мощности или 9 Л.С = 12 кг на 1 Л.С. Даже это уже равно мощности среднестатистического автомобиля! И нам нужно уметь этим управлять, это не просто детская машинка.
Проведенное сопоставление дает нам представление о ходовых возможностях карта. На скользких шинах или мокром покрытии крутящий момент задних колес значительно больше силы трения колес и поверхности дороги. Это приводит к пробуксовке задних колес при резком старте и ускорениях. Она может быть полезной, если мы умеем пользоваться ею, но для неопытного водителя скольжение может представлять большое неудобство и даже опасность.
Резкое нажатие на педаль акселератора при движении даже по прямой на мокром треке приведет к смещению вбок задней части карта. Для противодействия этому явлению надо одновременно так поворачивать передние колеса, чтобы они постоянно держали направление движения.
При интенсивном ускорении надо очень аккуратно оперировать рулем. Любой резкий маневр тотчас усугубит боковой занос задних колес, который может привести к неконтролируемому вращению карта вокруг вертикальной оси. Поэтому особого внимания требует ускорение на повороте. В такой ситуации необходимо умело управлять дроссельной заслонкой, не допуская, чтобы двигатель развивал чрезмерную по отношению к условиям движения мощность. Сильно ускоряясь на повороте, надо учитывать, что на карте нет дифференциального механизма. Это приводит к тому, что при движении на повороте одно из задних колес всегда проскальзывает, увеличивая вероятность заноса всей задней части карта. С другой стороны, ускорение на повороте упрощает движение карта по траектории, определенной углом поворота передних колес; управление картом на повороте без тяги всегда затруднено именно из-за отсутствия дифференциального механизма.
На трассе может сложиться ситуация, когда избыток крутящего момента на задних колесах поможет искусственно вызвать пробуксовку задних колес. Такая пробуксовка позволит, например, развернуть карт на 180° на ограниченном пространстве, естественно, при небольшой скорости движения. Но вы должны понимать и осознавать, что на сухом треке действуют те же силы, и что развороты на мокром треке указывают на ваши ошибки в сухих условиях, однако там при небольшой мощности прокатного карта вы не разворачиваетесь - а просто тормозите карт в тех местах, где он давно должен был ускоряться либо допускается регулярные легкие скольжения задней оси, каждое из которых по мои экспериментам и опыту отнимает от 1 до 3 десятых на круге! 2-3 легких подскальзывания в фазе поворот 0.3 - 0.9 секунды на круге!
Торможение карта становится возможным благодаря силе трения между шиной и поверхностью дороги. Сила трения выражается произведением веса (в условиях земного притяжения) карта, приходящегося на тормозящие колеса, на коэффициент трения резины о поверхность. Обычно коэффициент трения одинаков для всех колес карта, потому что он зависит лишь от вида и состояния поверхности дороги и вида и состояния шины. Таким образом, силу трения можно изменить, лишь изменив нагрузку на колеса при одном и том же составе шин.
На рис. 12.6 показана зависимость длины тормозного пути от скорости, на которой мы начинаем торможение, для различных видов поверхности, т. е. мы говорим о тормозном пути, который преодолевает машина от момента начала действия тормозов до полной остановки. В описании приводятся только ориентировочные цифры, позволяющие приблизительно оценить длину тормозного пути. На диаграмме хорошо видно, что длина тормозного пути растет пропорционально квадрату скорости. Это означает, что при торможении с удвоенной скоростью тормозной путь возрастает не в 2, а в 4 раза. Увеличение скорости в 3 раза приведет к тому, что для остановки машины потребуется путь в 9 раз больше.
Рис. 12.6. Зависимость тормозного пути от скорости:
1 — мокрая брусчатка; 2 — мокрый асфальт; 3 — сухая брусчатка;
4 — мокрый бетон; 5 — сухой асфальт; 6 — сухой бетон
Может показаться, что наибольшее замедление (торможение) можно достигнуть, добившись полной неподвижности колес. Но это не так. Оказывается, что при скольжении шины по дороге коэффициент трения уменьшается на 10—15 %. Наиболее эффективно торможение на грани скольжения колес. Тормозя таким способом, мы получаем двойной эффект: будем тормозить с максимальным возможным в данных условиях отрицательным ускорением и избежим опасности бокового заноса, вызванного неодинаковой заторможенностью колес.
Торможение на границе блокировки колес, позволяющее добиться наибольшего отрицательного ускорения, на практике трудно реализуется. Особенно трудно определить границу между качением и скольжением на мокрой и, следовательно, скользкой поверхности. Некоторые пилоты применяют так называемое «покачивание» тормозами, заключающееся в попеременном нажимании и отпускании педали тормоза с большой частотой. В результате этого колеса карта затормаживаются лишь на короткий промежуток времени, карт не теряет управления и повышается эффективность торможения. Но не стоит переоценивать практическую ценность данного приема (особенно в сухих условиях)
Надо избегать торможения на поворотах. Даже не очень сильное торможение в таких условиях использует часть сцепления шин с дорогой. А именно этой части может не хватить для противодействия центробежной силе, «выбрасывающей» карт за пределы поворота. Следовательно, скорость на повороте при движении с торможением меньше, чем при движении без торможения. Небольшое торможение при движении на вираже на грани скольжения немедленно приведет к сильному боковому заносу, который трудно устранить.
Во время гонок необходимо правильно оценивать возможность торможения, принимая во внимание сцепление шин и поверхности. Начиная поворот, надо безошибочно определять, в каком месте начнем торможение. Очень важно уменьшить скорость до соответствующей данному повороту точно в момент начала поворота и не метром раньше и ни метром позже, и в большинстве случаев пилоты не научившись тормозить и не осознавая это правило продолжают проигрывать в скорости, не понимая где, лишь потому, что вошли в поворот быстрее или наоборот на метр раньше чем надо закончили торможение и пришлось ждать или добавлять газ что делает невозможным осуществить идеальный вход в поворот
Обычно картингисты начинают торможение слишком рано при небольшой скорости и имеют тенденцию тормозить слишком поздно на больших скоростях. Это вытекает из неправильной оценки расстояния до поворота и недопонимания того, что тормозной путь имеет не линейную, а квадратичную зависимость от скорости.
Нет никаких общих и практических способов точной оценки момента начала торможения. Этому можно научиться лишь в результате продолжительных тренировок в различных условиях. Всегда надо помнить, что торможение надо начинать тогда, когда мы уверены, что расстояние до поворота достаточно для снижения скорости. Если мы начнем торможение слишком рано, то этим лишь уменьшим среднюю скорость. Если же хоть раз затормозим слишком поздно, то не удержимся на трассе или траектории и потеряем шансы на высокое место.
Правильная оценка момента начала торможения особенно важна для пилотов картов с тормозом только на задних колесах; тормозной путь будет соответственно длиннее, увеличивается также опасность бокового заноса задней части карта. Не следует сильно тормозить на неровной поверхности дороги. В этом случае происходит мгновенная разгрузка некоторых колес, приводящая к их неожиданной остановке. Новое соприкосновение остановившегося колеса с поверхностью дороги может привести к изменению траектории движения.
Часто приходится слышать, что правильно преодолеть поворот можно только с боковым заносом. Наоборот, боковой занос весьма нежелателен, а иногда и просто опасен. Он начинается, когда центробежная сила, действующая на карт при движении на вираже, превысит силу сцепления шин с поверхностью дороги.
Если скольжение незначительно, мы в состоянии его прекратить. Единственный способ преодолеть скольжение задней оси карта — это поставить передние колеса в такое положение, чтобы они продолжали катиться по траектории, по которой должны были катиться без скольжения. Когда такое противодействие не дает результата, карт начинает вращаться вокруг своей вертикальной оси и управление им уже невозможно.
Маневр противодействия заносу нельзя выполнять слишком резко. Существует опасность заноса задней части карта в противоположную сторону, в этом случае передние колеса приходится поворачивать в ту же сторону.
При заносе нельзя ни тормозить, ни ускоряться. Положительное или отрицательное ускорение приведет лишь к увеличению заноса, а во многих случаях сделает его неуправляемым.
Полное немедленное прекращение заноса зависит от умения и самообладания водителя. Опытный картингист в любой момент знает, как далеко до границы скольжения, и может безошибочно определить, может ли на данной дороге и в данных условиях начаться скольжение. В качестве оценки всегда используется скорость карта, и наше 7 чувство гонщика!
Можно не суметь преодолеть сильное скольжение, поэтому все его проявления надо ликвидировать еще в зародыше путем немедленного, я бы сказал даже молниеносного и точного противодействия рулем. Прежде всего надо привести скорость карта в соответствие условиям движения.
Картингист должен знать, когда и в каких условиях его карт начнет скользить. Он должен отрабатывать способы преодоления скольжения на карте, преднамеренно вводя его в скольжение на тренировках. Опытные картингисты умеют вызвать скольжение и тотчас ликвидировать его. Овладение этим умением позволяет им безошибочно управлять картом на гонках, а это является первым условием достижения хороших результатов. В конце кноцов, чтобы понять, где грань, что говорит о том, что она уже рядом, что происходит, когда мы переходим грань - все это нужно почувствовать и пережить, понять, проанализировать и затем практиковаться в управлении этими знаниями!
Основы управления картом - На вираже
Умение проехать поворот с наибольшей, но безопасной скоростью рождается постепенно в результате тренировок, приобретения опыта, подкрепленного врожденными предрасположенностями пилота в этом направлении. В эффективном приобретении этого умения может помочь знание физических явлений, возникающих при движении на повороте, и рассмотрение системы сил, действующих в таких условиях на карт.
Рассуждения будут проводиться с некоторыми упрощениями, позволяющими популярно изложить проблему. Однако надо подчеркнуть, что выводы из этих рассуждений, справедливые по отношению к автомобилям, тем более справедливы по отношению к карту. Карт лучше подходит под принятые упрощения, важнейшим из которых является предположение, что отсутствует амортизация машины.
Движение с боковым уводом колес (будет непросто)
Сначала рассмотрим поведение карта при небольших скоростях. Предположим, что карт движется по дуге с маленькой скоростью и центробежная сила практически отсутствует. Передние колеса повернуты на некоторый угол р. Можно предположить, что угол поворота обоих передних колес одинаков, хотя, как мы знаем, это не совсем так. Центр масс карта будет описывать дугу с радиусом, несколько большим радиуса кривизны дороги. Радиусы дуг, описываемых передними колесами, будут несколько больше радиусов дуг задних колес.
а — без увода; б — с уводом; 1 — мгновенное направление движения; 2 — траектория движения центра тяжести;
3 и 4 — траектории движения соответственно задних и передних колес; а — угол увода; B — угол поворота передних колес
Теперь увеличим скорость движения настолько, чтобы появилась заметная центробежная сила. Оказывается, что карт начнет двигаться асимметрично по отношению к теоретической траектории, но без бокового заноса. Явление асимметричного положения относительно теоретической траектории наступает раньше, чем боковой занос колес. Оно называется уводом карта. Увод определяется углом между плоскостью заднего колеса и направлением движения (касательным к траектории движения в каждой ее точке). Этот угол обозначим а.
При движении без увода (рис. а) карт поворачивается относительно некоторого теоретического центра вращения О,. При движении с уводом (рис. 12.7, б)теоретический центр вращения 0, сместился вправо и перестал иметь физическое значение, хотя его положение относительно карта не изменилось. Карт, а точнее его центр масс, поворачивается вокруг нового центра вращения 0Р, который занял место точки Оp.
При быстром движении на повороте, но еще без скольжения, плоскости задних колес образуют с направлением движения угол а, а плоскости передних колес — угол а плюс угол поворота колес B. Начиная движение с уводом, карт поворачивается вокруг своей вертикальной оси, проходящей через центр тяжести. В результате этого передние колеса находятся ближе к внутреннему краю трассы, чем при небольшой скорости, когда увод практически отсутствует.
Центробежная сила, которую в дальнейшем будем обозначать буквой С, вызывает увод карта. Но шины обладают достаточно большой жесткостью и упругостью. В результате этого возникает сила реакции шины, обозначаемая далее R, действующая перпендикулярно к плоскости колеса в направлении к центру дуги, описываемой картом. Она тем больше, чем больше будет угол увода а.
Сила R возрастает только до момента достижения предельного угла увода агмах= 15-f-18°. За пределами этих значений начинается боковое скольжение шин, и сила реакции перестает возрастать и даже уменьшается: при скольжении коэффициент трения шины снижается.
Значение предельного угла увода зависит от конструкции карта, распределения массы карта на колеса, коэффициента трения шины, а также от ширины шины, вида протектора и давления воздуха в шине.
Явление увода карта предшествует боковому заносу. Современные прокатные картинговые шины, жесткие, с очень низким протектором, допускают незначительный увод карта, поэтому потеря сцепления (скольжение) начинается неожиданно, без предшествующих ей в обычных условиях симптомов. Езда на таких шинах требует от гонщика большого опыта и умения чувствовать поведение карта на поворотах.
Динамика карта на вираже (будет еще сложнее)
Как мы уже говорили, на карт, едущий по дуге, действует центробежная сила С, уравновешиваемая силой реакции шин R. Рассматривая только одно колесо, мы говорим о силе реакции шины, которая вызвана частью центробежной силы, приходящейся на это колесо. Говоря дальше о центробежной силе С, будем иметь в виду именно эту часть общей центробежной силы.
Силу R, перпендикулярную плоскости колеса, можно разложить на две силы (рис. 12.8): силу Р, перпендикулярную направлению движения карта, и силу N, направленную назад вдоль направления движения. Тогда сила Р будет уравновешивать центробежную силу С, сила N — это сопротивление качения.
Рис. 12.8. Силы, действующие на колесо во время свободного качения по дуге с уводом:
а — сила реакции шины; б — разложение силы R на составляющие; l— направления движения
Если центробежная сила С превысит силу Р, то угол увода превысит критическое значение amах и начнется скольжение колеса (занос). Если сила Р станет больше центробежной силы С, то это приведет к уменьшению угла увода и, следовательно, к возврату колес на нормальную траекторию движения.
Если карт движется по дуге с такой скоростью, что угол увода составляет а, а передние колеса повернуты на угол р (рис. 12.7), то центр тяжести карта движется по нужной нам траектории, а сам карт, несмотря на асимметричное положение, выполняет правильный поворот. Увеличивая скорость карта до тех пор, пока центробежная сила Сне превысит силу сцепления шин с поверхностью дороги, мы вызовем скольжение карта по нормали по отношению к предварительно определенной траектории движения. В этом случае единственное спасение — уменьшение скорости до такой, при которой сила С будет меньше силы Р.
При движении с уводом передние колеса повернуты несколько больше, чем это следовало бы из кривизны дуги. Именно благодаря уводу карт удерживается на нужной траектории при большем повороте колес. Уменьшение скорости карта в этом случае при неизменном угле поворота передних колес приведет к уменьшению увода. Карт изменит траекторию движения, которая теперь будет ближе к траектории, определяемой поворотом колес. Если мы не изменим поворот колес, то карт выедет на внутренний край трассы.
Рассмотрим, что будет происходить, если к нашей схеме, кроме центробежной силы Си силы реакции шин R, добавить силу тяги F (рис. 12.9). Эти три силы всегда должны находиться в равновесии (даже при скольжении), причем сила С стремится вытолкнуть карт наружу, а если силы R и F противодействуют этому, удерживает карт на траектории.
Рис. 12.9. Силы, действующие на колесо при ускорении:
а — приложение силы тяги F; б — приведение силы F к направлению движения l (сила Q)
Силы R и F можно суммировать (рис. 12.9, а), получив результирующую силу W. Силу W,в свою очередь, можно разложить на две силы (рис. 12.9,б): силу Р, перпендикулярную плоскости колеса и уравновешивающую центробежную силу С, и на силу Q — силу тяги в направлении движения карта. Увеличение силы тяги F приводит к увеличению силы Р,способной уравновесить центробежную силу С, возросшую в результате ускорения движения.
Водитель, умело увеличивая или уменьшая силу тяги, т. е. умело оперируя педалью газа, может вести карт на повороте, сохраняя постоянный угол поворота передних колес и изменяя только тягу и угол увода а.
Возникает вопрос: какую силу тяги F надо приложить к колесу, чтобы результирующая сил F и R была равна силе Р, уравновешивающей центробежную силу? Посмотрим на рис. 12.10, и ответ напрашивается сам: сила тяги должна придать карту такую скорость и такой угол увода, чтобы сила W = P не превысила силу сцепления шины с поверхностью дороги. Напомним, что сила трения равна произведению веса, приходящегося на это колесо, на коэффициент трения. Именно при таких условиях мы преодолеем поворот с наибольшим допустимым углом увода, но без скольжения и за наименьшее время.
Рис. 12.10. Угол увода а и скорость карта должны быть такими,
чтобы сила W=P не превысила силы С:
Трудно требовать от спортсмена, чтобы он во время гонки имел перед глазами систему сил, действующих в данный момент на карт, и соответствующим образом управлял им. Но знание даже этой упрощенной теории движения на повороте позволит сделать выводы, имеющие практическое значение.
Возникает следующий вопрос: повороты надо проезжать с газом или без газа? Снова рассмотрим систему сил. Предположим, что, двигаясь вначале при полном равновесии сил (см. рис. 12.9, а), мы уменьшим силу тяги F до нуля, выключив, например, сцепление. Сила F изчезнет с рис. 12.9, а, останется только сила реакции шины R (равная теперь силе W). Силу R можно снова разложить на две силы (см. рис. 12.8, б), получив силу Р меньшую, чем если бы все время действовала сила тяги F (см. рис. 12.9, б). Следователь, сила Р вдруг уменьшилась и стала меньше, чем еще не успевшая измениться центробежная сила С. Результат — немедленное боковое скольжение карта.
Аналогичные рассуждения можно провести для случая частично сброшенного газа. Конечно, изменение силы Р в этом случае будет пропорционально меньше. Но при движении карта на грани скольжения даже такое небольшое изменение может привести к опасному заносу карта.
Еще опаснее может оказаться снятие ноги с педали акселератора без выключения сцепления. Благодаря тормозящему действию двигателя сила F в этом случае будет направлена назад (рис. 12.11). Результирующая сила будет направлена вбок — назад, и сила Р не будет в состоянии уравновесить центробежную силу С, что приводит к скольжению. (Теперь вспоминаем сколько раз мы бросаем газ в повороте, в прокатном картинге по сухому это не приводит к развороту из-за маленькой скорости, но в спорте и в дождь - ждите вылета)
Из вышесказанного следует, что пилот не должен уменьшать силу тяги колес при движении на повороте на грани скольжения. Это приведет к немедленной потере контроля над картом. Пилот должен начинать поворот со скоростью, при которой центробежная сила не превысит силы Р, и поддерживать эту скорость до окончания поворота, изменяя соответствующим образом силу тяги. Допустимо ускорение на второй части поворота, но при условии одновременного увеличения радиуса поворота, т. е. уменьшения угла поворота передних колес, а значит угла поворота руля, которые мы синхронно распрямляем и с увеличением газа и распускаем карт на внешнюю часть трека максимально ускоряясь и облегчая ускорение мотору, тогда как лишний руль и раннее ускорение могут привести к заносу или же переупору внешних шин в результате чего мощности мотора не хватает ускоряться, пока не будет полностью распрямлена траектория. Да, иногда переупор в повороте приводит к еще большим потерям чем легкое скольжение.
Обратим внимание на то, что большой угол а вызывает увеличение сопротивления движению (рис. 12.8, б, сила N) и уменьшение силы Р, уравновешивающей центробежную силу С. Намеренно увеличивая угол а, мы можем в значительной степени затормозить карт.
Рис. 12.11. Силы, действующие на колесо при торможении:
а — приложение отрицательной силы тяги F, направленной назад;
б — приведение силы F к направлению движения l (сила Q)
Некоторые гонщики используют этот метод перед каждым поворотом, искусственно располагая карт под большим углом к направлению движения. Этим они добиваются уменьшения скорости и въезжают в поворот уже с заносом. Такая техника управления картом не рекомендуется, потому что она не дает никакого преимущества над гонщиками, использующими «нормальную» технику преодоления поворотов, но повышает опасность (риск заноса). Даже самый лучший гонщик не сможет безошибочно оценить, в какой момент надо вызвать занос, как и не сможет точно вычислить необходимое значение заноса. Если водитель начинает действовать слишком рано, маневр не дает желаемого результата; опоздав с маневром, можно оказаться за пределами трассы.
Можно было бы рассмотреть влияние догружения задних колес и разгружения передних при ускорениях, но из-за низко расположенного центра масс это влияние можно не учитывать. Эьто будет работать лучше при добавлении в этот элемент управление весом, но это тема отдельного курса обучения!
А вот и пасхалочка этого урока! Ответь мне пожалуйста в личные сообщения, нашел ли ты в этой статье что-то, что открыло тебе иной взгляд на то, что ты уже испытывал на треке, но не понимал почему так происходит. И задумывался ли ты когда-то вообще о том, что на треке все наши возможности ограничены законами физики и тем, как мы умеем управлять ими на треке?
На всех картах задние колеса нагружены значительно больше, из-за этого на повороте угол увода задней оси больше, чем передней. Поэтому заднюю часть карта начинает разворачивать наружу, и, чтобы удержать карт на выбранной траектории поворота, необходимо соответствующим образом повернуть его передние колеса.
С учетом коэффициента трения шин и поверхности дороги надо всегда стремиться ехать там, где коэффициент трения будет наибольшим. Как правило, наибольшее сцепление будет на той части трассы, по которой обычно едут гонщики. Полоса эта обычно вычищена, иногда покрыта тонким слоем прилипшей к поверхности резины, стершейся с шин. Съезжая с этой полосы, надо учитывать, что сцепление с поверхностью дороги может значительно упасть. Надо избегать песка, грязи, скользкой поверхности, ну и, конечно, нашего врага номер один — пятен масла и луж.
Некоторые используют определение «контролируемое четырехколесное скольжение». Это определение неверно, потому что скольжение четырех колес не может быть контролируемым, водитель теряет в этом случае всякое управление. Можно, например, управлять небольшим скольжением задних колес, при котором передние колеса не скользят. В этом случае скольжение задних колес не контролируется, а маневры передними колесами имеют цель привести движение в соответствие скольжению задних колес, чтобы движение карта оставалось стабильным.
Избыточная и недостаточная поворачиваемость - тема 3 урока основ управления картом -— ту би континуед...