Физика поведения автомобиля в повороте. Круг сцепления Камма.

Углубляться в суть вопроса в объёме докторской диссертации мы не будем. Объём статьи не предполагает столь основательного изучения данного вопроса. И всё же, понять некоторые основные особенности поведения автомобиля на дороге в процессе движения вполне возможно, опираясь лишь на знание базовых физических законов и здравого смысла.
Сразу же сделаем упрощающее предположение о том, что все колёса автомобиля во время движения ведут себя одинаково. Это, конечно же, не совсем так, а по сути, совсем не так. Во время разгона, когда мы набираем скорость, нос автомобиля приподнимается, задние колёса, как принято говорить, «загружаются», а передние наоборот, «разгружаются». При торможении наоборот, кузов по инерции стремится сместиться вперёд, колёса, цепляясь за дорогу, за счёт ходов подвески слегка смещаются назад, и автомобиль «клюёт» на нос. Передние колёса в результате этого «загружаются», а задние – «разгружаются».
Если же автомобиль движется по дуге поворота, в действие вступает центробежная сила, направленная от центра поворота. Люди, увлекавшиеся в детстве физикой, или имеющие естественнонаучное образование, знают, что центробежная сила пропорциональна квадрату скорости. Кроме центробежной силы на дороге существует ещё две величины, пропорциональные квадрату скорости. Это тормозной путь, и степень деформаций и разрушений автомобиля и всего того, что находится внутри него при возможном столкновении. Вот эта самая центробежная сила приводит к крену автомобиля в повороте. Поворачиваем налево – автомобиль кренится вправо, и наоборот, поворачиваем влево – автомобиль кренится вправо. А раз – так, то внутренние по отношению к повороту колёса автомобиля разгружаются, а внешние загружаются. Ну а если мы в повороте начинаем тормозить или ускоряться, то колёса вообще начинают перераспределять между собой нагрузку.
Но на то оно и упрощающее предположение, поэтому мы отвлекаемся от того, что колёса ведут себя по-разному. Предполагаем, что все колёса ведут себя одинаково. Это позволяет рассматривать одно колесо. При этом оказывается, что для практически ценных выводов достаточно элементарных представлений из школьного курса физики.

Круг Камма

Представьте одно колесо, стоящее на горизонтальной асфальтированной площадке.
Колесо это, конечно же, в составе автомобиля, а не само по себе. Мы сидим за рулём автомобиля. Скажем, это ВАЗ 2109. Передний привод, механика. АБС нет. Двигатель заглушен, включена первая передача, затянут «ручник». При этом мы ещё для большей лучшести со всей дури давим на педаль рабочего тормоза для того, чтобы гарантированно заблокировать все колёса. Мы заранее договорились с трактористом о том, что он поможет нам построить так называемый «круг сцепления». Имеется в виду сцепление колёс с дорогой, а не того сцепления, педаль которого мы отпускаем при трогании с места и при переключении передач. Круг сцепления колёс с дорогой имеет ещё одно название по имени немецкого инженера Камма. В его названии отражается его суть. Если величина силы, действующей на автомобиль, не выходит за пределы круга сцепления, колёса катятся без проскальзывания, либо автомобиль просто стоит на поверхности дороги. Если же сила выходит за пределы круга сцепления, колёса начинают поскальзываться, что приводит к потере части сцепления колеса с дорожным покрытием. Это известный физический факт. Сила трения покоя, или качения, больше силы трения скольжения. Разница для разных материалов может достигать 15-20 %. Это вроде бы не очень много, однако в критической ситуации на реальной дороге лишних несколько метров могут спасти жизнь. Поэтому на реальной дороге осторожный и разумный водитель по вполне понятным причинам избегает скольжения, так как оно приводит к ухудшению сцепления колёс с дорогой и как результат, к таким явлениям, как снос передних колёс, или занос. В любом случае для обычного стреднестатистического водителя это ситуация критическая и приводит к полной потере управляемости, и как следствие в большинстве случаев к ДТП. Круг Камма позволяет очень наглядно представить поведение автомобиля в повороте.
Как мы уже говорили, в повороте на автомобиль действует центробежная сила, пропорциональная квадрату скорости. Если по каким-либо причинам мы совместим поворот и достаточно резкое и интенсивное торможение, то возникнет реальная опасность скольжения всех колёс, так как тормозное усилие мы подаём на все колёса. Кроме всего прочего, мы предположили, что все колёса автомобиля в движении ведут себя одинаково. Даже если центробежная сила сама по себе не выходила за пределы круга сцепления, тормозная сила также не выходила за пределы круга сцепления, их результирующая может при определённых условиях за пределы круга сцепления всё же выйти, а это означает скольжение и потерю части сцепления колёс с дорогой, и в большинстве случаев – потерю управляемости.

камм ускорение
То же самое произойдёт при попытке совместить поворот и ускорение. Будут также и отличия, связанные с типом привода. На переднем приводе мы подаём тягу на передние колёса, поэтому при грубой работе педалью газа в повороте на таком автомобиле, как ВАЗ 2109, поскользнутся передние колёса. На заднеприводном автомобиле, таком, как ВАЗ 2105, при грубой работе педалью газа в повороте поскользнутся задние колёса, и это приведёт к заносу, так как заднюю часть автомобиля, потерявшую сцепление с дорогой, под действием центробежной силы начнёт выносить наружу поворота.
Но полноприводном автомобиле поскользнутся все колёса. Однако нюанс состоит в том, полные приводы бывают разные, как говорил Кролик. Поскользнётся в первую очередь та ось, на которую в данный момент подаётся большая часть тяги.
Ещё раз подчеркнём основной вывод: поворот и торможение, поворот и ускорение – чаще всего вещи несовместимые. До абсурда, конечно, этот вывод не стоит доводить. Если поворот плавный(радиус поворота большой), скорость невелика, а покрытие с высоким коэффициентом сцепления, ты в повороте мы сможем притормаживать или наоборот, слегка разгоняться, нажимая на педаль газа. При этом результирующая не выйдет за пределы круга сцепления.
Мы вели речь о таком простом автомобиле, как ВАЗ 2109. Однако не стоит думать, что наличие «умных» электронных систем в вашем автомобиле гарантирует вашу безопасность. К примеру, занос задней оси возможен на любом типе привода под сброс газа. Если мы проходим поворот и по каким-то причинам резко отпускаем педаль газа, то автомобиль слегка «клюёт» на переднюю ось, а задняя ось в свою очередь разгружается и под действием всё той же центробежной силы начинает скользить, а вернее может начать скользить наружу поворота. Всё зависит от конкретных условий.