Уроки вождения

Почти всё об эстакаде.

Привет, друзья!
Судя по многочисленным постам о сложностях выполнения упражнения “Остановка и начало движения на подъеме”силы на горкеФрюша на горке, далеко не все знают устройство автомобиля, понимают принцип работы сцепления и помнят школьный курс физики.
Я всегда говорю своим ученикам: “Даже не пытайтесь запомнить — это тупиковый путь. Запомните — и благополучно забудете через двадцать минут. Поймите, и тогда это будет на всю жизнь!”
Тем, кому “просто надо сдать экзамен и запомнить загадочный алгоритм действий на эстакаде, не вникая в суть” можно не читать этот длинный текст.
А всем остальным он будет полезен.

Давайте вместе раз и навсегда разберемся с “эстакадой”, дабы не наступать на одни и те же грабли. Итак, вы заехали на наклонный участок и остановили на нём машину. Какие же силы действуют на неё, как на физическое тело? Верно, сила тяжести. Мы помним, что она равна произведению массы тела на ускорение свободного падения. Куда она направлена мы тоже, конечно, знаем. Она направлена к центру Земли. Ещё на автомобиль, точнее на его четыре колеса, действует сила нормальной реакции опоры. Её вектор направлен под прямым углом к поверхности на которой находится тело. Куда же направлена результирующая сил тяжести и нормальной реакции опоры? Она направлена вдоль наклонной поверхности. От чего зависит эта сила? Вы молодцы, верно — она зависит от массы тела и угла наклона поверхности! Что эта результирующая сила стремится сделать с машиной? Да, конечно! Она стремится скатить её с горки. А что препятствует ей это сделать? Я восхищен вашим ответом! Да, мы же затянули ручник. Задние колёса лишены возможности вращаться, и между ними и дорогой возникает сила трения покоя. И именно эта сила препятствует скатыванию. Направлен её вектор, естественно, в противоположную от вектора уже известной нам результирующей силы сторону. Зависит она от силы реакции опоры (а значит от массы) и коэффициента трения.
Теперь коротенько вспомним принцип работы автомобиля.
Двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энегрию, образующуюся при сгорании топлива, в кинетическую, совершая при этом работу — вращение коленчатого вала. Описывая работу двигателя, мы будем говорить от трёх вещах: мощность, количество оборотов коленчатого вала и крутящий момент. Как вы помните из школьного курса физики, мощность — это работа, выполняемая за единицу времени. И измеряется она в Международной системе СИ в ваттах (Вт), или в такой внесистемной единице, как лошадиные силы. (л/с). В технической характеристике указывается максимальная мощность двигателя, которую он может развить при максимальных оборотах коленчатого вала. С пониманием того, что же такое количество оборотов, проблем, надеюсь, ни у кого не возникает!)) И, наконец, о крутящем моменте. Что такое момент силы в физике вы, конечно, помните! Это произведение силы на плечо (длину) рычага. Измеряется он в Ньютонах на метр, (Н•м). А крутящий момент двигателя — это сила, с которой он вращает коленчатый вал, умноженная на растояние между осями шатунных и коренных шеек коленчатого вала. На каких оборотах он достигает максимального значения на конкретной модели двигателя, можно уточнить в описании двигателя. Если вы обратите внимание на график зависимости крутящего момента от числа оборотов, то увидите, что максимальный крутящий момент достигается не на максимальных оборотах двигателя. Да, сначала при увеличении числа оборотов он растёт. Но до определенной их величины. А при дальнейшем увеличении числа оборотов — начинает снижаться. Если сравнивать двигатель автомобиля с человеком или животным, то мощность — это выносливость, а крутящий момент — это сила. От величины крутящего момента — а не от мощности — зависит сила тяги и разгон автомобиля.
Нажимая на педаль газа, мы подаём большее количество топлива в камеры сгорания цилиндров. “Взрывная” сила в них увеличивается, а значит увеличивается крутящий момент.
На конце коленчатого вала находится маховик – огромный металический диск с зубчатым венцом. У него, по сути, три фунции. Когда мы поворячиваем ключ в замке зажигания на старт, шестеренка, находящаяся на валу стартёра, входит в зацепление с венцом маховика, вал стартера (электродвигателя) начинает вращаться, вращение передаётся на коленчатый вал и двигатель запускается. Заведя двигатель мы отпускаем ключ замка зажигания, втягивающее реле стартера (бендикс) выключается. Вал стартера перестаёт быть связанным с двигателем, а сам стартёр выключается.
Так как маховик обладает значительной массой — а значит инерцией — он уравновешивает вращение коленчатого вала двигателя. К маховику с помощью пружин корзины сцепления плотно прижат диск сцепления. И это нормальное рабочее положение диска. В этом положении он вращается с маховиком как одно целое. Во внутренней части диска сцепления находится шлицевая втулка. Она постоянно сопряжена с выходящим из коробки передач концом первичного вала КПП, на внешней поверхности которого также находятся шлицы. Шлицевое соединение не только позволяет передавать крутящий момент от диска сцепления на первичный вал коробки, но и обеспечивает возможность перемещения диска вдоль оси вала. Когда мы нажимаем на педаль сцепления, механизм привода сцепления (тросик или гидросистема) воздействует на лапку сцепления. А она, в свою очередь, нажимает на выжимной подшипник, и уже он, нажимая на лепестки пружины корзины сцепления, отводит диск сцепления от маховика, преодолевая силу упругости пружин корзины сцепления. При этом двигатель отсоединяется от коробки передач. А диск сцепления, конечно, остается на конце первичного вала коробки. Когда мы поднимаем педаль сцепления, мы возвращаем диск сцепления к маховику. Свободный ход педали сцепления заканчивается как раз в тот момент, когда диск сцепления касается маховика и начинает о него тереться. При этом, если конечно, включена передача, на ведущие колеса через коробку и полуоси (мы говорим о переднеприводных машинах) передаётся лишь небольшая часть крутящего момента, образуемого двигателем. Когда мы, выбрав свободный ход педали сцепления, продолжаем поднимать её выше, диск сцепления прижимается к маховику всё сильнее и сильнее. Доля передаваемого на коробку и далее на ведущие колёса на ведущие колёса при этом возрастает. И при отпущенной педали сцепления достигает максимального значения.

Вот тут мы и подобрались к разгадке “тайны”!))
Нажимая на педаль газа, мы увеличиваем крутящий момент двигателя. А поднимая педаль сцепления всё выше и выше свободного хода, мы увеличиваем долю передаваемого на коробку крутящего момента. Далее мы “передаём судьбу крутящего момента в руки коробки передач”. При одних и техже оборотах двигателя, но при разных включенных передачах на ведущие колёса будет передаваться разный крутящий момент. Чем ниже передача, тем сильнее она увеличивает передаваемый крутящий момент. Именно по этой причине мы начинаем движение на первой передаче и разогняя автомобиль всё быстрее и быстрее, мы переходим на всё более высокие передачи.

Фух… Вернёмся на эстакаду! Итак, мы остановили на ней автомобиль с массой “М”. Угол наклона горки на ней “У”. Уже известная нам сила “F”, пытается скатить автомобиль с горки. Но мы ручником заблокировали от вращения задние колёса. Между ними и наклонной поверхностью возникает сила трения покоя “F тр. пок”. Но нам нужно двигаться дальше в горку. На какую же силу нам нужно заменить силу трения покоя колёс? Верно, на силу трения качения колёс. Назовём её “F тр. кач”. Чем будет выше крутящий момент (или тяга) на колёсах, тем будет выше сила трения качения. Где же нам взять эту силу? Её нам даст двигатель вместе со сцеплением, коробкой передач, полуосями и колёсами.
Мы нажали педаль сцепления. Включили первую передачу. Но машину, конечно же, продолжаем держать на ручнике, ведь кроме ручника её ничто сейчас не удерживает от скатывания.

— Ну когда же, когда же мы уже будем должны отпустить этот ручник?!!!
— А когда мы сообщим колёсам такой крутящий момент, который обеспечит необходимую тягу автомобиля!)
— Помним, помним! Крутящий момент увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя! А минимальный крутящий момент будет при холостых оборотах двигателя! А вот хватит ли нам для трогания с места на горке тяги, образуемой на холостых оборотах?
— Если эта тяга по своей величине будет равна силе, которая хочет скатить машину с горки, мы будем просто стоять на месте. Если она будет выше — автомобиль начнёт движение вперёд. А если ниже… Ну на этот вопрос вы уже и сами сможете ответить!
— А как нам избежать возможности отката машины с горки? Ну то есть как нам обеспечить минимально необходимый крутящий момент или тягу на колёсах?!
— Сначала нам нужно поднять сцепление до конца свободного хода. И когда этот момент наступит, необходимо на мгновение задержать левую ногу. Правая при этом должна слегка прибавить газ. Да, именно слегка, ведь горка в ГИБДД на Варшавке ну очень пологая. Не то, что на полигоне Land Rover Experience, например!)) И для того, чтобы не откатиться с её, нам будет достаточно создаваемого на ведущих колёсах в конце свободного хода, при оборотах чуть выше холостого хода, крутящего момента! После этого мы спокойно снимаем ручник. И машина при этом бесконечно долго может стоять со снятым ручником. А для того, чтобы она начала движение в горку, нужно одновременно поднимать сцепление всё выше и прибавлять газ. Представьте себе, что левая и правая ноги у вас находятся на небольших качелях на разных концах доски. Если одна нога будет быстро нажимать на один край, вторая будет с той же скоростью поднимать противоположный. Точно также и ноги должны работать с педалями сцепления и газа: синхронно и противонаправлено!
— А как понять-то, что свободный ход педали сцепления выбран? Мы же на экзамене сядем за руль незнакомой машины!
— Да, нет двух одинаковых машин! Это верно! У разных машин может быть разный свободный ход педали сцепления. По-разному они могут реагировать на нажатие педали газа. Но наши ощущения, при достижении педалью сцепления конца свободного хода, на разных машинах будут одмнаковыми. Напомню, что свободный ход заканчивается в таком положении, при котором диск сцепления начинает тереться о маховик. Шум работы двигателя при этом изменится. И это естественно, так как до этого момента двигатель преодолевал лишь силу трения своих вращающихся деталей, а после этого на него потихонечку стала ложиться и внешняя нагрузка — та самая сила, которая пытается откатить его с горы. И, конечно, незначительно упадут обороты двигателя — это будет заметно по отклонившейся стрелке тахометра. Но лучше на него не смотреть, а воспринимать это на слух. Я своим ученикам на эстакаде закрываю тахометр листком бумаги.
— А нас с подругой учили иначе! Нам говорили, что двигатель нужно раскрутить аж до двух-двух с половиной тысяч оборотов. И поднимать сцепление до тех пор, пока обороты не упадут до тысячи! И машина у нас при этом присаживалась! И вот в тот самый момент мы и отпускали ручник!
— Да, и такой способ есть! Да только он варварский по отношению к машине! Предсавьте себе, какая разница в скоростях между неподвижным диском сцепления и маховиком! Вы же прислоняли к вращающемуся с огромной скоростью маховику двигателя неподвижный пока ещё диск сцепления! Сцепление при таком подходе изнашивается в разы быстрее! Да и запах горящего сцепления, если поднимать его неторопясь, будет не из приятных!)