Часть 1. Что важнее для разгона: мощность или крутящий момент?
В инетернете бесчисленное количество статей на эту тему, но, к сожалению, в большинстве своем это совершенно безграмотные перепечатки друг с друга, причем в процессе перепечатки исходный смысл, если он когда-то и был верный, искажеается до неузнаваемости.
Поэтому сам для себя решил разобраться в вопросе, а заодно написать статью — пусть будет.
Итак, для того чтобы выяснить, что важнее для разгона, мощность или крутящий момент, достаточно открыть школьный учебник физики и найти формулу работы, выраженной через изменение кинетической энергии.
Выглядит она вот так:
Кинетическая же энергия, в свою очередь, описывается следующей формулой, где m – это масса, а V – скорость:
Теперь вспомним, что мощность – это работа, произведенная за промежуток времени:
Теперь, исходя из того что разгоняемся мы с места, то есть начальная кинетическая энергия Ek равна нулю, поскольку начальная скорость равна нулю, выразим, от чего зависит время, за который мы достигнем скорости V:
Как видим, время, за которое мы достигнем заданной скорости V, зависит исключительно от соотношения массы к мощности: чем меньше масса автомобиля и чем больше его мощность – тем быстрее он достигнет заданной скорости. От крутящего момента время разгона никак не зависит.
А теперь давайте проверим теорию практикой, а то вдруг формулы врут. Правда, у меня практика также будет теоретической, но каждый из вас может перевести ее на 100% в практическое русло.
Итак, для проверки теоретической части нам потребуются два абсолютно одинаковых автомобиля, у одного из которого будет больше мощность, но меньше момент, а у другого – ровно наоборот. Если теоретические изложения верны, то быстрее разгоняться будет тот автомобиль, у которого больше мощность.
Хорошая новость заключается в том, что у каждого автовладельца есть такая пара автомобилей — взглянем на типичный график момента и мощности:
Как видим, в зоне низких оборотов двигатель имеет большой крутящий момент и малую мощность, а в зоне высоких – наоборот. Вот вам два идентичных автомобиля с разными двигателями.
То есть каждый из вас может произвести два эксперимента: используя ручное переключение передач, попробовать разогнаться до 100 км/ч в зоне максимального момента, а потом – зоне максимальной мощности и сравнить результаты. Предсказываю, что разгон будет быстрее в зоне максимальной мощности. И именно поэтому АКПП вашего авто настроена на разгон в зоне оборотов максимальной мощности, а не момента.
Почему же так происходит? Ведь из той же физики мы помним, чем больше сила – тем больше ускорение и вроде как логичным было бы разгоняться в зоне максимального момента, который обеспечил бы максимальную силу и, как следствие, максимальное ускорение.
Дело в том что тут есть нюанс, о котором многие не задумываются: тот момент, который указан на графике — это момент на валу двигателя, но ведь автомобиль отталкивается от асфальта не валом, а колесами, стало быть, нас должен интересовать момент именно на колесах. А он будет тем выше, чем выше мощность, выдаваемая двигателем. Чтобы понять, почему так происходит, взглянем на график:
Предположим, что автомобиль двигается с некоторой скоростью на какой-то передаче, педаль газа нажата не полностью, поэтому значения мощности и момента далеки от максимально возможных — позиция обозначена цифрой “1”. И теперь нам надо резко ускориться. У нас есть два возможных варианта, на графике обозначены буквами:
А) без изменения передачи нажать до упора педаль газа, в этом случае двигатель нам выдаст 320 Н*м момента и 100 л.с. мощности
В) одновременно с нажатием газа скинуть несколько передач вниз, обороты в этом случае вырастут и двигатель выдаст лишь 250 Н*м момента, но зато 180 л.с. мощности
Момент на колесах будет равным моменту двигателя, умноженному на передаточное число выбранной передачи:
Так как в начальный момент времени скорость автомобиля одинаковая для обоих вариантов, то и скорость вращения колес также одинаковая, следовательно передаточное число передачи в случае “В” будет в 2,5 раза выше чем в случае “А”: 5000/2000 = 2,5.
Составим отношение моментов на колесах для обоих вариантов:
Получается, что в варианте “В”, несмотря на меньший момент на валу двигателя, мы получаем почти двукратное превосходство в моменте на колесах. Таким образом, разгон в зоне оборотов максимальной мощности будет более эффективным, что и требовалось доказать.
Что влияет на максимальную скорость машины?
Далеко не каждый автомобиль может достичь максимального показателя на спидометре.
Если привести человека, не разбирающегося в автомобилестроении в автосалон, то он выберет машину, которая будет ехать быстрее. Такой логикой обычно пользуются детишки, когда они через стекло пытались разглядеть максимальную цифру на спидометре. В настоящее время эти цифры наносятся с запасом.
Факторы, оказывающие влияние на реальную скорость машины:
Обычно испытатели проводят измерение максимальной скорости в двух направлениях. Это нужно для того, чтобы воздействие ветра не препятствовало развитию скорости. Даже если ветра не будет вообще, разница скорости в разных направлениях будет достигать и десяти километров в час. Плотность воздуха зависит от атмосферного давления, а значит и от сопротивления движению. При низком давлении показатели также не самые лучшие, потому что цилиндры будут наполняться хуже, а мощность мотора будет снижена. В дождливую погоду плотность среды повышается, а это отрицательно сказывается на возможностях автотранспорта.
Аэродинамика
Когда на кузове есть антенны, боковые зеркала, брызговики, то это влечет появление дополнительного сопротивления движению. Максимальная скорость будет понижена на шесть процентов. Очистители стекла сокращают скорость на процент, а открытые окна и багажник на крыше – на десять процентов.
Колеса и покрышки
Спущенное давление в шинах повышает сопротивление качению и снижает скорость авто. Такое же действие возникает в случае, если сбит угол положения колес. В большинстве случаев это происходит во время эксплуатации транспортного средства, поэтому необходимо постоянно контролировать параметр.
Коробка передач
В случае, если хоть одна часть трансмиссии находится в неисправном состоянии, на колеса будет передаваться не вся имеющаяся мощность мотора. Снижение скорости может возникнуть и из-за проскальзывания фрикционов или ремня у вариаторов. Помимо этого, данные явления могут случиться при блокировке гидравлического трансформатора АКПП.
Речь идет не о серьезной поломке, а о мелких дефектах. Скорость еще зависит и от качества применяемого топлива. Но есть и другой случай – если вы водитель использует АИ-92 вместо АИ-95, то мотор будет тормозить.
Показатель скорости зависит и от наличия уклонов на дорожном полотне. Свою долю в этом деле оставляет и неровное дорожное покрытие.
Высокая нагрузка
Чем больше вес, тем меньше максимальная скорость. Дело в том, что под высокой нагрузкой растет сопротивление резины, что и приводит к медленной езде.
Максимальная скорость зависит от большого количества факторов. Автомобили с одним и тем же показателем не всегда могут преодолевать определенные участки дорог на одинаковой скорости.
От чего зависит скорость автомобиля
Оценка скорости заявленной и скорости автомобиля реальной обычно очень отличается. Причем порой на весьма существенную разницу. Обещанные 260 выжать даже при самых благоприятных условиях не удается никому, кто видит эту «критическую отметку» на столь многообещающе повествующих буклетах.
Причины же расхождений довольно банальны.
Во-первых, измерять скорость разными приборами, значит уже сталкиваться с некоторыми погрешностями. Во-вторых, неровности российских дорог по всем известному закону физики добавляют жару в эмоции. Если автомобиль мчится на предельной скорости, то он априори теряет несколько километров скорости вследствие ухабин и рытвин. Да и вряд ли найдутся такие умельцы и каскадеры, которые рискнут не учитывать неровности покрытия трассы.
Погодные условия важны чрезвычайно. Если на динамометрической трассе машины тестируют при самых благоприятных условиях, а также в холодное и дождливое время года, то водитель, впервые севший за руль, может оказаться за рулем и в дождь, и в высокую влажность. А влажность, между прочим, может дать разброс максимально допустимой скорости разгона в 8 процентов. И основной недруг точных расчетов – ветер. Даже при минимальном движении воздуха (2-3 метра в секунду) движение против ветра «ворует» до 10 километров скорости.
Изначально трансмиссия создана для того, чтобы облегчить водителю движение. А из тех же законов физики очевидным становится тот факт, что чем меньше количество оборотов, тем больше тяга и тем удобнее езда, а, следовательно, – ниже скорость. Пользоваться же даже автомобилем при установленной первой передаче – еще не значит достичь предельной скорости. Помешает любое внешнее воздействие, как было сказано выше.
Однако при сухой солнечной погоде езда под горку на максимальной скорости на ровной трассе позволит абсолютно достоверно оценить реальные возможности автомобиля.
Как выбрать оптимальную скорость движения машины, чтобы всегда быть первым
Но для начала напомним, что на страже безопасности дорожного движения стоят ПДД, четко устанавливающие ограничения на величину скорости, дистанции и бокового интервала. Как обеспечить выполнение этих требований, изложено в такой дисциплине, как «Основы управления траспортными средствами». Но, к сожалению, этот предмет, входящий в базовые программы обучения всех автошкол, не учитывает реального положения дел.
Так, для повышения точности определения положения границ надежного управления, водителю необходимо иметь представление о закономерностях движения транспортного потока. Сегодня представление о надежности управления машиной связано прежде всего со скоростью движения одиночного авто. В этом случае, чем меньше скорость — тем выше надежность управления. Увы, но в транспортном потоке это правило не работает!
На самом деле тут самой безопасной является скорость, с которой едет большинство автомобилей, образующих транспортный поток. При отклонении скорости автомобиля от наиболее безопасной скорости транспортного потока в любую сторону, вероятность ДТП увеличивается.
Это происходит потому, что при движении транспортного потока изменение скорости и траектории движения одного из автомобилей заставляет изменять скорость и траекторию движения других водителей. Чем больше ускорение, возникающее при изменении скорости и траектории, тем выше конфликтность возникающих ситуаций и тем больше вероятность ДТП.
Наиболее безопасной является скорость, с которой движется большинство автомобилей, потому что эта группа совершает наименьшее число обгонов и опережений, и их обгоняет наименьшее число автомобилей. При превышении безопасной скорости увеличивается количество обгонов, которые должен совершить водитель. При уменьшении скорости ТС относительно безопасной величины, увеличивается количество автомобилей, которые обгоняют его. Чем больше автомобилей будет ехать с безопасной скоростью, тем меньше вероятность ДТП.
В стремлении повысить среднюю скорость, водители увеличивают максимальную скорость на участках свободного движения. Чем выше скорость, до которой разгоняются водители, тем быстрее он догоняет следующий автомобиль. Чем плотнее транспортный поток, тем больше время ожидания возможности выполнить следующий обгон. По этой причине отношение средней скорости к максимальной начинает быстро уменьшаться. При определенной плотности транспортного потока средняя скорость перестает увеличиваться.
Поэтому, чтобы «пар не уходил в свисток», водитель должен ограничивать максимальную скорость на участках свободного движения таким образом, чтобы время движения с постоянной скоростью увеличивалось до оптимальной величины.
Эти правила кратко сформулированы в приведенной ниже нормативной модели поведения водителя. И если вы научитесь им следовать (причем, неукоснительно), то сами удивитесь, насколько быстрым, комфортным и — главное — безопасным станет любое ваше путешествие.