با چه سرعتی می‌توانید از یک پیچ عبور کنید؟!

راننده‌ای بسیار مشتاق قسم می‌خورد که با سرعت بسیار بیشتری می‌تواند از یک پیچ عبور کند! اما سورپرایزی برای او داریم: فاکتورهای زیادی وجود دارند که حداکثر سرعت یک خودرو در عبور از پیچ را تحت تأثیر قرار می‌دهند و تنها مهارت راننده در این بخش مهم نیست. بله جسارت راننده در کنترل خودرو در شرایط حیاتی مهم است اما تئوری مهندسی به ما کمک می‌کند تا محدودیت‌های خودرو را تخمین بزنیم.


در این نوشتار موارد برجسته‌ی دخیل در سرعت خودرو هنگام عبور از پیچ‌ها را با همدیگر بررسی می‌کنیم.

  • تئوری

لاستیک‌ها

لاستیک یک فاکتور تأثیرگذار ابتدایی در شتاب گیری، کنترل و پایداری خودرو است. لاستیک‌ها همچنین تنها نقاط تماس خودرو با مسیر هستند. به همین ترتیب چسبندگی نیز به برهم‌کنش عناصر لاستیک و سطح جاده اشاره دارد. برهم‌کنش لاستیک با جاده از طریق مکانیسم‌های مختلفی است، از آج‌های لاستیک گرفته تا بافت جاده و چسبندگی مولکولی سطح جاده. خوشبختانه فهم برهم‌کنش فیزیکی یاد شده ضروری نیست. نیروهای تماس لاستیک، عملکرد شتاب گیری خودرو در هر سطحی را محدود می‌کنند.

نیروهای جانبی

این نیروها که به خودرو اجازه‌ی عبور از پیچ را می‌دهند در مسیرهای تماس تولید می‌شوند. نیروهای جانبی نتیجه‌ی زاویه‌ی لغزشی لاستیک (زاویه‌ی بین مسیر طی شده‌ی لاستیک و جهت آن) است؛ بنابراین بااینکه شاید چرخ‌های عقب فرمان پذیری نداشته باشند اما هنوز هم نیروهای جانبی در بخش عقبی وجود دارد. تجاوز از حد مجاز زاویه‌ی لغزشی بهینه و نیروی جانبی می‌تواند منجر به از دست رفتن کنترل خودرو شود.

مدل شبیه‌سازی خودرو
red-bull-simulator
خودروسازان از نرم‌افزار شبیه‌سازی پیشرفته‌ای برای پیش‌بینی رفتار هندلینگی خودرو قبل از توسعه‌ی نمونه‌های پیش‌تولیدی برای تست‌های کاربردی استفاده می‌کنند. مدل هندلینگ پیچیده دربردارنده‌ی پارامترهای گوناگونی است: ابعاد دقیق خودرو و وزن قطعات، موقعیت مرکز ثقل خودرو (COG)، ژئومتری سیستم تعلیق از جمله کمبر، کستر و زوایای آنها، فنرها و سرعت دامپرها، ژئومتری فرمان و مدل لاستیک. این مورد آخری بسیار مهم است زیرا لاستیک در هنگام عبور خودرو از پیچ با سطح جاده تماس دارد. این روش همچنین می‌تواند به منظور محاسبه‌ی گشتاور لحظه‌ای در محور عمودی و برای تخمین ویژگی‌های کم/بیش فرمانی بکار گرفته شود.

  • نتایج

شعاع پیچ

شعاع پیچ در رأس پیست Killarney برابر با 66 متر است. به منظور محاسبه‌ی حداکثر سرعت رأس، ما ضریب اصطکاک را ثابت فرض کرده و شعاع متغیر را برای محاسبه انتخاب کردیم. ما فرض کردیم که زاویه‌ی کناری وجود نداشته و در رأس پیچ نیز شتاب گیری طولی وجود ندارد.

با در نظر گرفتن جدول مربوطه، حداکثر سرعت تئوری در رأس پیچ برابر با 91.6 کیلومتر در ساعت است. این عدد با سرعت مرسدس-ای ام جی GT S، آئودی RS6 آوانت کواترو (92 کیلومتر در ساعت)، نیسان GT-R بلک ادیشن و جگوار اف تایپ R کوپه AWD (93 کیلومتر در ساعت) همبستگی دارد. ذکر این نکته مهم است که دو برابر کردن شعاع پیچ باعث دو برابر شدن سرعت خودرو نمی‌شود.

ضریب چسبندگی
2016 BMW M4 GTS
اگر ما محاسبات را تکرار کنیم اما شعاع پیچ را ثابت و برابر با 66 متر نگه داشته و ضریب اصطکاک بین لاستیک و جاده را متغیر حساب کنیم می‌توانیم تأثیر چسبندگی لاستیک روی حداکثر سرعت تئوری در رأس پیچ را مشاهده کنیم:

به وضوح، چسبندگی لاستیک تأثیری عمیق روی حداکثر سرعت خودرو در هنگام عبور از پیچ دارد. مزدا MX-5 در پیچ اول پایین‌ترین حداکثر سرعت را به دست آورد که برابر با 83 کیلومتر در ساعت بود. اگرچه ترکیبات تشکیل‌دهنده‌ی لاستیک‌های این خودرو شاید دارای ضریب اصطکاک پایین‌ترین باشند اما فاکتورهای دیگری نیز وجود دارند که چسبندگی نهایی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. برخی از فاکتورها را نمی‌توان در محاسبات نشان داد مثل تنظیمات نرم سیستم تعلیق که باعث می‌شوند تکان‌های بدنه‌ی بیشتری را شاهد باشیم. این موضوع نیز ژئومتری سیستم تعلیق را تحت‌فشار قرار می‌دهد.

داون فورس

داون فورس آئرودینامیک به‌طور مؤثری نیروی نرمال بین لاستیک و جاده را افزایش می‌دهد و در عین حال وزن خودرو همان است. این امر باعث افزایش شتاب گیری جانبی و سرعت در رأس پیچ می‌شود.

سرعت‌های خودروها در هنگام عبور از پیچ‌ها نشان می‌دهد که داون فورس بسیار کمی وجود داشته است. همین موضوع زمان‌های فوق‌العاده‌ی خودروهای فرمول 1 در یک دور پیست را توجیه می‌کند.

چرا لاستیک‌های پهن‌تر، چسبندگی بیشتری دارند؟

تئوری مهندسی می‌گوید ضریب اصطکاک بین دو سطح به سطح تماس بستگی ندارد. خواص فیزیکی لاستیک‌ها ممکن است متفاوت باشد. زمانی که لاستیک در شروع به چرخش در سطحی خشک می‌کند خطی مشکی از خود بر جای می‌گذارد. این حرکت به معنی عدم چرخش لاستیک بر روی سطح خشک است اما نیروی برشی لایه‌ای نازک از لاستیک را برمی‌دارد. لاستیک بزرگ‌تر این نیروی برشی را روی سطحی پهن‌تر می‌گستراند و به لاستیک اجازه می‌دهد تا دست‌نخورده باقی مانده و بنابراین چسبندگی افزایش یابد. لاستیک پهن‌تر همچنین باعث افزایش پایداری خودرو در هنگام عبور از پیچ‌ها می‌شود.

مفهوم اصطکاک-دایره

حداکثر نیرو می‌تواند تنها در یک‌جهت تولید شود؛ بنابراین حداکثر نیروی جانبی در زمان عبور از پیچ در رأس آن و زمانی که راننده نه پدال گاز و نه ترمز را استفاده می‌کند به وجود می‌آید. ترکیب ترمز و پیچ باعث کاهش نیروی جانبی می‌شود. سریع‌ترین راه برای عبور از پیچ استفاده از حداکثر ترمز در خط مستقیم است. زمانی که خودرو به داخل پیچ وارد می‌شود و نیروهای جانبی تولید می‌شوند، راننده تا زمان رسیدن به رأس ترمز می‌گیرد. پس از رأس، راننده پدال گاز را برای استفاده از افزایش چسبندگی طولی فشار داده تا شتاب افزایش یابد. بهترین راننده‌ها همیشه در لبه‌ی بیرونی دایره‌ی اصطکاک پیست می‌مانند.

فرمول‌های پایه

به منظور محاسبه‌ی حداکثر سرعت ممکن خودرو در هنگام عبور از پیچ به فرمول‌های زیر نیاز است:

F=ma (قانون دوم نیوتون)

F نشان‌دهنده‌ی نیرو (نیوتون)، m وزن خودرو (کیلوگرم) و a شتاب (متر بر مجذور ثانیه) است.

شتاب مرکزگرا= V2/r

V نشان‌دهنده‌ی سرعت خودرو و r شعاع پیچ است.

بنابراین نیروی مرکزگرای یک خودرو برابر است با m x V2/r

حالا تنها سرعت خودرو (V) مجهول است و می‌توان با فرمول بالا آن را به دست آورد.

منبع: carmag

درباره نویسنده

شاهین احمدزاده، نویسنده و مترجم مطالب مربوط به دنیای خودرو در سایت پدال

مطالب مرتبط

25 دیدگاه

    1. فوردد
      سوابق: (493 دیدگاه) ,

      بیشترین سرعت پیچش مال مدیران ایرانه اصلا متوجه نمیشی پول ها رو کی پیچوند رفت اون ور آب

      پاسخ
    2. Elring-aventador
      سوابق: (332 دیدگاه) ,

      درود بر اقا شاهین … مرسی بابت مقاله مفیدت .

      فقط یه چیزی :(ما فرض کردیم که زاویه‌ی کناری وجود نداشته و در رأس پیچ نیز شتاب گیری طولی وجود ندارد.) اینجا همه چیز ارمانی و دست نیافتنی تو هیچ پیست و ماشینی فرض شده …. در حالت عادی هم زاویه کناری اهمیت داره و هم تو راس پیچ ماشین در هر جهت شتابگیری داره … هم در جهت طول و هم شتاب مرکزگرایی که داره و هر لحظه تغییر میکنه .

      پاسخ
        1. کامیاب
          سوابق: (8 دیدگاه) ,

          میشه یه مقاله هم بزارید در مورد کنترل خودرو هنگام بیش فرمانی و کم فرمانی
          سر این قضیه یه تصادف نابی کردم و بعدش دیدم تمامی ادعام در مورد رانندگی پوچه.

          یه خبر:امروز اولین محموله تویوتا CH_Rرو دیدم.

  1. Ferrari zonda SuperVeloce
    سوابق: (479 دیدگاه) ,

    شتاب جانبی قابل تحمل چند ماشین:
    Ferrari F14 T: 3/5g
    Ferrari SF70 H:4/9g
    Ferrari LaFerrari:1/4
    Pagani Zonda Revolucion :1/8
    Pagani Huayra:1/5g
    Pagani Huayra BC:1/8
    Ferrari FXX K:2/00
    Porsche 918:1/27
    MCLaren P1TM:1/32
    Ferrari F40:1/11
    Lamborghini AventadorSV:1/05
    Lamborghini Cuontach:0/8
    Porsche 959:0/90
    Ferrari F50:1/12
    MCLaren F1:0/9
    Ferrari Enzo Ferrari TM:0/98
    Ferrari F12 TDF:1/10
    Chevrolet Corvette Z06:1/01
    Hennessey Venom GT:1/35
    Bugatti Veyron:0/98
    Bugatti Chiron:1/11

    .
    .
    با توجه به زمان ساخت بهترین F40 هست( بهتر از اونتادور اس وی و اف12 تی دی اف!!!!!!!!!!!!!!)
    تعجبی هم نداره اف40بهترین سوپراسپرت تاریخه

    پاسخ
    1. madjid
      سوابق: (11119 دیدگاه) ,

      چرا حرف الکی میزنی دوست گرامی؟؟؟
      فقط به یک عدد یعنی شتاب جانبی چسپیدی و همون رو معیار قرار دادی !
      اگر اینطوره شیرون بهترین سوپراسپرت تاریخه. چون سقف سرعتش 466 کیلومتر بر ساعته.
      شایدم 918 بهترین سوپراسپرت تاریخ باشه ، چون شتابش با موتور تنفس طبیعی 2.2 ثانیست.
      شایدم اوراکان پرفورمنته ، چون با سریع ترین ماشین نوربرگ رینگ بیش از 5 ثانیه اختلاف زمان داره.
      .
      اگر هم بخوای نسبت به زمان گذشته بسنجی میشه از پورشه ۹۵۹ ، مکلارن F۱ ، بوگاتی ویرون ، بنز 300SL گالوینگ ، بنز بلیتزن ، فورد GT40 ، نیسان GT-R R35 ، جگوارXJ220 ، نیسان R390 ، داور 962 لمانز ، و … نام برد.
      این ماشین ها هر کدومشون در دوره ای که در صدر بودن در یک زمینه بهترین بودن.
      .
      مگه میشه فقط به یک عدد گیر داد؟

      پاسخ
      1. Ferrari Zonda SuperVeloće
        سوابق: (479 دیدگاه) ,

        همه دنیا میدونن که اف40بهترین سوپراسپرت تاریخه
        اولا که هندلینکش فوق العاده ست شتاب عالی هم داره طراحی پخته و جذابی داره.دوام و قابلیت اطمینان فوق العاده. و صدای استثنایی داره. هم از نظر پرفورمنس خیلی عالیه هم از نظر ظاهری و جلوه های ساختاری.و اولین ماشینی که لقب هایپرکار گرفت.
        اف40 فقط شتاب جانبی و هندلینک نیست اف40یه ماشین کامله
        959 و کانتاچ همون موقع توسط اف40 شکست خوردند. اف1و میورا به نظر من بعد از اف40 بهترینن چون سطح عملکردشون نسبت به رقبا و زمان عرضه فاصله زیادی داشته و یه استاندارد جدیدی معرفی کردند.
        من یادمه قبلا خود شما همین حرف من(اف40 ایز ده بست) رو تایید کرده بودی رفیق!!
        ❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤

        پاسخ
        1. ارمان
          سوابق: (1294 دیدگاه) ,

          من اصلا نمیفهمم چرا همه با زور میخوان بگن فلان ماشین بهترین در تاریخهو از این حرفا , هر کسی یه نظری داره دیگه زور زدن نداره که!

        2. Ace
          سوابق: (1 دیدگاه) ,

          .
          عاشق فراری ام بدون شک.
          اما حالا که هر کسی واسه خودش یک (بهترین سوپراسپرت تاریخ) معرفی میکنه منم میخوام این کار رو انجام بدم !!!
          (( لامبورگینی مورسیه لگـو SV ))
          ❤❤❤❤
          فراری هم جاش تو دل ماست.

        3. Ace
          سوابق: (11119 دیدگاه) ,

          .
          عاشق فراری ام بدون شک.
          اما حالا که هر کسی واسه خودش یک (بهترین سوپراسپرت تاریخ) معرفی میکنه منم میخوام این کار رو انجام بدم !!!
          (( لامبورگینی مورسیه لگـو SV ))
          ❤❤❤❤
          فراری هم جاش تو دل ماست.

        4. Ferrari Zonda SuperVeloće
          سوابق: (4 دیدگاه) ,

          چاکر بچه های پدالیم
          نظرمون هم همونه[اف40 ایز ده بست]
          جای لامبورگینی هم توی قلب ماست❤❤❤
          #superveloće
          راستی مجید خیلی وقت پیش گفتی یکی یادت بیاره اسم رومن گروژان رو بذاری پروفایلت?

        5. Ace
          سوابق: (11119 دیدگاه) ,

          باور کن چند بار میخواستم بذارم
          Lamadjid
          ( به سبک لافراری)
          ولی چه کنم که باز یه روز ممکنه به خاطر غیرتم رو لامبورگینی مجبور شم با طرفدارای فراری دعوای زرگری کنم ( فقط واسه اینکه کم نیارم ) !!!
          .
          خوشحالم که بحث های لامبورگینی-فراری روی دوستی ما اثر نمیذاره.
          ❤????
          .
          همیشه به فراری عاشقانه احترام میذارم.
          درست مثل لامبورگینی مزراتی آلفا و حتی فیات.
          ماشین بازی که فراری رو دوست نداشته باشه اصلا ماشین باز نیست. فراری دروازه ی شهر سوپراسپرت هاست.
          امیدوارم فراری امسال قهرمان بشه.
          وقتی فتل سوار فراری قرمزش هست کی به رومن گروژان نگاه میکنه آخه!؟!??

      2. Ferrari Zonda SuperVeloće
        سوابق: (479 دیدگاه) ,

        هان راستی
        موتور اف40 بازدهی وحشتناکی هم داشت.
        8سیلندر توربو 2/9لیتری با 480اسب.

        پاسخ
    2. سعید
      سوابق: (12 دیدگاه) ,

      منبع اطلاعات کجاست؟ در سایت موتو ترند بالا ترین شتاب جانبی 1.5 است
      چطوری فراری شتاب جانبی 4.9 را کسب کرده؟

      پاسخ
      1. Ferrari Zonda SuperVeloce
        سوابق: (479 دیدگاه) ,

        آون فرراری که شتاب جانبی 4/9هست
        ماشین فرمول یک 2017 هست
        آون یکی که 3/2 آون ماشین 2014هست(فرناندوآلونسو)

        پاسخ
      2. بهزاد
        سوابق: (1166 دیدگاه) ,

        اون فراری با این شتاب جانبی مربوط به خودروی فرمول وان هست

        پاسخ
  2. madjid
    سوابق: (11119 دیدگاه) ,

    اون زمان که من شبیه ساز راننندگی بازی می کردم بهترین هندلینگ رو ماشین های ژاپنی و در بین ماشینپهای اروپایی محصولات پورشه و BMW داشتن.

    پاسخ
  3. بهزاد
    سوابق: (1166 دیدگاه) ,

    مطلب راجب سرعت عبور از پیچ بود که در جدول هم نشان داده که هر چه تحمل شتاب جانبی بیشتر باشه با سرعت بیشتری میشه از یک پیچ عبور کرد!
    اگر شتاب قابل تحمل 1G باشه سرعت عبور 91.6 هست و اگر شتاب قابل تحمل 3G باشه سرعت عبور از پیچ 158.66 هست که جناب فراری زوندا هم شتاب جانبی قابل تحمل برخی خودروها را ذکر کردند.

    پاسخ
  4. ارمان
    سوابق: (1294 دیدگاه) ,

    به به بلاخره اتفاق افتاد
    مرسی از شاهین عزیز واقعا این حس که ببینی چیزی به اطلاعاتت اضافه شده خیلی خوشحال کنندست
    عاشق دنیای تایر های متفاوت بسیار جذابه
    یه سری از دوستان هم که زیر هر مطلب 25 تا کامنت ننویسن شب خوابشون نمیبره

    پاسخ
  5. sadegh
    سوابق: (127 دیدگاه) ,

    بهترین راننده‌ها همیشه در لبه‌ی بیرونی دایره‌ی اصطکاک پیست می‌مانند.

    اگه یه نفر این جمله رو توضیح بده ممنون میشم

    پاسخ
    1. ارمان
      سوابق: (1294 دیدگاه) ,

      صادق جان اگر یکم سرچ کنی با شکل خیلی خیلی راحت تر متوجه میشی در واقع سعیمو میکنم توضیح بدم
      ببین یک پیچ (هر پیچی) یه شعاع گردش داره و عضوی از کمان دایره یا یه چیزه دواره
      حالا شما هر چقدر شعاع این دایره رو بیشتر کنی فشار گریز کمتری شامل حالت میشه
      یه مثال ساده بزنیم : فکر کن با یه ماشین دور یه میدون کوچیک رو میشه حداکثر با سرعت 40 کیلومتر رد کرد اما حالا در نظر بگیر تو پیست دو میدانی دور زمین فوتبالی احتمالا بتونی با 2 یا 3 برابر سرعت میدون سرعت بگیری ! چراا؟ چون شعاع گردشن بیشتر شده
      حالا رانندهای مسابقه ای در هر پیچ سعی میکنن از تمام عزض مسیر استفاده کنن
      در زمان ورود به پیچ از نزدیک به داخل قوس میشن و در زمان خارج شدن از اوم کاملا قطر جاده رو طی میکنن :)) امید وارم واضح بوده باشه

      پاسخ
  6. آریا
    سوابق: (261 دیدگاه) ,

    ساده ترین کاری که با لگن های ایران خودرو میشه کرد تعویض لاستیک 185 با لاستیک 205 هستش که صد البته جنس لاستیک مهمه و لاستیکای ایرونی و چینی چسبندگی ضعیفی دارن.
    یه کار دیگه که اکثر جوونا میکنن ارتفاع زدنه که غیر اصولیه و سواری ماشین به شدت خشک میشه.

    پاسخ

دیدگاه شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفاً از نوشتن به‌صورت پینگلیش، اجتناب نمایید. نظرات حاوی توهین، عبارات غیراخلاقی، سیاسی، مطالب غیر مرتبط، اسپم، ترول و تبلیغاتی پذیرفته نمی‌شوند. برای تغییر آواتار خود می‌توانید از سایت گراواتار استفاده نمایید.