Тормозная система Электровелосипеда. Теория и практика.

[AlexPFR]

ilyukhs, вас не удивило, что торможение больше, чем g?

[илс]

ilyukhs, вас не удивило, что торможение больше, чем g?

А должно было удивить?
Повторюсь, мне удобнее оценивать эффективность торможения по длине тормозного пути, т.е. по вполне очевидному и легко измеряемому показателю.
Коэффициент замедления это расчетный показатель, то что он в моем примере оказался больше ускорения свободного падения (в безвоздушном пространстве) мне действительно ни о чем не говорит,... поэтому и не удивляет.

Чтобы исключить недопонимания, я подтверждаю, что не делал точных инструментальных замеров тормозного пути, 7м-10м было заявлено  по моим ощущениям,.... но как и обещалось, такие замеры будут позже сделаны. Также было бы интересно узнать ваш тормозной путь, напр. при скорости 30, 40 и 50км/ч

[илс]

У Молнии центр тяжести ниже, поэтому на ней нереально кувыркнуться через переднее колесо. На веле это далеко не последний ограничивающий момент. Абсолютная мощность тормозной системы не играет роли, т.к. и в том и в другом случае она избыточна. Но при этом ободные тормоза, независимо от способа привода колодок больше зависят от загрязнения обода всякими антифрикционными загрязнителями.

Для чистоты эксперимента и фрезерованный обод можно почистить растворителем, и колодки поставить самые лучшие, но ободные тормоза могут проиграть дисковым потому что производители Магуры скорее всего ограничили максимальное усилие колодок на обод, чтобы не отломались держатели на передней амовилке. Дисковый калипер является цельной конструкцией, там такой проблемы нет.

По поводу избыточности тормозной системы вопрос дискутабельный. Большинство известных мне велосипедистов, летом на сухом покрытии, с хорошей резиной, не в состоянии заблокировать тормозом переднее колесо на большой скорости.
О какой эффективности торможения можно говорить в таком случае?

[AlexPFR]

А должно было удивить?
Повторюсь, мне удобнее оценивать эффективность торможения по длине тормозного пути, т.е. по вполне очевидному и легко измеряемому показателю.
Коэффициент замедления это расчетный показатель, то что он в моем примере оказался больше ускорения свободного падения (в безвоздушном пространстве) мне действительно ни о чем не говорит,... поэтому и не удивляет.

Все же попытаюсь вас удивить. Формула для расчета тормозного пути (минимального) до полной остановки на горизонтальной дороге  выглядит так:

S=V^2/(2*f*g), где S длина тормозного пути,V начальная скорость,f коэффициент сцепления, g ускорение свободного падения.
Коэффициент сцепления шины  на сухом асфальте 0.6-0.8.
Для скорости 50 км/час получим минимальную длину тормозного пути от 16.4 до 12.3 м.

Если длина пути короче, то возможны 4 варианта:

1. дорога или покрышки покрыты липким составом.
2. движение было в гору.
3. в процессе торможения раскрылся тормозной парашют.
4. на расстоянии 10 и  меньше метров от начала торможения стояло препятствие.

Торможение равное g означает, что сила торможения равна весу транспортного средства.

[илс]

С учетом погрешности измерения скорости(до 5%), ваши расчеты показывают, что получить тормозной путь в 12м вполне реально, и к этому надо стремиться
И еще, у вела 2 колеса,... хотя их участие в замедлении разная - как это учитывается в формуле? Или это уже учтено в коэффициенте сцепления шины  на сухом асфальте?

[nikvic]

Все же попытаюсь вас удивить. Формула для расчета тормозного пути (минимального) до полной остановки на горизонтальной дороге  выглядит так:

S=V^2/(2*f*g), где S тормозной путь,V начальная скорость,f коэффициент сцепления, g ускорение свободного падения.
Коэффициент сцепления шины  на сухом асфальте 0.6-0.8.
Для скорости 50 км/час получим тормозной путь от 16.4 до 12.3 м.

Если путь короче, то возможны 4 варианта:

1. дорога или покрышки покрыты липким составом.
2. движение было в гору.
3. в процессе торможения раскрылся тормозной парашют.
4. на расстоянии 10 и  меньше метров от начала торможения стояло препятствие.

Вероятнее вариант, что мерялся не тормозной путь, а след юза (есть задержка, особенно на холоде).
Да и заявленная скорость...

[AlexPFR]

С учетом погрешности измерения скорости(до 5%), ваши расчеты показывают, что получить тормозной путь в 12м вполне реально, и к этому надо стремиться
И еще, у вела 2 колеса,... хотя их участие в замедлении разная - как это учитывается в формуле? Или это уже учтено в коэффициенте сцепления шины  на сухом асфальте?

Верно и первое ( стремление к длине тормозного пути 12м, правда я не уверен, что достижение этой цели провысит безопасность велосипедиста) и второе (фактически, коэффициент сцепления это отношение силы трения покоя к весу транспортного средства).

[FAS_r7]

Для скорости 50 км/час получим минимальную длину тормозного пути от 16.4 до 12.3 м.

Если длина пути короче, то возможны 4 варианта:

1. дорога или покрышки покрыты липким составом.
2. движение было в гору.
3. в процессе торможения раскрылся тормозной парашют.
4. на расстоянии 10 и  меньше метров от начала торможения стояло препятствие.

всё, я понял, третий пункт это мой следующий этап апгрейда тормозной системымолгии! 

на открытии сезона 2011 надо будет провести эти самые инструментальные измерения, я категорически за!

[Cappy]

1. дорога или покрышки покрыты липким составом.

Да-да Formula 1 этим очень сильно пользуется, хотя есть ещё вариант, использование аеродинамического прижима ТС к дороге т.е.антикрыло.

Большинство известных мне велосипедистов, летом на сухом покрытии, с хорошей резиной, не в состоянии заблокировать тормозом переднее колесо на большой скорости.

Это явление скорее психологического, нежели техногенного характера, Я несколько раз в экстремальных ситуациях останавливался в "стоппи" (т.е. с задним колесом висящим в воздухе) впечатление не самое приятное, хотя собственная "круть" душу греет не по мелочи В последний раз получилось чуть более неудачно, видимо направление движения было не совсем прямолинейным, и заднее колесо в воздухе "понесло" в сторону и почти попало по заднице виновнику того самого экстренного торможения. Но миновало 

И еще, у вела 2 колеса,... хотя их участие в замедлении разная - как это учитывается в формуле?

Никак не учитывается, самое эффективное торможение двухколёсного ТС с высоким Ц.Т. это когда 99,99% массы сосредоточено на переднем колесе, а последний 0,01% на заднем, для обеспечения хоть какой нибудь курсовой устойчивости. При этом сцепные качества покрышки и мощность тормозов могут полностью не использоваться, но сильнее уже нельзя, иначе 

Кстати у меня туговато с тригонометрией, может кто нибудь прикинет максимальное тормозное усилие на переднем колесе до отрыва заднего колеса от дороги при известном расстоянии Ц.Т. от оси переднего колеса и его высоте от земли. Интересно при каком соотношении этих величин вел сможет юзить передним колесом на чистом сухом асфальте

[AlexPFR]

 FAS_r7, не торопитесь. Вариантов может быть гораздо больше

5. Антикрыло.
6. Езда на шипованных покрышках по мягкому асфальту в 40 градусную жару.
Список можно продолжить конечно.

А если немного серьезней, то потенциал по сабжу  в вашей конструкции еще не исчерпан. Торможение с 50 км/час за 3 секунды дает длину тормозного пути 21 м. До 12 м конечно далеко, и скорее всего недостижимо, но уменьшить тормозной путь можно оптимизацией самого алгоритма торможения, по принципу ABS, мотор-колесо это позволяет. А если и  переднее колесо будет с мотор-колесом ( не киловатным конечно),то  имхо можно снизить тормозной путь до 14 м.

[илс]

На этом видео http://www.youtube.com/watch?v=g6FFNfZ8KUE  doctorbass использует приборчик который меряет ускорение/замедление G force acceleration computer (Beltronic FX-2)
Стоит прибор в США около 80у.е., наверное и на Ebay можно поискать...
С другой стороны, если для  анализа имеется график GPS, на котором отражаются мгновенные изменения скорости и пройденного пути в каждый момент времени, то рассчитать пиковое и даже среднее ускорение/замедление (по идее) не составит никакого труда?

Интересуюсь потому, что в принципе, было бы интересно сравнивать различные конфигурации, как тормозной системы, так и форсированного МК, для последующей оценки.

PS В айфонах есть датчик ускорения, есть и в моей нокии. Наверняка и софтины должны быть для измерения ускорения. Или в подобного рода гаджетах точность не ахти?

[AlexPFR]

Похоже на то, что у многих  по сабжу осталась каша в голове, что не способствует плодотворной дискуссии,  а это плохо, ибо касается безопасности. Нужна ясность.
Поэтому предлагаю вернуться к основе физики торможения  на уровне 7-8 классов, немного адаптированной к электротранспорту.

Итак,  транспортное средство движется равномерно со скоростью V и запасает кинетическую энергию Wk=(mV^2)/2, которую при торможении надо превратить в работу силой, направленной против движения. Работа равна Ab=F*S, где F сила торможения, S пройденный путь. Работа в дальнейшем переходит в тепловую энергию полностью (трение) или частично - торможение с рекуперацией или регенерацией, лично я для электрических транспортных средств предпочитаю термин регенерация, который используется в англоязычной литературе и более точно отражает физику процесса, но это не имеет значения. Сила трения транспортного средства равна F = f*g*m, где f  коэффициент трения, g ускорение свободного падения, m масса транспортного средства. Коэффициентов трения, применительно к сабжу, бывает 3 вида: коэффициент трения покоя ( максимальный из трех), коэффициент трения  скольжения ( юз) и коэффициент трения качения ( в этом случае вместо торможения надо говорить о накате). Для торможения  имеем:
Wk=Ab
Если торможение лимитируется трением шины о дорогу, то

(mV^2)/2 = f*g*m*S

S=  V^2/(2*f*g),  тормозной путь от массы транспортного средства не зависит, если торможение осуществляется за счет трения покрышки о дорогу, причем минимальный тормозной путь будет для режима трения покоя ( поверхности покрышки и дороги неподвижны относительно друг друга, а f трения покоя больше, чем f трения скольжения).
Если торможение лимитируется тормозной системой ( например, трением тормозных колодок, тормозным усилием и пр, трением качения колес можно пренебречь) то:

(mV^2)/2 = Fb*S

S= (mV^2)/(2*Fb)  где Fb сила тормозной системы ( она недостаточна для блокировки или предблокировки колес).
В этом случае тормозной  путь зависит от массы транспортного средства.

В идеале нужно стремиться к торможению трением покоя всеми колесами.
Если заднее колесо велосипеда тормозится трением скольжения, а переднее трением покоя, то в этом случае не только тормозной путь удлиняется, но и возникает момент сил, разворачивающий велосипед, правда  надо учитывать развесовку колес.

Реализовать торможение, лимитированное трением покоя, без отрицательной обратной связи нельзя. Возможны 3 варианта обратной связи.
1. Электромеханический . Это система ABS автомобиля, но даже в этом случае 10-15% торможения происходит с блокировкой вращения колес.
2. Электромагнитный. Это мотор-колесо в режиме предблокировочного регенерационного торможения или торможения током,  отрицательная обратная связь может быть реализована весьма эффективно.
3. Биомеханический. Эффективность отрицательной обратной связи целиком зависит от искусства всадника.

Вот такой имховый концентрат получился.

[botas]

Похоже на то, что у многих  по сабжу осталась каша в голове, что не способствует плодотворной дискуссии,  а это плохо, ибо касается безопасности. Нужна ясность.
Поэтому предлагаю вернуться к основе физики торможения  на уровне 7-8 классов, немного адаптированной к электротранспорту.

Итак,  транспортное средство движется равномерно со скоростью V и запасает кинетическую энергию Wk=(mV^2)/2, которую при торможении надо превратить в работу силой, направленной против движения. Работа равна Ab=F*S, где F сила торможения, S пройденный путь. Работа в дальнейшем переходит в тепловую энергию полностью (трение) или частично - торможение с рекуперацией или регенерацией, лично я для электрических транспортных средств предпочитаю термин регенерация, который используется в англоязычной литературе и более точно отражает физику процесса, но это не имеет значения. Сила трения транспортного средства равна F = f*g*m, где f  коэффициент трения, g ускорение свободного падения, m масса транспортного средства. Коэффициентов трения, применительно к сабжу, бывает 3 вида: коэффициент трения покоя ( максимальный из трех), коэффициент трения  скольжения ( юз) и коэффициент трения качения ( в этом случае вместо торможения надо говорить о накате). Для торможения  имеем:
Wk=Ab
Если торможение лимитируется трением шины о дорогу, то

(mV^2)/2 = f*g*m*S

S=  V^2/(2*f*g),  тормозной путь от массы транспортного средства не зависит, если торможение осуществляется за счет трения покрышки о дорогу, причем минимальный тормозной путь будет для режима трения покоя ( поверхности покрышки и дороги неподвижны относительно друг друга, а f трения покоя больше, чем f трения скольжения).
Если торможение лимитируется тормозной системой ( например, трением тормозных колодок, тормозным усилием и пр, трением качения колес можно пренебречь) то:

(mV^2)/2 = Fb*S

S= (mV^2)/(2*Fb)  где Fb сила тормозной системы ( она недостаточна для блокировки или предблокировки колес).
В этом случае тормозной  путь зависит от массы транспортного средства.

В идеале нужно стремиться к торможению трением покоя всеми колесами.
Если переднее колесо велосипеда тормозится трением скольжения, а заднее трением покоя, то возникает момент сил, разворачивающий велосипед, но в этом случае надо учитывать развесовку колес.

Реализовать торможение, лимитированное трением покоя, без отрицательной обратной связи нельзя. Возможны 3 варианта обратной связи.
1. Электромеханический . Это система ABS автомобиля, но даже в этом случае 10-15% торможения происходит с блокировкой вращения колес.
2. Электромагнитный. Это мотор-колесо в режиме предблокировочного регенерационного торможения,  отрицательная обратная связь может быть реализована весьма эффективно.
3. Биомеханический. Эффективность отрицательной обратной связи целиком зависит от искусства всадника.

Вот такой имховый концентрат получился.

Согласен. Я об этом же и писал, но коротко.

Вот только про трение покоя я не понял. Если покрышка относительно дороги моментально перестает двигаться, значит тормозная система также моментально должна съесть всю кинетическую энергию, иначе начнется скольжение.

Особенно это мне не понятно:

В идеале нужно стремиться к торможению трением покоя всеми колесами.
Если переднее колесо велосипеда тормозится трением скольжения, а заднее трением покоя, то возникает момент сил, разворачивающий велосипед, но в этом случае надо учитывать развесовку колес.

Кто куда разворачивается? Если переднее колесо скользит, а заднее стоит, то получается не разворот, а разрыв

[AlexPFR]

Особенно это мне не понятно:

В идеале нужно стремиться к торможению трением покоя всеми колесами.
Если переднее колесо велосипеда тормозится трением скольжения, а заднее трением покоя, то возникает момент сил, разворачивающий велосипед, но в этом случае надо учитывать развесовку колес.

Кто куда разворачивается? Если переднее колесо скользит, а заднее стоит, то получается не разворот, а разрыв

Вы правы, спасибо,  описка вышла, исправил.

"Если покрышка относительно дороги моментально перестает двигаться, значит тормозная система также моментально должна съесть всю кинетическую энергию, иначе начнется скольжение."

Честно говоря, я не понял, что вы имели в виду. Транспортное средство тормозит дорога, через покрышку колеса и тормозную систему.Поверхность покрышка относительно дороги  в горизонтальном направлении не движется вплоть до юза. Кинетическая энергия съедается силой торможения, будь то трение  скольжения покрышки или сила самой тормозной системы, которая может быть силой трения и силой регенерации. Если тормозные колодки заблокированы, то торможение идет за счет трения скольжения покрышки о дорогу (юз). Если не заблокированы, то сила торможения передается на дорогу через неподвижную поверхность покрышки. Максимальное сила торможения равна силе трения покоя покрышки о дорогу

[botas]

PS В айфонах есть датчик ускорения, есть и в моей нокии. Наверняка и софтины должны быть для измерения ускорения. Или в подобного рода гаджетах точность не ахти?

Среднее ускорение можно посчитать (приняв движение равноускоренным, вернее равнозамедленным) проще: засечь время от начала до конца торможения.
Для этого можно просто микрик прикрепить к ручке тормоза и запаять провода на какой-нибудь цифровой секундомер. Главное - сразу же после остановки отпустить ручку тормоза.

На всякий случай, если кто-то забыл школьную программу  
a = - v0 / t, где a - требуемое ускорение, v0 - начальная скорость движения, t - время торможения.

[AlexPFR]

Решил картинку по сабжу добавить. Рисовал  сам, так что не судите строго.

[botas]

Решил картинку по сабжу добавить. Рисовал  сам, так что не судите строго.

Класс - всё наглядно!
Если бы мог, поставил бы Вам плюс.

[nikvic]

Транспортное средство тормозит дорога, через покрышку колеса и тормозную систему.Поверхность покрышка относительно дороги  в горизонтальном направлении не движется вплоть до юза. Кинетическая энергия съедается силой торможения, будь то трение  скольжения покрышки или сила самой тормозной системы, которая может быть силой трения и силой регенерации.

Извините, но на велосипед действуют дорога и Земля. Горизонтальная (на самом деле касательная) проекция силы, с которой действует дорога, называется силой трения. Нет там никакой силы регенерации. Дороге неважно, как "организуется" тормозной момент для колеса.