Держак — это сила трения, возникающая между шиной и дорогой, которая препятствует смещению колеса относительно асфальта и направлена в противоположную сторону. Эта сила позволяет поворачивать, тормозить и разгоняться и держать баланс. Держак может меняться в зависимости от многих факторов: температуры, влажности, структуры дорожного покрытия, давления в покрышках, их качества, степени загрязненности дорожного полотна.
Мотоцикл в большинстве случаев падает не потому, что ты посмотрел не туда, и не потому, что не держал два пальца на рычаге тормоза. Мотоцикл падает, когда теряется связь между колесом или обоими колесами и асфальтом, когда не почувствовал, не увидел и недооценил держак и перешел порог, когда резина уже сорвалась и ты потерял управление и баланс. Потеря держака это не только потеря контроля, но и зачастую – падение.
Сила трения, возникающая между резиной покрышки и асфальтом имеет две составляющие, гистерезис и адгезивное трение. Адгезивное трение – это прилипание резины на молекулярном уровне. Так, например гладкая резина «прилипает» к стеклу. Суть гистерезиса такова: протектор постоянно обтекает микронеровности асфальта: каждая «пупырышка» нагружает резину, та сжимается, а затем разжимается. Держак формируется обоими видами трения, но в разных условиях, каждый из них вносит свою роль, Например, покрышки формулы 1 делают шире из-за адгезионной составляющей, а покрышки для зимы обычных автомобилей делают всегда более узкими, так как их задача прорезать слякоть, с которой никакой адгезии быть не может.
Мотоциклетные покрышки, в отличие от автомобильных, имеют округлую форму. Поэтому пятно контакта у них всегда меньше по площади, но это влияет на держак лишь косвенно. Сила, с которой вес мотоцикла давит на поверхность асфальта обратно пропорциональна площади пятна контакта. Нагрузка, которую создает этот вес, распределяется по всей площади пятна контакта. Но, тут есть нюансы. Поскольку заднее колесо мотоцикла и тормозит, и разгоняет мотоцикл, то оно подвержено бОльшим нагрузкам, оно сильнее нагревается и изнашивается, поэтому оно в большинстве случаев всегда шире переднего.
Отчего зависит держак? Самое главное: состояние дорожного покрытия. Текстура асфальта — грубый асфальт даёт лучший держак, гладкий хуже, тут хорошо работает гистерезисная составляющая. Влага — водяная плёнка резко снижает адгезию, протектор призван её отводить. Загрязнения — масло, песок, листья могут снизить сцепление до нуля практически мгновенно. Гладкая битумная заплатка на асфальте в дождь по степени держака близка ко льду.
Также держак зависит от свойств резины. Можно было бы поставить этот фактор на первое место, если бы речь шла о треке, но, на треке обычно покрышки используются в предельных режимах, где их свойства более важны и асфальт, как минимум однороден и без сюрпризов. Резина должна быть в рабочей температуре, холодная или перегретая шина теряет сцепление. Температура трековых покрышек 80-100 градусов, в городе шины неплохо работают в диапазонах 40-60 градусов. Мягкая резина деформируется лучше, гистерезис работает эффективнее, быстрее нагревается, сцепление выше, но при этом быстрее изнашивается. И конечно, критичен возраст — старая резина твердеет, сцепление падает даже если протектор ещё есть. Шины имеют срок службы независимо от износа протектора — обычно 5–6 лет. Внешне шина может выглядеть нормально, но резина уже затвердела и сцепление стало хуже. Дата производства выбита на боковине в формате четырёх цифр — например 1823 означает 18-я неделя 2023 года.
Но, самое интересное в держаке, это то, что он возрастает с момента начала скольжения колеса. То есть, когда колесо начинает проскальзывать, оно держит лучше, чем до начала проскальзывания. Причем коэффициент сцепления – держака возрастает нелинейно.
Это свойство шины было известно еще в 40-50 годах прошлого века, но Ганс Пачейка создал математический инструмент для его описания, который применяется и по сей день и называется Magic Formula. На мотоцикле максимальный держак появляется когда шина имеет 10-15% проскальзывания в продольном направлении и 6-8% в боковом. На мокром покрытии пики наступают гораздо раньше.
На графике показаны зависимости коэффициента сцепления от величины проскальзывания.
То, что пик держака находится в зоне работы АБС справедливо лишь отчасти. Абс срабатывает немного раньше наступления пика и в первую очередь призвано не допустить срыва колеса в неконтролируемое скольжение. В мировом Супербайке АБС отключают все гонщики, а в MotoGP его нет совсем.
В Superbike гонщики тормозят на абсолютном пределе, и им нужен полный тактильный контроль над передним колесом. ABS вмешивается в момент, когда гонщик намеренно работает у самой границы блокировки, а система воспринимает это как угрозу и сбрасывает давление. Гонщик теряет обратную связь и не может тормозить так поздно и так агрессивно, как хочет.
Кроме того, в некоторых ситуациях профессионал намеренно чуть подтормаживает задним колесом на входе в поворот — лёгкое контролируемое скольжение задней шины помогает довернуть мотоцикл. ABS это запрещает.
И главное — ABS убивает чувство держака.
Что касается разгона, то тут немного сложнее. Здесь логика противоположная. Задняя шина при выходе из поворота в наклоне — это зона где даже профессионал физически не может реагировать достаточно быстро. Пробуксовка задней шины в наклоне развивается за миллисекунды и может мгновенно выбросить мотоцикл. Человеческая реакция просто не успевает.
Трекшн-контроль при этом не мешает агрессивному стилю — он работает незаметно, срезая лишь опасные пики момента. Гонщик открывает газ так же агрессивно, просто система не даёт заднему колесу сорваться в критическое скольжение.
Как обеспечить хороший держак на разгоне? В начале 1990-х годов в классе 500cc появился Big Bang.
Honda первой применила эту концепцию на NSR500 в 1992 году — инженеры обнаружили, что сближение вспышек улучшает сцепление задней шины на выходе из поворота. Эффект оказался настолько значительным, что Mick Doohan, который тогда доминировал в чемпионате, категорически отказывался возвращаться к равномерному зажиганию.
Интересно, что открытие было отчасти случайным — инженеры экспериментировали с характером подачи мощности, и неожиданно обнаружили побочный эффект в виде улучшения держака. Физическое объяснение пришло позже.
Yamaha и другие производители быстро переняли концепцию, хотя реализовывали её по-разному. С приходом MotoGP в 2002 году и четырёхтактных двигателей тема big bang получила новое развитие — на четырёхцилиндровых 990cc и позже 800cc и 1000cc моторах порядок зажигания стал одним из ключевых инструментов настройки.
Сейчас БигБэнг немного устарел — современные команды переходят на V-образные четверки позволяют не менять физический порядок вспышек, а характер зажигания настраивают программно через torque shaping.
Для обычного дорожного мотоциклиста электроника решает ту же задачу, что и в MotoGP — удерживать шину у пика кривой Пачейки — но в условиях, которые значительно сложнее трека. На дороге покрытие меняется непредсказуемо, температура шин редко достигает оптимума, а реакция водителя несравнимо медленнее гонщика.
Современный дорожный мотоцикл среднего класса оснащён IMU, который знает угол наклона в реальном времени, и на основе этих данных Cornering ABS и трекшн-контроль постоянно пересчитывают доступный запас сцепления в так называемом круге Камма. На прямой весь круг доступен для торможения и разгона, в наклоне система автоматически ограничивает продольные силы — ровно настолько, насколько их съедают боковые.
Для водителя это означает одно практическое следствие: электроника не создаёт сцепление там, где его нет. Она лишь не даёт случайно выйти за предел того, что есть. На холодных шинах, мокром асфальте или песке на повороте система честно скажет — предела нет, помочь нечем. Понимание физики держака остаётся важным даже при наличии всей электроники — она страхует от ошибок, но не заменяет понимания. Плавное и осмысленное нажатие на тормоз, прогнозирование углов наклона и отслеживание качества дорожного покрытия должно стать хорошей привычкой, когда вы едете за рулем мотоцикла.
