Влияние манеры вождения на увод
Как я уже писал выше, увод тем больше, чем больше воздействие различных сил на шину. Например, больше веса давит на шину сверху – больше увод. То есть чем тяжелее передок машины, тем больше увод передних шин. Это, кстати, одна из причин того, почему переднеприводные машины часто имеют недостаточную поворачиваемость: почти все агрегаты сконцентрированы под капотом, из-за этого передок достаточно тяжелый, и увод передних шин становится больше задних.
Что такое центробежная сила?
Теперь о манере вождения. Увод также зависит от центробежной силы, которая всегда действует на автомобиль в повороте. Чем она больше, тем больше увод. А центробежная сила в свою очередь зависит от нескольких параметров:
где m – масса автомобиля, V – скорость автомобиля, R – радиус кривизны траектории движения машины в повороте.
Понятно, масса машины в процессе движения меняется мало, но все же меняется – топливо расходуется, и масса уменьшается
Для гонщиков это важно, ведь они борются за тысячные доли секунды на круге
Радиус поворота мы тоже можем менять, но если говорить о продвинутом вождении или гоночном вождении, радиус нужно выбирать как можно большим – как раз чтобы уменьшить центробежную силу, а следовательно, и увод, и иметь возможность проехать поворот с большей скоростью. Для городских водителей такая возможность повышает безопасность движения, а для гонщиков – сокращает время прохождения круга.
Самое интересное кроется в скорости. Как видно из формулы, скорость непосредственно влияет на центробежную силу. При увеличении скорости в повороте центробежная сила в какой-то момент становится равной по величине силе сцепления шин с дорогой, а скорость достигает предельного значения.
То есть при увеличении скорости растет и центробежная сила, а значит, и увод шины. И при достижении предельной скорости увод максимален. Если продолжать газовать и увеличивать скорость, шины начнут скользить и после какого-то момента перейдут в полное скольжение, и автомобиль потеряет устойчивость или управляемость.
Максимальное сцепление – оптимальный угол увода
Тут и есть самое интересное. Выше я уже писал о зависимости коэффициента сцепления от степени проскальзывания и о том, что сцепление максимально при некотором проскальзывании: 5-20%. В случае бокового скольжения в повороте скольжение тоже возникает не сразу, а постепенно. Вообще при уводе шины часть элементов пятна контакта находится в покое относительно дороги, цепляется за него, а часть проскальзывает. При увеличении угла увода увеличивается доля проскальзывающих элементов и уменьшается доля покоящихся. И здесь, аналогично, коэффициент сцепления достигает максимума при некотором проскальзывании, то есть при некотором оптимальном угле увода. Это проскальзывание можно выразить и в процентах, а можно в значениях угла увода: условно, от 6 до 12 градусов.
Причем, у гоночной шины диапазон оптимальных углов увода шире, чем у дорожной, как видно на графике ниже:
Рисунок взят из книги Михаила Горбачева «Экстремальное вождение. Гоночные секреты» (Рипол классик, 2007).
Поэтому если говорить о гоночном вождении, задача пилота проходить повороты не просто на грани скольжения, а с оптимальным проскальзыванием, то есть оптимальным углом увода. То есть задача пилота, находясь уже на предельной скорости в стадии скольжения, «сделать тонкую настройку» предельной скорости – плюс-минус 1-2 км/ч, найти то положение педали газа, которое при данном угле поворота руля приведет к нужным углам увода шин – от 6 до 12 градусов.
Сложно? А никто не говорит, что у гонщиков простая работа. Отчасти в этом и заключается их высочайшее мастерство. Хотя, на экране телевизора они могут показаться безмозглыми парнями, тупо нарезающими круги по трассе, не понятно зачем 🙂
Практическая рекомендация:
информация из последнего раздела актуальна, пожалуй, только любителям вождения по гоночной трассе. Если вы к ним относитесь, шлифуйте свою технику пилотирования, учитесь чувствовать автомобиль настолько тонко, чтобы уметь находить и предел сцепления, и оптимальный угол увода для реализации максимума возможностей ваших шин и автомобиля. Высшим мастерством можно считать умение не просто ехать с оптимальным уводом, но и одновременно сохранять шины от преждевременного износа.
Силы воздействия на участок поверхности шины во время торможения
Есть классическая формула в физике F =µN =µmg, которая связывает прямо пропорциональную зависимость силы трения от коэффициента сцепления контактирующих областей и прижимной силы. N равна произведению массы нагруженного колеса на ускорение свободного падения. Конечно распределение веса на переднюю ось будет больше при торможении, но эта классическая формула дает возможность понять какие факторы рассматриваются производителями шин, чтобы обеспечить безопасность автомобиля.
Зависимость тормозного пути от коэффициента сцепления шин с дорогой
Рисунок протектора колеса играет важную роль в определении трения или сопротивления скольжению. В сухих условиях на дорогах с твердым покрытием гладкая шина дает лучшую тягу, чем рифленый или узорчатый протектор, потому что имеется большая площадь контакта для создания сил трения. По этой причине резина, используемая для автогонок, имеет гладкую поверхность без рисунка протектора. К сожалению, гладкая шина развивает очень мало сцепления при влажных условиях, потому что фрикционный механизм уменьшается благодаря смазочной пленке воды между протектором и дорогой.
Рисунок канавки или каналы, по которым идет водоотвод, обеспечивает область прямого контакта между шиной и дорогой. Типовая шина дает коэффициенты сухого и влажного сцепления около 0,7 и 0,4 соответственно. Эти значения представляют собой компромисс между экстремальными значениями около 0,9 (сухих) и 0,1 (влажных), полученными с гладкой шиной.
Торможение на мокрой дороге
Когда автомобиль заторможен до жесткой остановки на сухой дороге, максимальная сила трения может быть больше, чем прочность протектора. В результате, вместо того, чтобы шина просто скользила по дороге, резина отрывается от протектора в области контакта шины и дороги. Несомненно, сопротивление протектора этому разрыву представляет собой сочетание прочности резины, канавок и щелей, составляющих дизайн протектора. Это тоже учитывают производители шин.
Сцепление шин таблица
Кроме того, размер контактной зоны очень важен в автомобильных шинах, потому что тяга является динамической, а не статической; то есть она изменяется по мере того, как колесо катится вперед. Максимальный коэффициент трения может происходить где угодно в области контакта, и чем больше площадь, тем больше вероятность максимальной тяги.
Таким образом, при одинаковой нагрузке и на одной и той же сухой поверхности более широкий профиль имеет большую площадь контакта и развивает более высокую тягу, что приводит к большей тормозной способности. Хотя некоторые специалисты считают, что большая площадь снижает давление на единицу поверхности и таким образом прижимная сила становится меньше, а потому выигрыш в тормозной способности остается под вопросом.
АЭРОДИНАМИКА: ОСНОВАНИЕ КУЗОВА
Следующим шагом в совершенствовании аэродинамики автомобилей Формулы 1 стала переделка основания кузова в одно большое крыло и добавление «юбки», чтобы не выпускать воздух со боковых сторон.
Однако вскоре это было запрещено правилами гонок, так как машины достигали пугающих скоростей. Сегодня нельзя использовать «юбку» и дно автомобиля должно быть плоским.
Тем не менее, плоское дно приносит пользу, потому что оно помогает снизить сопротивление под машиной. Это особенно эффективно, если диффузор располагается в задней части днища. Это усиливает скорость воздуха под машиной, уменьшает давление и придавливает машину.
Влияние всех этих переделок на обычную машину будет минимальным, так как очень сложно сделать плоское днище.
Да, на дороге можно встретить машины с чем-то похожим на диффузор (производители называют эту деталь именно так), но обычно он расположен слишком высоко, чтобы быть хоть сколь нибудь эффективным и стоит он там просто для красоты.
Влияние скорости движения автомобиля на коэффициент сцепления
Кроме всего вышеперечисленного, на коэффициент сцепления шин с дорогой влияет и скорость движения автомобиля.
Аквапланирование
В случае мокрой дороги дождевые канавки в протекторе шины при увеличении скорости успевают отводить все меньше воды из пятна контакта. Поэтому чем больше скорость, тем больше воды скапливается в пятне контакта и тем меньше коэффициент сцепления. В конце концов может наступить момент, когда шина полностью потеряет контакт с дорогой и всплывает, а автомобиль потеряет управляемость. Это явление называется аквапланированием. Критическая скорость, при которой обычно возникает аквапланирование – около 90 км/ч, а толщина водяной пленки – несколько сантиметров. Как правило, аквапланирование возникает во время дождя при движении в асфальтовой колее. При большей толщине водяной пленки аквапланирование не возникает, потому что создается сильное сопротивление качению шин, которое быстро гасит скорость, и до критической скорости машина не может разогнаться. Если же толщина водяной пленки небольшая, скажем, пара миллиметров, аквапланирования вообще не будет. Просто коэффициент сцепления с дорогой немного уменьшится, к примеру, с 0,8 на сухой дороге до 0,6 на влажной.
При этом чем шире профиль шины, тем при меньшей скорости наступает аквапланирование. Ну и тип протектора тоже к этому причастен. Шина без рисунка – слик – всплывет раньше других, шина с обычным асфальтовым протектором и рисунком – чуть позже, а шина со специальным дождевым протектором – продержится дольше всех.
Так что широкая шина хоть и хороша для сухого асфальта, но уязвима на откровенно мокрой поверхности дороги.
Практические рекомендации
1. Избегайте движения по колее во время дождя, а если приходится по ней двигаться, не превышайте скорость 80 км/ч. Будьте особенно аккуратны в дождь, если у вас широкие спортивные шины – они предназначены в первую очередь для сухого асфальта и подвержены риску аквапланирования больше обычных более узких шин.
2. Помните, что аквапланирование возникает только в длинных и относительно глубоких лужах и при скорости от 90 км/ч. На мокром асфальте аквапланирование невозможно. Поэтому не нужно бояться дождя и чрезмерно снижать скорость. Всем известно, что та же Москва буквально встает в пробках в летние дождливые дни. Это раздувание из мухи слона… Увеличьте дистанцию до автомобиля-лидера в полтора-два раза и езжайте с привычной скоростью. И не въезжайте в колею с водой, вот и все. Ну и не лихачьте, если у вас шины с навороченным дождевым рисунком протектора, ведь он не сможет приклеить шины к дороге…
К сожалению, в России пока отсутствуют специализированные и общедоступные автодромы для контраварийной подготовки водителей, где каждый мог бы изучить поведение машины в экстремальной ситуации аквапланирования, поэтому рекомендация только одна — не попадать в эту ситуацию.
Уменьшение коэффициента сцепления на сухой дороге
При движении по сухой дороге коэффициент сцепления тоже незначительно уменьшается. Это объясняется тем, что при увеличении скорости возрастает частота вертикальных колебаний шины, и в результате шина контактирует с поверхностью дороги меньшее время. То есть она не успевает охватывать микронеровности дороги, как при более низкой скорости. Этот факт оказывает негативное влияние на тормозные свойства автомобиля при больших скоростях. Мало того, что тормозной путь сам по себе пропорционален квадрату скорости – то есть увеличивается в 4 раза при увеличении скорости в 2 раза, так еще и коэффициент сцепления подводит…
В таблице ниже приведены зависимости коэффициента сцепления от скорости движения автомобиля на разных дорожных покрытиях. Таблица взята из справочника Automotive Handbook (Bosch, 5th edition, 2000)
| Скорость движения автомобиля, км/ч | Коэффициент сцепления для различных типов дорожного покрытия | ||
| Асфальт | Дождь | Лужа | |
| 50 | 0,85 | 0,55 | 0,5 |
| 90 | 0,8 | 0,3 | 0,05 |
| 130 | 0,75 | 0,2 |
Из таблицы видно, что коэффициент сцепления при увеличении скорости незначительно уменьшается на сухой дороге, более явно уменьшается на мокрой дороге в дождь и при попадании в длинную лужу (колею) исчезает при скорости выше 90 км/ч, то есть при возникновении аквапланирования.
Практические рекомендации
3. Не гоняйте по дорогам общего пользования 🙂 О том, как правильно выбрать безопасную скорость, читайте в статье «Как выбрать безопасную скорость» или на нашем курсе безопасного вождения «МВА для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля».
ВЕС
Легковесные машины оказывают меньше давления на шины, чем тяжелые автомобили, поэтому они будут иметь более высокое сцепление при прочих равных условиях.
В идеале хотелось бы, чтобы вес приходился на центр автомобиля. В реальности, вес приходится только на один конец, именно здесь шины работают более интенсивно. В таком случае, нужно настраивать подвеску или выбирать шины с учетом этого факта.
Идеальная ситуация — это, когда двигатель располагается перед задними колесами. Это отлично подходит для суперкаров и некоторых недорогих спортивных автомобилей, но совершенно неприемлемо для обычных машин, потому что тогда не останется места дляпассажиров сзади и для багажа.
Шины на мокрой дороге
Когда шины движутся по мокрой дороге (рис. «Контактное пятно шины, зависящее от состояния дороги» ), в передней части контактного пятна шины образуется зона вытеснения А. За короткой переходной зоной В следует зона фактического контакта С в задней части контактного пятна. Зона А характеризуется водяным клином, полностью отделяющим шину от поверхности дороги. Если зона А охватывает всю контактную поверхность «шина/дорога», то автомобиль аквапланирует. Ниже перечислены ключевые переменные, влияющие на коэффициент сцепления шин на мокрой дороге:
- Скорость движения;
- Глубина слоя воды;
- Нагрузка на колесо;
- Ширина шины;
- Глубина протектора;
- Рисунок протектора;
- Распределение контактного давления в контактном пятне шины;
- Состав резины;
- Состояние поверхности дорожного покрытия.
В свою очередь, каждый из этих параметров также зависит от ряда других влияющих переменных.
Например, распределение контактного давления в контактном пятне шины также зависит от конструкции шины, рисунка протектора, угла развала колес, брекерного пояса шины, конструкции боковин и, в увязке с двумя последними переменными, — от кривой рисунка протектора, параллельной оси колеса.
На левой схеме на рис. «Влияние глубины слоя воды на силу торможения и боковую силу» показаны кривые сил, воздействующих на шины, в функции их конструктивных параметров. Примечательно, что наблюдаются в принципе одинаковые кривые для боковой силы как функции угла бокового увода и силы торможения как функции проскальзывания колеса на различной глубине воды. Форма характеристической кривой также одинаковая при разной глубине.
На средней схеме на рис. «Влияние глубины слоя воды на силу торможения и боковую силу» показана зависимость силы торможения от скорости движения на различной глубине слоя воды. В диапазоне сцепления шин с мокрой дорогой, т.е. при минимальной глубине воды, на сцепление в значительной мере влияет состав резины. Однако в диапазоне аквапланирования, т.е. при высоком уровне воды и на высокой скорости (в остальном параметры шин идентичны) преобладающими влияющими переменными будут рисунок протектора и распределение контактного давления в контактном пятне шины Другим крупным влияющим параметром является глубина рисунка протектора, являющаяся частью сложной системы — рисунка протектора. На правой схеме на рис. «Влияние глубины слоя воды на силу торможения и боковую силу» показан эффект глубины рисунка протектора при различной глубине воды.
На рис. «Зависимость пределов сцепления от глубины воды» приведена карта-схема, отображающая пределы сцепления с дорогой, зависящие от глубины слоя воды.
На рис. «Характеристики аквапланирования грузовых шин различных изготовителей» показаны силы торможения, достигаемые с различными шинами в условиях аквапланирования. Разница в уровнях характеристик шин различных изготовителей в условиях аквапланирования очень значительна. Они могут противоречить концепции управления динамикой, используемой автопроизводителями на многих этапах оптимизации.
СОСТАВ ШИН
Если говорить в общем, то чем мягче резина, тем выше сцепление. Это можно сравнить с макаронами: приготовленные макароны хорошо прилепятся к стене, а вот сырые — нет.
Более мягкая резина быстрее подстраивается к окружающей температуре, но может также быстро перегреться. У драгстеров экстремально мягкие шины, но даже самые мощные из них способны только на четырехсекундный заезд, поэтому для обычных машин это даже не обсуждается.
Шины для обычных дорог должны прослужить на несколько тысяч километров, поэтому резина должна быть жестче. Так как обычный автомобиль не ездит при экстремальных условиях, как гоночный, ему не требуется очень сильное сцепление с дорогой.
Технические параметры
Параметры шин, относящиеся к их размерности, крайне важны. Во-первых, именно от них зависит, какого размера должен быть диск и какими параметрами будет обладать. Кроме того, производитель достаточно точно рассчитывает подобные показатели таким образом, чтобы максимально сократить энергозатраты, но при этом повысить управляемость автомобиля и комфорт от вождения железного коня.
Вообще говоря, автомобилисты достаточно часто подходят к выбору шин по размеру со всей ответственностью. Дело не только в том, что, приобретя дешевые или некачественные покрышки, можно лишить себя многих преимуществ того или иного автомобиля, которым посчастливилось владеть.
Так или иначе, самой главной цифрой, которая оказывает основное влияние на выбор автовладельца, является диаметр покрышки. От этой величины зависит, каков должен быть радиус колесного диска, на который планируется установка. Обычно радиус выражается в дюймах, и его числовое обозначение на покрышке должно полностью совпадать с маркировкой самого диска
Как правило, обозначение на шине и на диске найти не составляет большого труда: все, что нужно сделать, — обратить внимание на боковину, где обычно и находится штамповка
Второй параметр, на который также крайне важно обращать внимание, — это ширина профиля. Ширина всегда выражается в миллиметрах и означает расстояние между двумя крайними точками шины, если развернуть ее в профиль. Разумеется, ширина зависит от параметров диска, поэтому стоит заглянуть в сервисную книжку машины, прежде чем идти в магазин за новыми шинами
Разумеется, ширина зависит от параметров диска, поэтому стоит заглянуть в сервисную книжку машины, прежде чем идти в магазин за новыми шинами.
Высота профиля мало зависит от параметров колесного диска. Этот показатель означает, каково расстояние от внутреннего обода покрышки до внешнего. Обычно владельцы ориентируются на рекомендации производителя, однако в исключительных случаях устанавливают завышенный профиль, что несколько увеличивает дорожный просвет.
Соотношения высоты профиля шины к его ширине
Если вы взгляните на маркировку любой шины на ее боковине, всегда сможете увидеть примерно следующее: 225/45 R17. Первое число означает, что ширина профиля шины составляет 225 мм. Второе число – после дроби – соотношение высоты профиля к ширине, которое в данном случае составляет 45%. Оно-то нам и нужно. Ну и для порядка скажу, что R означает радиальный тип корда в шине, а 17 – посадочный диаметр шины (т.е. диаметр диска) составляет 17 дюймов.
Иногда можно услышать, что чем меньше это число, стоящее после дроби в маркировке шины, тем более низкопрофильной является шина. На самом деле, это только половина правды, и не всегда так. Подчеркну, что число после дроби не является высотой профиля в миллиметрах или каких-то других виртуальных единицах. Это именно процентное соотношение. Берем шину с высотой профиля 102,5 мм и шириной 205 мм и получаем их отношение в 50% и число «50» после дроби. То есть изменить это число мы можем тремя способами.
Первый: уменьшить высоту профиля шины при той же ширине. Тогда, действительно, шина с небольшим соотношением высоты к ширине, будет низкопрофильной, как и принято считать. Например, шина 225/35 R17 будет с достаточно низким профилем.
Второй: увеличить ширину профиля шины при той же высоте. Тогда шина может не обязательно быть с низким профилем, но будет иметь достаточно широкий профиль. Например, 325/35 R20 имеет вполне обычную высоту профиля для современных машин – 113,75 мм, не сказать, что очень низкий профиль. Но вот ширина запредельная – 325 мм.
Третий способ: одновременно увеличить ширину и уменьшить высоту профиля.
Таким образом, в плане увода нас интересует не ширина или высота профиля шины в отдельности, а именно их соотношение. Для наглядности приведу такой пример. Отрежьте кусок колбасы для бутерброда, скажем, полсантиметра толщиной и попробуйте согнуть пополам или скрутить в противоположные стороны, как фантик конфеты. Легко гнется, деформируется, без проблем. А теперь отрежьте кусок сантиметров 5 толщиной и попробуйте скрутить его – уже нереально. При этом мы можем увеличить или уменьшить диаметр колбасы (теоретически) в 10 раз и соответственно увеличить или уменьшить ее толщину. Эффект не изменится: при том же соотношении диаметра и толщины понадобится ровно столько же усилий, чтобы согнуть колбасу, как и в первоначальном случае.
То же самое будет с карандашом: длинный карандаш сломать руками просто, полкарандаша уже сложнее, а четверть невозможно. Можно проделать то же самое с зубочисткой или скалкой. Если они сделаны из такого же дерева, что и карандаш, то при тех же соотношениях длины и толщины понадобится ровно столько же усилий, чтобы сломать их. И это объясняется как раз отношением толщины к длине: чем толще кусок колбасы при том же диаметре среза, тем сложнее его деформировать
Сами размеры в этом случае не важны, важно именно соотношение размеров
Аналогичная картина и с шиной: чем шире и одновременно ниже профиль шины, тем жестче шина и тем меньше деформируется в поворотах, то есть тем меньше ее угол увода и тем с большей скоростью она позволяет проходить повороты, то есть тем лучше она сохраняет первоначальные сцепные свойства.
Это еще одна из причин, почему спортивные шины делают широкими и низкопрофильными – для уменьшения увода и улучшения (а точнее – сохранения) сцепных свойств шины и устойчивости и управляемости автомобиля в повороте.
В итоге:
широкая и/или низкопрофильная шина => большая жесткость шины => меньшая деформация шины => уменьшенный увод=> сохранение изначального коэффициента сцепления в поворотах => повышенная скорость прохождения поворота, управляемость и устойчивость
Практическая рекомендация: любите динамичную езду? Любите вождение по гоночному треку? Вам показано использование широких шин с низким профилем.
В чем практический смысл?
А применить в жизни написанное выше очень просто. Сцепление шины с дорогой — основа безопасного вождения, чем оно выше, тем безопаснее вы можете вести машину. Это ни для кого не секрет
Некоторые водители прохладно относятся к тому, какие шины стоят на их машинах, и думаю, что это неважно. Важно! Чуть ли не самое важное, что есть в машине
Но среди тех водителей, которые ценят безопасность, сцепление с дорогой и шины, встречаются те, которые думают, что они улучшат сцепление, если поставят на свой авто более широкие шины. Или еще часто думают, что можно повысить сцепление, установив шины с более «навороченным» рисунком протектора. Как вы уже поняли, это вещи не связанные.
Конечно, широкие шины важны, ведь для чего-то из производят и устанавливают на машины. А для чего нужны широкие шины — мы обсудим в следующей статье или на курсе MBA для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля«, но тормозные свойства машины от них не улучшатся.
Кстати, еще задумайтесь над таким фактом: если было все так просто и широкие шины тормозили бы лучше узких, то производител шин могли бы легко решить проблему зимы — делали бы широченными зимние шины, и все дела! Однако этого не происходит и, более того, происходит обратное: зимние шины, как правило, уже летних…
Итак, чтобы улучшить сцепление шин с дорогой, нужно установить шины, сделанные из резины более высокого качества. Проблема в том, что при покупке шины мы не можем оценить качество состава резины и почти на 100% оцениваем шину визуально — по дизайну протектора, а также по ширине и высоте профиля. На это многие и покупаются…
Как же правильно выбрать шины? К сожалению, четкого ответа на этот вопрос нет. Есть общие соображения, их три.
- ориентируйтесь на тесты шин в автомобильных журналах. Это не панацея, но по крайней мере даст вам общее представление о хороших и не очень шинах.
- выбирайте шины известных производителей. Идея не решит сразу все вопросы, но шины, скажем, Michelin всегда будут лучше отечественной Камы или корейской Kumho.
- выбирайте шины премиум-сегмента или, иначе, с высоким индексом максимальной скорости. У каждого производителя есть шины разного класса, с составом разного качества и с различной силой сцепления с дорогой. Например, у Michelin в линейке есть Economy, Pilot Exalto и Pilot Sport, это, соответственно, шины со средним сцеплением, хорошим и очень хорошим. И по разной цене. Вот и решайте.
Вы также можете заметить, что хорошие дорогие шины часто бывают шире средненьких эконом-класса, а также с более низким профилем. Это не значит, что ширина напрямую влияет на «держак», но ширина профиля важнее для хорошей шины, чем для шины без претензии на скорость. Об этом и о том, для чего нужны низкопрофильные шины — в следующих статьях.
А пока промежуточный вывод: сцепление шины с дорогой не зависит от ширины шины, площади пятна контакта, дизайна протектора, а зависит от состава резиновой смеси протектора.
6.5. Сила и коэффициент сцепления колес автомобиля с дорогой
Значение тяговой силы, необходимой для движения, ограничено вследствие действия силы сцепления колес с дорогой.
Под силой сцепления понимают силу, противодействующую скольжению колеса относительно поверхности дороги. Она равна силе трения, возникающей в месте контакта колеса с дорогой.
Сила сцепления
Рсц = Rzφ,
где Rz — нормальная реакция дороги; φ — коэффициент сцепления.
Равномерное качение колеса без скольжения и буксования возможно только при выполнении условия РТ < РсцЕсли тяговая сила
больше силы сцепления (Рт> Рси), то автомобиль движется с пробуксовкой ведущих колес. Это происходит, например, тогда, когда при движении по сухой дороге он попадает на участок со скользким покрытием. Если же автомобиль стоял на месте, то не только движение, но и его трогание с места невозможны.
Коэффициент сцепления. Этот коэффициент во многом определяет значение силы сцепления. В зависимости от направления скольжения колеса относительно поверхности дороги различают коэффициенты продольного φ х и поперечного φ усцепления. Эти коэффициенты зависят от одних и тех же факторов, и можно считать, что они практически равны (φ х = φ у).
На коэффициент продольного сцепления ц>хоказывают влияние многие конструктивные и эксплуатационные факторы. Он определяется экспериментально. Ниже приведены средние значения фх для различных дорог и состояний их поверхности:
Сухое Мокрое
Асфальтобетонное шоссе………………. 0,7…0,8 0,35…0,45
Дорога с щебенчатым покрытием …. 0,6…0,7 0,3…0,4
Грунтовая дорога………………………….. 0,5…0,6 0,2…0,4
Снег…………………………………………….. 0,2 0,3
Лед……………………………………………….. 0,1 0,2
Рассмотрим, как влияют различные конструктивные и эксплуатационные факторы на коэффициент продольного сцепления.
Тип и состояние покрытия дороги. На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления имеет наибольшее значение, так как в этом случае он обусловливается не только трением скольжения, но и межмолекулярным взаимодействием материалов колеса и дороги (механическим зацеплением). На мокрых дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления существенно уменьшается (в 1,5 — 2 раза) по сравнению с сухими дорогами, так как между колесом и дорогой образуется пленка из частиц грунта и воды. На деформируемых дорогах коэффициент сцепления зависит от внутреннего трения в грунте и сопротивления грунта срезу.
Рис. 6.6. Рисунки протектора шин:
а, б — дорожный; в, г — универсальный; д—з — повышенной проходимости
Рисунок протектора шины (рис. 6.6). Дорожный рисунок протектора обеспечивает наибольший коэффициент сцепления на дорогах с твердым покрытием, универсальный — на дорогах смешанного типа, а рисунок протектора повышенной проходимости — в тяжелых дорожных условиях и по бездорожью. По мере изнашивания рисунка протектора значение коэффициента сцепления уменьшается.
Внутреннее давление воздуха в шине. При увеличении давления воздуха в шине (рис. 6.7, а) коэффициент сцепления сначала возрастает, а затем уменьшается.
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — 19 Центроиды или подпорки.
Рис. 6.7. Зависимости коэффициента сцепления от давления воздуха в шине (а), скорости движения (б) и вертикальной нагрузки на колесо (в)
Скорость движения. При увеличении скорости движения (рис. 6.7, б) коэффициент сцепления сначала возрастает, а потом падает.
Нагрузка на колесо. Увеличение вертикальной нагрузки на колесо (рис. 6.7, в) приводит к незначительному уменьшению коэффициента сцепления.
Коэффициент сцепления существенно влияет на безопасность движения. Его недостаточно высокое значение вызывает многочисленные аварии и несчастные случаи на дорогах. Как показали исследования, по этой причине происходит 15% общего числа Дорожно-транспортных происшествий, а в неблагоприятные периоды года — около 70 %. Исследованиями установлено, что для обеспечения безопасного движения значение коэффициента сцепления должно составлять не менее 0,4.
АЭРОДИНАМИКА: КРЫЛЬЯ
В 1960-х, представители мотоспорта совершили большой прорыв в аэродинамике, прикрепив к своим автомобилям крылья. Крылья были разработаны таким образом, что под ними воздух проходил быстрее, чем над ними. Быстродвижущийся воздух менее плотный, чем воздух, который движется медленно, поэтому больше давления оказывается на верх, чем на низ автомобиля. Крылья пришлось убрать.
С тех пор как крылья стали частью шасси, то вся машина тоже немного опустилась. Теперь шины имеют большее сцепление с дорогой, потому что на них можно надавить сильнее, прежде чем они начнут скольжение.
Крылья обеспечивают серьезное аэродинамическое сопротивление, но его недостаточно, чтобы нейтрализовать дополнительное сцепление (при условии хорошей конструкции крыльев). Если с гоночной машины убрать крылья, то она будет в разы быстрее на прямой дороге, но замедлит свое движение на поворотах, от чего серьезно пострадает время прохождения гоночного круга.
Крылья современных автомобилей Формулы 1 имеют очень сложную конструкцию и совершенно непрактичны для использования на дороге. Однако можно нередко увидеть более простые варианты крыльев на мощных машинах и даже на горячих хэтчбеках.
Коэффициент сцепления шины с дорогой. Итоги
В конце концов может наступить момент, когда шина полностью потеряет контакт с дорогой и всплывает, а автомобиль потеряет управляемость. При этом чем шире профиль шины, тем при меньшей скорости наступает аквапланирование.
Так что широкая шина хоть и хороша для сухого асфальта, но уязвима на откровенно мокрой поверхности дороги. 2. Помните, что аквапланирование возникает только в длинных и относительно глубоких лужах и при скорости от 90 км/ч. На мокром асфальте аквапланирование невозможно. Этот факт оказывает негативное влияние на тормозные свойства автомобиля при больших скоростях. Но мы можем тормозить импульсно, как это делает АБС, тогда проскальзывание колеса будет чередоваться качением и наоборот.
По разным данным и на разных покрытиях максимум сцепления возникает при различном проскальзывании, но на сухой дороге это где-то 5-20% проскальзывания. Ниже я привожу один из распространенных графиков зависимости коэффициента сцепления от коэффициента проскальзывания для различных типов дорожного покрытия. Если говорить об увеличении коэффициента сцепления за счет проскальзывания, тут от самой шины мало что зависит.
4. При вождении по дорогам общего пользования на автомобиле без АБС не стоит уповать на торможение с контролируемым проскальзыванием в случае экстремальной ситуации. 6. Если у вас автомобиль с АБС, вообще забудьте о проскальзывании и тормозите «в пол» в любых экстремальных ситуациях, на гоночном треке и на любом дорожном покрытии.
На сухой дороге уменьшается незначительно из-за увеличения частоты вертикальных колебаний шин и меньшего времени контакта с дорожной поверхностью. В № 20/05 опубликовано ученическое исследование «Зависимость тормозного пути и времени торможения школьного автомобиля-такси от скорости движения и массы».
1. Авторы пишут, что они измеряли коэффициент трения резины об асфальт. Однако погрешность измерения скорости по спидометру автомобиля около 5 км/ч. У авторов же в таблице приведены значения скорости с четырьмя значащими цифрами! Сила трения может зависеть от скорости, а это не учитывалось в расчёте. В 99,9% случаев виноват тот, кто ехал сзади. И обвинение будет стандартным – несоблюдение безопасной дистанции.
2=Sa где v — скорость до начала торможения, S-пройденный путь (длина черного следа резины размазанной по асфальту), a-ускорение (замедление) в торможении. Предполагается что на сухом асфальте (или на резине барабана на ПИК) сцепление резины гораздо лучше, так что это качество собственно тормозов. Экспертиза ГИБДД и МВД использует следующие формулы и методики. Можете сами найти и сделать расчеты. Существует таблица, указывающая в каких ситуациях какая должна быть реакция водителя.
В таблице ниже приведены зависимости коэффициента сцепления от скорости движения автомобиля на разных дорожных покрытиях. В этом случае скорость движения автомобиля нулевая при вращающихся ведущих колесах, и мы имеем 100%-ю пробуксовку. Поэтому чем больше скорость, тем больше воды скапливается в пятне контакта и тем меньше коэффициент сцепления.
