Что такое сцепление автомобиля с дорогой

Понятная наука: сцепление машины с дорогой

За счет чего автомобиль держит дорогу? Что такое сцепление с дорогой?

Главное требование для любой машины — это ее способность сцепляться с той поверхностью, по которой она едет. Чем сильнее сцепление, тем лучше и тем безопасней машина ведет себя на поворотах.

Чем выше предел сцепления, тем быстрее едет машина. Однако дело не только в характере езды. Высокий предел сцепления при нормальной скорости позволяет удерживать контроль над автомобилем в непредвиденной ситуации.

Многие водители особо не задумываются о сцеплении, пока не столкнутся с ситуацией, когда хорошее сцепление оказывается крайне важным для движения. Вообще, это интересная тема для обсуждения и мы попытаемся рассказать о ней просто, но с научной точки зрения.

Единственное, что связывает машину с дорогой — это шины. Конечно, если только от машины что-нибудь не отвалится и не будет тащится за ней по дороге.

Поэтому шины крайне важны для сцепления, и этому есть две причины. Во-первых, они сами по себе обеспечивают сцепление с дорогой. Во-вторых, от них зависят все остальные части машины, которые влияют на сцепление. Главное, чтобы на шины не была наложена чрезмерная нагрузка.

Необходимо соблюдать баланс. Самые лучшие шины не должны хорошо сцепляться с дорогой, если другие части машины не позволяют им этого сделать. С другой стороны, даже если машина идеально отлажена, она не сможет обеспечить хорошее сцепление с дорогой, если шины не справляются со своей функцией.

ТИПЫ ШИН

Разным машинам нужны разные шины. Разработать универсальные шины для современных дорог очень сложно, потому что они должны будут обеспечить отличное сцепление и с сухой, и с мокрой дорогой, экономить топливо и контролировать выброс CO2, а также не быть слишком шумными.

Для внедорожников и раллийных автомобилей нужны шины с особым рисунком, чтобы обеспечивать сцепление с дорогой с поврежденным покрытием. Для снежной погоды нужны узкие шины с высоким профилем.

Хотя сейчас, наоборот, все стремятся купить широкие шины с низким профилем. Именно поэтому рекомендуют иметь два набора шин: летний и зимний. В гоночных автомобилях используются шины без протектора (если позволяют правила) и без рисунка, чтобы обеспечить максимальную область контакта шины с дорожным полотном и свести к минимуму трение. Однако на мокрой трассе эти шины будут бесполезны и их нужно заменить на шины с рисунком.

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.

ПОДВЕСКА

Правильная настройка пружин и стабилизатора важна не только для комфортной езды, но и для хорошего сцепления. До сих пор многие водители не совсем понимают, что чем мягче подвеска, тем выше сцепление. Мягкое движение и хороший крен в повороте обеспечивают меньшее давление на шины, чем, когда машина практически не наклоняется.

Если это действительно так, почему же подвеска современных автомобилей высокого класса такая жесткая? Дело в том, что если уйти дальше от нерабочего положения машины, то меняется геометрия подвески и ее работа становится менее эффективной.

Следовательно, мы стремимся двигаться как можно меньше, а это приводит к дополнительной нагрузке на шины. Решение — заменить шины на другие. Чем более высокое сцепление обеспечивают шины, тем жестче может быть подвеска.

Есть также нюансы с аэродинамикой, мы обсудим это позже. Крылья машин, участвующих в Формуле 1, наиболее эффективны, когда они расположены под особым углом. Достичь такого угла можно только за счет очень жесткой подвески.

АЭРОДИНАМИКА: ФОРМА КУЗОВА

Раньше было обычным делом, когда у машин был более или менее вертикальный нос и длинный плоский капот. Все бы ничего, ведь скорости были не такие высокие. Однако, когда стали выпускать более мощные машины, то такая форма корпуса стала проблемой.

Воздух поднимался вверх после контакта с носом автомобиля, но после этого практически не касался машины, пока не опускался на лобовое стекло. Над капотом образовывалась большая область с низким давлением, и это было настоящей аэродинамической катастрофой, потому что воздуха, который бы давил на капот и не давал машине приподниматься, было недостаточно.

При высоких скоростях это означает, что шины оказывали очень слабое давление на дорогу. В экстремальных ситуациях, шины не обеспечивали нормального сцепления для поворота. Более низкий нос и капот, расположенный под углом у современных машин были разработаны в первую очередь для экономии топлива, но этот подход помог также решить проблему со сцеплением.

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.

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.

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 для
пассажиров сзади и для багажа.

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ

Еще один аспект, связанный с весом машины — это центр тяжести. Мы можем очень понятно объяснить этот научный факт, если возьмем в качестве примера спичечный коробок или даже карандаш.

Проще всего уронить эти предметы, когда они стоят на одном конце (высокий центр тяжести), чем, когда они лежат всей плоскостью на поверхности (низкий центр тяжести).

Чем ниже центр тяжести, тем сложнее перенести вес с одной стороны машины на другую.

Меньший перенос веса означает меньшую нагрузку на внешние шины, что в свою очередь позволяет машине быстрее ездить на поворотах, так как колеса не успевают потерять сцепление.

Гоночные автомобили, созданные на заказ, очень низкие и все в них располагается, как можно ближе к земле именно по этой причине.

Это невозможно сделать в дорожных машинах, но у спортивных моделей все же есть неоспоримое преимущество перед семейными авто и даже перед SUV.

РАСПОЛОЖЕНИЕ КОЛЕС

Расстояние между правыми и левыми колесами, которое называется колеей, очень важно.

Чем оно больше, тем меньше переносится вес автомобиля при движении на повороте. То есть, машина с высоким центром тяжести может переносить значительный вес, если колея достаточно широкая.

Более распространенное название колеи — колесная база, но оно означает расстояние между передними и задними колесами.

Автомобили с длинной базой более устойчивы на динамических поворотах, но менее маневренны при медленном движении. У автомобилей с короткой колесной базой, соответственно, все наоборот.

Большую роль играет взаимосвязь колеи с колесной базой. Автомобиль с короткой базой может иметь характеристики аналогичные машине с длинной базой, если сама машина очень узкая. В идеале, конечно, она должна быть еще и очень низкой.

КУДА УХОДИТ СИЛА

Шины деформируются, когда им передается сила, а точнее крутящий момент. Если речь идет о сцеплении, то решающим является фактор, какие колеса работают, а какие нет.

Переднеприводные автомобили обычно теряют сцепление спереди. Нужно учитывать еще и то, что задние шины уже находятся под напряжением, потому что на них переносится вес двигателя и коробки передач.

Заднеприводные автомобили лучше удерживают баланс, но все же склонны терять
сцепление сзади.

Лучший вариант — это полноприводный автомобиль и не потому что здесь обеспечивается лучшее сцепление, а потому что потеря сцепления менее вероятна.

Да, в полноприводных автомобилях на шины приходится дополнительный вес, но каждая шина принимает на себя только четверть мощности двигателя, а не половину, поэтому давление на шины меньше.

Полный привод идеален для быстрых дорожных автомобилей, раллийных авто и SUV, но не для машин Формулы 1, так как в этом случае придется многим пожертвовать в плане конструкции гоночной машины.

САМОЕ ВАЖНОЕ

Неважно, на какие уловки идет производитель, чтобы обеспечить машине хорошее сцепление, единственным и самым важным фактором остается сам водитель.

Даже если вы небольшой знаток автомобилей, вы можете сохранять высокий уровень сцепления, наблюдая за поведением своей машины, плавно управляя рулем, не включая мощность двигателя на полную без необходимости, выбирая оптимальную скорость на поворотах и внимательно наблюдая за дорогой и условиями езды. Только в этом случае, в любой ситуации вы всегда сможете плавно затормозить без негативных последствий.

Вы не только сами станете более умелым водителем, но и ваша машина будет лучше.

Разрушаем мифы о сцеплении с дорогой

Добрый день, дамы и господа.Нашел очень интересную статью о сцеплении с дорогой и с чем это едят.Сам в этом чайник, потому и написана статья не мной…

Сцепление шины с дорогой не зависит от площади пятна контакта?

В прошлом выпуске я написал о размерах шин, терминологии и некоторых заблуждениях, связанных с шинами. Обсудим теперь, что есть что в размерах шины, и перейдем к следующей порции заблуждений.

Ширина профиля. Площадь пятна контакта

Шина под действием силы тяжести автомобиля деформируется, образуя так называемое пятно контакта. Пример из жизни: если сидящий в автобусе ребенок прислонится носом к окну, то папа с мамой с улицы увидят смешной «пятак» на кончике носа :). Это и есть пятно контакта. Аналогичная картина и с шиной, которая прижимается к дороге.

Читайте также Что даст замена сцепления

Среди автолюбителей принято считать, что чем шире шина, тем больше площадь пятна контакта шины с дорогой и тем лучше сцепление с дорогой. И, якобы, тем короче тормозной путь, тем лучше маневренность и управляемость машины. А еще иногда думают, что если машина тормозит не прямо, а боком, то тормозной путь будет короче, потому что шире пятно контакта. Это не так.

Сразу приведу доказательства из физики.

Тормозной путь:

Здесь S – тормозной путь, v – скорость движения машины, µ — коэффициент трения шины о дорогу, g – ускорение свободного падения.

Как видно, тормозной путь не зависит от ширины профиля шины и площади пятна контакта шины с дорогой. В этой формуле есть единственный «представитель» от шины – это коэффициент трения, который зависит от природы соприкасающихся тел. В данном случае – от типа дорожного покрытия и от химического состава резиновой смеси протектора шины. Соответственно, и сцепление шины с дорогой зависит от состава резиновой смеси протектора. Поговорим.

Почему же пятно контакта не влияет на силу сцепления?

Очень просто. С одной стороны, чем больше его площадь, тем большим числом «щупальцев» шина цепляется за дорогу. Этот факт лежит на поверхности, и люди охотно думают, что сцепление пропорционально ширине шины. Но есть и другая сторона медали, о которой многие забывают: от размера пятна контакта напрямую зависит вес шины, приходящийся на единицу площади, то есть давление, которое она оказывает своим весом на дорогу. Чем больше площадь контакта, тем меньше давление шины на дорогу. Прошу вас не путать давление шины на дорогу с давлением воздуха в шине

Два примера из жизни

Что такое тупой нож и острый нож? Тупой – у которого лезвие толще, а острый – у которого тоньше. Разница всего лишь в давлении, которое нож оказывает, например, на хлеб. Тоньше (т.е. меньше площадь контакта ножа с хлебом) – больше давление, лучше режет, толще – хуже.

Предположим, рыбаку нужно перейти замерзший пруд с тонким льдом. Какие лыжи нужно надеть? Беговые – с шириной около 5 см, или охотничьи – с шириной порядка 30 см? Конечно, охотничьи. Потому что они шире, на них будет меньше давление на лед и ниже вероятность провалиться.

По этой причине, кстати, зимние шины всегда уже летних – чтобы увеличить давление на дорогу и лучше «вгрызаться» в снежно-ледяную корку.

В итоге, если мы увеличиваем площадь пятна контакта (т.е. вместо 205-й шины ставим 255), то мы уменьшаем давление на дорогу. Получается, во сколько раз мы увеличиваем площадь сцепления с дорогой, ровно во столько же раз мы уменьшаем давление на дорогу. Баш на баш – и сцепление не меняется.

Влияет ли на сцепление рисунок протектора?

Как кстати не влияет на сцепление и рисунок протектора. Если вы обратите внимание на гоночные слики, в той же Формуле 1, то они вообще «лысые» и не имеют какого-либо рисунка. Рисунок на летних шинах нужен только для того, чтобы отводить воду из пятна контакта. На сцепление влияет не рисунок, а тип протектора: грязевой, зимний, дождевой, летний. На летних шинах вы увязнете в грязи и снегу, а на грязевых «тракторных» не проедете быстро по извилистой дороге. Но это принципиально разный тип протектора, с разным предназначением.

Возьмите три разных шины Nokian Hakkappeliitta: 4,5 и 7. Рисунок у всех разный, но суть одна, все модели хорошие. Можно также взять топовые зимние шины от разных производителей Nokian, Michelin, Gislaved, Goodyear. У всех рисунки протектора разные, но характеристики схожи. Потому что у всех одинаковое предназначение и зимний тип протектора, имеющий грунтозацепы и ламели, а главное — состав резины. А вот у россиян, не помню точно производителя, есть шина — по рисунку протектора точная копия Goodyear Ultragrip 500. И разница между ними, как между небом и землей, как вы понимаете. Как рисунок не копируй, а без качественного состава резины никуда. И сцепление шины с дорогой зависит не от того, какой рисунок на шине — в ёлочку, полосочку или клеточку, а от состава резиновой смеси.

То есть зимними или летними шины делает тип протектора, а рисунок — единственное, что может «пощупать» покупатель при покупке и что может повлиять на эмоциональное восприятие шины. Конечно, есть любители запаха резины, который стоит в шинных магазинах, но это уже отдельный разговор

Что говорят о сцеплении законы физики?

Если снова прибегнуть к помощи формул, то сила трения сцепления (она же сила трения покоя) в отсутствии адгезии (эффекта приклеивания соприкасающихся поверхностей) определяется законом Кулона:

где µ — коэффициент сцепления, N — вес тела (шины, в данном случае), m — масса тела (шины), g — ускорение свободного падения.

Как вы понимаете, дорожные шины не приклеиваются к асфальту, поэтому это как раз наш случай. Как видите, площадь пятна контакта в силу трения покоя вклада не вносит, как и в длину тормозного пути.

Чтобы было понятнее, куда же делась площадь, можно закон Кулона переписать иначе, с учетом площади пятна контакта и отразить влияние пятна на давление. Все просто: давление тела на опору или, в нашем случае, шины на асфальт равно весу тела (шины), деленному на площадь контакта:

где P — давление шины на дорогу, N = mg — все тот же вес шины.

Тогда отсюда можно выразить вес через давление:

Теперь, если подставить эту формулу в закон Кулона, получим:

Или, выражаясь человеческим языком, сила сцепления шины с дорогой пропорциональна коэффициенту сцепления, давлению шины на дорогу и площади пятна контакта. Это именно то, как воспринимает силу сцепления большинство людей. Но здесь зарыта собака — в том, что давление напрямую зависит от площади пятна контакта и обратно пропорционально ему. Об этом нам говорит формула (3). Поставляя сюда выражение для давления, получим:

Тогда площадь мы успешно сокращаем и приходим к закону Кулона (2) и силе сцепления, не зависящей от площади пятна контакта.

Шина катится за счет трения качения или… покоя?

Кстати, скажу еще об одном частом заблуждении. Трение бывает разным: трения покоя, качения, скольжения. И часто люди думают, что шина катится за счет трения качения. Не буду углубляться в эти вопросы, напишу кратко. Шина катится за счет трения покоя. То есть во время качения пятно контакта шины с дорогой покоится относительно дороги.

Удивлены? А вы обратите внимание на ноги, обувь идущего человека. Как только человек делает шаг, его ступня останавливается, и он перемещает вес с нее на вторую ногу и делает еще один шаг. Выходит, верхняя часть тела человека движется в то время как одна нога покоится. Аналогично ведет себя шина, только она делает много-много маленьких шажочков, перекатываясь с одного элемента шины на другой, и каждый из них в момент переката покоится относительно дороги. Соответственно, во время качения между шиной и дорогой действует сила трения покоя.

Если же пятно контакта начинает двигаться относительно дороги, то это означает скольжение шины, и здесь трение покоя переходит в трение скольжения.

А трение качения — совершенно иной вид трения, возникающий из-за деформации шины и направленный всегда в сторону против направления качения. Чем больше деформация шины, тем выше трение качения. Поскольку спущенная шина деформируется больше накачанной, то напрашивается простой вывод: следите за давлением в шинах и поддерживайте его, согласно указаниям в руководстве пользователя автомобиля. То есть трение качения — паразитный вид трения, от которого, кстати, зависит расход топлива. Если силу трения покоя шины с дорогой конструкторы пытаются увеличить, то силу трения качения всегда пытаются уменьшить.

Выходит, сцепление шины с дорогой — сила трения покоя, и она не зависит от ширины шины и площади пятна контакта.

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.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Сцепление шины с дорогой

Сцепление шины с дорогой оказывает большое влияние на процессы движения и управляемости автомобиля. Автомобиль движется благодаря силе трения покоя в области контакта шины с дорожным полотном. Чем сильнее сцепление, тем лучше машина ведет себя на поворотах.

Коэффициент сцепления шин с дорогой

Коэффициент сцепления, называемый также коэффициентом трения покоя в зоне контакта шины с дорогой, определяется скоростью движения автомобиля, состоянием шин и состоянием поверхности дороги (см. табл. «Коэффициенты трения покоя для пневматических шин на различных поверхностях дороги» ). Приведенные в таблице данные применимы для асфальтобетонных и гудронированных щебеночных покрытий в хорошем состоянии. Коэффициент трения скольжения (при заблокированных колесах) обычно ниже, чем коэффициент сцепления.

Износ до глубины протектора ⩾ 1,6 мм

Специальные резиновые составы, используемые в шинах для гоночных автомобилей, позволяют обеспечить коэффициент сцепления вплоть до 1,8.

Аквапланирование

Аквапланирование сильно влияет на контакт шины с дорогой. Это такое состояние, при котором пленка воды разделяет шину и поверхность дороги (рис. «Аквапланирование» ). Оно происходит, когда давление клина воды, не вытесненной из зоны контакта шины с дорогой, поднимает шину над дорогой. Склонность к аквапланированию зависит от толщины водяной пленки на дорожной поверхности, скорости движения автомобиля, формы рисунка протектора, его износа и давления, оказываемого шиной на дорогу.

Широкопрофильные шины более подвержены аквапланированию. Аквапланирующий автомобиль не может передавать на поверхность дороги силы, требуемые для управления и торможения, что может стать причиной заноса.

Ускорение и торможение

Автомобиль может ускоряться (разгоняться) или замедляться (затормаживаться) с постоянной интенсивностью, когда величина а остается неизменной. Для условий, когда начальная или конечная скорость равны нулю, используются уравнения, приведенные в табл. «Ускорение и торможение».

Максимально допустимые ускорения и замедления

Когда тяговые или тормозные силы на колесах автомобиля не превышают силы сцепления шины с дорогой (сцепление еще существует), зависимости между углом продольного уклона дороги а, коэффициентом сцепления и максимальным ускорением или замедлением имеют вид, приведенный в табл. «Ускорение и замедление» и «Достижимое ускорение». Реальные значения рассматриваемых параметров всегда оказываются меньше, так как не все шины автомобиля одновременно обеспечивают максимальное сцепление с дорогой при каждом ускорении (замедлении). Электронные системы ABS, TCS, ESP обеспечивают поддержание величины тягового усилия вблизи максимального коэффициента сцепления.

При расчетах ускорения и замедления применяется коэффициент к-отношение нагрузки, приходящейся на ведущие или затормаживаемые колеса, к общей массе автомобиля. Когда на все колеса действует сила тяги или тормозная сила, к = 1. При распределении нагрузки 50% к = 0,5.

При торможении автомобиля на подъеме (+): а_mах = 4,5 м/с 2 ,

При торможении на уклоне (-): а_mах = 1,5 м/с 2 .

Работа и мощность

Мощность, требуемая для получения заданного ускорения (замедления), изменяется в соответствии с изменением скорости движения автомобиля (см. табл. «Работа и мощность» ). Мощность, необходимая для движения с ускорением, равна:

P -выходная мощность двигателя

P_w — мощность, расходуемая на движение.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий Отменить ответ

Главы

Энциклопедия техники (19)
История автомобиля (20)
Полезные советы (3)
Действующие единицы (1)
Законы физики в автомобиле (15)
Математическое моделирование в автомобилестроении (3)
Материалы для автомобилестроения (10)
Рабочие жидкости (5)
Детали машин (6)
Способы соединения деталей (8)
Физика автомобиля (10)
Двигатели внутреннего сгорания (24)
Диагностика двигателя (8)
Нормы контроля и диагностики токсичности отработавших газов (17)
Системы управления бензиновыми двигателями (11)
Работа двигателя на альтернативных видах топлива (2)
Системы управления дизельными двигателями (9)
Альтернативные виды приводов (3)
Трансмиссия (47)
Системы шасси (18)
Управление шасси и активная безопасность (6)
Кузова автомобилей (10)
Пассивная безопасность (1)
Системы охраны автомобилей (1)
Охранные автомобильные системы (1)
Электрооборудование автомобилей (11)
Свечи зажигания автомобилей (6)
Автомобильная электроника (21)
Системы комфорта и удобства (2)
Пользовательские интерфейсы (3)
Системы повышения безопасности дорожного движения (7)

О справочнике

За последние время автомобилестроение превратилось в чрезвычайно сложную отрасль. Все труднее и труднее становится представить всю отрасль в целом, и еще сложнее постоянно следить за направлениями, которые важны для автомобилестроения. Многие из этих направлений подробно описаны в специальной литературе. Тем не менее, для тех, кто впервые сталкивается с данными темами, имеющаяся специальная литература не представляется легкой и тяжело усваивается в ограниченные сроки. В этой связи этот «Автомобильный справочник» будет очень кстати. Он структурирован таким образом, чтобы быть понятным даже для тех читателей, которые впервые встречаются с каким-либо разделом. Наиболее важные темы, относящиеся к автомобилестроению, собраны в компактном, простом для понимания и удобном с практической точки зрения виде.

Красивый протектор — хорошее сцепление. Миф или нет?

Автовладельцы часто выбирают шины, руководствуясь принципом: «Протектор красивый — будет хорошо держать дорогу, надо брать!» В большинстве случаев такая зависимость действительно есть, но истинная причина хороших характеристик шины кроется в основном в другом.

«Хорошо летать могут только красивые самолеты».

Авиаконструктор А.Н. Туполев

Для начала разберемся, какие бывают типы протектора шин и за что конкретно отвечают его элементы.

Зимние шины

Солидные производители выводят на рынок полную линейку зимних типов шин. У них присутствуют шипованные и нешипованные модели, шины для мягкой «европейской» зимы и для суровых морозов. Используются направленные и ненаправленные, симметричные и асимметричные рисунки протектора.

Разберем, как именно работают те или иные конструктивные решения, на примере продукции одного из самых именитых производителя шин в мире — компании Continental.

Шипованные

Шипованные шины применяют в регионах, где часто встречаются обледенелые дороги или где приходится ездить по укатанному снегу. Шипы обеспечивают хорошее сцепление шины с ледяной или плотно укатанной снежной поверхностью за счет прокалывания слоя и механического зацепления шипа подобно тому, как шестеренка зацепляется за зубчатую рейку.

Раньше шипы на шину устанавливали всего в несколько рядов, так, что проскользившая шина оставляла всего 4-6 канавок от шипов на льду. Но у современных покрышек шипы расположены по куда более сложной схеме и количество «царапин» на льду может составлять 16-20 штук. Некоторые производители применяют шипы разных типов на одной шине — в зависимости от места их установки в протекторе.

Есть и другие способы улучшить сцепление с дорогой. К примеру, при создании шин IceContact™ 3 больших размеров (от 17 дюймов) производитель применил еще одну инновацию. Корпус шипа изготовлен из резины. Парадокс? Нет. Просто хорошо подобранная, достаточно плотная резина, с одной стороны, очень хорошо удерживает металлическую часть шипа и вместе с тем обладает отличным «сродством» с материалом, из которого изготовлена сама шина. Такая технология получила название ContiFlexStud™. Шум от таких шипов несколько ниже, чем от обычных. Да и к дорожному покрытию шины с такой конструкцией шипов относятся бережнее. И ходят такие шипы дольше, чем обычные.

«Обычные шипы не способны полностью проникнуть в лед на дороге, потому что им мешает жесткое алюминиевое тело. Наши обрезиненные шипы ContiFlexStuds позволяют твердосплавным наконечникам глубже вонзаться в лед. В результате каждый из этих новых шипов обеспечивает примерно на 7% большее сцепление со льдом, а это означает серьезный прорыв в сфере активной безопасности», — говорит глава отдела разработки зимних шин компании Continental Марко Джеллингс.

Нешипованные

Трудно представить себе высокоскоростной спортивный автомобиль, скребущий асфальт шипами. На таких машинах зачастую выезжают «в охотку», когда зимние дороги немного подсыхают. Для подобных условий в линейке хорошего производителя найдутся нешипованные шины, или так называемые «липучки».

На примере этой шины разберем сразу несколько конструктивных особенностей. Широкие продольные канавки протектора хорошо отводят снежно-водяную кашу, предотвращая слэшпленинг — «всплывание» колеса при быстром движении, вплоть до полной потери контакта с дорогой из-за образовавшегося между ними клина из снежно-водяной каши. А еще такие продольные канавки способствуют хорошей курсовой устойчивости. Поперечные канавки, наоборот, относительно узкие — это обеспечивает достаточную жесткость блоков протектора и как следствие более эффективное торможение. Крупные блоки во внешней плечевой зоне увеличивают пятно контакта, что особенно важно при маневрировании. А еще вы, конечно, заметили асимметричный рисунок протектора.

Совет ЗР:

При выборе типа зимних шин во многом приходится ориентироваться на большинство. Ведь, согласитесь, если большинство автомобилей в регионе снабжено шипами, то и при покупке шин для своей машины лучше выбрать такие же. Ну, чтобы обеспечить себе сопоставимый тормозной путь и никого не «догнать». Таков, например, Московский регион. Большинство здесь ездит на шипованной резине, и это подтверждает статистика продаж. А вот на всем Дальнем Востоке нашей страны, наоборот, предпочитают «липучки». Да и в целом для регионов, в которых оттепели довольно часты, зимой целесообразно применять нешипованные шины.

Всесезонные шины

Всесезонные шины должны обеспечивать безопасность и высокую экономичность круглый год. К примеру, в протекторе шин AllSeasonContact™содержится специальные полимерные материалы и двуокись кремния для лучшего сцепления с зимними дорогами. Явно выраженный направленный рисунок протектора хорошо отводит снежно-водяную кашу зимой и предотвращает аквапланирование летом.

Совет ЗР:

Решение приобрести «всесезонки» во многом компромиссное. Но есть в России столь теплые регионы, где применение таких шин оправданно. На них можно ездить с начала осени и до конца весны. Ну а на лето – переобувать машину в летние шины (при желании). Весной и осенью к преимуществам всесезонных шин можно отнести несколько лучшую проходимость по скользким грунтовым дорогам, чем у летних шин. Темп износа на «теплых» (выше 0 градусов) дорогах далеко не так велик, как у зимних шин, из-за более твердых протекторных смесей. А вот жителям северных округов можно использовать всесезонные шины с начала весны и до конца осени. Такие шины хорошо «гребут» по грязи. Ну а к зиме можно их заменить на зимние шины.

Летние шины

Летом скорости выше, чем зимой. Но требования к летним шинам предъявляются почти такие же, как и к зимним: высокое сцепление с дорожным покрытием, низкий уровень шума, топливная экономичность.

Для скоростных автомобилей создают особые летние шины. В таких покрышках Continental применяется фирменная резиновая смесь Black Chili. Она обеспечивает максимальное сцепление с дорогой за счет применения частиц сажи наноразмера. Эта технология позволяют протектору шины значительно быстрее деформироваться, принимая форму поверхности дороги и тем самым улучшая сцепление. Крупные блоки протектора обеспечивают точность руления и высокую поперечную устойчивость в поворотах. Центральная дорожка шины, окруженная широкими канавками, способствует прекрасной курсовой устойчивости.

В нашей стране значительную часть автопарка составляют компактные автомобили с 13-14 дюймовыми колесами. Для их владельцев важны долговечность шины, короткий тормозной путь на сухой и мокрой дороге, да и проходимость по грунтовке не помешает. Вот как выглядит рисунок протектора у шин с такими характеристиками:

На примере этих разноплановых шин в идно, что отличные эксплуатационные качества шин идут в ногу с очень симпатичными рисунками протектора. Тесты, проведенные «За рулем», подтверждают, что шины, занимающие призовые места, всегда обладают привлекательным рисунком протектора. Но надо не забывать и о технической стороне вопроса. К примеру , летние шины с широкими продольными канавками хорошо отводят воду, а значит на таких покрышках будет комфортно передвигаться в дождливую погоду. А вот направленный и симметричный рисунок протектора встречается в линейке именитых производителей все реже. Вероятно, такой тип протектора со временем останется лишь в бюджетном сегменте. В случае с более дорогими покрышками рисунок протектора все замысловатее, чаще направленный и асимметричный — это делает шину эффективнее, особенно при движении на высоких скоростях.

ЛЕКЦИЯ 5. Шина. Сцепление с дорогой: езда на пределе зацепа. Перекрестная работа органами управления.

Для начала нам нужно усвоить тот очевидный факт, что любая шина имеет свои, специфические, характеристики. В первую очередь, они выражаются, так скажем, в качестве и количестве сцепления с дорогой. Если мы превышаем лимит зацепа, наш автомобиль начинает скользить – либо он плужит наружу поворота, либо его заносит (вспомним предыдущую лекцию: о недостаточной и избыточной поворачиваемости).

Вновь о «плавно, но быстро»

Чем плавней (не медленней, но именно – плавней!) мы управляем автомобилем, тем проще контролировать предел зацепа. Шина выходит на рабочий режим, достигает предела своих возможностей только при грамотной и аккуратной работе с ней. Другими словами, если при входе в поворот мы импульсивно дергаем руль или резко бьем по педали тормоза, панически испугавшись скорости входа, — мы не оставляем шинам ни единого шанса зацепиться за дорогу. В таком случае ни о каком «держаке» говорить не приходится в принципе. Итог предсказуем и закономерен – снос передней оси наружу поворота или занос кормы нашего карта. То есть опять же недостаточная или избыточная поворачиваемость.

Запомним: все, что мы делаем за рулем автомобиля, — мы делаем плавно, но быстро.

Мы поворачиваем руль плавным и быстрым движением, — но не резким рывком. Мы тормозим, сжимая педаль тормоза и отпуская ее, — но не паническим ударом по ней. Мы ускоряемся, плавно и быстро нажимая на газ, — но не стихийно включая кнопку.

Даже если нам кажется, что, пилотируя карт резко и размашисто нервно, скользя вдоль и поперек трассы, мы сегодня можем двигаться быстрее, ни в коем случае не нужно поддаваться этому заблуждению. Попытка ехать быстро, не понимая и не чувствуя органы управления автомобиля, его баланс, — ошибка. Это тупиковая ветвь развития! Мы сами не заметим, как нервный и резкий пилотаж скользящим картом станет бессознательной привычкой, между тем как телеметрия будет объективным и бесспорным доказательством того, что мы не способны ускоряться.

Итак, наша цель – научиться плавно обращаться с органами управления карта, постепенно убыстряя и согласуя движения рук и ног. Скорость на треке придет потом, вместе с практикой. Когда наши движения станут достаточно плавными и быстрыми, кроме того – доведенными до автоматизма. Когда нам не придется задумываться перед каждым поворотом, что же нам делать со своим телом.

Именно в этот момент классический вопрос учеников: «Почему, когда едешь ты, кажется, что карт вообще не скользит и все легко и просто! А когда за руль карта садимся мы, все оказывается боком и раком, то бишь смешно и медленно?» — как правило, исчерпывает сам себя.

Сцепление с дорогой: езда на пределе зацепа, Traction Circle и Trail Braking

Прежде всего, давайте введем понятие Traction Circle — графическое представление о работе шин на пределе их возможностей в ходе торможения, поворота и ускорения.

Говоря весьма упрощенно, Traction Circle («круг максимального зацепа») позволяет нам понять, как распределяется предел работы шины при торможении, повороте руля и последующем ускорении автомобиля. В ходе каждого из этих процессов на автомобиль действуют центробежные силы. Учитывая этот факт, давайте примем во внимание, что шины имеют некую предельную «величину» зацепа. Например, если на автомобиль массой около 1 тонны действует центробежное ускорение в 1 g, то предельную величину зацепа шины условно обозначим через величину 1.1 g. Другими словами, шины нашего автомобиля на пределе своих возможностей способны тормозить при максимальном ускорении 1.1 g, поворачивать при 1.1 g и разгоняться при тех же 1.1 g. Если мы превысим этот барьер, шины начнут скользить, что приведет либо к недостаточной, либо к избыточной поворачиваемости автомобиля. Если мы понизим планку максимальной возможности шины, мы будем двигаться по трассе медленнее объективных возможностей.

В этом смысле, графически преодоление поворота выглядит следующим образом: если мы тормозим – поворачиваем – ускоряемся правильно, линия нашего движения будет следовать за дугой «Traction Circle», сигнализируя о том, что мы управляем картом на пределе возможностей шин.

С точки зрения изменения действия сил на автомобиль (в данном случае от момента торможения до точки входа в поворот) возможны два варианта перехода от одной предельной величины зацепа шин (торможение) к другой (поворот):

Мы можем, достигнув крайней точки торможения (наши условные 1.1 g), отпустить педаль тормоза; затем повернуть в поворот, где наши шины вновь достигнут предельного уровня зацепа при тех же 1.1 g.
Мы способны плавно и быстро отпускать педаль тормоза уже при входе в поворот, одновременно плавно и быстро увеличивая угол поворота руля.

В первом случае нас ожидает пусть и мимолетный, равный сотым долям секунды, период, когда шины работают не на своем пределе. И это – потеря времени, совершенно не важно, подчеркнем, насколько она мимолетна.

Второй сценарий развития событий, очевидно, быстрее. В силу того, что, не позволяя шинам «расслабиться» ни на долю секунды, мы постоянно остаемся на максимально возможном радиусе «Traction Circle». Кроме того, во втором случае мы управляем картом куда более плавно, что гарантирует как стабильность автомобиля, так и максимальную скорость в повороте.

Запомним: плавное и быстрое отпускание педали тормоза при одновременном плавном и быстром увеличении угла поворота руля при входе в поворот – называется Trail Braking. Это – наиболее быстрый и правильный способ преодоления виража.

Иначе: представим себе, что максимально допустимое торможение на прямой – это 100 процентов. Плавно и быстро отпуская педаль тормоза и одновременно увеличивая угол атаки поворота, мы действуем таким образом: 90 процентов торможения = 10 процентов поворота руля; 75 процентов торможения = 25 процентов «рулежки»; 50 = 50… и так далее.
Более того, мы можем, а главное должны, начать ускорение сразу после апекса, то есть в тот момент, когда мы «распускаем» карт наружу поворота. А именно: 90 процентов поворота руля = 10 процентов нажатия на газ; 75 процентов обратного руления = 25 процентов газа; 50 = 50… etc.

Только таким образом мы сохраним непрерывность нашего движения по окружности Traction Circle.

Перекрестная работа органами управления

Ключевое положение для понимания Traction Circle – перекрестная работа органами управления автомобилем. Мы должны учиться пилотировать на пределе, перекрывая торможение поворотом руля; а «роспуск» карта – нажатием на педаль газа. Только так можно удерживать шины на пределе их сцепления с дорогой, на максимально возможном для нашего автомобиля радиусе Traction Circle.

Нам важно представлять педали газа и тормоза в прямой взаимосвязи с рулем карта. Чем больше угол поворота руля, тем слабее наше нажатие на педали тормоза или газа. И наоборот: чем активнkttее мы тормозим или ускоряемся, тем на меньший угол должен быть повернут руль.

Чересчур большой угол поворота рулевого колеса вкупе с активным нажатием на педаль тормоза или газа неизбежно приведут к тому, что шины превысят максимально возможное количество сцепления с покрытием. А значит, мы столкнемся с эффектом недостаточной или избыточной поворачиваемости.

Резюме

Все, что мы делаем за рулем автомобиля, — мы делаем плавно, но быстро.

Плавное и быстрое отпускание педали тормоза при одновременном плавном и быстром увеличении угла поворота руля при входе в поворот – называется Trail Braking. Это – наиболее быстрый и правильный способ преодоления виража. Более того, мы можем, а главное должны, начать ускорение сразу после апекса, то есть в тот момент, когда мы «распускаем» карт наружу поворота.

Мы должны учиться пилотировать на пределе, перекрывая торможение поворотом руля; а «роспуск» карта – нажатием на педаль газа. Только так можно удерживать шины на пределе их сцепления с дорогой.

Коэффициент сцепления шин с дорогой — что это, на что влияет, как обозначается

Автомобильная шина отвечает за безопасность движения. В зависимости от покрытия подбирают варианты резины, обладающие наилучшим сцеплением в конкретных условиях. При выборе нужно учитывать коэффициент сцепления шины с дорогой.

Что такое индекс сцепления шин с дорогой

Одним из важнейших параметров любой авторезины является коэффициент сцепления шины. Он показывает силу, которая противостоит скольжению колеса относительно дорожного покрытия. При этом, параметр равняется силе трения, которая возникает в пятне контакта покрышки с дорогой.

Для дорог с грунтовым или другим неустойчивым покрытием, показатель уровня сцепления может отличаться.

На автошине маркируется словом Traction. Рядом с этим словом проставляется буква, соответствующая конкретному индексу. Всего используется три варианта показателей:

A – показывает самый лучший уровень для шины этого класса;
B – средний показатель.
C – минимально допустимый параметр.

Иногда встречается обозначение «AA». Оно характерно больше для спортивных покрышек, говорит об улучшенном коэффициенте сцепления.

Как измеряется коэффициент шины с дорогой

Стоит разобраться, как рассчитывается и измеряется индекс сцепления шины, обычно он показывается в виде коэффициента. Замеры производятся в строгом соответствии с регламентом, определенным:

ГОСТ 30413–96;
ГОСТ Р 50597-93;
ОДН 218.0.006-2002.

Перед началом работы требуется проверить уровень сцепления самой дороги. Для этого замеряется этот параметр с помощью динамометрического прибора, обязательно перед этим асфальт смачивается. Эти данные позволяют отсечь влияние, которое оказывает конкретное покрытие на шину, уменьшив показатель сцепления на полученную величину.

Непосредственно шина тестируется следующим образом.

Покрышка накачивается до давления 1,65 кг/см2. Но, если тестируются типы шин с другими требованиями, давление может отличаться.
Накаченная автошина монтируется на прицеп, имеющий смонтированное измерительное оборудование. Общая масса прицепа 984 кг, соответственно на одну покрышку приходится нагрузка в 492 кг.
Для проведения теста прицеп буксируют по мокрому асфальту со скоростью 65 км/ч. Далее резко тормозят до блокировки колеса прицепа. В этот момент и замеряют коэффициент сцепления.

Окончательные данные получаются путем расчетов, где учитываются параметры конкретного асфальта, замеренные перед тестом.

В зависимости от многих показателей, таких как загрязненность, температура и прочее, асфальт может оказывать разное влияние на коэффициент сцепления шины.

Как рисунок протектора влияет на индекс сцепления

На практике очень большое значение на индекс сцепления оказывает протектор. Именно от него во многом зависит, насколько будет эффективна шина в сложных дорожных условиях. Рассмотрим несколько примеров.

Если на улице дождь, дорога будет мокрая. При этом, на асфальте постоянно находится небольшое количество воды. Этого вполне достаточно для эффекта аквапланирования, и снижения сцепления. От того, насколько эффективно будет отводиться вода из пятна контакта, напрямую будет зависеть коэффициент сцепления. Наличие водоотводящих канавок на протекторе значительно улучшает качество работы автошины.
Ламели, на протекторе также усиливают сцепление. Особенно это проявляется на снегу, обледенелой дороге. Там также образуется пленка воды, ламели эффективно ее отводят, также помогают протекторным блокам плотнее прилегать к покрытию.
На качество сцепления оказывает влияние и размер блоков протектора. Тут нужно учитывать особенности дорожного покрытия, в одних случаях лучший показатель будет у крупных «шашек», в других лучше поведут себя мелкие шины.

Нужно учитывать, что коэффициент сцепления замеряется в сравнении с определенным типом шин и протектора. Для дождевой резины и шин, созданных для сухой дороги, показатель «A» будет разным в условиях, например, дождя.

Как ширина профиля влияет на сцепление шины с дорогой

Среди водителей ходит ошибочное мнение, что ширина покрышки влияет на качество сцепления. Считается, что при большей ширине увеличивается площадь контакта, это и улучшает эффективность сцепления. Это неверно.

Чем шире площадь контакта, тем меньше давление, которое оказывает колесо на квадратный сантиметр дороги. Соответственно сила трения снижается, и сцепление уменьшается.

Уменьшение показателя незначительно. Можно просто его не учитывать, считая, что ширина ската не оказывает влияния на сцепление.

Влияние температуры на сцепление

Температура покрытия оказывает значительное влияние на сцепление. Резина становится мягче или жестче при изменении температурного режима. Тут еще нужно учитывать, что шина сама нагревается при движении.

В общих чертах можно сказать, что для зимней авторезины, при понижении температуры от +5° до -15° коэффициент будет увеличиваться, а при более низких температурах уменьшаться. Для летней резины схожий процесс будет наблюдаться при увеличении температуры до +30°, после чего показатель станет снижаться.

Коэффициент сцепления шины важный параметр, оказывающий влияние на безопасность движения. Он указывается на боковине каждой покрышке, но водителю нужно помнить, что на практике сцепление отличается от полученных на тестах результатов.

Как разбортировать бескамерное колесо?