Всё о коэффициенте сцепления шин с дорогой

Как шины влияют на безопасность, когда вы ведете машину по шоссе? Какие факторы помогают предотвратить занос и позволяют контролировать ваш автомобиль при повороте и остановке?

Вопросы безопасности на дорогах включают не только выбор правильной резины, но и учитывают фактор дорожного покрытия, технические характеристики транспортного средства ТС, другие факторы о которых узнаете ниже.

Измерение коэффициента сцепления дорожного покрытия по ГОСТ 50597-93

Исследования проводились динамометрическим приборомПКРС-2, результаты сведены в таблицу, где указаны виды дорожного покрытия и их состояние в зависимости от погодных и климатических условий. С момента ввода этих коэффициентов прошло много лет. Изменились технологии строительства дорог, в частности контактная поверхность дорожного покрытия. Данные таблицы надо рассматривать, как ориентировочные.

Сцепление шин с дорогой

Совершенно ясно, что эти коэффициенты не есть величина постоянная, а зависят от многих факторов:

• тип дорожного полотна, качество состояния;
• состояние шин транспортного средства их скоростные, нагрузочные и другие характеристики, входящие в маркировку;
• скорость движения ТС;
• наличие веществ, снижающих сцепление в зоне контакта поверхности колеса и покрытия (грязь, пролитые ГСМ);
• уклоны и опасные закругления автомобильной дороги.

Коэффициент сцепления между шиной и дорогой является одним из важных факторов, влияющих на безопасность дорожного движения. Состояние деформации шины различается в зависимости от силы торможения, вертикальной нагрузки на колесо.

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.

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.

1. 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 автомобилестроения (20)
• Полезные советы (3)
• Действующие единицы (1)
• Законы физики в автомобиле (15)
• Математическое моделирование в автомобилестроении (3)
• Материалы в автомобилестроении (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)
• Автомобильные кузова (10)
• Пассивная безопасность автомобиля (1)
• Системы охраны автомобилей (1)
• Охранные автомобильные системы (1)
• Автомобильное электрооборудование (11)
• Свечи зажигания (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.

Скорость движения и сцепление шин с дорогой ч.1

Кроме влияния на сцепление шин с дорогой типа и состояния дорожного полотна, существует еще ряд обстоятельств, оказывающих существенное воздействие на величину коэффициента сцепления.

Первое из них — скорость движения. Влияние скорости движения на величину сцепления шин с дорогой известно как у нас, так и за рубежом, однако широкой известности среди водителей и работников, связанных с транспортом, это явление не получило. До сих пор оно не учитывается экспертами авто-техниками при определении причин аварий, связанных с потерей устойчивости и управляемости. Ряд примеров, приведенных ниже, показывают, что пренебрегать этим явлением нельзя.

Дело в том, что с увеличением скорости практически для всех состояний и типов покрытий происходит уменьшение величины коэффициента сцепления. Это объясняется сокращением времени контакта шины с дорогой, когда на данном конкретном участке поверхность протектора не успевает охватить все выступы сухого покрытия, а также выдавить из пятна контакта или неровностей покрытия воду. В результате сцепление шины с поверхностью качения снижается, особенно на мокрой дороге, где между шиной и покрытием остается трудноудаляемая пленка воды толщиною в несколько сотых долей миллиметра (0.025 мм по данным из книги Боровского4). Исключение составляет сухой лед, на котором сокращение времени контакта уменьшает подтаивание, и в результате при увеличении скорости наблюдается незначительный рост сцепления. Снижение сцепления шины с дорогой при увеличении скорости объективно подтверждается приведенными ниже данными чехословацкой фирмы Barum5. На скорости 40 км/час износ шин составляет 175%.

Литературные данные по снижению коэффициента сцепления в зависимости от скорости движения, равно как и коэффициента сцепления при фиксированной скорости движения 60 км/час, у различных исследователей имеют разброс значений. Ниже приводится таблица, составленная по результатам анализа графических материалов, приведенных в работах некоторых авторов. Из нее следует, что даже на сухом твердом дорожном покрытии скорость 120 км/час уже не обеспечивает безопасность движения, т.к. на этой скорости коэффициент сцепления становится ниже 0,4. Следует отметить, что о дальнейшем снижении коэффициента сцепления при скоростях выше 120 км/час данных не имеется. Это обстоятельство и субъективное ощущение опытными водителями поведения автомобиля на скоростях выше 120 км/час позволяют утверждать, что при дальнейшем росте скорости заметного снижения сцепления шины с сухим покрытием не происходит.