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.
Лед и снег: как улучшить сцепление колес с дорогой и выбраться из сугроба
От коэффициента сцепления автомобиля с дорогой зависит то, насколько качественно шина будет соприкасаться со скользким покрытием и удерживать на нем саму машину. Это влияет на комфорт вождения и безопасность езды. Существуют разные советы, как сделать резину более цепкой на льду или при езде по снегу. Расскажем о тех, которые реально работают.
Понизить давление в шинах
Старым проверенным способом повышения проходимости на любом должном покрытии является снижения давления в колесах. Это позволяет увеличить сцепную площадь покрышек с дорогой и существенно повысить вероятность вырваться из западни.
Браслеты на колеса
В настоящее время они являются самым популярным решением среди современных автомобилистов. По сути, это разновидность цепи, распиленной на несколько частей. Обычно необходимо на каждое ведущее колесо надеть по 3 – 4 браслета для того, чтобы полностью покинуть дорожную ловушку.
Браслеты можно предварительно установить на автомобиль, если предполагается ехать по скользким или заснеженным дорогам. В таком случае не придется монтировать их по месту, что может оказаться намного сложнее и отнимет больше времени. Чем больше браслетов будет установлено на колесо, тем легче будет ехать в усложненных условиях.
Недорогие браслеты
Важно знать, что браслеты не относятся к разновидности цепей, поэтому в странах Европы, где указаны соответствующие дорожные знаки, требующие именно наличия последних, на браслетах могут попросту не пустить.
Ремни на колеса
Это специальные накладки, являющиеся упрощенной версией цепей, которые имеют меньшую прочность. Такой вариант способен помочь только в не очень затруднительных ситуациях.
Классические ремни
Это самое эффективное средство борьбы с бездорожьем, в снежной или ледяной ловушке. Срок эксплуатации таких вспомогательных средств значительно выше, чем могут прослужить ремни и браслеты. Монтаж цепей на браслеты рекомендуется осуществлять до того, как автомобиль застрял.
Цепи бывают двух видов:
С их помощью можно удержать автомобиль на дороге при встречном разъезде на дорогах с уклоном.
Использование специальных средств
Если колесо буксует в снегу, чтобы увеличить площадь, достаточно воспользоваться современными приемами. Речь идет о специальных аэрозольных баллончиках. Они имеют состав, позволяющий улучшить сцепление с ледяным дорожным покрытием, хоть и в течение непродолжительного времени.
Аэрозоль может помочь, но не в самых запущенных случаях
Если автомобиль застрял
Если стало ясно, что автомобиль окончательно застрял в снежном перемете, песчаной ловушке или грязи, то необходимо начать думать, что делать. Мощность двигателя не имеет значения. Если просто пытаться газовать, чтобы выехать, то можно застрять еще сильнее, спалить сцепление, что еще больше усугубит ситуацию.
Существует несколько способов улучшить сцепление и выбраться из сугробов
Иногда водители пытаются вернуть сцепление с дорогой с помощью подкладывания веток, досок, салонных ковриков. В отдельных случаях это дает положительные результаты.
Переместить вес в салоне
Сцепная масса является частью веса, которая приходится на ведущую ось транспортного средства. При увеличении этого показателя значительно улучшается проходимость автомобиля. Об этом приеме знают многие автомобилисты.
Если машина застряла, то достаточно пересадить тяжелых пассажиров на тот ряд сидений, который ближе к ведущей оси. Это значительно повысит силу сцепления с дорогой.
Коврики также помогут выбраться из небольших сугробов
Попросить помощи
Самый простой способ, как улучшить сцепление с дорогой зимой, — попросить у кого-то помощи. Этот способ является эффективным, однако далеко не всегда рядом есть тот, кто сможет подтолкнуть, чтобы колеса зацепились за дорогу, а застрявший автомобиль выехал.
Использование подручных средств
Если автомобиль застрял, то можно воспользоваться разными подручными материалами. Они помогут выбраться из снежной или ледовой западни. Например, это может быть джутовый мешок из-под овощей. Достаточно подложить его под колесо, которое пробуксовывает. Обычно этот метод работает и позволяет нормально продолжить движение.
Дорожные траки
Более специализированным аналогом подручным средствам являются специальные автомобильные траки. Они представляют собой набор пластин из профилированного пластика или металла. Дорожные траки являются простыми в использовании: их достаточно установить под ведущие колеса, которые буксуют в направлении движения транспортного средства.
Траки для профи
Этот метод не поможет, если автомобиль уже застрял. Он подойдет тем, кто хочет себя обезопасить и зимой ездить, как летом. Речь идет об установке шипов. Они могут быть:
Первая категория предназначена для того, чтобы заменить вылетевшие из своих посадочных мест шипы. Съёмные – это категория для любителей, поскольку они напоминают собой саморезы с острыми наконечниками.
Идеальным вариантом для сцепления по гололеду являются шипы
Они могут проколоть колесо насквозь, сделав его непригодным для дальнейшего использования. Рекомендовать такое средство сложно.
Заключение
В зимнее время коэффициент сцепления автомобиля с дорогой является очень низким. Поэтому не лишним будет воспользоваться вспомогательными средствами, знать о которых должен каждый автолюбитель. Это могут быть:
- дорожные цепи;
- ремни;
- траки;
- специальные аэрозоли;
- подручные средства.
А какому средству улучшения сцепления с дорогой вы отдаете предпочтение?
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.
Источник https://1gai.ru/publ/519084-ponyatnaya-nauka-sceplenie-mashiny-s-dorogoy.html
Источник https://mycary.ru/how/tips/sceplenie-koles-dorogoj-zimoj.html
Источник https://tires1.ru/koehfficient-scepleniya-shiny/
