Сцепление шины с дорогой

Движение и эффективность управления ТС зависит от множества факторов. Один из них – сцепление шины с дорогой.

Что такое?

Машина приводится в движение несколькими физическими силами. Первая – сила тяги, сообщаемая двигателем и рулевым механизмом. Вторая – сила трения между резиной и трассой. В этом случае она называется сцеплением. Формула выглядит так:

Рсц = ФGk.

Рсц – сила сцепления, кгс.

Ф – коэффициент сцепления.

Gk – сцепной вес, кгс.

Чтобы колёса ехали, а не скользили по покрытию, сила тяги должна быть меньше силы сцепления.

Pk < Pсц

В противном случае шины будут буксовать, а движение будет затруднено. Машиной будет сложнее управлять, увеличится тормозной путь. Худшее последствие — ДТП.

Другие формулы определения

Вторая формула

Р_ф = ф2Z_k2

Р_ф – сила сцепления.

Ф – коэффициент сцепления ведущих колёс.

2Z_k2 – радиальная реакция ведущих колёс.

Формула коэффициента:

X_k / Z_k

X_k – продольная сила скользящего колеса

Z_k – обычная нагрузка на колесо

Необходимость превышения силой сцепления силы тяги изображается следующим образом:

P_k <= ф2Z _k2

Скольжение колёс может быть направлено вдоль или поперёк. В зависимости от этого выделяют коэффициенты продольного и поперечного сцепления – ф_x и ф_y. При вычислении величины сцепления принято использовать последний.

Читайте также: Почти идеальные шины липучки: рейтинг

Закон Амонтона — Кулона

Некоторые эксперты замечают, что все формулы сводятся к закону Амонтона — Кулона

F = µN = µmg

F – сила трения

µ — коэффициент сцепления

N – вес шины и опорной части ТС. Эта сила прижимает их друг к другу.

m – масса покрышки и опирающейся на неё части авто.

g – ускорение свободного падения.

Из этой формулы следует, что сила сцепления равна произведению коэффициента трения и веса конструкции, опирающейся на трассу. Вес представляет собой произведение массы и ускорения свободного падения.

Сцепление является силой трения покоя. Оно препятствует относительному движению пятна контакта колеса и участка дороги. Движение осуществляет протектор, и он создаёт силу трения качения, препятствующую при торможении. Протектор в этом случае скользит по дороге.

Что влияет

Тип трассы

Лучше всего колесо взаимодействует с твёрдой сухой дорогой. С этим покрытием происходит механическое зацепление на молекулярном уровне. Между колесом и твёрдой, но мокрой дорогой образуется грунтово-водная плёнка. Сцепление с деформированной дорогой зависит от внутреннего трения и сопротивления грунта.

Опустили цены ниже нижнего Получите дополнительную скидку 3% по промокоду "блог" и покупайте шины и диски по самому низу

Sailun Atrezzo Elite

В наличии

от 4 357Р

3 200Р Выгода 1157Р

Перейти в каталог

Sailun Atrezzo Eco

В наличии

от 3 620Р

2 790Р Выгода 830Р

Перейти в каталог

Arivo Premio Arzero

В наличии

от 3 350Р

2 590Р Выгода 760Р

Перейти в каталог

Ниже приведена таблица коэффициента в зависимости от типа и состояния трассы.

Тип дороги	Состояние	Коэффициент
Бетон, асфальт	Сухой	0,7…0,8
Влажный	0,5…0,6
С грунтом, грязью	0,25…0,45
Во льду	0,09…0,1
Брусчатка, щебень, булыжник	Сухой	0,6…0,7
Влажный	0,4…0,5
Грунт	Сухой	0,5…0,6
Влажный	0,2…0,4
Грязный	0,15…0,3
Песок	Мокрый	0,4…0,5
Сухой	0,2…0,3
Утрамбованный снег	Безо льда, с насыпанным песком	0,3…0,38
Безо льда	0,22…0,25
Со льдом, с насыпанным песком	0,17…0,26
Со льдом	0,12…0,15

Накачка шины

После накачки покрышки воздухом вначале происходит увеличение, затем уменьшение уровня трения. Слабо накаченная резина лучше сцепляется с дорогой, по причине увеличения площади, соприкасающейся с дорогой. Снижение давления – один из способов улучшения контакта.

Тип и состояние протектора

Каждый тип протектора создан для определённого типа дороги, с которым будет лучше всего сцепляться. Универсальный протектор лучше всего взаимодействует со смешанным типом трассы. Протектор улучшенной проходимости сцепляется с бездорожьем и сложными дорогами. Дорожный рисунок демонстрирует хорошие результаты на твёрдой трассе.

Летняя резина более жёсткая, у неё нет ламелей, но есть водоотводящие канавки и гладкие края. Глубина протектора летней покрышки небольшая. Она предназначена для асфальта и на нём будет показывать лучший результат.

Зимняя покрышка мягкая и имеет грубые острые края. Протектор зимней резины обладает достаточной глубиной, ламелями и глубокими канавками. Это позволяет зацепиться и проехать по снегу и льду. С асфальтом зимняя резина сцепляется плохо, особенно летом.

Грязевые модели оснащены зубообразными выступами, позволяющими укрепиться и преодолеть грязевую дорогу.

Всесезонный вариант не сцепляется ни с летним, ни с зимним покрытием. Их следует избегать при выборе покрышки. Любая резина экономкласса сцепляется с трассой хуже, чем модели премиум-класса. Если водитель располагает деньгами, следует приобрести дорогую резину.

Протектор должен быть в пределах допустимого износа. Стёртый протектор не даст хорошего сцепления с дорогой.

Ниже – таблица коэффициента сцепления (Ф). Значения приведены для пневматических моделей. Тип дороги – асфальтобетон, гудронированная щебёнка в хорошем состоянии.

Скорость, км/ч	Износ протектора	Поверхность трассы
Без смазки	Вода, 0,2 мм	Сильный дождь, вода 1 мм	Лужи, 2 мм
		Ф
50	Нет	0,85	0,65	0,55	0,5
Толщина протектора 1,6 мм	1	0,5	0,4	0,25
90	Нет	0,8	0,6	0,3	0,05
Толщина протектора 1,6 мм	0,95	0,2	0,1
130	Нет	0,75	0,55	0,2	0
Толщина протектора 1,6 мм	0,9	0,2	0,1

Рисунок протектора

Существует несколько мнений насчёт влияния рисунка протектора. Одни утверждают, что рисунок не участвует в сцеплении с дорогой. Доказывается этот аргумент протектором гоночных моделей. Здесь нет рисунка, но гоночная резина отлично сцепляется с дорогой. На дождевой резине рисунок хоть и есть, но трение покоя обеспечивается особым составом резины. Рисунок для первой группы экспертов – лишь маркетинговый ход.

Читайте также: Как рисунок протектора защищает шину и влияет на качество движения

Вторая группа специалистов утверждает, что рисунок способствует хорошему сцеплению с трассой. Каждый тип шины обладает собственным рельефом для определённых условий. Рисунок дождевой шины отводит воду. Рельеф зимней покрышки способствует продавливанию снега и льда.

Мы присоединяемся ко второй группе экспертов. Рекомендуем выбирать рисунок протектора в соответствии с предполагаемыми условиями эксплуатации.

• Симметричный направленный рисунок-«ёлочка» отведёт воду, снег и грязь из пятна контакта. Покрышка будет сцепляться с очищенной дорогой.

Варианты асимметричного рисунка:

• Ненаправленный вариант позволит управиться с авто при резких поворотах и смене скорости.
• Направленный рельеф объединяет возможности двух предыдущих типов.

Нагрузка на колесо

Если на резину дать вертикальную нагрузку, трение покоя немного ухудшится. Это нужно учитывать при подъёме по трапу или на холм.

Распределение веса

В зависимости от нагрузки разных частей автомобиля меняется прижимная сила и трение покоя. При торможении нагрузка приходится на переднюю ось. Трение задней резины уменьшится, но возрастёт у передней. Тормозной путь при этом не уменьшится, но пострадает манёвренность автомобиля.

Если водитель едет по прямой дороге, не допускает резких манёвров, перемены скорости, вес распределится равномерно. В случае перемещения по сложному рельефу, резким рывкам руля и нажатия педалей газа и тормоза вес не будет распределяться равномерно, и хорошего контакта достичь будет сложно.

Водитель должен обладать навыками объезда препятствий. Так удастся сохранить трение в любых условиях.

Пятно контакта

В процессе езды с трассой контактирует часть протектора — пятно контакта, подвергающаяся деформации. Помогает ли большое пятно контакта сцепиться с дорогой?

Большая площадь шины даст большое зацепление за дорогу. Однако увеличится площадь соприкосновения, и давление на покрышку снизится.

Давление на покрышку равно частному веса на площадь.

P = N/S = mg/S

P – давление

N – вес резины, произведение массы на ускорение (mg).

Формула веса: N = PS. Выражение через формулу Амонтона — Кулона F = µPS.

Контакт зависит от своего коэффициента, давления на трассу и площади пятна контакта. Однако давление обратно пропорционально площади пятна. Подставим первую формулу и получим

F = µmgS/S.

Как мы видим, это закон Амонтона — Кулона. Площадь в формуле можно не упоминать.

Читайте также: Остаточная глубина протектора

Адгезия

Адгезия – это приклеивание одного твёрдого тела к другому. Хорошо приклеиться можно к гладкой поверхности без загрязнений. На них достигается большая площадь контакта клейкого предмета. С неровной поверхностью склеить можно только текучий материал, контактирующий с поверхностью достаточно долго.

Резина – не текучий материал. Во время движения она контактирует с трассой очень мало времени. Прилипает к трассе лишь гоночная резина. Она обладает специфическим составом и нагревается при быстрой езде. В этом случае адгезия обеспечивает короткий тормозной путь и хорошую связь с дорогой.

Аэродинамика

Спортивные автомобили, участвующие в соревнованиях, хорошо сцепляются не только благодаря адгезии. Во время заездов они совершают сложные манёвры на высокой скорости. Спорткары имеют антикрылья, отводящие воздух в противоположную от движения сторону. В результате возникает аэродинамическая прижимная сила в 4g. Результат — эффективное управление спорткаром.

Температура

Чтобы резина лучше всего сцепилась с трассой, необходима определённая степень нагрева. Ф растёт по мере нагрева резины, но немного падает при превышении допустимого уровня. Температура покрышки растёт во время езды и совершения манёвров: поворотов, разгонов и торможений. Разогревать шину следует равномерно, не стремясь сразу совершать динамичные движения. Нужно просто дождаться достижения покрышками оптимальной температуры. Разогревом не следует злоупотреблять, поскольку длительное нагревание грозит ускоренным износом резины.

Читайте также: Все о легкосплавных дисках для вашего а/м

Чтобы гоночная шина достигла лучшего контакта с трассой, нагрев должен достичь 80 градусам Цельсия. В этом случае Ф достигнет 1,2. Но если температура покрышки поднимется до 120 градусов, Ф составит 1.

Дорожная покрышка достигнет Ф в 1 единицу при температуре в 60 градусов Цельсия. Если покрышка разогреется до 120 градусов, Ф упадёт до 0,8.

Негативные факторы

Шина ездит по трассе. Поэтому на трение покоя оказывает влияние состояние дороги. Водитель, приспосабливаясь к определённым условиям, не всегда перестраивается под новые.

Заносы песка или снега

Песок может занести на дорогу ветром. Снег выпадает из облаков и/или наносится на дорогу ветром. Эти субстанции не являются дорожным покрытием и препятствуют адекватному перемещению. Если предстоит ехать по снегу или песку, следует выбрать резину с повышенной проходимостью.

Лужи

Участки воды на трассе могут появляться из-за недавнего дождя, таяния снега или неполадок на коммунальных линиях. При соприкосновении с водой контакт с дорогой пропадает полностью. Между колесом и трассой располагается слишком много воды, которую протектор не успевает вытолкнуть. Это явление называется аквапланированием.

Нефтепродукты

На дороге могут быть пролиты производные нефти: мазут, бензин и т. д. Это может произойти из-за неаккуратности при перевозке или переливании нефти. При езде на этих участках резина покрывается едва заметным слоем смазки. Поэтому двигаться здесь нужно с минимальной скоростью.

Гололедица

Лёд на земле появляется в следующих случаях:

• Падение температуры до минусовой после дождя.
• Замерзание луж, тающего снега после окончания оттепели.
• Неполадки в жилищно-коммунальной системе.

Быстрее лёд появляется на открытых участках дороги, мостах. Но если на такие места светит солнце при оттепели, лёд быстрее тает. В любых условиях таяние льда выражено на участках с интенсивным движением. Плохо тает лёд в тени деревьев и других массивных объектов, но образуется быстро.

Читайте также: Как узнать, когда менять резину на зимнюю

Скользкий лёд даёт низкую силу трения. По льду ездить можно, но с малой скоростью, без крутых манёвров и перемен скорости. Следует выбирать прямую траекторию движения. Если гололёд частичный, внешние колёса должны располагаться на сухом покрытии.

Границы с грунтовой дорогой

В этих местах на асфальт попадает грязь и земля с грунтового покрытия. Твёрдая трасса становится невидимой и недоступной к контакту. Если водитель не знаком с местностью, лучше не передвигаться по таким участкам. В крайнем случае следует выбирать покрышки улучшенной проходимостью.

Жара

Нагретый асфальт выделяет связывающее вещество, снижающее силу трения. Также контакт с трассой может нарушиться от нарушения работы систем автомобиля. Жару в этом случае не стоит путать с оптимальной температурой нагрева покрышки.

Дождь, мокрый снег

В начале дождя на трассе образуется слой из топлива, масла и резины, и колёса оставляют характерные полосы. Двигаться во время дождя надо, как во время гололёда. Во время мокрого снега автомобиль двигается по трассе как сани с полированными полозьями. В этом случае нужно быть особенно осторожным.

Покрытие из булыжников

Этот тип покрытия особенно опасен в дождь. Становится явной полировка булыжников колёсами. Автомобиль показывает длинный тормозной путь и слабую манёвренность.

Листва

Опавшие листья проскальзывают под колёсами. Другая опасность – скрытые ямы.

Роль ширины шины

Увеличение ширины шины не даст улучшения контакта с трассой. Колёса мотоцикла значительно уже таковых у автомобиля. Но это ТС управляется не хуже и даже более манёвренно по сравнению с последним.

Возвратимся к формуле давления на колесо. Поставим величину площади перед знаком равенства.

S = mg/P

Площадь участка контакта увеличится от веса, который она принимает. При этом вес нужно разделить на давление шины. То есть давление находится в обратной зависимости от площади.

Деформацию шины, в том числе от недостатка воздуха, предотвращают жёсткие боковины. В такие колёса можно не докачать воздуха, но они в целом сохранят свою форму.

Способы улучшения

Спреи для перемещения по льду

На покрышку можно нанести аэрозоль для улучшения трения со льдом. Это аэрозольные баллончики, продающиеся в автосервисах. Алгоритм применения спрея:

• Очистить шины от грязи и снега.
• Встряхнуть баллончик и нанести аэрозоль на поверхность покрышки. Если на улице сильный мороз, баллончик нужно прогреть.
• Подождать, пока шины не высохнут. На это уйдёт как минимум 3 — 4 минуты. В случае низкой температуры воздуха высыхание продлится дольше.
• Плавно начать движение. Важно не буксовать, поскольку в этом случае аэрозоль слезет с шины и придётся делать процедуру заново.

Спрей увеличит Ф на 30%. Время действия – до 5 минут. За это время можно будет проехать 35-20 км. По причине малого срока действия аэрозоль является вспомогательным способом.

Снижение давления в шинах

Старейший способ улучшения трения. Площадь опорной поверхности спущенной шины выше накаченной.  Благодаря этому увеличивается проходимость и возможность преодолеть место буксования. Водителю необходимо убавить давление в каждой из шин по отдельности. После преодоления проблемного участка важно не забыть вернуть давление к прежнему уровню. В противном случае покрышка будет подвержена износу.

Установка шипов

В покрышку можно установить шипы – саморезы с острыми концами. Они помогут зацепиться за дорожное покрытие. Плохая сторона способа – возможность повреждения покрышки.

Цепь

Цепь следует намотать на колесо перед поездкой. Существуют снеговая и грязевая разновидности, поэтому необходимо определить, какие предстоят условия. Обе разновидности помогут удержаться на возвышениях и разъездах.

Виды цепей:

• Лесенка – простейший вариант для малых участков дороги.
• Ромб – основной вид, обеспечивает постоянный контакт с трассой.
• Соты – самый долговечный и дорогой вид цепи ввиду плотного плетения.

Браслеты

Фрагментарный бюджетный вариант цепи. Для обеспечения управляемости на покрышку достаточно одеть 3 — 4 штуки. Если колесо забуксовало, достаточно одеть один браслет для преодоления препятствия. Лучше всего браслеты преодолевают грязь и укатанный снег. Максимальная скорость передвижения – 50 км/ч по причине значительной центробежной силы.

Читайте также: Как выбрать лучшие всесезонные шины

Браслеты из силикона

Чехол со встроенными шипами. Силиконовый браслет можно одеть как обычный или натянуть как трос вдоль колеса. Если браслет не обладает самонатяжением, необходимо останавливаться и проверять крепление как минимум каждые 20 – 30 минут. С силиконовыми браслетами можно двигаться со скоростью до 80 км/ч.

Ремни

Менее прочный аналог цепи, способный помочь водителю в несложных случаях.

Пластины

Эти элементы носят названия «антибуксы», «траки», «сэнд-траки». Они выполнены из пластика или металла. Трак помещается под буксующее колесо с направлением движения машины. Автомобиль будет отталкиваться от этих элементов.

Увеличение сцепного веса

Чем больше сцепной вес, тем больше давление колеса на дорогу. Увеличиваются прижимная сила и коэффициент сцепления. Чтобы увеличить сцепной вес, нужно сконцентрировать на ведущей оси большую массу. Для этого нужно усадить тяжёлого пассажира или груз, к примеру, мешок картошки. Место погрузки зависит от типа привода авто. В заднеприводном авто массу нужно нарастить на заднем сиденье или багажнике. В переднеприводном следует нагрузить переднее сиденье или капот.

Джутовый мешок

Мешок из этой ткани следует применять так же, как антибуксы. Его подкладывают под забуксовавшее колесо, сообщая ему опору.

Выводы

Сцепление – сила трения покоя между колёсами и трассой, приводящая автомобиль в движение. На сцепление оказывают влияние тип дороги, давление, рисунок и тип шины, нагрузка на шину, распределение веса в машине, уровень нагрева резины. Если покрышка гоночная, сцеплению также способствуют адгезия и аэродинамический фактор.

Неблагоприятные факторы — снег, песок, лужи, дождь, гололёд, жара, листва, разлитые нефтепродукты.

Сцепление можно улучшить многими способами. Можно нанести спрей, надеть на покрышку ремни, цепи, браслеты или шипы. Под шину можно подложить антибуксы или джутовый мешок, от которых она будет отталкиваться. В конце концов, можно снизить давление в покрышке и переместить вес в авто на ведущую ось.

Посмотрите видео на тему сцепления с дорогой