На чем держится жизнь автомобиля? Вопрос
это не праздный: ведь куда ценнее любой престижной иномарки жизнь тех
людей, которые на ней едут. О контакте шины с дорогой и безопасности
движения автомобиля рассказывает профессор МАДИ Вадим Янчевский.
Толщина
обычной радиальной низкопрофильной шины легкового автомобиля в самом
тонком ее месте составляет примерно 5 мм, а на самых современных шинах
- еще и того меньше. Даже у грузовых шин она редко превышает величину в
10 мм. И вот на этот тонкий слой давит многокилограммовой тяжестью и
сам автомобиль, и все, что в нем находится. И при резком разгоне, и при
резком торможении все усилия от двигателя и трансмиссии через диск
колеса передаются к протектору, "держащемуся" за дорогу, именно через
эту тонкую боковину. В нормальных условиях она свое предназначение
честно выполняет: заложенная при изготовлении прочность и давление
воздуха, закачанного в нее (для легковых автомобилей это 2.1 -2,3 bar),
обеспечивают ей требуемую надежность. Но если давление воздуха не
поддерживается на требуемом уровне, если часты удары шины о бордюрный
камень тротуара, то обнажение металлических нитей корда, появление
вздутий или даже разрыв шины во время движения автомобиля - далеко не
полный список неприятностей, которые могут приключиться с шиной из-за
неправильной ее эксплуатации.
Привычное устойчивое движение
автомобиля по дороге может вдруг внезапно измениться, потому что шины
из-за стечения ряда неблагоприятных факторов вышли из-под контроля
водителя. Вот наиболее характерные случаи.
Автомобиль с
большой скоростью движется по дороге, покрытой слоем воды (например,
при сильном дожде). В какой-то момент шины могут потерять контакт с
дорогой и "всплыть". Такое явление называется аквапланированием.
Происходит это в условиях, когда шина уже не успевает выдавливать
из-под себя в стороны слой воды. Чем толще этот водяной слой, чем
меньше расчлененность рисунка протектора, его остаточная высота, чем
ниже давление воздуха в шинах, - тем меньше скорость движения, при
которой наступит аквапланирование.
Испытания показали, что
шина на мокрой дороге гонит перед собой вал воды, и давление в нем
доходит до 2 bar. Высота его может быть от 1 до 3 см. При ширине
протектора легковой шины примерно 15 см усилие, с которым водяной клин
вдавливается между шиной и дорогой, может достичь 30-40 кг.
На
изношенных шинах при толщине водяной пленки на дороге всего в 1 мм
аквапланирование может наступить при скорости около 100 км/ч.
Экстренное торможение автомобиля к мгновенному прекращению этого
явления не приводит. Да и не до торможения уже, потому что автомобиль
"крутит" по дороге как попало.
У заднеприводного автомобиля
аквапланирование, как правило, вначале происходит с передними колесами.
Опытный водитель момент, предшествующий этому, может почувствовать.
Руль становится "мягким", упругости (реакции дороги) не ощущается.
Скорость можно и не увеличивать, но достаточно на дороге встретить лужу
чуть поглубже - и... читай все вышесказанное с начала. У
переднеприводного автомобиля (примем для простоты, что шины на нем
стоят те же, что и на заднеприводном) аквапланирование, как правило,
начинается с задних колес. Поскольку передние колеса являются ведущими
и "вытягивают" автомобиль, водитель ничего подозрительного может сразу
и не заметить - и даже без особых последствий продолжать увеличивать
скорость. Но достаточно при этом незначительного притормаживания
автомобиля, - можно даже просто "сбросить газ , - как машину развернет
на дороге.
Для предотвращения аквапланирования, - хотя любая
шина в предельных условиях входит в этот режим, - разработчики
изготавливают шины с большим расчленением рисунка протектора, с
направленностью вращения, с изменением его поперечной профильности. Все
это дает положительный эффект. Но на обычных дорогах эксплуатационные
характеристики этих шин (темп износа, тормозной путь, расход топлива)
зачастую бывают хуже.
Следует также предостеречь тех, кто по
ошибке или из-за халатности установит шину с направленным рисунком
против рекомендуемого направления движения. По канавкам протектора, -
которые при контакте с дорогой становятся водоотводными, дренажными, -
вода будет принудительно "закачиваться" в центр пятна контакта, а не
отводиться оттуда.
На сухой дороге при пониженном давлении
воздуха в шине и большей скорости движения возможно вхождение шины в
режим критической скорости качения. Иногда достаточно нескольких минут
движения в этом режиме, чтобы совершенно нормальная шина разорвалась на
части.
Процессы, проходящие в шине, весьма сложны. Очень, очень
упрощенно их можно попытаться объяснить следующим образом. Когда шина
входит в контакт с дорогой, она деформируется. Это происходит до
середины пятна контакта, и на этот процесс расходуется часть мощности
двигателя. После прохождения шиной центра пятна контакта, она
раздеформируется на дорогу, отталкивается от нее. Большая часть
затраченной энергии возвращается. Остальная тратится на внутреннее
трение в шине. Чем ниже давление воздуха в шине, тем больше потери, -
накат автомобиля меньше, расход топлива больше.
При скоростях,
на которые шина не рассчитана, она не успевает раздеформироваться на
дорогу. Произойдет это в свободное пространство. А поскольку шина -
элемент упругий, возникают колебания, усиливаемые каждым следующим
элементом протектора, выходящим из пятна контакта. Вся оболочка шины
входит в резонанс, на ней появляются стоячие волны. Быстро повышается
температура шины, до 100 и более градусов, ослабевает прочность резины,
ее связь с кордом. В конце концов шина разрушается.
Скоростные
свойства шины заложены в ее конструкции. К каждой модели автомобиля
шины подбираются, наряду с другими характеристиками, и по скоростному
режиму. Но если давление воздуха в шине ниже нормы, критическая
скорость наступает при скорости меньшей, чем та, которая указана на
шине. С целью обеспечения большей безопасности движения согласно ГОСТ
4754 рекомендуется, например, для легковых автомобилей при предстоящем
длительном движении на повышенных скоростях давление воздуха в шинах по
сравнению с нормативом повысить на 0,03 МПа (0,3 bar).
Большое
влияние на безопасность движения автомобиля, на его управляемость
оказывают процессы, связанные с возникновением бокового увода, т. е.
отклонения автомобиля от заданного передними колесами направления
движения. Чаше всего боковой увод является следствием повышенной
эластичности шин при сниженном давлении и действия на автомобиль
боковой силы, - например, сильного бокового ветра в местах разрыва
зеленых насаждений (лесополос) вдоль дорог, на перекрестках,
путепроводах и т. д.
Шина деформируется в поперечном сечении
относительно первоначального положения пятна контакта. И хотя
прямолинейное положение передних колес не меняется, автомобиль сносит в
сторону. Для водителя это может оказаться неожиданностью.
Вероятность
бокового увода автомобиля возрастает при повышенной эластичности шин
передних колес по сравнению с задними. Поэтому не рекомендуется
устанавливать на переднюю ось автомобиля радиальные шины, а на заднюю -
диагональные. По этой же причине недокачанность передних шин опаснее,
чем задних.
При больших скоростях движения даже на сухих дорогах в
задней части пятна контакта шины начинается проскальзывание элементов
протектора относительно дороги. Темп износа протектора возрастает, а
устойчивость автомобиля ухудшается.
При большой скорости на сухой
дороге задняя часть пятна контакта держит дорогу плохо. Автомобиль
попадает в полосу начавшегося дождя, и под шину начинает проникать
водяной клин. Держит теперь дорогу только центральная часть пятна
контакта. Начало дождя, как правило, сопровождается сильными порывами
ветра, - и, если шины недокачаны, снос автомобиля уже вероятен. При
интенсивном движении это может иметь печальные последствия.
При
этом следует знать, что если на мокрой дороге по сравнению с сухой
коэффициент сцепления шины ниже примерно на 25 %, то в первые минуты
дождя он снижается на 50 % - сказывается действие смоченной водой пыли.
Чистой дороги тебе, водитель!
|
