Пока все колёса вращаются, тормозные силы, действующие на транспортное средство, могут быть предсказаны с помощью Уравнения (3-19). Тем не менее, тормозная сила может увеличиться только до предела трения сцепления между шиной и дорогой.
Есть два основных механизма, ответственных за трение сцепления, как показано на Рисунке 3.4. Поверхностное сцепление возникает в результате межмолекулярных связей между резиной и заполнителем в дорожном покрытии. Сцепление компонентов является большим из двух механизмов на сухих дорогах, но значительно снижается, когда дорожная поверхность покрыта водой; следовательно, на мокрой дороге трение уменьшается.
Рис. 3.4. Механизмы трения между шиной и дорогой [4].
Механизм запаздывания (гистерезиса) в материале представляет потери энергии в резине, так как она деформируется при скольжении по заполнителю дороги. Трение материала (или гистерезисное) не сильно зависит от воды на поверхности дороги, таким образом, лучшее сцепление на мокрой поверхности достигается с шинами, которые имеют в протекторе высокогистерезисную резину.
И трение сцепления, и гистерезисное трение зависят от скольжения небольшой величины, происходящего при взаимодействии шины с дорогой. Дополнительное скольжение наблюдается в результате деформации резиновых элементов протектора шины, так как они деформируются, чтобы развивать и поддерживать тормозное усилие. Этот механизм проиллюстрирован на Рисунке 3.5. Когда такой элемент входит в контактное пятно шины, он недеформирован. Когда он доходит до центра контакта шины, для поддержания силы трения в шине должна произойти деформация. Деформация увеличивается от передней к задней части пятна контакта шины, а сила, развиваемая каждым элементом, пропорционально увеличивается в направлении спереди назад. При высоком уровне торможения элементы на заднем краю пятна контакта начинают скользить по поверхности, а тормозное усилие от шины может начать снижаться.
Рис. 3.5. Тормозные деформации в пятне контакта.
Из-за этих механизмов тормозное усилие и скольжение проявляются совместно. Сила торможения (выраженная в виде коэффициента F x /F z ) в зависимости от скольжения показана на Рисунке 3.6.
Рис. 3.6. Зависимость тормозного коэффициента от скольжения [4].
Скольжение шины определяется отношением скорости скольжения в пятне контакта (скорость движения вперёд — скорость окружности шины) к скорости движения вперёд:
V = Скорость движения вперёд транспортного средства
ω = Скорость вращения шины (рад/сек)
Коэффициент торможения, получающийся из трения сцепления и гистерезисного трения, с увеличением скольжения в зависимости от условий возрастает по величине от 10 до 20%. При мокрой дороге вклад трения сцепления уменьшается, таким образом, суммарный коэффициент ниже. Пиковый коэффициент является ключевым свойством, обычно обозначаемым μ р . Он отражает максимальное тормозное усилие, которое может быть получено от конкретной пары трения шина-дорога. При более высоком скольжении этот коэффициент уменьшается, достигая наименьшего значения при 100% скольжении, представляющего состояние полной блокировки и обозначаемого μ s . В ситуации торможения μ р соответствует наивысшей силе торможения, которая может быть создана, и которую можно достичь только теоретически, потому что в этой точке система неустойчива. Для заданного выходного уровня тормозного момента, как только колесо замедляется, чтобы достичь μ p , любое нарушение этого условия приводит к избытку тормозного момента, что вызывает дальнейшее замедление колеса. Увеличение скольжения уменьшает тормозное усилие, так что замедление колеса продолжается, и колесо приближается к блокировке. Только отпускание тормоза (как при контроле антиблокировки) может вернуть колесо к работе при μ p .
В дополнение к шине и дороге, как ключевым элементам в определении доступного трения сцепления, как показано далее, важными являются и другие переменные.
Характеристики автомобильных шин
Шины проектируются для обеспечения оптимальных характеристик в определенных условиях применения и для каждого типа автомобиля подбираются шины с наиболее приемлемыми характеристиками для данных рабочих условий.
Чтобы научиться правильному обслуживанию шин, необходимо знать общие характеристики шин. Поэтому в этой главе будут рассмотрены следующие вопросы:
Видео:Индекс скоростиСкачать
• Сопротивление качению л Выделение тепла шинами
• Тормозные характеристики шин
• Волнообразная устойчивая деформация протектора шины
• Характеристики при движении на повороте
1. СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ ШИН
Значительная часть мощности двигателя расходуется на преодоление следующих сопротивлений движению автомобиля:
• Трение в силовой передаче — в коробке передач, шестернях дифференциала, подшипниках и других составных частях, а также сопротивление, вызываемое маслом
Читайте также: Структура процессора внутренняя шина
• Инерционное сопротивление при ускорении
• Сопротивление преодолению подъема на уклоне из-за действия силы тяжести и т.д.
• Сопротивление качению шин
На графике ниже показано, как эти сопротивления меняются с изменением скорости движения. При низких скоростях сопротивление качению шин является самым значительным фактором сопротивления движению автомобиля и оно возрастает с ростом скорости автомобиля.
ПРИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЮ
Сопротивление качению вызывается двумя главными факторами:
1. Сопротивлением трения между шиной и поверхностью дороги
Сопротивление трения создается при движении протектора шины по поверхности дороги. Это сопротивление, составляющее от 5 до 10% от общего сопротивления качению, изменяется в зависимости от состояния дороги, рисунка протектора и других факторов.
2. Сопротивлением, связанным с деформацией шины
При движении автомобиля часть протектора, входящая в контакт с поверхностью дороги, непрерывно изменяется, создавая цикл деформации за каждый оборот колеса, действующую на протектор, боковины и т.д. Этот цикл потребляет часть энергии, требуемой для вращения шины, и создает сопротивление.
Таким образом, энергия, поглощаемая шиной, преобразуется в тепло, которое увеличивает температуру внутри шины и сокращает ее срок службы. Сопротивление, обусловленное деформацией шины, составляет до 90% или более от общего сопротивления качению шины.
Видео:Гул при движении машины? Не спешите менять ступичные подшипники. Показываю почемуСкачать
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ
Сопротивление качению шины определяется по следующей формуле:
где R : Сопротивление качению шины
k : Коэффициент сопротивления качению
W : Нагрузка на шину
Коэффициент сопротивления качению шины меняется с изменением состояния дороги, скорости автомобиля, давления воздуха в шине, типа шины, устройства, рисунка протектора и других факторов:
1. Поверхность дороги
Коэффициент сопротивления качению шины меняется с изменением состояния дорожной поверхности, по которой движется автомобиль:
2. Скорость автомобиля
Коэффициент сопротивления качению постепенно увеличивается вплоть до скорости 100 км/ч, а затем начинает резко возрастать. Это резкое увеличение обусловлено волнообразной деформацией шины (см. стр. 46), создаваемой деформацией протектора шины при более высоких скоростях автомобиля.
3. Давление воздуха в шине
Коэффициент сопротивления качению снижается с увеличением давления воздуха в шине. Это происходит потому, что уменьшается радиальный прогиб и теряется меньше энергии на деформацию шины и сопровождаемое ее внутреннее трение.
4. Отношение высоты профиля шины к его ширине
Уменьшение этого отношения увеличивает жесткость шины. Это, в свою очередь, снижает прогиб шины, тем самым уменьшая коэффициент сопротивления качению.
5. Устройство шины
Радиальная шина имеет меньшее сопротивление качению, чем диагональная шина, поскольку радиальная шина прогибается в основном в радиальном направлении, тогда как каркас диагональной шины подвержен изгибанию, а протектор — деформации.
Сопротивление качению и расход топлива
Видео:Важность скольжения шинСкачать
Расход топлива автомобилем изменяется с изменением сопротивления движению автомобиля. Следовательно, нельзя не учитывать имеющееся сопротивление качению. Вообще, автомобиль, оснащенный радиальными шинами, расходует примерно на 18% меньше топлива, чем автомобиль с диагональными шинами.
2. ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА ШИНАМИ
Поскольку резина, слои корда и другие основные части не являются полностью эластичными, они подвержены увеличенным гистерезисным потерям*, поскольку поглощают энергию при прогибе шины и преобразуют ее в тепло. Так как эти материалы являются плохими проводниками тепла, они не способны быстро рассеять выделяемое тепло, поэтому тепло накапливается внутри материала шины, вызывая рост внутренней температуры шины. Чрезмерное накопление тепла ослабляет связи между слоями резины и корда, в итоге приводя к разделению слоев или даже к разрыву шины. Накопление тепла внутри шины меняется с изменением таких факторов, как давление воздуха в шине, нагрузка, скорость автомобиля, глубина канавок протектора и устройство шины.
При деформировании под нагрузкой не полностью эластичного материала внутреннее трение преобразует часть энергии в тепло, вызывая потерю энергии, известную как «гистерезисная потеря”.
Поскольку шина более эластична при меньшем давлении в ней, чрезмерно низкое давление вызывает больший прогиб шины и увеличение внутреннего трения, повышая внутреннюю температуру шины.
Увеличение нагрузки аналогично снижению давления воздуха в шине: внутренняя температура шины возрастает, поскольку она больше прогибается. В то же время к бортам и плечам прилагаются дополнительные нагрузки, которые могут привести к расслоению корда или разрыву шины.
Внутренняя температура растет с ростом скорости автомобиля, поскольку шина вынуждена деформироваться с большей частотой.
Читайте также: Таблица совместимости шин по размеру
Радиальная шина имеет жесткие пояса, которые прочно удерживают каркас, поэтому протектор, контактируя с поверхностью дороги, менее подвержен деформации. Поскольку пояса снижают прогиб протектора, шина выделяет меньше тепла и температура шины остается ниже, чем у диагональной шины. Радиальные шины со стальным кордом также излучают больше тепла, поскольку слои стального корда обладают большей теплопроводностью.
Более того, бескамерные шины остаются более холодными, чем камерные, потому что воздух внутри «шины находится в непосредственном контакте с ободами и, следовательно, им легче излучать тепло.
Данные, приведенные выше, характерны для шин грузовых автомобилей и автобусов, имеющих более толстые протекторы и слои каркасного корда. Поскольку составные части этих шин являются плохими проводниками тепла, то чем толще слои корда, тем больше они препятствуют излучению тепла, а это вызывает рост темпера-туры шины.
3. ТОРМОЗНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Автомобили замедляются и останавливаются путем создания трения между шинами и поверхностью дороги. Величина создаваемого тормозного усилия зависит от состояния поверхности дороги, типа шины, устройства шины и других условий, при которых работает шина. Тормозная характеристика шины оценивается коэффициентом трения. Чем меньше его величина, тем меньшую силу трения создает шина и тем больше тормозной путь (расстояние, которое проходит автомобиль от момента нажатия на педаль тормоза до полной остановки автомобиля).
ИЗНОС ШИН И ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ
Износ шин не сильно влияет на тормозной путь на сухой поверхности дороги. Однако, на мокрых дорогах тормозной путь значительно увеличивается. Тормозная характеристика становится плохой, потому что рисунок протектора изношен до такой степени, что он не в состоянии удалять воду между протектором и поверхностью дороги, что приводит к аквапланированию.
4. ШУМНОСТЬ ПРОТЕКТОРА
Шумность протектора является наиболее характерным рабочим шумом шины. Канавки протектора, контактирующие с поверхностью дороги, содержат воздух, который улавливается и сжимается между канавками и дорожной поверхностью. Когда протектор покидает поверхность дороги, сжатый воздух вырывается из канавок, создавая шум.
Шум возрастает, если конструкция протектора такова, что воздух более подвержен улавливанию в канавках. Блочный или грун-тозацепный рисунок протектора, например, более склонны создавать шум, чем ребристый рисунок. Частота шума возрастает с ростом скорости автомобиля. Поскольку шум-ность протектора зависит от рисунка протектора, протектор может быть спроектирован так, чтобы свести к минимуму шум. Простой повторяющийся грунтозацепный или зигзагообразный рисунок протектора, например, может содержать едва различимые вариации в расположении элементов рисунка протектора.
5. ВОЛНООБРАЗНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ШИНЫ
При движении автомобиля шина непрерывно прогибается, когда новый участок протектора входит в контакт с поверхностью дороги. Позднее, когда этот участок покидает поверхность дороги, давление воздуха в шине и эластичность шины стремятся возвратить протектор и каркас шины в первоначальное состояние. Однако, при более высоких скоростях шина вращается слишком быстро, чтобы обеспечить достаточное время для этого возврата. Этот процесс, непрерывно повторяющийся с такими короткими интервалами, вызывает рост колебаний в протекторе. Эти колебания, которые называются волнообразной деформацией шины, непрерывно распространяются по окружности шины. Большая часть энергии, заключенной в волнообразной деформации, преобразуется в тепло, которое резко повышает температуру шины. При некоторых условиях это нарастание тепла может даже разрушить шину в течение нескольких минут, приводя к отделению протектора от каркаса (разрыву).
Видео:Слишком шумные шины: 8 основных причинСкачать
Вообще, максимально допустимая скорость для шин легковых автомобилей определяется скоростью автомобиля, при которой возникают волнообразные деформации шины — например, около 150 км/ч для диагональной шины. Эта величина, однако, меньше, если давление воздуха в шине понижено. С другой стороны, радиальная шина может выдерживать более высокие скорости автомобиля, поскольку ее каркас, прочно удерживаемый жесткими поясами, менее подвержен деформации. Шины для автобусов, грузовых автомобилей и грузовиков малой грузоподъемности имеют мало проблем из-за волнообразной деформации, поскольку такие автомобили движутся с более низкими скоростями и их шины имеют более высокое давление воздуха.
6. АКВАПЛАНИРОВАНИЕ
Автомобиль скользит по мокрой дороге, если его скорость слишком велика, чтобы дать протектору достаточное время для удаления воды с поверхности дороги с тем, чтобы достичь плотного сцепления шины с дорогой. Причина этого состоит в том, что при возрастании скорости автомобиля сопротивление воды соответственно возрастает, заставляя шину ’’плавать” по поверхности воды. Это явление известно как аквапланирование. Его эффект аналогичен водным лыжам: водный лыжник погружается в воду при низких скоростях, но начинает скользить по поверхности воды, когда его скорость возрастает. Протектор, входящий в контакт с поверхностью дороги, может быть разделен на три следующие зоны:
Читайте также: Предельно допустимый износ шин
Выталкивает воду в стороны или нагнетает ее через зигзагообразные канавки и каналы в протекторе.
Оставшаяся водная пленка удаляется сайпами.
С: Зона сцепления (зона трения)
Протектор сцепляется с оставшейся частью осушенного участка контакта.
При меньших скоростях зона С самая широкая и поэтому шина прочно сцепляется с дорогой, создавая достаточное трение между протектором и поверхностью дороги. Однако, при разгоне автомобиля трение шины снижается, поскольку зона А постепенно увеличивается за счет зон В и С. Автомобиль все более уподобляется гидросамолету с увеличением слоя воды от 2,5 до 10 мм.
Этап 1: Протектор находится в полном контакте с поверхностью дороги.
Этап 2: Клинообразная пленка воды постепенно проникает между протектором и поверхностью дороги (частичное аквапланирование).
Этап 3: Протектор полностью приподнимается над поверхностью дороги (полное аквапланирование).
Аквапланирование может не только вызывать потерю управляемости автомобиля, но может снизить или свести к нулю эффективность торможения, вызывая потерю водителем контроля над автомобилем. Нет нужды говорить, что это крайне опасно, поэтому следует соблюдать следующие предосторожности, чтобы исключить аквапланирование:
1. Не используйте шины с изношенным протектором. При износе шины канавки протектора не в состоянии удалить воду между шиной и поверхностью дороги настолько быстро, чтобы исключить аквапланирование.
2. Снижайте скорость на мокрой дороге, потому что более высокие скорости увеличивают сопротивление воды и вызывают аквапланирование.
3. Повышайте давление в шинах. Более высокое давление противодействует давлению воды, стремящейся попасть под протектор и, тем самым, замедляет начало аквапланирования.
7. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИ ДВИЖЕНИИ НА ПОВОРОТЕ
Видео:Будьте Осторожны, если Услышите Такой Звук в АВТОМОБИЛЕ!!!Скачать
Поворот всегда сопровождается центробежной силой, которая стремится повернуть автомобиль по большей дуге, чем задается водителем, если автомобиль не может создавать достаточной противодействующей силы — т.е., центростремительной силы -чтобы уравновесить ее. Эта центростремительная сила вызывается деформацией и боковым скольжением протектора, что обусловлено трением между шиной и поверхностью дороги. Ее называют направляющим усилием на повороте.
Это направляющее усилие на повороте стабилизирует автомобиль при повороте. Характеристики поворота автомобиля изменяются в зависимости от:
1. Технических характеристик шин (рисунок протектора, угол слоев корда, число слоев корда).
2. Нагрузки, приложенной к протектору в зоне контакта (направляющее усилие на повороте возрастает с увеличением нагрузки.
3. Размера шины (Усилие на повороте возрастает с увеличением размера шины).
4. Состояния дорожных поверхностей (Усилие на повороте быстро снижается на мокрой или заснеженной дороге).
5. Давления воздуха в шине (Усилие на повороте возрастает, так как шина становится более жесткой при более высоком давлении).
6. Развала колес относительно дороги (Уменьшение положительного угла развала, образуемого осью колеса и дорогой, увеличивает усилие на повороте).
7. Ширины обода (более широкие шины жестче и, следовательно, создают большее усилие на повороте).
8. ИЗНОС ШИНЫ
Износ шины — это полная потеря или повреждение протектора и других резиновых поверхностей из-за трения, возникающего при скольжении шины по дороге. Износ меняется с изменениями давления в шине, нагрузки, скорости автомобиля, торможения, состояния поверхности дороги, температуры и других факторов.
ДАВЛЕНИЕ В ШИНЕ
Недостаточное давление в шине ускоряет износ шины, позволяя протектору сильно прогибаться при контакте с дорогой.
Повышенная нагрузка ускоряет износ шины по существу так же, как снижение давления в шине. Шина также быстрее изнашивается при повороте тяжело нагруженного автомобиля, потому что большая центробежная сила вызывает большее усилие на повороте, тем самым создавая большее трение между шиной и поверхностью дороги.
СКОРОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
Приводная и тормозная силы, центробежная сила при повороте и другие силы, действующие на шину, увеличиваются пропорционально квадрату скорости автомобиля. Поэтому увеличение скорости автомобиля многократно увеличивает эти силы, увеличивает трение, возникающее между протектором и поверхностью дороги и, следовательно, ускоряет износ шин.
Видео:Гудит колесо. Гул от колеса на скорости 60,80,90 или 100 км в час.Скачать
Кроме этих факторов, на износ большое влияние оказывает состояние дороги: неровная дорога будет быстрее изнашивать шину, чем гладкая дорога.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
🔥 Видео
Сравнение сил трения, скольжения и каченияСкачать
Индекс скорости и Индекс нагрузки - что это такое?Скачать
ВИБРАЦИЯ, БИЕНИЕ И ТРЯСКА - ТОП 7 причин, почему это возникает в автомобиле!Скачать
Причины возникновения гула в автомобилеСкачать
ТИХИЕ ШИНЫ ЭТОГО НЕ ЗНАЮТ БОЛЬШИНСТВО АВТОМОБИЛИСТОВСкачать
Лопнувшая шина на скорости, как удержать автомобильСкачать
Что означает маркировка на шинах! Значение цифр и букв на резине.Скачать
Понимание сопротивления качению!Скачать
Индекс скорости шин. Академия PirelliСкачать
На скорости 327 км/ч лопнула шина.Скачать
Как читать размер шин 🛞Скачать
Сделай так и ВИБРАЦИИ НА СКОРОСТИ больше не будет!Скачать
Индекс скорости: надо ли за него переплачиватьСкачать
Индекс нагрузки: FAQ по важной для безопасности темеСкачать
