Тяговые свойства

При ускорении и торможении в результате деформации резиновых элементов протектора шины наблюдается дополнительное скольжение, поскольку они отклоняются, что развивает и поддерживает силы трения. Механизм деформации в пятне контакта в условиях торможения иллюстрирует Рисунок 10.6.

Рис. 10.6. Деформация при торможении в пятне контакта.

Так как элементы протектора первыми входят в пятно контакта и они не могут развивать силу трения из-за своей эластичности, они должны сгибаться, чтобы поддерживать действие силы. Это может произойти только тогда, когда шина движется быстрее, чем окружность протектора. Так как элемент протектора движется через пятно контакта в обратном направлении, его отклонение увеличивается одновременно с вертикальной загрузкой и он развивает всё большую силу трения. Однако, приближаясь к задней части пятна контакта, нагрузка уменьшается и наступает момент, когда элемент протектор начинает заметно скользить по поверхности, так что сила трения падает, достигая нуля, поскольку он выходит из контакта с дорогой.

Таким образом, силы ускорения и торможения возникают в результате разницы между скоростью качения шины и скоростью её движения. Следствием этого является создание скольжения (slip) в пятне контакта. Скольжение определяется как безразмерная величина, в процентах от скорости движения:

(10-1)

где:

r = Эффективной радиус качения шины

ω = Угловая скорость колеса

V = Скорость движения вперёд

В обычных условиях торможения продольная сила, возникающая в шине, будет меняться в зависимости от скольжения, как показано на Рисунке 10.7. Когда применяется скольжение (например, при нажатии на педаль тормоза), на начальном участке кривой сила трения возрастает вместе со скольжением, которое определяет свойство продольной жёсткости шины. В общем, это свойство не имеет решающего значения для эффективности торможения, за исключением уровня детализации при разработке антиблокировочных систем, когда это свойство может затронуть эффективность движения. Продольная жёсткость имеет тенденцию быть небольшой, когда шина является новой и имеет полную глубину протектора, повышаясь по мере износа шины. По тем же причинам протекторы в виде ребра создают более высокую жёсткость, чем грунтозацепные (тяговые) шины.

Рис. 10.7. Зависимость силы торможения от скольжения.

На сухой дороге, когда скольжение достигает примерно 15-20 процентов, сила трения будет достигать максимума (как правило, в диапазоне от 70 до 90 процентов нагрузки), так как большинство элементов протектора работает наиболее эффективно, без существенного скольжения. За этой точкой сила трения начинает уменьшаться, так как область скольжения в задней части пятна контакта расширяется дальше вперёд. Сила продолжает уменьшаться по мере блокировки шины (скольжение 100%).

Характеристика на скользких дорогах качественно похожа на характеристику на сухих дорогах, отличаясь в основном в пиковом уровне силы трения, который может быть достигнут. Так как начальный участок, на котором сила трения растёт вместе со скольжением, зависит от свойств жёсткости шины, начальный наклон такой же. На мокрых дорогах максимальная сила трения обычно находится в диапазоне от 25 до 50 процентов вертикальной нагрузки. На обледенелых дорогах пик трения будет лишь от 10 до 15 процентов вертикальной нагрузки и будет достигаться только при скольжении в несколько процентов. Часть подвоха движения по льду не только в низком коэффициенте уровне трения, но и в том, что шина слишком быстра, чтобы тормозить с максимальным уровнем трения.

С целью охарактеризовать тяговые свойства шин обычно используют коэффициент трения (силу тяги, делённую на нагрузку), пиковый и при скольжении. Они называются μp и μs. Пиковый коэффициент и коэффициент при скольжении будут зависеть от ряда переменных.