Увеличение ширины шины на что влияет
Что нужно знать о ширине шин
Замена штатной резины на шины с другими параметрами – простейшая разновидность тюнинга. И в данном случае нельзя утверждать, что речь идёт исключительно о внешнем тюнинге, хотя в ряде случаев на этот шаг идут, руководствуясь исключительно соображениями изменения экстерьера. Дело в том, что подобная самодеятельность неизбежно повлияет на ходовые характеристики автомобиля, особенно если размеры покрышки не соответствуют параметрам, рекомендованным автопроизводителем.
Ширина шины – одна из таких характеристик, в отношении которой на профильных форумах порой разгораются нешуточные словесные баталии. Немалая часть автовладельцев уверена, что чем шире профиль – тем лучше во всех отношениях, другие убеждены, что уходить от штатных размеров – небезопасно. И хотя истина, как обычно, находится где-то посередине, мы постараемся внести ясность в этот вопрос, рассмотрев, на что влияет этот показатель, взвесив все достоинства и недостатки обоих подходов.
Что следует понимать под шириной профиля автопокрышки
Ширина профиля – термин, который используется для обозначения расстояния между двумя противоположными боковинами покрышки, накачанной до значения номинального для конкретной модели давления. Отметим, что в расчёт данного показателя не включают размеры возвышений, присутствующих на боковинах шины (в качестве примера можно привести маркировочные надписи, значки, отделку). Следует также понимать, что ширина профиля отнюдь не всегда тождественна ширине протектора, но в пределах одной модели покрышек производители всегда придерживаются одного правила – при увеличении ширины профиля в большую сторону изменяется и ширина протектора.
Для бескамерных покрышек, исходя из соображений безопасности, действует следующее правило, которого придерживаются все производители: ширина профиля не должна быть превышать больше, чем на 30% посадочную ширину диска. В противном случае высок риск быстрой деформации резины, что приведёт к её разрушению. Но здесь есть один важный нюанс: ширина обода диска чаще всего указывается в дюймах, тогда как ширина покрышки – в миллиметрах. Поэтому при выборе резины применительно к конкретному диску следует заблаговременно просчитать её предельно допустимое значение по ширине. Сделать это можно, используя шинный калькулятор, найти который на просторах Всемирной сети не составит труда.
Правда, и здесь не всё так однозначно, поскольку разногласие между странами, придерживающимися метрической и дюймовой систем измерения, до сих пор не преодолено.
Метрический размер ширины покрышки
В большинстве случаев (можно даже утверждать, что в подавляющем большинстве, во всяком случае, применительно к России) на самой покрышке указывается размер ширины профиля шины именно в миллиметрах. Обычно такая надпись присутствует на бортике шины и имеет буквенно-цифровой вид типа 215/45 R17. Первая цифра перед косой чертой и обозначает ширину профиля покрышки, в данном случае это 215 миллиметров.
Второй параметр в этой маркировке, стоящий после косой черты – это размер профиля шины (расстояние между её внешним и внутренним диаметрами). Но этот показатель почему-то принято указывать не в абсолютных величинах (миллиметрах/дюймах), а в процентах относительно первого параметра, ширины шины. В нашем примере это значит, что высота профиля шины – 45% от её ширины, то есть 215*0.45=97 мм.
Последний параметр указывает на размер посадочного (внутреннего) диаметра покрышки, причём в дюймах. Таким образом, подобное обозначение нельзя назвать комфортным для восприятия, поскольку в нём соседствую три разные по номиналу величины. Скажем, чтобы определить внешний диаметр шины, необходимо сначала перевести последнюю цифру в миллиметры и прибавить удвоенный размер профиля, вычисленный по формуле, приведённой выше.
Впрочем, все эти вычисления имеют чисто информативный характер. В нашем случае важно уметь переводить дюймы в миллиметры и наоборот, если в поле вашего зрения попали покрышки с разной маркировкой ширины.
На всякий случай напоминаем, что в одном дюйме содержится 2.54 сантиметра.
Пример измерения ширины протектора
Размер ширины шины в дюймах
Европейские автопроизводители – приверженцы метрической системы мер. Азиатские страны в своём большинстве также используют именно эту систему. А вот в США и Великобритании используется английская система мер, в которой расстояния измеряются в дюймах, футах, ярдах, милях и т.д.
Тем не менее, для легковых автомобилей в Америке используют стандартную маркировку, известную как P-metric. Однако на шинах, предназначенных для грузовиков, автомобилей внедорожного класса (включая кроссоверы), а также для спортивных авто, используется несколько иная маркировка типа 31×10.5R15LT.
Здесь первая цифра указывает на внешний диаметр покрышки, ширина резины обозначается цифрой, идущей после символа «х», а после буквы «R» указывается посадочный диаметр. Последние две буквы – обозначение целевого сегмента, в нашем случае это лёгкие грузовики (Light Truck).
Все размеры здесь указаны исключительно в дюймах. Таким образом, при переводе в миллиметры мы получим 10.5х2.54=26.67, что примерно соответствует стандартной ширине 265 для шин с метрическим обозначением размеров.
Как видим, здесь ширина резины, измеряемая в дюймах, никак не коррелирует с профилем, зато указывается внешний диаметр покрышки, что интуитивно более значимый показатель.
На что влияет ширина резины
Выбирая новые шины, мы зачастую ориентируемся исключительно на цифры, обозначающие то или иной размер, плохо себе представляя, на что влияет тот или иной показатель. Касается это и ширины покрышек. С точки зрения условий эксплуатации, например, изделия с большей шириной обладают определёнными преимуществами. В частности, можно ожидать, что тормозной путь на такой резине окажется несколько короче из-за большей площади контакта с дорожным полотном. При этом радиус предельного поворота можно будет проходить на более высоких скоростях, чем на узких покрышках, опять же из-за увеличения площади контакта с дорогой. Но вот с точки зрения безопасности при езде по скользким дорогам такие покрышки не слишком хороши: риск свалиться в аквапланирование на них намного выше, так что прохождение залитых водой трасс, особенно на высоких скоростях, становится слишком опасным: автомашина, оснащённая более широкими шинами, будет «всплывать» на мокрых трассах намного раньше. Расход топлива определённо возрастёт – двигателю придётся преодолевать большее сопротивление. По этой же причине верхний предел скорости незначительно упадёт.
Гораздо более опасен другой недостаток покрышек с увеличенной по сравнению с номинальной шириной – их устойчивость в отношении поперечно расположенных неровностей трассы заметно ниже, что отразится и на управляемости автомобиля, особенно на высоких скоростях.
При этом нужно учитывать, что столь же значимое влияние на управляемость и устойчивость транспортного средства оказывает и вылет колесного диска. Чем меньше этот показатель (то есть колесо больше выступает наружу), тем больше отклонение от оптимального плеча обкатки. Особенно опасен отрицательный вылет, при котором рулевое колесо острее реагирует на неровности дорожного полотна. Увеличивается и нагрузка на компоненты ходовой части. Увеличенный вылет тоже опасен, но по другой причине – в этом случае пропадает момент стабилизации при торможении в случае неисправности одного из тормозных контуров.
Из этого следует однозначный вывод: типоразмеры шин, равно как и колёсных дисков, которые указываются заводом-изготовителем в качестве рекомендуемых, взяты не с потолка. Они обеспечивают оптимальное соотношение параметров, влияющих на безопасность транспортного средства. Так что лучше придерживаться номинальных размеров, так безопаснее.
Маркировка покрышек автомобиля
Преимущества и недостатки широких покрышек
Мода на широкие шины не имеет ничего общего с практичностью. Да, машина с такими колёсами выглядит более внушительно, приобретает спортивный вид, то есть широкие колёса для многих автовладельцев – это способ выделиться. Другие аспекты их заботят гораздо меньше. Между тем, как мы уже отмечали, ширина колеса влияет на множество эксплуатационных показателей автомобиля, среди которых есть как положительные, так и отрицательные. Номинальные показатели, включая размер, определяются производителем с учётом целого ряда характеристик, включая массу автомобиля и мощность силового агрегата. Широкие шины определённо нарушают оптимальные пропорции, поэтому стоит узнать, каким именно образом. Для начала перечислим плюсы установки резины с увеличенной шириной профиля:
А теперь о минусах, которых тоже достаточно:
Так что если вы любитель внешнего тюнинга, сопоставьте возможные риски и выгоду – это поможет вам принять оптимальное решение.
Плюсы и минусы покрышек с малой шириной профиля
В большинстве своём дискуссии о ширине покрышек возникают в отношении номинальных и увеличенных показателей. Покрышки, ширина которых меньше рекомендованной, выбирают очень редко – если имеются финансовые затруднения (узкая резина дешевле) или когда шин с нужным диаметром по приемлемой цене в продаже нет.
Тем не менее даже в этом случае можно назвать ряд преимуществ по отношению к шинам с номинальной шириной профиля:
Но узкая ширина профиля шины оказывает и отрицательное влияние на автомобиль:
Другими словами, достоинства узких шин являются недостатками широких, и наоборот.
Допустимо ли ездить на шинах разной ширины
С точки зрения закона установка неодинаковых шин сзади и спереди не является нарушением. Во всяком случае, прямых запретов на использование разной резины не существует, при выполнении условия, что на одной оси покрышки должны быть идентичными. С точки зрения курсовой устойчивости, если поставить сзади и спереди шины разной ширины, автомобиль не должно тянуть в сторону. Тем не менее, здесь тоже имеются свои особенности, которые необходимо принимать во внимание. Так, во время дождя при сильном расхождении в показателях задних и передних колёс машина будет определённо хуже держать дорогу, поэтому несовпадение размеров не должно быть большим.
Частным случаем можно назвать установку летней и зимней резины одновременно – обычно на одноприводные автомобили летняя резина устанавливается спереди, зимняя – сзади. На полноприводных авто масса передней части транспортного средства оказывается непропорционально увеличенной, поскольку все важные компоненты сосредоточены именно в моторном отсеке. Если на такую машину спереди поставить зимние шины, на скользкой дороге она будет прекрасно справляться с заносами в передней части, но зад при этом будет ощутимо вилять, что может стать причиной заноса и возникновения аварийной ситуации.
Так что отсутствие наказания за установку на разных осях шин неодинаковой ширины не означает, что такой возможностью нужно злоупотреблять, поскольку безопасность на дороге намного важнее всех других факторов. Если у вас нет физической возможности поставить сзади и спереди одинаковую резину, а такая ситуация при нынешней стоимости комплекта резины возникает часто, то мы советуем подбирать покрышки, размеры которых отличаются от установленных на минимальную величину.
Не стоит говорить, что установка разных покрышек на одной оси вообще недопустима, и действующий размер штрафа за такое нарушение (500 рублей) никак не отражает степень опасности, которой подвергается водитель-нарушитель и другие участники дорожного движения. И если уж у вас не было другого выхода, а вас остановил очень внимательный и придирчивый сотрудник ГИБДД, можно попробовать избежать наказания, заявив, что вы уже в дороге прокололи покрышку и вынуждены были использовать запаску с другими размерами. Сделайте упор на то, что это произошло буквально несколько километров назад, и сейчас вы направляетесь в ближайший сервис – обычно такое оправдание инспектором принимается.
Что лучше: узкие или широкие покрышки
Грамотный специалист автосервиса на этот вопрос ответит максимально дипломатично: всё зависит от конкретной модели, а также от предпочтительных условий эксплуатации транспортного средства, но в любом случае подбор покрышек нужно осуществлять с учётом оптимальных размеров. В частности, ширина покрышки должна соответствовать характеристикам, рекомендованным автопроизводителем.
Такой совет действительно хорош: как правило, в руководстве эксплуатации указывается не конкретный размер, а диапазон значений, в рамках которого допускается выбор шин с большей или меньшей шириной, и в этом случае существенных изменений в поведении машины на дороге не будет.
Если сильно хочется установить на авто покрышки, размер которых отличается от номинального на величину, превышающую рекомендованную, то делать это следует одновременно с выполнением ряда других усовершенствований: улучшением ходовых свойств, увеличением мощности силового агрегата, использованием более крепких и надёжных компонентов.
Устанавливая очень широкую резину, следует помнить, что тем самым вы существенно ухудшаете ходовые качества машины на мокрой или сколькой дороге, так что режим эксплуатации такого авто предполагает крайне аккуратную езду на относительно небольших скоростях. В большинстве случаев использование широкопрофильной резины требует и замены колёсных дисков, что ещё больше скажется на ухудшении ходовых характеристик.
Точно так же не рекомендуется использовать шины, ширина которых намного меньше оптимальной для данной модели, поскольку в данном случае поведение машины ухудшается даже на сухой автотрассе. Слишком узкие покрышки могут просто не встать на штатные диски, поэтому придётся покупать и комплект дисков с уменьшёнными размерами.
Если единственная причина, по которой вы используете зауженную резину – это экономия, то в данном случае вам придётся нести дополнительные расходы. Так что если шин нужного размера в продаже нет, лучше приобретите б/у, но подходящую по ширине резину – хотя она прослужит меньше новой, но зато вам не придётся менять привычки по управлению транспортным средством.
Что касается расширенного ответа на вопрос, поставленный в заголовке, то, обобщив все перечисленные достоинства и недостатки обеих вариантов, можно утверждать следующее:
Можно также утверждать, что во всех других случаях нужно стремиться к тому, чтобы размер шин вашего автомобиля соответствовал рекомендованным характеристикам.
Кстати, и в первом, и во втором варианте мы обошлись без указания конкретных цифр, и это было сделано преднамеренно. Дело в том, что подбор обувки для авто всегда нужно начинать с просмотра руководства пользователя, где приводятся все допустимые типоразмеры покрышек для данной модели. Такая же информация присутствует в таблице с указанием допустимых давлений в шинах – обычно она прикрепляется или в дверном проёме, или на обратной стороне лючка бензобака. Так что широкой шиной для вашего авто следует считать максимальный размер, а наименьший рекомендуемый типоразмер будет вашей узкой шиной.
Установка покрышек с шириной, выходящей за границы рекомендуемой производителем, небезопасна, и этот довод должен перевешивать все остальные выгоды, мнимые или реальные.
Ширина шин для лета
Самые оживленные споры обычно разгораются на популярных автофорумах относительно ширины летних шин: одни автолюбители утверждают, что чем шире – тем лучше, другие наоборот, предпочитают выбирать шины средней ширины профиля. Как обычно, истина где-то посередине – для разных условий эксплуатации оптимальная ширина шин разная. Но давайте обо всем по порядку.
Что такое ширина профиля шины? Ширина профиля – это расстояние между боковинами накачанной до номинального давления шины (при расчете этого параметра не учитываются возвышения на боковинах, типа маркировки, отделки и проч.). Ширина профиля далеко не всегда соответствует ширине протектора, но для одной модели шин всегда выполняется прямая зависимость – чем шире профиль – тем шире протектор.
Исходя из требований безопасности, ширина профиля шины не может превышать посадочную ширину обода диска более, чем на 30% (учитывая то, что ширина диска указывается обычно в дюймах, а ширина профиля – в мм, проще всего оценить, подходит ли конкретная шина к конкретному диску с помощью шинного калькулятора на этом сайте).если
На что влияет ширина профиля шины?
Прежде всего, ширина профиля (для конкретной модели покрышек) определяет ширину протектора, и, как следствие, площадь пятна контакта шины с дорожным покрытием. Ну а последняя характеристика, в свою очередь, напрямую влияют на управляемость, курсовую устойчивость, тормозной путь, расход топлива и противодействие аквапланированию.
К положительным свойствам широкой шины можно отнести: лучшие параметры разгона и торможения, лучшую курсовую устойчивость (машина лучше держит дорогу в повороте на большой скорости), а также несколько лучшую проходимость в условиях бездорожья. Ну и конечно, внешний вид – широкая шина всегда солиднее смотрится на автомобиле.
К основным недостаткам широких автошин относятся сниженное противодействие аквапланированию, повышенный расход топлива, а также повышенный вес (увеличивается нагрузка на подвеску) и более высокая цена.
Если обобщить преимущества и недостатки, то можно прийти к примерно следующим выводам:
1. Если большую часть сезона Вы ездите в городе и не увлекаетесь экстремальным вождением, а также если у Вас малолитражка (рабочий объем двигателя до 2000 куб. см.) – для Вас рациональным выбором однозначно является узкая резина – в городе преимуществ широкой шины Вы никак не почувствуете, а вот надостатки существенно ударят по семейному бюджету. При этом, выезжая на трассу, следует соблюдать некоторую осторожность при вхождении в крутые повороты на скорости. Впрочем, банального соблюдения Правил дорожного движения (ПДД) будет более чем достаточно.
2. Если Вы часто ездите по трассе и любите «наступить на гашетку», и если к тому же мощность двигателя это позволяет – Ваш выбор – широкая шина, но при этом, Вам придется соблюдать особую осторожность во время дождя и на мокрой дороге – при попадании в лужу такая покрышка поведет себя хуже, чем ее более узкая сестра.
Вы обратили внимание на то, что в рекомендациях выше нет ни одной цифры? Это потому, что начинать выбор ширины профиля шин нужно с просмотра инструкции по эксплуатации автомобиля, где указаны все допустимые типоразмеры шин, которые можно установить на Ваш авто (такой перечень также есть в таблице давления в шинах, приклеенной на лючке бензобака или в проеме водительской двери). И максимальная (из указанных) ширина профиля при этом и будет «широкой шиной», а минимальная соответственно – «узкой».
Установка на автомобиль шин с непредусмотренной автопроизводителем шириной профиля крайне небезопасна, даже если при этом не нужно использовать проставок под диски – не играйте с огнем, шины – это Ваша безопасность (а часто – жизнь).
Шины узкая/широкая, мифы и реальность.
Дорогие читатели! предлагаю вашему вниманию статью, которую я нахожу весьма занятной и правдоподобной.
==========================================
Дорогие друзья! Два года назад я написал статью «Сцепление шин с дорогой не зависит от площади пятна контакта?», и она вызвала бурную реакцию аудитории. Статья до сих пор находится в блоге, и на ее странице много комментариев, вопросов, споров, рассуждений. Кто-то, прочитав, поблагодарил меня за развенчивание мифов и простое, доступное объяснение физики процесса. Кто-то, наоборот, раскритиковал за излишнюю упрощенность и ограниченность моих рассуждений и аргументов.
За два года, что прошли с момента написания этой статьи, я поучаствовал во многих дискуссиях на эту тему, познакомился с новой литературой, пообщался с другими физиками (сам я – тоже физик по специальности), гонщиками и кое-что переосмыслил. Суть моих размышлений не поменялась, они стали более систематизированы и поменялись формулировки. Вот их я и изложу ниже. Поехали.
Сила трения покоя: закон Амонтона-Кулона
Снова вернусь к школьной физике. Напомню, школьная физика и классическая механика достаточно точно описывают повседневные явления. Пока речь не заходит об очень маленьких масштабах или релятивистких скоростях, классическая механика отлично работает. Более того, в какие бы научные труды о сцеплении шин с дорогой я не заглядывал, я видел в них много страшных зубодробящих формул, интегралов, рядов, но в конце концов все сводилось к одной простой школьной формуле, которая называется законом Амонтона-Кулона:
где µ — коэффициент сцепления, N – сила, прижимающие одно тело к другому (в данном случае, вес шины плюс вес части автомобиля, приходящейся на эту шину), m — масса тела (шины и части автомобиля, приходящейся на эту шину), g — ускорение свободного падения.
То есть сила трения пропорциональна силе, прижимающей одно тело к другому, и коэффициенту трения. В самом простом случае эта сила — вес и представляет собой силу тяжести, то есть произведение массы тела на ускорение свободного падения. И тогда сила трения покоя пропорциональна коэффициенту трения, массе тела и ускорению свободного падения.
Сила трения покоя – она же сила сцепления
Автомобиль движется благодаря силе трения покоя в области контакта шины с дорожным полотном, а не силе трения качения, как иногда думают. Сила трения качения – следствие деформации шины. Она наоборот тормозит движение автомобиля. А пятно контакта шины с дорогой покоится относительно дороги в случае качения шины. Конечно, во время качения в пятне контакта всегда присутствуют элементы протектора, проскальзывающие относительно дороги, но в случае равномерного прямолинейного движения автомобиля в первом приближении их можно не учитывать и считать силу трения силой трения покоя или еще ее называют силой сцепления шины с дорогой, а коэффициент трения покоя – коэффициентом сцепления. При торможении большая часть элементов протектора может скользить вдоль дорожного полотна. В этом случае вращение колеса (и следовательно автомобиль) тормозится силой трения скольжения. Стоит отметить, что обычно сила трения скольжения меньше силы трения покоя.
Перераспределение веса авто между шинами и сцепление с дорогой
Теперь разберем, что есть что в формуле Амонтона-Кулона. Ускорение свободного падения постоянно, его из обсуждения исключаем. Масса в целом тоже постоянна. Конечно, вес автомобиля распределен между 4 шинами, и при изменении скорости и/или траектории движения распределение веса может существенно меняться: какие-то шины разгружаются, а какие-то нагружаются дополнительно.
Перераспределение веса автомобиля между шинами тоже косвенно влияет на их сцепление с дорогой. Скажем, при торможении вес машины частично смещается с задней оси на переднюю, следовательно, сила прижатия задних шин к дороге уменьшается и поэтому сила их сцепления с дорогой ухудшается. Это повышает вероятность заноса автомобиля, но на тормозной путь не влияет, потому что сила сцепления передних колес с дорогой увеличивается из-за перераспределенной нагрузки. Если на одних и тех же шинах будут тормозить Porsche 911 и Porsche Cayenne, у последнего вследствие большей высоты смещение веса с задних шин на передние будет в большей степени, и Cayenne больше рискует попасть в занос. Но тормозной путь от этого меньше не станет. То, что Cayenne тяжелее – тоже не влияет, об этом читайте статью «Тормозной путь не зависит от массы авто?». Поворачивать Cayenne будет конечно же хуже 911-го и на меньших скоростях – как раз из-за более высокого центра тяжести и большего смещения веса и больших кренов.
Кроме того, на перераспределение веса влияет манера вождения. При аккуратном вождении, когда водитель избегает резких поворотов, перестроений, ускорений и торможений (читай, чем меньше нажата педаль тормоза или чем на меньший угол поворачивается руль), запас сцепления шин с дорогой максимален, то есть шины находятся «максимально далеко» от перехода в состояние полного скольжения и, как следствие, управление автомобилем максимально безопасно. Во-вторых, одно и то же перемещение педалей или руля можно совершить по-разному: быстро, резко или по нарастающей, прогрессивно. Резкое нажатие на педаль или поворот руля приведет к соответствующему резкому перераспределению веса с одних шин на другие, и это чревато их срывом в скольжение и сходом с траектории движения. Постепенное же воздействие на органы управления приводит к столь же плавному перераспределению веса, что позволяет шинам цепляться за дорогу без риска скольжения и потери управляемости или устойчивости автомобиля. Убедиться в этом на практике вы можете на курсах контраварийной подготовки водителей, например, при выполнения упражнения «экстренный объезд препятствия».
1. Если вы хотите водить машину по дорогам общего пользования безопасно, а по гоночному треку быстро, перемещайте органы управления (руль, педали газа и тормоза) плавно и постепенно.
Теперь поговорим о том, что в самой шине влияет на ее сцепление.
Коэффициент сцепления шины с дорогой
Остается последний параметр в формуле силы трения Амонтона-Кулона – коэффициент сцепления µ, который, в первую очередь, зависит от природы соприкасающихся поверхностей. Самый показательный пример – сцепление резины с асфальтом куда лучше, чем той же резины со снегом и тем более льдом, несмотря на разные механизмы трения между шиной и этими тремя покрытиями. А при одном и том же дорожном покрытии коэффициент сцепления будет зависеть уже от состава резины и конструкции протектора. Например, на зимних шинах автомобиль куда лучше держит скользкую дорогу, чем на летних. И главное отличие зимних и летних шин – именно разный состав резины и конструкция протектора.
А если вы когда-нибудь смотрели по телевизору Формулу 1, наверняка слышали о разных типах шин и разных составах: «мягкий состав, сверхмягкий состав, жесткий состав». Именно это и оказывает ключевое влияние на коэффициент сцепления, даже в Формуле 1.
Так что же, все? Больше ничего не влияет? И что, этот коэффициент сцепления постоянен? Влияет, и как раз потому, что коэффициент сцепления не является постоянным и зависит от некоторых факторов. Но для начала расскажу о пресловутой площади пятна контакта.
Влияет ли площадь пятна контакта на сцепление шины с дорогой?
На всякий случай напомню, что такое пятно контакта. При контакте с плоским дорожным покрытием ВСЯ шина деформируется, сминаясь и становясь плоской в зоне контакта. Эту зону и называют пятном контакта. Пятно контакта имеет площадь, примерно равную размеру ладони. Обыватели часто думают, что чем больше площадь пятна контакта, тем лучше сцепление шины с дорогой. И еще многие думают, что чем шире шина, тем больше площадь пятна контакта. А следовательно, думают, что чем шире шина, тем лучше ее сцепление с дорогой. Ниже я расскажу обо всем этом по порядку.
Как видно из формулы Амонтона-Кулона, площадь пятна контакта в силу трения не входит. Почему? Ведь, казалось бы, чем больше площадь, тем больше элементов шины участвует в зацеплении и тем больше сила трения. С одной стороны – да, а с другой – чем больше площадь соприкосновения, тем меньше давление шины на дорогу. Выходит баш на баш, и площадь не играет никакой роли. Теперь объясню то же самое на языке физики.
Чтобы было понятнее, куда же делась площадь, можно формулу Амонтона-Кулона (1) переписать иначе, с учетом площади пятна контакта и отразить влияние пятна на давление. Все просто: давление тела на опору или, в нашем случае, шины на асфальт равно весу тела (шины), деленному на площадь контакта:
P = N/S = mg/S (2)
где P — давление шины на дорогу, N = mg — все тот же вес шины.
Тогда отсюда можно выразить вес через давление:
Теперь, если подставить эту формулу в закон Амонтона-Кулона, получим:
Или, выражаясь человеческим языком, сила сцепления шины с дорогой пропорциональна коэффициенту сцепления, давлению шины на дорогу и площади пятна контакта. Это именно то, как воспринимает силу сцепления большинство людей. Но здесь зарыта собака – в том, что давление напрямую зависит от площади пятна контакта и обратно пропорционально ему. Об этом нам говорит формула (2). Подставляя сюда выражение для давления, получим:
Тогда площадь мы успешно сокращаем и приходим к закону Амонтона-Кулона (1) и силе сцепления, не зависящей от площади пятна контакта.
Влияние адгезии на коэффициент сцепления
Многие интуитивно полагают, что механизм трения резины объясняется адгезией — её приклеиванием к дорожному покрытию: чем больше площадь соприкосновения, тем больше приклеивание и тем больше сцепление. При этом приклеивание, вроде бы, не очень зависит от прижимающей силы. Действительно, тот же скотч липнет к гладким чистым поверхностям без всякого усилия, обеспечивая великолепное сцепление. Ключевое слово тут – гладкие чистые поверхности. Если поверхность шероховатая и грязная, как асфальт, то скотч будет держать гораздо хуже. На этом эффекте основан принцип защиты поверхностей в городской среде от наклеивания объявлений. И скотч, и объявления не держатся на неровных поверхностях потому, что реальная площадь контакта гораздо меньше площади самого скотча или бумаги. Если материал текучий и его контакт с неровной поверхностью сохраняется достаточно долго, то склеивание будет возможно. Обычная резина – материал мягкий, но не текучий, а времена ее контакта с дорожным полотном довольно малы. В результате, вкладом прилипания в формирование коэффициента трения можно пренебречь. Для желающих разобраться в вопросе самостоятельно, я могу порекомендовать ознакомиться с теориями Гринвуда-Вильямсона и Джонсона-Кендалла-Робертса и последующим развитием теории механики контактного взаимодействия.
Что же касается езды по гоночному треку на спортивных и гоночных шинах, там эффект прилипания шины к поверхности трека может быть более заметным. Отчасти это связано со специфическим составом резины протектора и отчасти – с более высокой температурой, до которой прогреваются шины при гоночной езде. Этот эффект и объясняет, почему коэффициент сцепления гоночных шин может быть заметно больше 1 (у шин в Формуле 1 – около 1,8).
И вот как такой коэффициент сцепления сказывается на практике:
Влияние аэродинамической прижимной силы на силу сцепления
Не стоит путать эффект прилипания шин к поверхности трека с эффектом аэродинамической прижимной силы, благодаря которой пилоты Формулы 1 при торможениях, ускорениях и поворотах могут испытывать перегрузки, в несколько раз превышающие величину ускорения свободного падения. А болиды, соответственно, иметь в несколько раз большую динамику торможения и скорость прохождения поворотов, чем обычные дорожные машины. То есть в повороте боковое ускорение величиной 4g (где g – ускорение свободного падения) болиды развивают не за счет прилипания шины и коэффициента сцепления, якобы, в 4 раза большего, чем у дорожных шин, а за счет большой прижимной силы, которая создается антикрыльями на большой скорости и в несколько раз превышает силу тяжести болида.
Увеличенное пятно контакта – спущенные шины
Из практики, площадь пятна контакта можно увеличить, уменьшив давление в шинах. Если спустить шины до 1 атмосферы, то при норме в 2 атмосферы это вдвое меньшее давление и вдвое большая площадь пятна контакта. Так что же, ездовые характеристики машины улучшатся в 2 раза? Конечно же нет и, более того, они ухудшатся. Хотя… тормозной путь уменьшится, но не из-за увеличившегося пятна контакта, а из-за увеличившейся силы трения качения вследствие более мягкой шины и большей ее деформации. А ускорение не станет лучше и будет только хуже – все из-за той же силы трения качения. Ну а в поворотах… машина будет вести себя, как будто водитель сильно пьян 🙂 В общем, не делайте этого – не спускайте шины без необходимости, и, кстати, об этой необходимости…
Увеличение площади пятна контакта за счет спускания шин реально может помочь, если нужно проехать через какие-то рыхлые, зыбучие места. За счет большей площади контакта с поверхностью уменьшится давление шин на поверхность, а значит, и риск провалиться или увязнуть.
Увеличим ширину шин в 10 раз и спасем мир от ДТП?
Обратный пример, узкие шины мотоцикла не делают его более медленным, чем машина, и, более того, он заметно быстрее ее. Быстрее он по другим причинам, но значительно меньшая ширина шины негативного влияния точно не оказывает.
И еще идея – а давайте увеличим ширину шины в 10 раз и тем самым увеличим сцепление в 10 раз, и раз и навсегда решим все проблемы зимней езды, а на асфальте машина вообще будет останавливаться, как вкопанная! И всем всегда будет хватать тормозного пути! Что, вам не нравится эта идея? Правильно, если б все было так просто, это бы давно уже сделали…
В итоге:
увеличение площади пятна контакта => увеличение количества элементов шины, участвующих в зацеплении, и одновременно уменьшение давления шины на дорогу => оба эффекта компенсируют друг друга в равной степени => сцепление шины с дорогой не меняется
Влияет ли ширина шины на площадь пятна контакта?
Более того, увеличив ширину шины, хоть в 10 раз, мы не увеличим площадь пятна контакта, а лишь изменим его форму. Пока вы не закидали меня тухлыми помидорами после этой фразы, я попробую успеть доказать ее :)))
Вспомним, что такое давление – это сила (в нашем случае – сила тяжести, прижимная сила), приходящаяся на единицу площади. Об этом нам говорит формула (2), продублирую ее:
P = N/S = mg/S (2)
где m – масса тела (шины и части машины, приходящейся на эту шину), а S – площадь соприкосновения тел, то есть, в нашем случае площадь пятна контакта.
Отсюда площадь пятна контакта равна
То есть площадь пятна контакта шины с дорогой тем больше, чем больше вес машины, приходящийся на эту шину, и чем хуже она накачана. И, конечно, на площадь влияет и жесткость боковин шины. Чем жестче боковины, тем меньше деформируется шина и тем меньше деформируется шина при уменьшении давления воздуха в ней. Хороший пример – современные шины с усиленными боковинами Run Flat, которые даже будучи полностью спущенными могут довезти автомобиль до места назначения, не особо проседая. От ширины шины площадь пятна контакта при одном и том же давлении и одной и той же нагрузке не зависит (в первом приближении).
Ширина шины влияет на форму пятна контакта
Прекрасно! А куда же делась ширина шины? Очень просто, и тут опять работает принцип «баш на баш». Пятно контакта – следствие деформации шины, которая, в свою очередь, возникает вследствие приложенной сверху силы, то есть cилы тяжести самой шины и автомобиля. Чем шире шина, тем шире пятно контакта, что, казалось бы, должно увеличить площадь пятна. С другой стороны, чем шире шина, тем меньшее давление она оказывает на дорогу и тем меньше деформируется. В итоге, при увеличении ширины профиля шины мы имеем ту же площадь пятна контакта, но более вытянутую по ширине и узкую его форму.
В одном из серьезных научных трудов, который попался мне на глаза за последнее время (Автомобильные шины, диски и ободья, Евзович В.Е., Райбман П.Г.), авторы привели результат эксперимента с тремя шинами, две из которых были одной и той же модели, но разного диаметра ширины:
205/55 R16 с площадью отпечатка 173*143 мм = 247,39 см2
225/45 R17 с площадью отпечатка 185*134 мм = 247,90 см2
Как видим, у более широкой шины пятно более вытянутое и узкое, чем у более узкой шины. При этом в квадратных сантиметрах площадь пятна контакта практически одна и та же.
То есть, да, при одном и том же давлении у широкой шины пятно контакта по площади больше, чем у узкой. Но насколько? В данном примере на десятые доли процента, а вообще – максимум на несколько процентов. Теоретически, мы можем поставить на машину вместо шин с шириной профиля 195 мм шины с профилем, скажем, 245 мм. Но на практике это недопустимо по требованиям завода-изготовителя автомобиля. В любом случае, как я писал выше, площадь пятна контакта непосредственно не влияет на силу сцепления, поэтому ни эти доли процента, ни большее увеличение площади (например, за счет снижения давления в шине) погоды нам не сделают.
В итоге:
увеличиваем ширину профиля шины => увеличиваем ширину пятна контакта и одновременно уменьшаем давление шины на дорогу и деформацию шины в зоне контакта => уменьшаем длину пятна контакта => изменяется форма пятна контакта, но не меняется его итоговая площадь (меняется незначительно)
А увеличить площадь пятна контакта можно либо уменьшив давление воздуха в шине, либо увеличив нагрузку на шину сверху.
Сила сцепления шины с дорогой. Итоги
Итак, ширина шины напрямую не влияет на ее сцепление с дорогой по двум причинам:
а) площадь пятна контакта не влияет на сцепление
б) ширина шины не влияет на площадь пятна контакта
Я бы сказал, сила трения имеет «двойную защиту» от ширины шины :)))
Однако ширина шины все же косвенно влияет на силу сцепления, и независимость площади пятна контакта от ширины никак не мешает этому влиянию. Обо всем этом – ниже.
В итоге, сцепление шины с дорогой зависит от:
1) веса, приходящегося на шину, от развесовки автомобиля и динамического перераспределения веса, а значит, и от конструктивных его особенностей – высоты центра тяжести, колесной базы, колеи, подвески, жесткости кузова. Обсуждение этих моментов – отдельная тема и выходит за рамки этой серии статей.
2) коэффициента сцепления (трения покоя). А он, в свою очередь, много от чего зависит, но не от площади пятна контакта! 🙂 Вот параметры, влияющие на величину коэффициента сцепления шины с дорогой, известные мне из университетского курса физики, специальной литературы и из водительского и инструкторского опыта:
тип и качество дорожного покрытия
состав резины протектора
температура шины
скорость движения автомобиля
проскальзывание шины
увод шины
=====================================================
взято здесь kaminsky.su/blog/ot-chego…ie-shin-s-dorogoj-chast-1
там еще есть продолжение
Предлагаю обсудить и подискутировать на эту тему.
От себя касательно формы пятна контакта и «лучшести» узких шин зимой:
1. могу предположить что продольное пятно контакта может способствовать лучшей управляемости, но это не связано с лучшим сцеплением. Упрощенный пример: лыжи лучше едут вдоль, а не поперек, и сцепление тут не причем.
2. все эти лучшести просто не реально ощутить при разнице в ширине шины до 30мм.
3. широкие шины можно травить сильнее потому что они меньше плющатся, поэтому и дают большее пятно контакта в сравнении с более узкими шинами того же диаметра(внешнего и внутреннего)
Последнее из личного опыта, 205/70 15 ложилась на диск при 0,5 атм, а 235/70 15 при 0,2х еще не лежит. Правда шины разные, поэтому очень косвенное подтверждение.
Еще нарыл статью Яблонева А. Л., опубликованную в журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень»
«РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОЛЕСА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЕГО С ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖЬЮ»
Нормальной ссылки не нашел, только ссылки на скачивание пдф, кому любопытно найдете.
В ней есть формула для определения величины деформации шины
ƛ=Q/Cp, где ƛ — деформация шины в м, Q — вес действующий на шину в кН, Cp — жесткость шины кН/м
Жесткость определяется по формуле
Cp=Π*Pw*√(D*B), где П=3,14, Pw — давление в шине в кПа, D — диаметр шины в м, B — ширина шины в м.
Q=m*g
посчитал для давления в 2 атм и нагрузки на колесо 250кг
шины 215/75 15 — 9,8мм
шины 235/70 15 — 9,4мм
разница в диаметре 4мм, 235е больше.
От сюда следует, что широкая шина меньше деформируется, а разница столь незначительна что не стоит и заморачиваться при таком разбросе по ширине