Понятие о коэффициенте сцепления шин с дорогой

Для того чтобы автомобиль мог устойчиво двигаться, тормозить и поворачивать, необходимо надежное сцепление шин с дорогой. Сила сцепления Fсц зависит от сцепного веса автомобиля (части его полного веса, приходящейся на ведущие колеса) и скорости движения автомобиля, а также от состояния дороги и шин (рис.4.21):

F сц = φ сц· G сц,

где: Gсц – сцепной вес автомобиля;

φсц – коэффициент сцепления (численно равен отношению си­лы, вызывающей равномерное скольжение колеса, к нормальной реак­ции дороги).

Коэффициент сцепления шин с дорогой определяет проходимость автомобиля при движении по влажному грунту и по скользкой (обледе­нелой) дороге.

Сцепной вес автомобиля можно повысить, увеличивая число ведущих колес или смещая центр тяжести в сторону ведущего моста.

От сцепления колес с дорогой зависят максимально возможные силы тяги и торможения, а также боковая устойчивость автомобиля.

Если к колесам приложена сила тяги, превышающая силу сцепле­ния (рис.4.22), то при попытке тронуться с места ведущие колеса автомобиля пробуксовывают. Если тормозная сила колеса больше силы сцепле­ния, колесо блокируется (рис.4.23). И в том и в другом случаях имеет место юз – проскальзывание колеса относительно опоры. Иными словами, юз на­ступает тогда, когда скорость точки касания колеса с дорожным по­крытием не равна нулю относительно дороги. Если эта точка не­подвижна относительно дороги, колесо не будет проскальзывать до тех пор, пока действующие на него в точке касания силы не превысят силы трения покоя.

Как ни парадоксально это звучит, автомобиль движется благода­ря наличию силы трения покоя. Ведь, если бы этого трения не было (точнее, сила трения была бы равна нулю), колеса всегда проскаль­зывали бы относительно опоры (как, например, на льду), т. е. про­кручивались бы при попытке разогнать автомобиль и блокирова­лись бы при попытке его остановить. И если на льду колесо буксует или скользит, это означает, что соответственно силы тяги или тормо­жения превышают силу трения (Fсц применительно к автомоби­лям). Очевидно, что условием движения автомобиля без юза являют­ся соотношения (рис.4.24):

F т < F сц – для движения под действием силы тяги;

F торм < F сц – для движения под действием тормозной силы.

При движении по дороге с низким коэффициентом сцепления может возникать потеря поперечной устойчивости автомобиля (занос, снос).

Потеря поперечной устойчивости может возникать при движении в повороте. При повороте автомобиля причиной нарушения поперечной устойчивости является центробежная сила F ц (рис.4.25), направленная от центра поворота и приложенная к центру масс автомобиля. Она прямо пропорциональна квадрату скорости и массе автомобиля и обратно пропорциональна радиусу кривизны его траектории.

F ц = mV²/R,

где: m – масса автомобиля;

V – скорость движения;

R – радиус кривизны траектории автомобиля.

Поперечному скольжению шин по дороге противодействуют силы сцепления, которые зависят от коэффициента сцепления. На сухих чистых покрытиях силы сцепления достаточно велики, и автомобиль не теряет устойчивости даже при большой поперечной силе. Если дорога покрыта слоем мокрой грязи или льда, то автомобиль может занести даже в том случае, когда он движется с небольшой скоростью по сравнению с пологой кривой.

Критическую скорость скольжения (V ск) можно определить по формуле (рис.4.26):

Vск = 11,3√Rφ,

где: R – радиус поворота дороги;

φ – коэффициент сцепления.

Расчеты показывают, что выполняя поворот на сухом асфальтобетонном покрытии (φ = 0,7) при R = 50м, можно двигаться со скоростью около 66 км/ч. Преодолеть тот же поворот после дождя (φ = 0,3) без скольжения можно лишь при скорости 40–43 км/ч. Поэтому перед поворотом следует уменьшать скорость тем больше, чем меньше радиус предстоящего поворота и коэффициент сцепления.

По приведенной формуле определяется скорость, при которой колеса обоих мостов автомобиля скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление на практике наблюдается редко. Гораздо чаще начинают скользить шины одного из мостов – переднего или заднего. Поперечное скольжение переднего моста возникает редко, и к тому же быстро прекращается. В большинстве случаев скользят колеса заднего моста, которые, начав. Двигаться в поперечном направлении, скользят все быстрее. Такое ускоряющееся поперечное скольжение называется заносом.

Занос может происходить не только при движении на повороте, но и при прямолинейном движении на дорогах со скользким покрытием. Чаще всего занос задней оси возникает при торможении автомобиля (рис.4.27). Кроме того, такой занос возникает при движении заднеприводных автомобилей под действием силы тяги (рис.4.28), особенно при разгоне с повернутыми колесами на скользком покрытии во время входа в поворот. В этих случаях сила сцепления задних колес полностью используется в направлении движения автомобиля (одно из ведущих колес пробуксовывает), а для удержания его от бокового скольжения сцепление отсутствует.

Занос задней оси более вероятен у автомобилей с относительно короткой базой. Поэтому большинство современных легковых автомобилей делают переднеприводными. На таких автомобилях сила тяги реализуется на колесах передней оси, занос которой как отмечено выше, гасится автоматически, боковое же сцепление колес задней оси не зависит от величины силы тяги и практически не изменяется. Благодаря этому переднеприводные автомобили обладают неплохой курсовой устойчивостью при движении под действием с тяги на мокрых и скользких дорогах.

Для гашения начавшегося заноса задней оси автомобиля, прежде всего нужно устранить причину, вызвавшую потерю устойчивости автомобиля, прекратить торможение или ослабить нажатие на педаль, регулирующую подачу топлива. Одновременно нужно повернуть рулевое колесо в сторону перемещения оси (в сторону заноса). Автомобиль при этом начнет двигаться по более пологой кривой, радиус поворота увеличится, центробежная сила уменьшится. Поворачивать рулевое колесо нужно плавно и быстро, на не очень большой угол, чтобы не вызвать занос в противоположную сторону. Как только занос прекратиться, нужно также плавно и быстро вернуть рулевое колесо в нейтральное положение (рис.4.29).

На (рис.4.30) приведены некоторые характерные ошибки водителей, приводящих к потере устойчивости автомобиля в движении, а также необходимые навыки для предупреждения подобных ошибок и упражнения по развитию необходимых навыков.