2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое сопротивление качению шины

Что такое сопротивление качению шины

4.1. Сопротивление качению автомобиля

Одним из главных требований, предъявляемым к шинам легковых автомобилей и связанным с топливной экономичностью, является наименьшее значение коэффициента сопротивления качению. Кроме того, шины должны обладать хорошей устойчивостью и управляемостью, не допускать заноса автомобиля при отклонениях колеса от направления движения.

Потеря контакта с поверхностью дороги наступает при наличии на ней значительного слоя воды. В этом случае возникает эффект жидкостного трения, подобного трению в подшипнике, и шина скользит по воде. При помощи соответствующего рисунка протектора можно обеспечить отвод воды в сторону, чтобы в контакте шины с поверхностью дороги не образовывался слой воды, на котором шина теряет управляемость и возникает опасный эффект «аквапланирования».

Шины с изношенным протектором намного опаснее с точки зрения вышеизложенного эффекта, чем новые. Зависимость коэффициента сцепления от скорости автомобиля и толщины слоя воды для новых и изношенных шин показана на рис. 8. При падении коэффициента сцепления ниже 0,05 автомобиль становится неуправляемым.


Рис. 8. Зависимость коэффициента сцепления φсц от скорости автомобиля v и толщины слоя воды на поверхности дорожного покрытия: а — новая шина; б — изношенная шина без протектора

С точки зрения плавности хода автомобиля и устранения шума в кабине, шина должна поглощать небольшие неровности дороги и не передавать вызываемые ими вибрации на кузов. Это требует прежде всего увеличения податливости боковины шины, но лишь до такой степени, чтобы не допустить потери управляемости автомобиля. Жесткость боковины влияет на боковой увод колеса, возникающий при наличии осевой силы, действующей в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса.

Жесткость боковин шины определяет ее конструкция, и прежде всего способ наложения корда. На рис. 9 изображены различные типы шин: а диагональная с укладкой слоев корда под углом; б радиальная с укладкой слоев корда по радиусу шины с армирующими слоями под протектором; в диагональная улучшенного типа с армирующими слоями под протектором.


Рис. 9. Способы укладки слоев корда шин

Прогресс в области шин направлен на создание все более низкопрофильных шин, имеющих меньшие потери на качение и лучшие показатели устойчивости и управляемости. Профиль шины оценивается процентным отношением его высоты к ширине. На рис. 10 показаны сечения шин серий «80»-«40». Наиболее широко применяется серия «70», а серия «40», например, предназначена уже только для гоночных автомобилей.


Рис. 10. Сечения шин серий ’80’-’40’

Поскольку передаточное отношение трансмиссий автомобиля рассчитывают с учетом диаметра колеса, то и при использовании низкопрофильной шины этот диаметр должен быть сохранен неизменным. Для этого шина должна монтироваться на обод большего диаметра. Это имеет свои положительные стороны: например, можно увеличить ширину и диаметр тормозов, что улучшит их охлаждение. Однако масса колеса увеличится, если не применить для его изготовления легкие сплавы.

В предыдущих главах для простоты изложения использовалось допущение, что коэффициент сопротивления качению не зависит от скорости движения. В действительности это не так, поскольку конструкция, технология изготовления или материал шин оказывают влияние на изменение этого коэффициента, особенно при больших скоростях движения. На рис. 11 приведены реальные значения коэффициента сопротивления качению, измеренные у шин итальянской фирмы «Пирелли» серий «80»-«50».


Рис. 11. Зависимость сопротивления качению шин f от скорости автомобиля υ

При высоких скоростях отчетливо проявляется преимущество низкопрофильных шин серий «60» и «50». Например, шина HR/60 на скорости 160 км/ч имеет сопротивление качению на 26 % меньше, чем шина SR/80.

Среднее удельное давление в площади контакта у шины с упругой боковиной приблизительно равно давлению воздуха в шине. Поэтому как широкая, так и узкая шины одинаково нагруженного колеса будут иметь равный размер площади контакта с поверхностью дороги. Однако формы поверхности контакта будут различными. На рис. 12 показаны два колеса с шинами различной ширины и их отпечатки. Площадь обоих отпечатков одинакова, но у более широкой шины он растянут по ширине, у менее широкой — по длине. Как изображено на боковой проекции колеса, деформация широкой шины h0 меньше, чем узкой hu. Это является причиной меньшего погружения колеса в мягкое покрытие и, следовательно, меньшего коэффициента сопротивления качению. Данное правило действует и на твердом покрытии, так как изменяется угол наезда α, образуемый между касательной к окружности колеса и поверхностью дороги в месте контакта ее с колесом. Коэффициент сопротивления качению измеряется при качении колеса по ровному покрытию, имеющему большую жесткость, что моделирует качение эластичного колеса по жесткому покрытию и приблизительно соответствует условиям качения шины по дороге с асфальтовым или бетонным покрытием. В этом случае можно пренебречь влиянием деформации дорожного покрытия, и деформация колеса будет протекать таким образом, как показано на рис. 13. При статическом нагружении деформация симметрична, а равнодействующая сил проходит через центр тяжести отпечатка.


Рис. 12. Поверхности контакта узкой и широкой шин с дорожным покрытием


Рис. 13. Распределение давления р на поверхности контакта шины с дорожным покрытием

Колесо представляет собой пневматическую пружину с высокопрогрессивной характеристикой. Характеристику этой пружины можно получить путем нагружения колеса и измерения положения его центра тяжести в зависимости от величины нагрузки. При вращении шины каждую элементарную площадку на ее окружности можно считать самостоятельной, предварительно сжатой пружиной. Дополнительное сжатие этих парциальных пружин при контакте с дорогой требует затраты работы, которая увеличивает сопротивление качению шины. При выходе из контакта этих пружин после достижения максимального сжатия в среднем положении энергия, аккумулированная в них, высвобождается, и сила действует в направлении движения, уменьшая сопротивление качению. Для идеальной шины вложенная энергия была бы равна энергии высвобожденной, и колесо катилось бы без потерь.

Однако шина снабжена реальным протектором и, кроме того, в ней имеется внутреннее трение. При деформации протектора, помимо силы, необходимой для сжатия пневматической пружины, требуется сила для придания ускорения парциальной массе. Наличие внутреннего трения вызывает расход еще части энергии на разогрев шины. Следовательно, в первой половине цикла соприкосновения шины с дорогой должно быть развито усилие, достаточное для сжатия пружины, придания ускорения массе протектора и преодоления внутреннего трения. Однако во второй половине цикла вся сила сжатия пружины не высвободится, так как часть ее уйдет на придание обратного ускорения массе и на преодоление внутреннего трения. При вращении колеса на массу протектора воздействует также центробежная сила. Распределение удельных давлений по площади отпечатка будет поэтому неравномерным.

Равнодействующая всех сил расположена в первой половине отпечатка и удалена от оси колеса на расстояние s. За счет этого возникает момент сопротивления sG, который вызывает горизонтальное сопротивление H = G tg φ, где tg φ = s/R = f; G — нагрузка на шину.

В действительности, при передаче окружного усилия с шины на дорогу зависимости гораздо сложнее, но для наглядности объяснения приведенная выше упрощенная модель вполне пригодна. Так как центробежная сила и время сжатия зависят от окружной скорости у, то и сопротивление качению также частично зависит от нее. Эта зависимость выражается уравнением

Значение f0 и в особенности показатель степени n, по мнению различных авторов, имеют весьма широкий диапазон. По Э. Эверлингу n = 1; В. Камм считает n = 2, Андро n = 3,7.

Для наших рассуждений о путях снижения сопротивления качению вполне пригодны реально измеренные значения коэффициента сопротивления f (см. рис. 11) и влияние на него давления в шине (рис. 14). Из графиков на рис. 14 видно, что малое давление значительно увеличивает сопротивление качению, особенно при больших скоростях движения.


Рис. 14. Зависимость коэффициента сопротивления качению f от скорости автомобиля v и давления в шинах р

Как показано на рис. 11, до скорости 60-80 км/ч сопротивление качению несколько падает, но при больших скоростях резко увеличивается. Сверхнизкопрофильная шина серии VR/50 сохраняет небольшую величину сопротивления качению вплоть до скорости 200 км/ч. Таким же свойством обладает и шина HR/60.

Весьма опасным для шин является резонанс протектора, возникающий на высоких скоростях. При достижении определенных оборотов колеса могут начаться колебания элементов слоя протектора на пневматической пружине под влиянием постоянных импульсов сжатия при каждом повороте колеса. На поверхности шины в момент выхода ее из контакта с дорогой появляются статические волны, которые могут распространиться по всей окружности колеса. Резонанс протектора является причиной больших выделений теплоты и поэтому недопустим. При его возникновении в течение нескольких десятков секунд слой протектора может отделиться и, таким образом, возникнет аварийная ситуация.

Резонанс протектора резко повышает сопротивление качению, а рост энергии, потребляемой для преодоления сопротивления, сильно разогревает шину. Границы резонанса можно сдвинуть в сторону больших частот вращения колеса повышением внутреннего давления в шине и уменьшением массы протектора. Максимально допустимая скорость для отдельных типов шин фирмы «Пирелли» ограничивается следующим образом: SR — 180 км/ч; HR — 210 км/ч; VR — более 210 км/ч.

Снижение сопротивления качению у низкопрофильных шин весьма значительно и поэтому способствует повышению топливной экономичности. Фирма «Пирелли» гарантирует, что использование нового типа шин Р8 вызывает уменьшение расхода топлива до 4 %, что соответствует снижению сопротивления качению на 20 %. Одновременно повышается срок службы шин. Шина Р8 относится к серии «65» и пригодна для использования на скоростях до 180 км/ч.

Низкопрофильные шины обладают большей жесткостью боковин, что проявляется в меньшей величине бокового увода. На рис. 15 показано влияние угла бокового увода на коэффициент сопротивления качению. Пунктирная кривая характеризует шины серии «80», сплошная — серии «60».


Рис. 15. Зависимость коэффициента сопротивления качению f узкой и широкой шин от угла бокового увода β

Одним из главных требований, предъявляемых к шинам, является обеспечение хорошего сцепления с поверхностью дороги. Оно обусловливается шириной профиля шины, рисунком протектора и качеством его материала. Для обеспечения максимального сцепления с поверхностью дороги у гоночных автомобилей применяются шины, изготовленные из особо мягкого материала с гладким протектором без рисунка. Мелкие углубления на поверхности протектора делаются лишь для контроля износа, который у этих шин при малых пробегах достигает значительных размеров. Сопротивление качению у таких гладких шин меньше, чем у тех, которые снабжены протектором с рисунком.

Как видно из вышеизложенного, правильный выбор типа шины и соблюдение установленного внутреннего давления воздуха в них являются важными факторами, влияющими на уменьшение расхода топлива. Поскольку, однако, доля сопротивления качению в сумме общего сопротивления движению автомобиля значительно уменьшается с ростом скорости, то уменьшение этого вида сопротивления движению не означает пропорционального снижения расхода топлива. Так, уменьшение сопротивления качению шин на 10 % вызывает снижение потребления топлива лишь на 2%. Низкопрофильные шины обеспечивают лучшие условия движения, что может приводить к увеличению скорости, при котором экономия топлива, достигнутая снижением сопротивления качению, практически сведется к нулю. В этом случае необходимо принимать в расчет, какое снижение расхода достигается уменьшением сопротивления качению шин и насколько увеличивается этот расход из-за роста скорости движения.

При действии боковой силы коэффициент сопротивления качению шины растет. Боковая сила возникает чаще всего при движении на поворотах. Чтобы не допустить при этом снижения скорости автомобиля, необходимо увеличить мощность двигателя. Боковая сила растет с ростом скорости и соответственно увеличивается сопротивление качению. Поэтому при прохождении поворотов на большой скорости потребление топлива увеличивается.

Поворот можно проезжать и способом плавного скольжения всех колес (так называемый управляемый занос автомобиля), что весьма эффективно, но при этом требуется значительная мощность двигателя. Все колеса автомобиля в таком случае отклонены от направления движения. Умение экономично проезжать поворот на большой скорости заключается в прохождении его с наименьшим буксованием колес.

Что такое сопротивление качению шины

К аждый владелец машины вам уверенно заявит, что от качества автомобильных шин очень сильно зависит не только управляемость авто, но и расход топлива, сцепление с асфальтом и динамика движения. Кроме того, мы уверены, что вы точно слышали о таком термине, как «сопротивление качению шин» и наверняка задавались вопросом о том, что он означает и как он влияет на общие свойства покрышек. В нашей статье мы рассмотрим, что такое сопротивление качению шины, и как шины с низким сопротивлением качению могут повысить топливную эффективность вашего автомобиля. Итак, приступим!

  • Что такое сопротивление качению шины?
  • Как конструкция покрышки влияет на сопротивление качению
  • Минимальное сопротивление качению шины
  • Сопротивление качению шин и экономия топлива
  • Резюме

Что такое сопротивление качению шины?

Давайте разберемся, что такое сопротивление качению шин. Когда вы нажимаете на педаль газа в вашем автомобиле, вы начинаете ускоряться. Но если посмотреть более детально на сам процесс ускорения автомобиля, то можно увидеть, что нажимая на педаль газа вы передаете энергию от сгорания топлива в моторе, или электрическую энергию (все зависит от того, какой тип двигателя вы используете) через другие системы прямиком на шины вашего автомобиля. Это приводит к тому, что ваши покрышки начинают оборачиваться и набирать достаточный импульс, чтобы ваш автомобиль начал двигаться. Но для того, чтобы колесо начало двигаться, ваши покрышки должны преодолеть очень много факторов, которые препятствуют началу движения. И одним из этих факторов является сопротивление качению шины.

Если говорить техническим языком, то сопротивление качению шины – это минимальная энергия, которую ваше транспортное средство должно передать на колеса, чтобы поддерживать постоянную скорость на ровном дорожном полотне. Другими словами, это усилие, которое нужно для того, чтобы колесо постоянно двигалось.

Главным источником сопротивлению качения является процесс, который называется гистерезис. С технической точки зрения, гистерезис – это, по сути, потеря энергии, которая возникает при прохождении шины по поверхности дорожного полотна. Из-за того, что двигатель автомобиля должен постоянно компенсировать гистерезис, он должен вырабатывать дополнительную энергию, что приводит к увеличению расхода топлива.

Как конструкция покрышки влияет на сопротивление качения

Что такое сопротивление качению мы уже разобрались. Но от чего непосредственно зависит сопротивлении качению? Как бы это странно не звучало, но качение покрышки напрямую зависит от конструкции шины и ее свойств. Давайте детально рассмотрим все ключевые аспекты.

Сама конструкция и материалы, из которых она установлена, напрямую влияет на качение шины. Кроме того, иногда индекс сопротивления качению двух визуально одинаковых покрышек может отличаться практически в два раза. Помимо конструкции, на свойства качения покрышки сильно влияет индекс скорости. Высокий индекс скорости означает, что покрышка обладает высокой курсовой устойчивостью, а сама покрышка специально усилена, чтобы выдерживать большие нагрузки. Хоть такие покрышки и обеспечивают большую безопасность на высоких скоростях, но из-за этого приходится жертвовать увеличенной мощность сопротивления. Немаловажным параметром также является размерность колеса. Здесь все просто: чем больше диаметр колеса, тем меньшим будет сопротивление качению. Известно, что плюс один сантиметр к диаметру колеса – это минус 1% от общего числа сопротивления качению.

Если хотите, чтобы мощность вашего двигателя израсходовалась на то, чтобы придавать вашему авто нужное ускорение, тогда вам нужно выбрать правильный протектор колеса. Запомните, что чем глубже протектор на покрышке, тем больше величина сопротивления. Поэтому, когда покрышки уже изрядно износятся, сопротивления качению может упасть на целых 30% от первоначальной величины.

Также всегда обращайте внимание на давление воздуха в покрышках. Помните, что приспущенное колесо неправильно прилипает к дороге и неравномерно распределяет давление. В результате в автомобиле сильно ухудшается сцепление с дорожным полотном и падает управляемость. Кроме того, при езде на плохо накаченных шинах приводит к тому, что сами шины быстро нагреваются, деформируются. При этом, увеличивается сопротивление качению, увеличивается расход топлива и сами покрышки быстрее изнашиваются.

Минимальное сопротивление качению шины

Скажем сразу, что избавиться сопротивления качению шины нельзя исходя из законов физики. Но раз его нельзя полностью устранить, его можно попробовать свести к минимуму. Как мы уже выяснили, сопротивление качения шин вызвано гистерезисом. Чтобы минимизировать его влияние можно спроектировать покрышку таким образом, чтобы ее протектор был как можно меньше. Минусом такого подхода будет очень малый срок службы покрышки.

Второй способ более технологичен, ведь он требует разработки качественно новых материалов для шин. Покрышки из таких материалов получат снижение сопротивления качению благодаря тому, что они будут устойчивыми к выработке тепла и их протектор будет иметь минимальный прогиб во время сцепления с дорожным покрытием. Современные шины с низким сопротивлением качению используют именно второй подход.

Сопротивление качению шин и экономия топлива

Итак, если просуммировать все вышесказанное, можно сказать, что если мы выберем шины, у которых коэффициент сопротивления качению довольно низкий, то мы сможем больше мощности двигателя перенаправить на увеличение скорости или поубавить газ для экономии топлива. В целом, такое предположение вполне обосновано.

Чтобы проверить эту теорию на практике ученые из автомобильной индустрии провели ряд независимых тестов. В них использовались покрышки, у которых снижения сопротивление качению достигло 10-12 % по сравнению с обычными шинами. При этом, использовались шины от разных производителей. Само тестирование проводилось на гоночном треке на специальном спортивном седане. Во время теста автомобиль проехал около 400 км с несколькими заправками.

В результате тестирования ученые выяснили, что использование шин с низким сопротивлением качения позволило снизить расход топлива на 6 процентов по сравнению с обычными покрышками. В целом, это не очень большое преимущество. Но если брать в пересчете на годовой запас топлива, то может получить довольно неплохая экономия семейного бюджета.

Кроме того, в отчете исследования сказано, что на размер экономии топлива будет влиять не только коэффициент сопротивления качения покрышек, но и стиль вождения, качество дорожного покрытия и общее техническое состояние автомобиля. Поэтому, сам факт того, что вы обули ваше авто в покрышки с низким сопротивлением качения, еще не гарантирует вам того, что вы сможете получить достаточную экономию топлива

Сопротивление качению автошин

Автомобилю, чтобы совершать движение, приходится преодолевать 5 сил, одна из которых называется сопротивлением качению.

Сопротивление — это действие, препятствующее проявлению и развитию иного действия. По правилам механики действие = противодействию.

Так вот, с любым кругооборотом колеса покрышка (шина) искажается под влиянием полотна дороги. Все возможные усилия, которые во время тормоза или прохождения поворота требуют ускорения, включены в опорной плоскости шины. Из-за деформации, верхняя основа покрышки нагревается и тратит какую-то часть энергии, посылаемую двигателем, вот это действие и называется сопротивлением качению.

Процент сопротивления качения довольно-таки зависит от стремительности машины и при обычной скорости тратится от 25% до 30% энергии горючего. Но при более интенсивном движении автомобиля, процент достаточно низок.

Данное сопротивление зависит от некоторых факторов:

  1. Структуры механизма машины.
  2. Силы действия (давление) воздуха в покрышке.
  3. Температурных показателей.
  4. Производительности (нагрузки).
  5. Стремительности движения машины.
  6. Техсостояния поверхности дороги.

Наиболее важные причины, от которых зависит сопротивление качению:

Конструктивность размера и объема шин:

  • число слоев;
  • конфигурация нитей корда;
  • толщина;
  • состояние протектора.

Факторы, влияющие на снижение данного сопротивления:

  1. Меньшее число слоев оболочки корда.
  2. Корпуленция протектора.
  3. Использование материалов из синтетических основ — ПЛАСТИФИКАТОРЫ.
  4. Увеличение диаметра покрышки.

Эксплуатационные моменты сильно влияют на причину противодействия качению. Дело в том, что с повышением силы действия воздуха (давления) в шине, а также ее температурных параметров, противодействие качению убавляется. Наименьшее противодействие (сопротивление) качению имеет участок при нагрузке, сходной с номинальной, который при увеличении степени деформации шины уменьшается.

Сопротивление качению на магистралях с достаточно плотным покрытием, зависит во многом от характера и параметров ухабистости дорог, что определяет деформацию покрышки и, конечно же, подвески, а, следовательно, лишнюю затрату энергии. Лишняя работа или дополнительные затраты на неровный грунт и выдавливание влаги и слякоти, которые пребывают в участке соприкосновения колеса с дорогой, обычно связанно с движением по достаточно деликатным опорным плоскостям.

Если скорость автомобиля равна до 50 км/час, то сопротивление качения является постоянным.

При скорости больше 100 км/час проявляется сильное увеличение противодействие качения. Это обусловлено тратой энергии на колебания и удары, происходящие в резине во время высокой скорости движения.

Помимо сопротивления, машине приходится преодолевать еще четыре силы, к которым относятся:

  1. Аэродинамика — зависит от скорости машины.
  2. Инерция — от ускорения автомобиля.
  3. Сила тяжести.
  4. Сила внутреннего трения агрегата.

Дополнительно автомобилю еще нужна энергия, которую требуют такие механизмы как: устройства мультимедийных систем; кондиционер; управление рулевого усилителя и многие другие.

На одну долю резины в легковом транспортном средстве приходится потребляемой энергии — 20% или один полный бак горючего. В большегрузном автомобиле доля больше 30% от общей потребляемой энергии.

Низкое противодействие качения, как некая задача в технологии, состоит в том, что положено сохранять основные характеристики покрышки, которые напрямую зависят от безопасности и движения.

Коэффициент данного сопротивления обусловлено — в кг/т. Например, коэффициент в 12 кг/т говорит о том, что если на покрышку давит вес с тяжестью в тонну, значит потребуется на покрышку включать силу — в 120 Н, для того чтобы она не потеряла скорость под влиянием сопротивления качению.

Комплектация покрышки (шины) и ее влияние на сопротивление качению

Субстанция, из которой изготовлена шина и ее конструкция, влияют одинаково на сопротивление качению. Даже если брать один автомобиль, порой эта разница показателя у покрышек может достигать до 50%.

Комплектация шины:

1. Индекс стремительности шины:

  • выполняет требования конструкции;
  • усиливает и обеспечивает устойчивость курса на высокой скорости;
  • повышает сопротивление качения.

2. Параметры шины:

  • чем внешний диаметр покрышки больше, тем ниже противодействие. Дополнительный любой 1 см уменьшает сопротивление на 1%.

3. Рисунки на протекторе:

  • глубина изображения на протекторе, увеличенная на 50% — значит больше сопротивление качения уже на 12%.
  • в конце эксплуатации покрышки ее сопротивление понижается на 25%, если сравнивать сопротивление с новой покрышкой.

4. Сила действия воздуха:

  • шина, которая плохо накачена, неравномерно рассредоточивает давление на плоскость дороги, что приводит к трансформации формы пятна соприкосновения (контакта).

Характеристики дорожной поверхности

  1. Температурные показатели окружающей среды: увеличение градусных показателей на каждые 10°С — сопротивление, как факт меньше на 6%.
  2. Разновидности дорожного покрытия: шероховатая поверхность дороги больше — сопротивление качению выше, расхождение достигает 40%.

Сколько топлива «потребляют» шины? Тест на сопротивление качению

Смотрите-ка: на носу Новый год, а на улице все еще плюсовая температура. Примерно в таких условиях мы тестировали пять комплектов зимних шин и один комплект летних. Самое долгое, нудное и время затратное, но очень важное испытание касалось экономичности покрышек. Установленный факт: от 5 до 15% топлива тратится на то, чтобы автомобиль просто катился вперед. Роль шин в этом процессе немаловажная, и потому производители придают большое значение т. н. сопротивлению качения. Его-то и будем измерять.

Что такое сопротивление качению?

Сначала давайте разберемся в терминах. Шинники часто обращаются к понятию «сопротивление качению». Оно у разных покрышек разное: одна модель катится свободно, без усилий, другая — натужно, как бы противится (отсюда — сопротивление).

Чтобы ранжировать шины по экономичности, придумали классы — от A до G. Если покрышка классифицирована как А — это высший результат. Следовательно, у нее низкое сопротивление качению. Маркировка «В» свидетельствует о чуть большей «прожорливости», «С» — еще большей и так далее. В конце списка — класс G, у которого высокое сопротивление качению.

Считается, что на сопротивление качению шины влияют несколько факторов. Многое зависит от самой покрышки: веса, состава резины, высоты и рисунка протектора, формы боковины и т. д.

По данным производителей, от 5 до 15% топлива тратится на то, чтобы автомобиль просто катился вперед.

Условия испытания: разгоняемся до 80 км/ч и ждем-ждем-ждем.

При измерении выбега автомобиль разгоняют до определенной скорости, переводят рычаг КПП в положение «N» и ждут, никак не воздействуя на педали, пока машина полностью не остановится.

Именно такого алгоритма придерживался Юрий Краснов, выступавший водителем-испытателем в шинных тестах Onliner. Подчеркнем, что заезды проводились на одном и том же участке Республиканского полигона для испытания мобильных машин (более известен как «Липки»).

Температура воздуха в дни проведения тестов составляла от +5 до +6 градусов по Цельсию. Ветер был слабым — всего 1—3 метра в секунду.

В салоне всегда находились два человека (Юрий Краснов за рулем и штурман). Давление в шинах, которые перед испытаниями проходили небольшую обкатку (до 100 км), составляло 2,2 бара.

В качестве инструмента для измерения выступал высокоточный прибор Racelogic VBOX Sport. Он позволяет определять динамические характеристики автомобиля, а также тормозной (корректнее в данном случае сказать остановочный) путь. Устройство фиксирует показатели в рамках заданных параметров. В данном случае был установлен диапазон с 80 до 0 км/ч.

Нам предстояло узнать расстояние, за которое остановится машина. Чем оно больше, тем меньше сопротивление качению, а значит, лучше результат.

Дальнейшее — дело техники. Нужно определиться с выборкой репрезентативных результатов и вывести среднее арифметическое, которое будем считать итоговым показателем.

Напомним, в нашем распоряжении по-прежнему пять комплектов «зимы» и один — «лета».

Premiorri ViaMaggiore Z Plus

По традиции начинаем с шин украинского производства — Premiorri ViaMaggiore Z Plus. В рамках нашего испытания они выступают в роли самых дешевых. В прежних тестах эти покрышки показали скромные результаты. Впрочем, отставание от других моделей не столь существенное.

В описании шин на сайте производителя — компании «Росава» (ранее Белоцерковский шинный завод) — упоминания про экономичность мы не нашли. Зато на наклейке, с которой продавались покрышки, есть указание о классе E.

Каждый заезд занимает примерно пять минут: разгоняемся до 80 км/ч, водитель переводит коробку в нейтральное положение, автомобиль катится, а мы ждем.

Раньше как-то не задумывались, какое расстояние может проехать кроссовер в таком режиме. Оказывается, более километра!

Прибор показывает от 1006 до 1221 м. Разбежка не такая уж маленькая. Из восьми заездов пять считаем репрезентативными. Средний результат — 1192,7 м.

HIFLY Win-Turi 212

Следующим к испытаниям приступает китайский бренд HIFLY (модель Win-Turi 212). Эти шины неплохо проявили себя при торможении на мокром покрытии и при вхождении в поворот. В то же время в наших акустических испытаниях они оказались в числе самых шумных.

Что насчет экономичности? На сайте производителя сказано: покрышки обеспечивают превосходное сцепление и снижают сопротивление качению. Однако, как и в случае с украинскими шинами, на стикере имеется скромное обозначение класса Е.

Участок полигона тот же, погода не меняется, состав экипажа прежний. Результаты получаются очень кучными: в пределах 1100—1200 метров. В итоговую таблицу заносим 1142,6 м.

Viatti Bosco S/T V-526

Наступает черед российских покрышек Viatti Bosco S/T V-526. Продавец говорил о них как о крепком середнячке. Так и получается, судя по результатам нашего шинного теста.

Про экономичность этой модели информации мало. Покрышки продавались без стикера. На сайте дистрибьютора продукции заявляется об их энергоэффективности. Что ж, поверим, но проверим!

Надо сказать, что в этот раз российским шинам удается удивить! Не считая двух результатов, явно выбивающихся из общего числа, получаются весьма серьезные показатели. Среднее арифметическое — 1308,3 м. Хорошая заявка.

Tigar SUV Winter

Одним из лидеров наших испытаний стали сербские покрышки Tigar SUV Winter. Они показали очень хорошие метры при торможении. Во время акустического испытания проявили себя как нешумные. При вхождении в поворот позволили выполнить маневр при 67 км/ч.

Логично ожидать от «еврозимы» бережного отношения к топливу, не так ли?

На русскоязычном сайте изготовителя покрышек политкорректно сказано про оптимальный расход топлива. Уточняется, что это достигается за счет новой резиновой смеси с содержанием силики. При этом наклейка свидетельствует о принадлежности к классу Е.

С первых же заездов становится очевидно, что наши прогнозы оправдываются: прибор Racelogic VBOX Sport фиксирует стабильно высокие результаты. В итоговый зачет идет 1280,1 м, что очень и очень неплохо.

Nokian Hakkapeliitta R3 SUV

Меняем «еврозиму» на «скандинавов». Наступает очередь катиться Nokian Hakkapeliitta R3 SUV. По-прежнему считаем, что шинам от финского производителя не дали проявить себя температурные показатели: «плюс» — не то время, когда эти покрышки на высоте.

Дилер при описании модели уделяет внимание работе на снегу, льду, мокрой поверхности, но про сопротивление качению мы ничего не нашли. В то же время на наклейках, с которыми продавались шины, содержится обозначение класса B. Это самая высокая заявка среди всех участников теста!

Автомобиль опять разгоняется до 80 км/ч, нейтраль, терпеливо ждем. Попытки в районе 1,25 км и выше. Это действительно можно назвать низким сопротивлением качению. Зачетный (средний) результат — 1290,1 м

Bridgestone Dueler H/P Sport

Наконец, остается испытать штатные Bridgestone Dueler H/P Sport. Летние шины были включены в тест для сопоставления результатов, но неожиданно показали лучший итог при торможении на мокром асфальте и при вхождении в поворот. В общем, понимайте как хотите — мы же просто констатируем.

Не исключаем, что «лето» опять окажется в числе лучших. Впрочем, не будем загадывать до заездов.

Через час испытаний становится понятно, что результаты приличные, но до тройки лидеров модель в данном тесте не дотягивает. Записываем в графу напротив штатного «лета» 1229,9 м.

Европейская маркировка шин

В целях предоставления стандартизованной информации о расходе топлива, сцеплении на мокром покрытии и внешнем шуме от качения, Европейский Союз решил ввести обязательную маркировку всех новых шин (европейская маркировка).

С ноября 2012 года все новые шины, продаваемые в ЕС, должны иметь стикер европейской маркировки. Основанием для этого является предоставление базовых сведений о шине и помощь конечному пользователю при принятии решения о выборе новой шины.

Топливная эффективность

От чего зависит экономичность шины?

Простыми словами, топливо сберегающие шины требуют меньше энергии для преодоления сопротивления качению. Шины с низким сопротивлением качению позволяют снизить расход топлива, поскольку они требуют меньше энергии на трение и нагрев. Возможно, вам знаком термин «низкое сопротивление качению», который, по сути, означает то же самое.

Как измеряется топливная экономичность?

Топливная экономичность находится в диапазоне от «А» до «G» на цветовой шкале.

A (зеленый цвет)= максимальная топливная экономичность

G (красный цвет)= минимальная топливная экономичность

Для легковых автомобилей рейтинг «D» не используется.

Расход топлива: разница между оценкой «А» и «G» составляет 0,5 л/100 км, что представляет собой 80 литров топлива в год (на базе 15 000 км/год).

Что означает этот рейтинг

Различие между рейтингом «A» и «G» может указывать на разницу в расходе топлива до 7,5%. Если выразить это в абсолютных показателях, использование шин с рейтингом «A» вместо шин с рейтингом «G» позволит экономить более 6 литров на каждой тысяче километров.*

При средней цене топлива 1,50 евро за литр можно сэкономить более 300 евро на протяжении всего срока эксплуатации шин*

И не забудьте о снижении влияния на окружающую среду!

*При условии среднего расхода 8 литров на 100 км, цены топлива на уровне 1,50 евро за литр и среднего пробега шин 35 000 км

Что еще влияет на топливную экономичность?

Для максимальной экономии топлива следите за уровнем давления в шинах. Низкое давление в шинах увеличивает сопротивление качению и влияет на эффективность сцепления с мокрым дорожным покрытием. Масса автомобиля и стиль вождения также влияют на расход топлива. Энергосберегающий стиль вождения, также называемый «эковождением», может существенно снизить расход топлива.

*При условии среднего расхода 8 литров на 100 км, цены топлива на уровне 1,50 евро за литр и среднего пробега шин 35 000 км

Представленные здесь значения приводятся только в качестве иллюстрации. Значения для различных типоразмеров шин могут отличаться.

Маркировка:

A- максимальная топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), en kg/t RR ≤ 6,5)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

B– очень высокая топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), enkg/t6,6 ≤ RR ≤ 7,7)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

C- высокая топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), enkg/t7,8 ≤ RR ≤ 9)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

D- средняя топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), enkg/tНе используется)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

E– ниже-среднего топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), enkg/t9,1 ≤ RR ≤ 10,5)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

F- низкая топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), enkg/t10,6 ≤ RR ≤ 12)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

G- минимальная топливная экономичность (Коэффициент сопротивления качению (RR), enkg/tRR ≥ 12,1)

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G.

Сцепление на мокрой поверхности

Узнать больше о маркировке шин ЕС

Сцепление с влажной дорогой — это важный фактор при выборе новых шин. Сцепление на мокрой дороге — это важный фактор при выборе новых шин.

Что такое сцепление с влажной дорогой?

Сцепление с влажной дорогой — это способность шины удерживать контакт с мокрой поверхностью. В классификации ЕС рассматривается только один аспект сцепления с влажной поверхностью – характеристики торможения шины на мокрой дороге.

Как измеряется сцепление с влажной дорогой?

Сцепление на мокрой дороге классифицируется от «А» до «F»:

А = максимальный уровень

F = минимальный уровень

Для легковых автомобилей индексы «D» и «G» не используются.

Торможение: разница между шиной с оценкой A и G равна дистанции в 18 метров, что представляет собой расстояние в 4 автомобиля.

Что означает этот рейтинг

В экстренных ситуациях сокращение тормозного пути на несколько метров может иметь решающее значение. Тормозной путь легкового автомобиля, на котором установлены шины с индексом А, при резком торможении со скорости 80 км/ч будет на 18 метров короче, ==>чем при использовании шин с индексом «F». *

Внешний шум

Подробнее о маркировке шин ЕС

Значительная часть шума, создаваемого автомобилем при движении, связана с шинами. Использование тихих шин помогает снизить воздействие вашего автомобиля на окружающую среду.

Какие показатели охватывает шумовая классификация шин ЕС

Классификация ЕС измеряет уровень наружного шума, создаваемого шинами, в децибелах.

Класс шумности

Поскольку многие люди не ориентируются в децибелах, также приводится графическое обозначение класса шумности. Этот код показывает, как показатели шины соотносятся с будущими европейскими ограничениями на уровень шума от шин.

· 1 черная волна: тихая шина (как минимум на 3 дБ ниже будущего предельного значения для Европы)

· 2 черные волны: умеренно шумная шина (между будущим предельным значением и -3 дБ)

· 3 черные волны: шумная шина (превышает будущее предельное значение для Европы)

Что означает этот рейтинг

Количество децибел измеряется по логарифмической шкале. Дополнительные несколько децибел приводят к значительному увеличению уровня шума. Фактически разница в 3 дБ в два раза увеличивает уровень шума, производимого шиной.

Каждый день на дороги выезжают тысячи автомобилей. Если использовать более тихие шины, шум в наших городах станет значительно меньше.

Преимущества шин с низким сопротивлением качению.

Сопротивление качению — одна из пяти сил, которые должен преодолеть автомобиль, чтобы двигаться.

К прочим силам относятся аэродинамическая, которая зависит от скорости автомобиля, сила инерции при ускорении, играющая важную роль в городских условиях движения, сила тяжести при подъеме и силы внутреннего трения автомобиля.

При этом автомобилю также необходима энергия для работы его вспомогательных механизмов и устройств (кондиционера, мультимедийных устройств, усилителя рулевого управления и т. д.).

В легковом автомобиле на долю шины приходится 20% потребляемой энергии, то есть один полный топливный бак из пяти. Для большегрузного автомобиля эта доля может составлять более 30% от общего количества потребляемой энергии.

Сложность технологии «низкого сопротивления качению» заключается в том, что необходимо сохранить на том же уровне основополагающие характеристики шины, а именно те, которые связаны с безопасностью и ходимостью.

Что такое сопротивление качению?

С каждым оборотом колеса шина деформируется под воздействием дорожного полотна. Все усилия, позволяющие делать ускорения, тормозить или проходить повороты прилагаются в пятне контакта.

Деформируясь, материалы, из которых изготовлена шина, нагреваются и рассеивают часть энергии, передаваемой двигателем. Это явление и называется сопротивлением качению.

Коэффициент сопротивления качению выражается в кг/т. Коэффициент в 12 кг/т означает, что, если на шину давит груз в одну тонну, к ней нужно постоянно прилагать силу в 120 Н, чтобы не дать ей возможность потерять скорость под воздействием сопротивления качению.

Факторы, влияющие на сопротивление качению:

Сама шина:

  • Конструкция:
    Конструкция и материалы влияют на сопротивление качению в равной степени. Иногда разница этого показателя у шин для одного и того же автомобиля может доходить до 50%.
  • Индекс скорости шины:
    Выполнение требований, предъявляемых к конструкции и усилению ее элементов для обеспечения курсовой устойчивости на высоких скоростях, как правило, также приводит к повышению сопротивления качению.
  • Размерность шины:
    Чем больше внешний диаметр шины, тем ниже сопротивление качению. При каждом дополнительном сантиметре сопротивление качению уменьшается на 1%.
  • Рисунок протектора:
    Увеличение глубины рисунка протектора на 50% приводит к увеличению сопротивления качению на 12%.
    В конце жизненного цикла шины ее сопротивление качению снижается на 25% по сравнению с новой шиной.

Давление воздуха:

  • Недостаточно накачанная шина создает неравномерное распределение давления на поверхность дороги и приводит к изменению формы пятна контакта. В связи с этим ухудшаются сцепные свойства, и происходит преждевременный износ шины.
  • Недостаточное давление в шине приводит также к увеличению амплитуды деформаций, повышенному нагреву и, таким образом, потере энергии, которая проявляется в повышении сопротивления качению и увеличении расхода топлива.
  • Если бы все европейские автомобилисты ездили с правильным давлением воздуха в шинах, это дало бы выигрыш до 2,5% в расходе топлива и снижении выбросов СО2.

Характеристики дорожного покрытия:

  • Температура окружающей среды: При увеличении температуры на каждые 10°С (в диапазоне от 10 до 40°С) сопротивление качению уменьшается на 6%.
  • Тип дорожного покрытия: Чем более шероховатым является дорожное полотно, тем выше сопротивление качению. Разница может достигать 40%.

Значительный потенциал снижения выбросов СО2:

Несмотря на то что с момента выпуска на рынок первой зеленой шины в 1992 году она была значительно усовершенствована, а именно сопротивление качению было снижено на 25% или еще на 3 кг/т, возможности достижения более впечатляющих результатов в области сопротивления качению остаются еще очень большими. Исследовательские группы компании Michelin прогнозируют снижение этого показателя примерно на 25% в течение ближайших 10 лет.
Такое снижение имеет исключительную важность, поскольку уменьшение сопротивления качению на 3 кг/т* соответствует экономии топлива порядка 0,21 литра на 100 км (источник: исследование ALD).

* Разница между черной шиной (12 кг/т) и зеленой шиной (9 кг/т).

Достижения компании Michelin в области снижения сопротивления качению

Две революционные новинки: появление радиальной шины в 1946 году и начало использования кремнезема в 1992 году

Качение шины

Радиус качения

При качении шина подвергается действию центробежных сил. Величина центробежных сил зависит от скорости качения, массы и размеров шины. Под действием центробежных сит шина несколько увеличивается по диаметру. Испытания показали, что при качении шины со скоростью 180—220 км/ч высота профиля увеличивается на 10—13% (результаты испытаний шин на шоссейно-кольцевых мотоциклетных гонках).

Одновременно действие центробежных сил вызывает (за счет увеличения радиальной жесткости шины) некоторое увеличение расстояния от оси колеса до опорной поверхности (плоскости дороги) с одновременным уменьшением площади контакта шины с дорогой. Это расстояние называется динамическим радиусом шины Rо, который больше, чем статический радиус Rс, т. е. Rо>Rc.

Однако при эксплуатационных скоростях движения Rо, практически равен Rс.

Радиусом качения называется отношение линейной скорости движения колеса к угловой скорости вращения колеса:

где Rк — радиус качения, м;
V — линейная скорость, м/с;
w — угловая скорость, рад/с.

Сопротивление качению

Рис. Качение шины по твердой поверхности

При качении колеса по твердой поверхности каркас шины подвержен циклическим деформациям. При входе в контакт шина деформируется и прогибается, а при выходе из контакта — восстанавливает свою первоначальную форму. Энергия деформации шины, образующаяся при входе элементов в контакт с поверхностью, расходуется на внутреннее трение между слоями каркаса и проскальзывание в зоне контакта. Часть этой энергии превращается в тепло и передается окружающей среде. Вследствие потерь механической энергии скорость восстановления первоначальной формы шины при выходе элементов шины из контакта меньше скорости деформации шины при входе элементов в контакт. В силу этого нормальные реакции в зоне контакта несколько перераспределяются (по сравнению с неподвижным колесом) и эпюра распределения нормальных сил принимает вид, как показано на рисунке. Равнодействующая нормальных реакций, равная по величине радиальной нагрузке на шину, перемещается вперед по отношению к вертикали, прохооящей через ось колеса, на некоторую величину а («снос» радиальной реакции).

Момент, создаваемый радиальной реакцией относительно оси колеса, называется моментом сопротивления качению:

При условии установившегося движения (при постоянной скорости качения) ведомого колеса действует момент, уравновешивающий момент сопротивления качению. Этот момент создается двумя силами — толкающей
силой Р и горизонтальной реакцией дороги X:

М = XRд = PRд,
где Р — толкающая сила;
X — горизонтальная реакция дороги;
Rд — динамический радиус.

PRд = Qa — условие установившегося движения.

Отношение толкаюшей силы Р к радиальной реакции Q называется коэффициентом сопротивления качению k.

На коэффициент сопротивления качению кроме шины значительное влияние оказывает качество дорожного покрытия.

Мощность Nк, затрачиваемая на качение ведомого колеса, равна произведению силы сопротивления качению Рс на линейную скорость качения V:

Раскрывая это уравнение, можно написать:

Nк = N1 + N2 + N3 — N4,
где N1 — мощность, затрачиваемая на деформацию шины;
N2 — мощность, затрачиваемая на проскальзывание шины в зоне контакта;
N3 — мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках колеса и сопротивление воздуха;
N4— мощность, развиваемая шиной при восстановлении формы шины в момент выхода элементов из контакта.

Потери мощности на качение колеса значительно возрастают с увеличением скорости качения, так как в этом случае возрастает энергия деформации и, следовательно, большая часть энергии превращается в тепло.

При увеличении прогиба резко возрастает деформация каркаса и протектора шины, т. е. потери энергии на гистерезис.

Одновременно увеличивается теплообразование. Все это, в конечном итоге, ведет к увеличению мощности, затрачиваемой на качение шины.

Испытания показали, что на качение мотоциклетной шины в условиях ведомого колеса (по гладкому барабану) затрачивается мощность от 1,2 до 3 л. с. (в зависимости от размера шины и скорости качения).

Таким образом, общие потери от шин весьма значительны и соизмеримы с мощностью двигателя мотоцикла.

Совершенно очевидно, что решение вопроса снижения мощности, затрачиваемой на качение мотоциклетных шин, имеет исключительное значение. Уменьшение этих потерь не только увеличит долговечность шин, но значительно увеличит моторесурс двигателя и агрегатов мотоцикла, а также положительно скажется на топливной экономичности двигателей.

Исследования, проведенные при создании шин типа Р, показали, что потери мощности при качении шин этого типа значительно меньше (на 30—40%), чем у шин стандартной конструкции.

Кроме того, снижаются потери при переводе шин на двухслойный каркас из корда 232 КТ.

Особенно важно максимально снизить потери мощности при качении шин для гоночных мотоциклов, так как при их движении на высоких скоростях потери в шинах составляют до 30% по отношению к общим затратам мощности на движение. Один из методов снижения этих потерь — применение в каркасе гоночных шин капронового корда 0,40 К. Применив такой корд, уменьшили толщину каркаса, снизили вес шины, она стала более эластичной, менее подверженной нагреву.

Большое влияние на коэффициент сопротивления качению шины оказывает характер рисунка протектора.

Для уменьшения энергии, образующейся при входе элементов в контакт с дорогой, максимально снижена масса протектора гоночных шин. Если у дорожных шин глубина рисунка протектора находится в пределах 7—9 мм, то у гоночных шин она составляет 5 мм.

Кроме того, рисунок протектора гоночных шин выполняют таким образом, чтобы его элементы оказывали наименьшее сопротивление при качении шины.

Как правило, рисунок протектора шин переднего (ведомого) и заднего (ведущего) колес мотоцикла различен. Это объясняется тем, что назначение шины переднего колеса — обеспечение надежной управляемости, а заднего колеса — передача крутящего момента.

Наличие кольцевых выступов на шинах передних колес способствует снижению потерь при качении и улучшает управляемость и устойчивость, особенно на поворотах.

Рис. Кривые зависимости потерь мощности от скорости качения: 1 — шина размера 80-484 (3,25-19), модели Л-130 (дорожная); 2 — шина размера 85-484 (3,25-19) модели Л-179 (для заднего колеса шоссейно-кольцевых мотоциклов)

Зигзагообразный рисунок протектора заднего колеса обеспечивает надежную передачу крутящего момента и также снижает потери на качение. Все вышеизложенные меры позволяют в общем существенно снизить потери мощности при качении шин. На графике показаны кривые изменения потерь мощности при различных скоростях для дорожных и гоночных шин. Как видно из рисунка, гоночные шины по сравнению с дорожными имеют меньшие потери.

Рис. Появление «волны» при качении шины на критической скорости: 1 — шина; 2 — барабан испытательного стенда

Критическая скорость качения шины

Когда скорость качения шины достигает некоторого предельного значения, потери мощности на качение резко возрастают. Коэффициент сопротивления качению увеличивается примерно в 10 раз.

На поверхности беговой дорожки шины появляется «волна». Эта «волна», оставаясь неподвижной в пространстве, перемещается по каркасу шины со скоростью ее вращения.

Образование «волны» приводит к быстрому разрушению шины. В зоне протектора-каркаса резко увеличивается температура, так как внутреннее трение в шине становится более интенсивным, и уменьшается прочность связи между протектором и каркасом.

Под действием центробежных сил, значительных по величине при высоких скоростях качения, происходит отрыв участков протектора или элементов рисунка.

Скорость качения, при которой появляется «волна», считается критической скоростью качения шины.

Как правило, при качении на критической скорости шина разрушается после пробега 5—15 км.

При увеличении давления в шине критическая скорость увеличивается.

Однако практика показывает, что во время ШКХ скорость движения мотоциклов на некоторых участках на 20—25% превышает критическую скорость шин, определенную на стенде (при качении шины по барабану). При этом шины не разрушаются. Это объясняется тем, что при качении по плоскости деформация шины меньше (при одинаковом режиме), чем при качении по барабану, а следовательно, критическая скорость выше. Кроме того время движения мотоцикла со скоростью, превышающей критическую скорость шин, незначительно. При этом шина хорошо охлаждается встречным потоком воздуха. В связи с этим технические характеристики шин спортивных мотоциклов, предназначенных для ШКГ, допускают кратковременное превышение скорости в определенных пределах.

Качение шины в условиях ведущего и тормозного колеса. Качение шины в условиях ведущего колеса происходит при приложении к колесу крутящего момента Мкр.

Схема сил, действующих на ведущее колесо, приведена на рисунке.

Рис. Схема сил, действующих на шину ведущего колеса при качении

К колесу, нагруженному вертикальной силой Q, приложен крутящий момент Мкр.

Реакция дороги Qp, равная по величине нагрузке Q, смещена относительно оси колеса на некоторое расстояние а. Сила Qp создает момент сопротивления качению Мс:

Крутящий момент Мкр создает тяговую ситу Рт:

где Rк— радиус качения.

При качении шины в условиях ведущего колеса под действием крутящего момента происходит перераспределение касательных сил в контакте.

В передней по направлению движения части контакта касательные силы увеличиваются, в задней — уменьшаются. При этом равнодействующая касательных сил X равна тяговой силе Рт.

Мощность, затрачиваемая на качение ведущего колеса, равна произведению крутящего момента Мкр на угловую скорость Wк вращения колеса:

Это уравнение справедливо только в том случае, когда в контакте отсутствует проскальзывание.

Однако касательные силы вызывают проскальзывание элементов рисунка протектора относительно дороги.

В силу этого действительная величина скорости поступательного движения колеса Уд несколько ниже теоретической Vт.

Отношение действительной скорости поступательного движения Vд к теоретической Vт называется коэффициентом полезного действия колеса, учитывающим потери скорости на проскальзывание шины относительно дороги.

Величину проскальзывания а можно оценить по следующей формуле:

Очевидно, значение действительной скорости Vд может меняться в пределах от Vт до 0, т. е.:

Интенсивность проскальзывания зависит от величины касательных сил, определяемых в свою очередь величиной крутящего момента.

Ранее было показано:

Mкр = XRк;
Х = Рт = Qv,
где v — коэффициент сцепления шины с дорогой.

При увеличении крутящего момента до некоторого значения, превышающего критическое, величина равнодействующей касательных сил X становится выше допустимой и шина полностью проскальзывает относительно дороги.

Cуществующие мотоциклетные шины в диапазоне рабочих нагрузок могут передавать без полного проскальзывания крутящий момент 55—75 кгс*м (в зависимости от размера шины, величины нагрузки, давления и т. д.).

При торможении мотоцикла силы, действующие на шину, по характеру аналогичны силам, возникающим при работе шины в условиях ведущего колеса.

При приложении к колесу тормозного момента Мт в зоне контакта происходит перераспределение касательных сил. Наибольшие касательные силы возникают в задней части контакта. Равнодействующая касательных сил по величине и направлению совпадает с тормозной силой Т:

При увеличении тормозного момента Мт выше некоторого критического значения тормозная сила Т становится больше силы сцепления шины с дорогой (T>Qv) и в контакте начинается полное проскальзывание, наступает явление юза.

При торможении на юз в зоне контакта повышается температура протектора, падает коэффициент сцепления, резко увеличивается износ рисунка протектора. Эффективность торможения уменьшается (увеличивается тормозной путь).

Наиболее эффективное торможение происходит при значениях тормозной силы Т, близкой по величине силе сцепления шины с дорогой.

Следовательно, при использовании водителем динамических качеств мотоцикла в целях уменьшения износа шин к ведущему колесу должен подводиться крутящий момент, обеспечивающий наименьшее проскальзывание шины относительно дороги.

Что такое сопротивление качению шины

Сопротивление качению

Некоторое количество энергии вырабатываемой топливом шина при движении колеса расходует на деформацию из-за смещения пятен контактов. Данная энергия отнимается из приданной шине кинетической энергии, и вследствие этого колесо замедляется. Около 25—30 процентов энергии топлива может затрачиваться на сопротивление качению. Хотя, данный % в большой степени зависит от скорости автомобиля. Он очень невелик на высоких скоростях.

Сопротивление качению связано с большим количеством эксплуатационных и конструктивных особенностей:

1) состояния дорожной поверхности

6) конструкции шины

В основном сопротивление качению связано с такими конструктивными характеристиками шин, таких как толщина и состояние протектора, число слоев и расположение нитей корда. Снижение численности слоев корда, толщины протектора, использование синтетических материалов и стекловолокна с небольшими утратами помогает снижению сопротивления качению. При увеличении размера шины т.е. диаметра при иных одинаковых обстоятельствах сопротивление качению тоже уменьшается.

«Не забывайте проверять давление в шинах». Проверено, что понижение давления в шинах всего на 0,1 атм. приносит повышение расхода топлива на 2-3 %. Определить на глаз шину с давлением 1, 2 атм. от 2,0 атм. способен не каждый человек, однако водитель, хозяин автомобиля с подспущенными шинами, дожжен будет затрачивать на каждой заправке своего автомобиля лишние деньги.

Завышение предельно допустимого давления в шинах чрезвычайно опасно на скользкой и мокрой дороге. Ни в коем случае нельзя применять этот метод зимой, так как расходы на ремонт автомобиля после ДТП, могут во много раз быть больше по сравнению со средствами сэкономленными от бензина.

С 1 ноября в странах Евросоюза введены обязательные этикетки для производителей шин, облегчающие выбор потребителю.

По новым требованиям, новые шины обязаны иметь дополнительную этикетку с указанием таких ключевых характеристик, как сопротивление качению, сцепление на мокрой дороге и уровень внешнего шума.

Чем меньше сопротивление качению при движении шины, тем меньше энергии рассеивается и, соответственно, тем меньше требуется топлива для продолжения движения. Сопротивление качению составляет до 20% расхода топлива легкового автомобиля и до 30% грузового. Поэтому топливная эффективность помогает снизить прямые расходы и выбросы углекислого газа. Разница между шинами классов G и A по маркировке значительна. В расчете на четыре шины для легкового автомобиля экономия за период использования шин может составить до 300 евро на покрышку благодаря сокращению расхода топлива на 7,5%.

Для больших грузовиков с увеличенным числом колес финансовая разница может быть еще больше. Так, при использовании шин класса A по сопротивлению качению вместо шин G грузовая компания может сэкономить более 5 тыс. евро за период эксплуатации шин.

Ожидается, что использование шин с улучшенными показателями сопротивления качению, а маркировка упростит процедуру, позволит сократить выброс углекислого газа в Европе на 20 млн тонн в год и экономить 10 млрд евро ежегодно.

Величину силы сопротивления качению (условно это Ск) можно расчитать по следующей формуле:
Ск = f G,

где Ск — сила сопротивления качению в кг;

G — вес авто в кг;

f — коэффициент сопротивления качению, который учитывает действие сил деформации шин и грунта, а также трение между ними в различных дорожных условиях.

Определение коэффициента трения качения

Очень большое влияние оказывают эксплуатационные характеристики сопротивления качения на величину момента . Поэтому, с увеличением давления в шине и температуры сопротивление качению понижается. Минимальное сопротивление качению возможно при нагрузке, приближенной к минимальной. С увеличением коэффициента износа шин сопротивление качению уменьшается.

Сопротивление качению шины — что это и от чего зависит

Мало кто из автомобилистов уделял должное внимание такой характеристике покрышек, как сопротивление качению шины. А зря. Автомобильная резина настолько сложный технический элемент, что от неё зависит не только проходимость и безопасность при вождении, но и экономия топлива. В этом случае, выигрывают и автовладельцы, и природозащитники, так как сокращение выхлопных газов приводит к меньшей степени антропогенного загрязнения окружающей среды.

Что такое сопротивление качению шины

Чтобы коротко и доходчиво объяснить, что такое сопротивление качению колеса, необходимо представить покрышку в пятне контакта с автодорогой. В этом месте, резина расширяется под нагрузкой машины. В совокупности с инерцией движения автомобиля, резина нагревается и растрачивает часть энергии, передаваемой от мотора, это явление и получило название — сопротивление качению шины. Оно измеряется по формуле Pf = Q х f, где «Q» – обычная нагрузка авто, а «f» коэффициент трения качения.

Для каждого дорожного покрытия, коэффициент «f» имеет своё значение, например, для асфальтобетона 0,01, а для щебёночного покрытия 0,025. Всего используется 6 значений «f» для расчёта формулы колёсной технике. Все значения и наименование покрытий, можно найти в соответствующей таблице.

Каким нагрузкам подвержена шина

В движение, автошина подвержена многочисленным нагрузкам и деформациям. Все они влияют на степень сопротивления качения шины. К таким нагрузкам относятся:

  • аэродинамика кузова машины;
  • инерция автомобиля;
  • вес транспортного средства;
  • состояние амортизаторов и повестки;
  • тип привода авто.

Если автомобиль наезжает на неровность при малой скорости, то он способен остановиться. Чтобы создать кинетическую энергию для преодоления препятствия, необходимо обеспечить машине более высокую скорость, а это дополнительная энергия от ДВС.

От чего зависит сопротивление качению

Степень явления сопротивления качения шины, зависит от множества факторов. Среди самых известных можно выделить такие, как:

  • Конструкция колеса. Именно состав каучука и дополнительных материалов, влияет на степень сопротивления качения резины. Например, один и тот же автомобиль с покрышками разной конструкции и мягкости, может обеспечить расхождение до ½ в показателях;
  • Коэффициент скорости покрышки. Чтобы обеспечить колесу заявленные характеристики на определённых скоростях, конструкция шин может иметь различные усиления. Все они оказывают влияние на твёрдость изделия, что понижает сопротивление качения;
  • Габарит колеса. Большое колесо имеет меньшее сопротивление качению. С каждым дополнительным 1 см радиуса, степень сопротивления снижается на 1%;
  • Тип протектора. Чем глубже канавки протектора, тем выше сопротивление. Например, увеличенная глубина на 50%, обеспечивает дополнительные 12% сопротивления. К окончанию ресурса колеса, степень качения ухудшается на 25 %, в соотношении с новой покрышкой;
  • Давление в баллонах. Слабо накаченная шина, обеспечивает неравномерное пятно контакта. Увеличивается амплитуда деформаций, что приводит к дополнительному нагреву и как следствие, потери энергии. В совокупности, это увеличивает степень качения колеса.
  • Тип дорожного полотна и его температура. Чем ровнее дорога, тем ниже резина подвержена сопротивлению. Чем выше температура окружающей среды и дорожного покрытия, тем меньше степень сопротивления. С каждым 10-градусным шагом в сторону повышения, качение уменьшается на 6 %.

Особенности экошин

В свете продолжающейся борьбы за экологию, многие производители шин примкнули к движению защитников окружающей среды. Это проявилось в разработке «зелёных» покрышек, выпускаемых с 1992 года. Постепенно, характеристики колёс повышаются. Смысл «зелёных» покрышек в том, что «обутый» автомобиль в резину с пониженным сопротивлением качению расходует меньше топлива, примерно на 20 %. Таким образом, в атмосферу попадает меньшее число вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах.

Согласно исследованиям, каждые 45 000 пробега на шинах с низким сопротивлением качению, владельцы экономят сумму, равную ¼ от стоимости всего комплекта колёс. Кроме экономии, водители меньше загрязняют воздух, внося личный вклад в экологию, заботясь о своём потомстве. Чтобы информировать покупателя, производитель наносит на боковой профиль резины соответствующие маркировки: Green X или Reduces CO2.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector