Что самое главное на дороге? Каждый здравомыслящий человек ответит, что безопасность. И все мы знаем, что безопасность зависит не только от манеры вождения и соблюдения ПДД, но и от шин, а точнее, от сцепления с дорогой, которое обеспечивают эти шины.
Сцепление с дорогой обеспечивает пятно или площадь пятна контакта, то есть область соприкосновения покрышки и дорожного покрытия. Эта площадь соприкосновения достаточно небольшая, размером примерно с ладонь взрослого человека, но при этом выдерживает достаточно большие нагрузки — это вес автомобиля, пассажиры и груз.
Итак, мы знаем, что сцепление с дорогой происходит именно за счёт пятна контакта. Возникает закономерный вопрос — значит, чем оно больше, тем лучше сцепление? Тогда верна следующая схема?
К сожалению, всё не так просто. Ширина покрышки действительно может увеличить размер площади контакта шины с дорогой. Но становится ли от этого лучше сцепление?
Многие автоэксперты и физики утверждают, что не становится. Для этого есть две основные причины:
1. При увеличении размера пятна контакта меняется и давление на поверхность в каждой точке соприкосновения, так как та же самая масса (машина+пассажиры) распределяется на большую площадь. Этот эффект широко известен и применяется повсеместно: лыжи и снегоступы, которые распределяют вес тела человека по большей поверхности и не дают проваливаться в снег.
2. Изменение ширины покрышки при сохранении массы автомобиля не даёт большого увеличения площади соприкосновения с дорогой. Значимое увеличение площади можно увидеть, сравнив легковые покрышки и покрышки для грузовых автомобилей. Для легковых автомобилей такое изменение статистически не значимо. Это наглядно видно из таблицы ниже — площадь пятна контакта практически одинакова:
Если увеличить ширину шины, и при этом нагрузить дополнительно легковую машину, то сцепление будет лучше, так как площадь контакта станет больше, и при этом давление в каждой точке соприкосновения останется прежним.
Подробнее о факторах, влияющих на сцепление с дорогой, мы поговорим в статье, посвящённой теме сцепления.
Часто покупатели убеждены, что низкопрофильные покрышки, т.е. более широкие, лучше держат сцепление с дорогой за счёт большей площади контакта. То, что ширина шины не меняет площадь контакта — мы уже узнали. Но на спорткары же ставят именно широкие шины!
Что же это, заблуждение?
Это, в общем, не совсем заблуждение. Некоторые испытания на автодромах показывают, что низкопрофильные легковые шины действительно лучше “держат” дорогу, позволяя входить в поворот без скольжения на 75 км/ч против 65 км/ч для “обычнопрофильных” покрышек. Однако достигается такая устойчивость не за счёт большей ширины, а за счёт большей жёсткости боковин. Также шины с большей шириной рассчитаны на более высокие скорости, так как широкий протектор лучше отводит тепло, а значит, на высоких скоростях такие шины тоже будут демонстрировать лучшие результаты.
А что же со спорткарами?
Именно сопротивление нагреву в основном и служит причиной того, что на них ставят широкие шины (про другие причины мы поговорим в других статьях). Из-за сильного нагрева смесь, из которой изготовлена шина, может изменить свои качества, и перегретое колесо просто “поплывёт” при повороте. Поэтому широкая покрышка действительно улучшает сцепление с дорогой, но не за счёт размера пятна контакта, а из-за сохранения сцепных качеств смеси при большой скорости.
Так на что же влияет пятно контакта?
И что же влияет на пятно контакта?
Конечно, всё вышесказанное не означает, что пятно контакта бесполезная штука. Пятно контакта отвечает за сцепление, и, само собой, без него машина просто не сможет ехать. Но на формирование пятна контакта влияет не только ширина покрышки. Ещё один существенный фактор — давление в колесе. Оно значительно влияет на форму пятна.
В случае с низким давлением может наблюдаться и другая картина — значительное увеличение пятна контакта. Рассмотрим на примере внедорожной шины.
Рекомендуемое давление в покрышке ≈ 2 bar (бар, или 2 атмосферы). Замеры соприкосновения протектора с дорогой одной из внедорожных шин показали следующие результаты:
Как мы видим, чем ниже давление, тем больше пятно контакта. Но в случае с давлением, увеличение этого показателя только усложнит движение:
- большее сопротивление качению из-за деформации шины при движении вызовет дополнительный расход топлива;
- также сопротивление качению повлияет на скорость:сложнее начинать движение из-за пробуксовки;
- недокачанные колёса просто не будут передавать динамическую силу на дорогу, что сделает автомобиль неустойчивым и непредсказуемым в управлении.
Влияние износа шины
Глубина протектора тоже влияет на форму и размер пятна контакта. И если по сухой и ровной дороге, приближенной к идеальной, это может не оказывать влияния, то на мокрой или неровной дороге может оказаться фатальным. Например, на мокрой дороге может возникать эффект проскальзывания — когда часть протектора не цепляется за дорогу. В этом случае, чем меньше пятно контакта, тем выше вероятность того, что весь протектор проскользнёт, и машина потеряет управление.
На иллюстрации ниже наглядно демонстрируется размер и форма пятна контакта на мокрой дороге в зависимости от скорости и уровня износа.
Как мы можем увидеть, на скорости 125 км/ч и минимально допустимой глубине протектора пятно контакта составляет всего 6% от максимального размера. Эта иллюстрация также позволяет сделать вывод о том, что на формирование пятна контакта влияет и скорость автомобиля. С увеличением скорости ухудшается сцепление с дорогой.
Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного? Как же размер площади соприкосновения шины с дорогой влияет на сцепление?
Пятно контакта играет важную роль, но его размер — далеко не ключевой показатель. Эффективность площади контакта складывается из совокупности разных факторов, которые влияют друг на друга: давление, износ, скорость, состав резины, дорожное покрытие и т.д.
При этом важно понимать, что для каждой шины производителем заложен оптимальный размер пятна контакта — учитывается сочетание таких факторов как масса автомобиля, скорость и рекомендуемое давление. Поэтому этот размер будет максимально эффективным для тех машин, для которых предназначены эти колёса. И при подборе размеров покрышек важно ориентироваться не только на пожелания покупателя, но и на рекомендации производителя авто.