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%.

Сопротивление качению — это совокупность сил, которые воздействуют на шину и препятствуют её свободному движению вперёд. На его преодоление необходима дополнительная энергия, поэтому 5-15% топлива автомобиль расходует лишь на то, чтобы просто катиться вперёд.

Чтобы понять как это работает на практике, представьте: вы разгоняете автомобиль, затем отпускаете педаль газа и просто катитесь вперёд. Спустя какое-то время машина останавливается. На одних шинах это произойдет через 15 метров, на других через 18м, на третьих через 20м. Шины, которые проедут дальше всех, обладают самым низким сопротивлением качению и лучшей топливной экономичностью. Класс экономичности обычно указан на этикетке шины и обозначается латинскими буквами от A до G, где A — лучшая экономичность, G — худшая.

Разберём, что влияет на экономичность шины и производители работают над её улучшением.

От чего зависит сопротивление качению шины

Есть два основных фактора, которые влияют на сопротивление качению покрышки:

  • Во время движения боковины и блоки протектора постоянно деформируются и возвращаются в исходное положение. На такие короткие, но регулярные циклы приходится до 90% потери энергии.
  • Также на шину также воздействует аэродинамическое сопротивление, которое отнимает ещё от 0 до 15% энергии.

Как производители снижают сопротивление качению

Изменение практически каждого элемента шины имеет потенциал к повышению её топливной экономичности. Вот что делают производители:

  • Облегчают массу шины, без ущерба для её прочности.
  • Уменьшают высоту протектора, чтобы снизить деформации блоков во время движения. Но при этом важно сохранить устойчивость шины к аквапланированию и её ресурс.
  • Оптимизируют боковину, расположение и форму блоков протектора таким образом, чтобы они меньше деформировались при езде.
  • Улучшают состав резиновой смеси за счет специальных добавок и соединений, которые снижают нагрев покрышки и её силу трения.
  • Оптимизируют рисунок протектора, чтобы ему оказывалось меньшее аэродинамическое сопротивление.

У топливоэкономичных шин худшее сцепление с дорогой?

Есть мнение, что высокая топливная экономичность шины вредит её тормозным качества. Ведь с одной стороны покрышка должна испытывать меньшую силу трения, чтобы легко катиться и потреблять меньше топлива. С другой стороны, сила трения должна быть большой, чтобы у шины было надежное сцепление с асфальтом. Это подтверждают и многие тесты, в которых «зелёные» шины занимают первые места по расходу топлива, но слабо тормозят на асфальте.

Это справедливо лишь в отношении дешевых шин или старых моделей. Ежегодно компании вроде Michelin, Continental, Goodyear и другие премиум-производители вкладывают огромные деньги в разработку новых шин. Современные материалы и технологии моделирования позволяют выпускать максимально сбалансированные покрышки, которые обладают высокой топливной экономичностью и отличными сцепными качествам. Но и являются такие шины самыми дорогими в своём классе.

Коэффициент сопротивления качению существенно влияет на потери энергии при движении автомобиля. Он зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов и определяется экспериментально. Его средние значения для различных дорог при нормальном давлении воздуха в шине составляют 0,01 . 0,1.

Рис 3.15. Зависимости коэффициента сопротивления качению от

скорости движения (а), давления воздуха в шине (б) и момента,

передаваемого через колесо (в)

Рассмотрим влияние различных факторов на коэффициент со­противления качению.

Скорость движения. При изменении скорости движения в ин­тервале 0. 50 км/ч коэффициент сопротивления качению изме­няется незначительно и его можно считать постоянным в указан­ном диапазоне скоростей.

При повышении скорости движения за пределами указанного интервала коэффициент сопротивления качению существенно уве­личивается (рис. 3.15, а) вследствие возрастания потерь энергии в шине на трение.

Коэффициент сопротивления качению в зависимости от ско­рости движения можно приближенно рассчитать по формуле

где v скорость автомобиля, км/ч.

Тип и состояние покрытия дороги. На дорогах с твердым по­крытием сопротивление качению обусловлено главным образом деформациями шины.

При увеличении числа дорожных неровностей коэффициент сопротивления качению возрастает.

На деформируемых дорогах коэффициент сопротивления ка­чению определяется деформациями шины и дороги. В этом случае он зависит не только от типа шины, но и от глубины образую­щейся колеи и состояния грунта.

Значения коэффициента сопротивления качению при рекомен­дуемых уровнях давления воздуха и нагрузки на шину и средней скорости движения на различных дорогах приведены ниже:

Асфальто- и цементобетонное шоссе:

в хорошем состоянии 0,007. 0,015

в удовлетворительном состоянии 0,015. 0,02

Гравийная дорога в хорошем состоянии 0,02. 0,025

Булыжная дорога в хорошем состоянии 0,025. 0,03

Грунтовая дорога сухая, укатанная 0,025. 0,03

Обледенелая дорога, лед 0,015. 0,03

Укатанная снежная дорога 0,03. 0,05

Тип шины. Коэффициент сопротивления качению во многом зависит от рисунка протектора, его износа, конструкции каркаса и качества материала шины. Изношенность протектора, уменьше­ние числа слоев корда и улучшение качества материала приводят к падению коэффициента сопротивления качению вследствие снижения потерь энергии в шине.

Давление воздуха в шине. На дорогах с твердым покрытием при уменьшении давления воздуха в шине коэффициент сопро­тивления качению повышается (рис. 3.15, б). На деформируемых дорогах при снижении давления воздуха в шине уменьшается глу­бина колеи, но возрастают потери на внутреннее трение в шине. Поэтому для каждого типа дороги рекомендуется определенное давление воздуха в шине, при котором коэффициент сопротивле­ния качению имеет минимальное значение.

Нагрузка на колесо. При увеличении вертикальной нагрузки на колесо коэффициент сопротивления качению существенно возрастает на деформируемых дорогах и незначительно — на до­рогах с твердым покрытием.

Момент, передаваемый через колесо. При передаче момента через колесо коэффициент сопротивления качению возрастает (рис. 3.15, в) вследствие потерь на проскальзывание шины в месте ее контакта с дорогой. Для ведущих колес значение коэффициента сопротивления качению на 10. 15 % больше, чем для ведомых.

Коэффициент сопротивления качению оказывает существен­ное влияние на расход топлива и, следовательно, на топливную экономичность автомобиля. Исследования показали, что даже не­большое уменьшение этого коэффициента обеспечивает ощути­мую экономию топлива. Поэтому неслучайно стремление конст­рукторов и исследователей создать такие шины, при использова­нии которых коэффициент сопротивления качению будет незна­чительным, но это весьма сложная проблема.