В большинстве случаев трение в контакте колеса с дорогой является внешним, т. е. составляющее самую суть трения постоянное возникновение и разрушение фрикционных связей контртел происходит в тонких поверхностных слоях. Но иногда, особенно при экстренных торможениях на сухих гладких покрытиях, когда за счет трения в контакте поглощается огромная энергия, а следовательно, повышается температура контакта, протекторная резина начинает прихватываться к покрытию дороги и внешнее трение сменяется внутренним трением между слоями резины. Силы молекулярного сцепления между частицами резины оказываются меньше сил в контакте, и на дороге остаются черные юзовые следы.

Выше было показано, что у движущегося эластичного колеса в контакте всегда есть элементы, скользящие по дороге, которых тем больше, чем выше удельная нагруженность контакта. При значительных тангенциальных силах по дороге скользят все элементы контакта.

Таким образом, взаимодействие между колесом и дорогой состоит из трения покоя одних и трения скольжения других элементов, причем соотношение этих составляющих может изменяться в широких пределах. Все это дало специалистам право, по-прежнему оперируя понятием трение применительно к элементам контакта, при рассмотрении всего контакта ввести понятие сцепление колеса с дорогой. Это понятие можно определить как свойство нагруженного нормальной силой колеса передавать на дорогу касательную нагрузку. Количественно это свойство оценивается коэффициентом сцепления, одной из важнейших характеристик в теории автомобиля.

По мере роста тормозного момента возрастает продольная реакция,вызывая увеличение деформации шины и числа скользящих ее элементов, что, как было показано выше, ведет к увеличению упрогого проскальзывания. Коэффициенты фж и s растут пропорционально друг другу. Так продолжается до тех пор, пока взаимодействие между шиной и дорогой определяется в основном трением покоя. Дальнейшее увеличение тормозного момента приводит к прогрессивному нарастанию числа скользящих элементов. Где-то в начале этого этапа продольная реакция достигает предела (точка с), соответствующего максимальному значению коэффициента сцепления фхтах. Торможение с таким тормозным моментом наиболее эффективно. Зона кривой между точками о и с, где росту тормозного момента соответствует рост продольной реакции, считается устойчивой.

Бели момент увеличить еще больше, начинают скользить все точки контакта, что имеет следствием уменьшение продольной реакции и коэффициента сцепления, поскольку определяющим становится трение скольжения, меньшее, чем трение покоя. Уменьшение продольной реакции Rx при росте тормозного момента, в свою очередь, приводит к падению эффективности торможения и к быстрой остановке колеса в относительном движении, т. е. к блокированию колеса.

Рис. 14. Типичная зависимость коэффициента продольного сцепления ср* от коэффициента скольжения s

Наиболее сильно на коэффициент сцепления влияет тип и,, главное, состояние дорожного покрытия.

При торможении на сухих твердых дорогах коэффициент-сцепления, как правило, уменьшается с увеличением начальной скорости торможения. Это объясняется тем, что с увеличением скорости уменьшается время пребывания элемента шины в контакте с дорогой. Поскольку величина деформации резины сильно зависит от времени приложения нагрузки, протектор не успевает обволакивать неровности дороги и коэффициент трения покоящихся элементов шины падает.

Причины некоторого увеличения коэффициента сцепления заблокированного колеса по сравнению с еще катящимся заключена в интенсивном.

Рис. 15. Зависимость коэффициента продольного сцепления

На мокрых дорогах коэффициент сцепления, как правило, ниже, чем на сухих, и зависит от загрязненности покрытия, толщины водяной пленки, рисунка протектора и скорости автомобиля. Специфика движения по мокрой дороге заключается в том, что между шиной и дорогой может иметь место прослойка воды, играющая роль своеобразной смазки, резко уменьшающей силы трения. При рачении колеса входящие в контакт элементы шины разрушают водяную пленку, отводят воду по канавкам протектора за периметр контакта. Сцепление при этом лишь незначительно отличается от сцепления на сухой дороге. Однако чем больше грязи на дороге, тем выше вязкость грязе-водяной суспензии и тем труднее удалить ее из контакта.

Огромную роль в разрушении пленки и удалении влаги из контакта играют рисунок протектора и степень его изношенности. Отсутствие или недостаточное сечение поперечных канавок рисунка, а также уменьшающий это сечение износ протектора, препятствуют быстрому отводу воды из контакта. В Советском Союзе износ протектора регламентирован: эксплуатация автотранспортных средств с износом до глубины рисунка протектора, меньшей 1 мм (у грузовых автомобилей — меньшей 0,5), запрещена. Влияние величины износа шин легковых автомобилей на коэффициент их сцепления с мокрой асфальтобетонной дорогой при толщине водяной пленки 1 мм показано на рис. 16. Рост толщины водяного слоя уменьшает коэффициент сцепления (рис. 17).

Рис. 16. Влияние изношенности протектора шины легкового автомобиля при торможении на мокрой дороге:
1 — новый протектор; 2 — протектор, изношенный наполовину

Рис. 17. Влияние толщины водяной пленки при торможении шины легкового азтомобиля на мокром асфальтобетоне

Результаты экспериментов, показанные на рис. 16 и 17, свидетельствуют о том, что на мокрой дороге скорость автомобиля влияет на коэффициент сцепления гораздо больше, чем на сухой, так как за короткое время пребывания в контакте элементы протектора не успевают разрушить пленку и удалить воду за пределы контакта. При достаточной толщине пленки и определенной (критической) скорости движения набегающие на дорогу элементы протектора ударно воздействуют на слой воды, и в зоне контакта создается водяной клин. Шина как бы всплывает над дорогой. Это явление, получившее название аквапланирование, чрезвычайно опасно, так как сухое или полужидкостное трение в контакте шины с дорогой при аквапланировании заменяется жидкостным — трением слоев водяной пленки. Такое трение практически не способно удержать колесо на заданной траектории. Критическая скорость акваплани-рования повышается с увеличением длины контакта, нормальных нагрузок, давления в шине. Увеличение ширины контакта способствует возникновению аквапланирования.

При торможении на сухом льду коэффициент сцепления значительно ниже, чем на других сухих покрытиях. Это объясняется более гладкой поверхностью льда и плавлением микронеровностей при выделении тепла в контакте шины с дорогой. Результаты соответствующих испытаний показаны на рис. 18.

Это говорит о том, что на не-тающем льду торможение с заблокированными колесами может быть столь же эффективным, как и при еще катящихся колесах. Похожие зависимости были получены на гравийных покрытиях и на рыхлом снеге, хотя здесь механизм роста коэффициента сцепления при высоких значениях скольжения иной: скользящее колесо образует перед собой вал гравия или снега, интенсивно тормозящий движение.

Все, что было сказано о коэффициенте продольного сцепления Фж, можно с достаточной степенью точности сказать и о коэффициенте поперечного сцепления фу. Изменение боковой реакции Ry имеет следствием изменение деформации шины и ее скольжение, но в поперечном направлении.

Рис.. 18. Зависимость при торможении на гладком льду, имеющем температуру —4 °С, при начальной скорости торможения: 1 — 48 км/ч; 2 — 32 км/ч; 3—16 км/ч

Огромное влияние скольжения колеса на устойчивость его движения наглядно иллюстрируется рис. 21.

Рис. 19. Зависимость боковой реакции Rv от угла бокового увода б при различных нормальных нагрузках

Рис. 20. Соотношение максимальных величин коэффициентов продольного и поперечного сцепления шины с дорогой