Динамичность автомобиля объединяет тяговые и тормозные свойства и характеризует его способность перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью. Измерителями тяговых свойств автомобиля служат: максимальная тяговая сила на первой и высшей ступенях в коробке передач; максимальная скорость движения автомобиля; максимальное значение динамического фактора, определяющее то предельное сопротивление дороги, которое может быть преодолено данным автомобилем при равномерном движении на первой передаче; ускорения автомобиля на первой и высшей ступенях в коробке передач; время и путь разгона.

В качестве измерителей тормозных свойств приняты: тормозной путь при торможении автомобиля с максимальной эффективностью; остановочный путь, учитывающий расстояние, проходимое’ автомобилем за время реакции водителя, и время срабатывания тормозного привода; величина замедления автомобиля.

Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля затрачивается на преодоление сил сопротивления движению — сил сопротивления качению, сопротивления подъему, сопротивления воздуха и сопротивления разгону.

По мере уменьшения высоты рисунка протектора в процессе его износа одновременно происходит изменение двух главных факторов: уменьшается радиус качения колеса и снижается величина сопротивления качению. Изменение этих факторов влечет за собой изменение всех сил сопротивления движению и тяговой силы на ведущих колесах автомобиля.

По мере износа рисунка протектора шин максимальное значение тяговой силы на ведущих колесах возрастает. Несколько возрастает и значение максимальной скорости движения, повышается значение динамического фактора.

При эксплуатации в условиях города автомобили движутся равномерно очень непродолжительное время (15—25%), вдвое больше они движутся ускоренно, а остальное время накатом и в режиме торможения.

Расчеты и исследования показывают, что по мере износа рисунка протектора значения максимальных ускорений автомобиля повышаются, а время и путь разгона уменьшаются.

Влияние шин на тормозные свойства весьма велико и особенно ощутимо на мокрых и скользких дорогах. Тормозные свойства одного и того же автомобиля на одних шинах могут быть недостаточными, а на других вполне соответствующими необходимым требованиям, обеспечивающим эффективность торможения.

Тормозные свойства автомобиля в основном зависят от сцепных качеств шин. Коэффициент сцепления зависит от многих факторов и, в первую очередь, от типа покрытия и состояния дороги, конструкции и материалов шины, давления воздуха, нагрузки на колесо, скорости движения, температуры нагрева и режима торможения. Сцепление колес с сухой, твердой дорогой практически не зависит от степени износа рисунка протектора, но имеет решающее значение на мокрых и особенно покрытых слоем воды или грязи дорогах, когда величина силы трения в плоскости контакта шины с дорогой резко снижается. По мере увеличения износа рисунка протектора уменьшается глубина и объем дренажных канавок между выступами рисунка протектора, вследствие чего резко ухудшается отвод воды из зоны контакта и сцепление шин с дорогой резко падает.

Путь торможения увеличивается с ростом скорости движения и уменьшением сцепления.

Исключительно велико влияние шин на топливную экономичность автомобиля. Затраты на топливо для отечественных автомобилей составляют 10—15% от общих эксплуатационных затрат. Оценка топливной экономичности автомобиля, эксплуатируемого на различных шинах, производится по величине сопротивления качению.

Величина сопротивления качению — одна из важнейших характеристик автомобильных шин, обусловливающих совершенство их конструкции и качество.

При нагружении автомобильного колеса нормальной нагрузкой просходит упругая деформация шины, сопровождаемая затратой энергии. Энергия при деформации шины, катящейся по твердой опорной поверхности, затрачивается на трение в материалах шины и в плоскости контакта и на изменение формы профиля шины. Энергия, затраченная на трение, переходит в тепло и рассеивается. Энергия, затраченная на изменение формы профиля шины, накапливается в виде потенциальной энергии упругой деформации.

Опытами установлено, что основная часть энергии при качении колеса с шиной по твердой дороге затрачивается на внутреннее механическое и молекулярное трение в материалах шины, т. е. на гистерезис. Эти потери и обусловливают величину сопротивления качению, а следовательно, и расход топлива.

Сопротивление качению шин и расход топлива автомобилем возрастают по мере увеличения нормальной нагрузки, снижения внутреннего давления воздуха и увеличения скорости движения автомобиля.

По мере возрастания износа рисунка протектора шин сопротивление их качению уменьшается. У шин с полностью изношенным рисунком протектора это уменьшение достигает по сравнению с новой шиной 20—25%. Уменьшение сопротивления качению шин на 1 % эквивалентно снижению расхода топлива автомобилем на 0,25—0,35%. Следовательно, снижение сопротивления качению шин по мере их износа влечет за собой снижение расхода топлива автомобилей при его эксплуатации на изношенных шинах. Опыты показали, что уменьшение расхода топлива автомобилем по мере износа рисунка протектора шин от нуля до максимума составляет 7-10%.

На сопротивление качению шин и расход топлива автомобилем влияет температура нагрева шины. Изменение температуры шины в эксплуатационных условиях может вызвать изменение сопротивления качению до 1,5 раза. Прогрев шин на 5—6° С обусловливает уменьшение расхода топлива на величину порядка 1%.

Увеличение расхода топлива автомобилем может быть вызвано неправильной установкой колес (увеличенные углы схода и развала) и повышенным дисбалансом шин.

У однотипных современных шин, но изготовленных различными заводами, различие в величине сопротивления качению может быть довольно большим. При этом различие в расходе топлива одним и тем же автомобилем может достигать 10% и более.

Сопротивление качению шин с радиальным расположением нитей корда в каркасе меньше, чем у диагональных шин того же размера.

2. Влияние конструкции шины и рисунка протектора на безопасность движения

Принципиальное различие шин типа Р и диагональных шин приводит к изменению условий их работы.

Основное преимущество шин Р — больший их срок службы по износу рисунка протектора (примерно 30%), меньшее сопротивление качению (примерно 10%), меньшая масса, лучшая стабильность качения по кривым, более высокое сцепление с мокрой и скользкой поверхностью. К недостаткам шин Р относят несколько большую склонность автомобиля к внезапному заносу при резких поворотах, поэтому при замене диагональных шин радиальными водитель должен приобрести некоторый навык управления автомобилем.

Большое практическое значение, с точки зрения повышения безопасности движения, имеет применение бескамерных шин.

По сравнению с камерными бескамерные шины, помимо уже указанного преимущества не терять внезапно давление воздуха при проколах, имеют меньшую массу, больший срок службы и меньшее сопротивление качению.

Большое значение для обеспечения хороших сцепных качеств шин, имеет тип и состояние рисунка протектора.

На шинах легковых автомобилей чаще всего применяют дорожный рисунок протектора. Площадь выступов рисунка протектора достигает 85% от всей поверхности беговой дорожки. Сам рисунок протектора чаще всего представляет собой сочетание окружных продольных ребер с щелевидными канавками и прорезями. Наличие этих канавок и прорезей способствует разрыву водяной пленки и обеспечивает отвод влаги из плоскости контакта.

Для обеспечения надежного сцепления колес автомобиля с дорогами, покрытыми слоем снега, необходим иной рисунок протектора — зимний. Для зимнего рисунка протектора характерно наличие элементов протектора различной формы, разделенных более широкими канавками, причем выступы рисунка протектора имеют различную конфигурацию. Площади выступов шин с зимним рисунком протектора составляют 55—65% от общей площади беговой дорожки шины. Глубина рисунка протектора зимних шин больше, чем у шин с дорожным (летним) рисунком протектора. Шины с зимним рисунком протектора лучше внедряются в образовавшийся слой укатанного снега, и автомобиль лучше противостоит заносам на поворотах, тормозной путь на зимних шинах существенно меньше.

Большое влияние на величину сцепления и безопасность движения имеет состояние (износ) рисунка протектора при движении автомобиля по дороге, покрытой слоем воды во время дождя. На такой дороге наблюдается резкое снижение коэффициента сцепления, которое тем заметнее, чем выше скорость движения и чем больше толщина водяного слоя. Это происходит вследствие того, что вода не успевает отводиться из зоны контакта. При определенных значениях скорости и толщины слоя воды из-за действия гидродинамических сил на входе в контактную зону образуется водяной клин, который приподнимает шину над опорной поверхностью. Дальнейшее увеличение скорости приводит к распространению этого клина на всю плоскость контакта и шина «всплывает» на слое воды над поверхностью дороги. Такое явление называют аквапланированием, а скорость, при которой оно возникает, критической. В этом случае колесо теряет контакт с дорогой и достаточно очень незначительного внешнего воздействия (даже порыва ветра), чтобы автомобиль изменил траекторию движения.

При скоростях движения, предшествующих аквапла-нированию, зона контакта состоит из трех участков. В передней части контакта участок А—водяной клин, т. е. неразрушенный водяной слой. Контакта с дорогой нет. Вода не успевает отводиться в канавки протектора и в стороны. Коэффициент сцепления близок к нулю. В средней части контакта имеется переходный участок В с частично разрушенным водяным слоем. Здесь возникает жидкое и сухое трение, а коэффициент сцепления имеет промежуточное значение между коэффициентом, соответствующим жидкому и сухому трению.

В задней части контакта—участок С — имеет место сухое трение. Именно в этой области реализуются силы, передаваемые от колеса к дороге. С увеличением скорости движения водяной клин все больше распространяется от передней части контакта к задней и захватывает всю плоскость контакта, сцепление колеса с дорогой исчезает (рис. 18,5).

Необходимое условие для обеспечения контакта шины с дорогой и увеличения скорости аквапла-нирования — удаление определенного объема воды из зоны контакта через канавки рисунка протектора. Объем воды, который нужно удалить из зоны контакта, линейно возрастает по мере увеличения скорости и толщины слоя воды на дороге.

Увеличение износа рисунка протектора уменьшает его способность к удалению необходимого объема воды из зоны контакта, так как уменьшается глубина дренажных канавок. Увеличение же скорости движения сокращает время контактирования шины с опорной поверхностью и тем самым время для отвода воды, вследствие чего снижается критическая скорость аквапланирования. Чем больше износ протектора, тем сильнее падение сцепных качеств шины на мокрой дороге. Поэтому с целью обеспечения безопасности движения на мокрых дорогах принято ограничивать эксплуатацию изношенных шин.

«Правилами дорожного движения» запрещается эксплуатация легкового автомобиля, если остаточная глубина рисунка протектора по центру беговой дорожки шины менее 1,6 мм,

3. Шины с шипами противоскольжения

Эффективная мера повышения безопасности движения на обледенелых и заснеженных дорогах — применение автомобильных шин с шипами противоскольжения, которые улучшают динамику разгона автомобиля и сокращают путь торможения примерно в 2 раза, уменьшают опасность заноса. На таких шинах повышается устойчивость на поворотах, при боковом ветре и поперечном наклоне дороги.

Сердечник шипа изготовляют из твердого сплава, а корпус — из стали или пластмассы. У шин легковых автомобилей диаметр шипа составляет 8—9 мм. Шип располагается в толще резины протектора на некотором расстоянии (1—3 мм) от поверхности каркаса, сердечник шипа должен выступать над поверхностью протектора на 1,5—2 мм. По ГОСТ 4754—74 шины, предназначенные для ошиповки, должны иметь маркировку в виде буквы ИГ Шипы рекомендуется размещать преимущественно в плечевых зонах беговой дорожки и реже по всей ее ширине.

Ориентировочно считают, что для правильной и надежной работы необходимо иметь 30 шипов на каждые 100 кг грузоподъемности шины. Общее количество шипов не должно превышать 200.

В зимних шинах с шипами противоскольжения необходимо поддерживать давление воздуха примерно на 0,2 кгс/см2 большее. Нужно избегать резких разгонов и торможений. При начале эксплуатации новых шин с шипами противоскольжения первые несколько сот километров необходимо двигаться с умеренной скоростью с плавным торможением и троганием с места. Это необходимо для приработки шипов. При замене обычных шин шинами с шипами необходимо сохранять первоначальное направление их вращения.