Итак, взаимодействие шины с дорогой характеризуется коэффициентом сцепления, то есть отношением силы, действующей в площади контакта шины при скольжении колеса, к вертикальной нагрузке на него. Этот коэффициент зависит от многих факторов, характеризующих непосредственно саму шину, дорожное покрытие и условия их взаимодействия, и изменяется в очень широких пределах — от величины, близкой к нулю, до 1,2-1,4.
На сухих и чистых дорожных покрытиях практически независимо от модели шин и степени их износа коэффициент сцепления довольно высок ~ от 0,6 до 1,4, что обеспечивает при необходимости быстрое торможение автомобиля и его высокую боковую устойчивость. Для сравнения напомним, что на заснеженных и обледенелых покрытиях он колеблется в значительно более низких пределах — от 0,05 до 0,3, но водителя при этом выручает верная психологическая установка на опасность, которую в подавляющем большинстве случаев бывает легко определить.
Наиболее коварными, как показывает практика, являются мокрые дорожные покрытия. Дело в том, что на них особенно резко меняются значения коэффициента сцепления — от 0,00 до 0,75. Кроме того, оценить состояние проезжей части во время дождя бывает сложно даже опытным водителям, не говоря уж о начинающих. Поэтому именно в дождливую погоду столь часты ошибки в выборе безопасной дистанции и скорости, а в сводках автоинспекции появляется всплеск аварийности.
Для того чтобы стало понятнее поведение автомобиля и характер изменения коэффициента сцепления шин на мокрой дороге, давайте рассмотрим некоторые основные процессы, протекающие в зоне контакта колеса с покрытием в тот момент, когда оно катится или скользит по мокрой проезжей части.
Во время дождя на поверхности дорожного покрытия всегда образуется пленка воды. Ее толщина может быть от одного до нескольких миллиметров и зависит от интенсивности осадков, уклона полотна дороги, его ширины и шероховатости поверхности. Когда колесо катится, пленка выжимается из-под него выступами протектора в дренирующие канавки и прорези, а частично и за пределы зоны контакта шины с дорогой. Понятно, что для этого процесса всегда необходимо известное, хотя бы совсем малое время. Поэтому при движении по мокрому покрытию в какой-то части пятна контакта покрышка всегда бывает оторвана от дороги водяной пленкой. Естественно, чем толще слой воды, тем больше времени требуется для его вытеснения выступами протектора и тем обширнее площадь пятна контакта, оторванная от дороги, а значит, и ниже коэффициент сцепления.
При значительной толщине водяной пленки и высокой скорости движения может наступить момент, когда по всей площади контакта покрышка оказывается оторванной от дороги. Автомобиль при этом, естественно, становится неуправляемым, И даже незначительные боковые силы, воздействующие на него, приводят к заносу. Подобное явление получило название гидропланирования.
Когда шина изнашивается, объем дренирующих канавок протектора постепенно уменьшается, и со временем его становится недостаточно для отвода того количества воды, которое вытесняется выступами протектора. Влага просто выжимается за пределы всего пятна контакта, а времени для этого требуется намного больше, чем в том случае, когда она удаляется через канавки. Поэтому, как только объема канавок становится недостаточно для поглощения всей массы воды, находящейся в зоне контакта шины с дорогой, сразу же резко снижается коэффициент сцепления. В этом случае гидропланирование может возникнуть и при скоростях порядка 90 км/ч.
Схема взаимодействия шины с мокрым дорожным покрытием, о которой мы здесь рассказывали, объясняет зависимость коэффициента сцепления не только от скорости движения, но и от шероховатости дорожного покрытия, его профиля, от ряда других факторов.
При экстренном торможении автомобиля на мокром покрытии процессы, протекающие в зоне контакта шины с дорогой, резко меняются. Когда колесо автомобиля оказывается заблокированным, покрышка взаимодействует с дорогой одним и тем же участком протектора. Поэтому в первый же момент скольжения канавки и прорези протектора заполняются водой, и в дальнейшем она отжимается только за пределы пятна контакта. Длина водяного клина в месте контакта колеса при этом намного больше, чем при его качении с частичным проскальзыванием, когда зона контакта непрерывно обновляется. Именно по этой причине опасен юз: практически он переходит в скольжение по водяной пленке, что значительно удлиняет тормозной путь. К сожалению, даже понимая это, далеко не каждый водитель может в аварийной ситуации правильно выбрать усилие на педаль тормоза, чтобы не заблокировать колеса.
Наибольшее влияние на коэффициент сцепления оказывает характер дорожного покрытия. На шероховатых поверхностях зона контакта осушается в основном благодаря выступающим каменным частицам, между которыми образуются дополнительные каналы, обеспечивающие быстрое удаление воды. При этом даже в дождь на подобных дорогах сохраняется довольно высокий коэффициент сцепления — от 0,4 до 0,75, и это позволяет двигаться на сравнительно высоких скоростях. С уменьшением шероховатости покрытия, естественно, возрастает роль дренажных канавок протектора, а на гладких поверхностях влага отводится только через них. Такие «идеально» гладкие дорожные покрытия особенно опасны в сырую погоду, а согласно обследованиям, они составляют не менее 20% от общей протяженности дорог в стране.
Многим это, возможно, покажется неожиданным, но на подобных покрытиях в дождь при скорости даже до 60 км/ч коэффициент сцепления бывает ниже, чем на заснеженных или обледенелых дорогах. Объяснение в том, что на них затруднено отжатие очень тонкой водяной пленки из зоны контакта отдельных выступов протектора. Основное количество воды, попадающей под шину, отжимается из-под нее в канавки и прорези протектора, но все равно остается тончайшая пленка из влаги, прорвать которую очень трудно. В данном случае наблюдается явление, знакомое многим и аналогичное тому, которое возникает, когда капля воды попадает между двумя прилегающими одно к другому стеклами. Их поверхность лишена шероховатости, и отжать воду практически оказывается невозможно. Поэтому, когда встречается подобное, особенно гладкое дорожное покрытие, надо быть крайне осторожным, Так как даже самая современная автомобильная шина может здесь оказаться не всесильной. Кроме того, надо иметь ввиду, что такие дорожные покрытия отличить на глаз от мелкошероховатых, имеющих довольно высокий коэффициент сцепления, практически невозможно. Так что во всех случаях при езде по мокрой дороге соблюдайте максимальную осторожность, выбирая скорость и маневрируя, — только это может вам гарантировать безопасность.
По материалам статьи:
Майкл Флаксман «Шина и дождь»
журнал «Шины и колеса США», 2002 № 10
Чёрный кот, перебегающий вам дорогу, означает, что животное всего лишь спешит куда-то по своим делам. Не усложняйте.
