Превратности аквапланирования

Статья из журнала "Авто Бизнес Маркет" - 01.07.2005г.
Автор: Александр Шумилов

Езда на машине – постоянное вступление в противоречие с физикой, прежде всего, при ускорении и торможении. При этом проявляются главные функции шин: контакт с дорогой, амортизация, гашение вибрации, ускорение и торможение. На влажной дороге необходимость сцепления с поверхностью встает особенно остро. Что такое аквапланирование и от чего зависит устойчивость вашего автомобиля? Ответы на эти вопросы вы найдете ниже.

Для того чтобы задействовать необходимые поперечные и продольные силы, возникающие при контакте с дорогой, любая шина нуждается в надежном сцеплении. При повороте в условиях недостаточного трения и высоких центробежных сил автомобиль легко может вылететь на обочину. Возникающие между шиной и дорогой силы трения выступают основным элементом безопасности при езде. Поэтому чем выше индекс трения m (my), обозначаемый также как величина силового замыкания, тем надежнее проходит поездка. Риск аварии на мокрой дороге возрастает как минимум на 30%.

Разумеется, разработчики ходовой части шасси и шин стремятся увеличить уровень их эффективности и тем самым обеспечить стабильность при езде также и в неблагоприятных условиях. В ответственный момент решающим оказывается качество самой шинной конструкции и резины, из которой она изготовлена. Физические границы величины трения постоянно изменяются и зависят от температуры, качества резины, скорости и дорожных условий.

Осторожно: влажная дорога

Необходимо помнить, что жизненно важная величина трения быстро и неуклонно падает на влажной трассе. И это происходит тем скорее, чем больше водная пленка на поверхности дороги. Особенно катастрофично происходит уменьшение величины трения и уход "в штопор" машин, имеющих шины с низкой глубиной профиля. Это часто случается с отъездившими свой срок или бывшими в употреблении шинами. Величина m, ничтожно малая в начале торможения, стремительно возрастает с увеличением скорости – как раз в этот момент роль шин особенно важна. При этом скорость падает быстро и отчетливо только незадолго до остановки автомобиля.

Насколько различаются тормозные характеристики на сухой и влажной дороге, наглядно продемонстрировали специалисты известного концерна Dunlop. В результате прямого сравнения тормозной путь Audi А4 при скорости 50 км/ч на сухой дороге составил 11.7 м, на мокром же асфальте – 14.2 (разница составила 2.5 м). При скорости 60 км/ч разница в тормозном пути на сухой и мокрой дороге составила уже 3.1 м. А при конечной скорости 100 км/ч разница тормозного пути подскочила до отметки 8.7 м.

Удачного аквапланирования!

Мокрые дороги вдвойне опасны в условиях аквапланирования. Его суть состоит в образовании водяного клина между колесами и поверхностью дороги: вода не успевает уходить из-под протектора, под ним образуется пленка, по которой автомобиль и начинает скользить, как по льду. Шина как бы всплывает на поверхность этой пленки. Как следует из многочисленных исследований, уже после 70 км/ч в начале всплывания (оно зависит от качества шины, глубины протектора, высоты воды, нагрузки) шина испытывает снижение величины трения, достигающее критической отметки. Сцепление с дорогой в этот момент практически отсутствует. Всплывая, шина уже не в состоянии нормально переносить поперечные и продольные силы. Так как критическая скорость всплывания зависит от многих факторов, ее практически невозможно подсчитать, и она тем опасней, чем выше скорость автомобиля.

Как видно из таблицы, чем более скользкая дорога, тем больше тормозной путь и меньше сцепление.

Если лимит сцепления задействован лишь в одном направлении, то для переноса сил на другое уже не остается необходимого потенциала. Это важно помнить в условиях скользкой дороги, когда лимит сцепления и так ограничен. К примеру, полностью буксующее и при этом заблокированное колесо имеет 100% пробуксовку (машина движется, а колесо остается статичным), и полностью задействуется лимит сцепления в продольном направлении. Поскольку перенос боковой силы больше невозможен, автомобиль становится все более неуправляемым и может уйти в сторону. При использовании антиблокировочной системы (АБС) пробуксовка составит от 5 до 25% и, несмотря на полное торможение, произойдет перенос боковых сил, необходимых для поворота колеса. За 100% пробуксовки принимается заблокированное стоящее колесо или полностью прокручивающееся.

Вековая борьба со всплыванием

К важнейшим требованиям, предъявляемым к современной шине, относится наличие хороших антиаквапланировочных свойств. Перед допуском новой шины к эксплуатации автопроизводителями обязательно проводятся соответствующие ездовые тесты на продольную и поперечную аквапланировку (при езде по прямой и на поворотах). Хорошие результаты таких тестов становятся предпосылкой для допуска шины к первичному оснащению новых автомобилей.

Инженеры-конструкторы с давних пор пытались если не устранить, то хотя бы смягчить проблему аквапланирования. Специалисты концерна Dunlop, например, занимаются этим вопросом с 1960 г., и только с началом эксплуатации широких шин эффект всплывания в дождевую погоду значительно пошел на убыль.

При езде на неприспособленной резине наступает опасное состояние, сравнимое с "танцем яиц на сковородке", когда на высокой скорости перед колесом образуется водяной клин, просачивающийся под его поверхностью и заставляющий его всплывать. На высокой скорости это происходит тем быстрее, чем выше уровень воды. На очень высокой скорости всплывание происходит и при низком уровне слоя воды. Также наступление аквапланирования зависит от следующих факторов: нагрузка на колесо, высота уровня воды, конструкция шины (контур, внутреннее строение), распределение нагрузки на протектор, давление воздуха, ширина шины, глубина профиля и его строение.

После появления перспективных широких шин для легковых автомобилей их разработчики предприняли дополнительные меры с тем, чтобы еще больше снизить риск аквапланирования. Важным элементом при решении этой задачи выступает профиль протектора со сравнительно высоким у дождевых шин процентом негативного профиля (дренажные канавки и каналы). Именно с его помощью с поверхности протектора вбирается и быстро выводится достаточно большое количество воды. Очень эффективны также стрелообразные, направленные профили с уходящими к боковине каналами, которые, ускоряя отток воды, создают гидродинамический эффект. Но этот профиль не может быть слишком большим, так как блоки протекторного профиля становятся при этом более подвижными, что негативно сказывается на таких свойствах, как точность руления, боковой увод и износ шины. И в этом случае при конструировании шин важно выдержать необходимые пропорции между сокращением риска аквапланирования и ухудшением остальных функций колеса.

Величайшие достижения "шиностроения"

Главной проблемой летних дождевых шин, обладающих боковыми дренажными каналами, остается тем не менее недостаточно эффективный отвод воды из центральной части протектора. Что же может быть в этом случае логичней широкого и глубокого желобка, опоясывающего средину протектора? Идея эта не нова, и первые патенты на нее были выданы еще в 70-е годы. Но ее практическое воплощение состоялось только в средине 90-х.

Первым объявил о создании подобной конструкции – широкой и высокоскоростной шины AquaContact – немецкий концерн Conti. В 1991 г. Goodyear представил в Америке новую шину Aquatred, появившуюся двумя годами позже в Европе со скоростным индексом Т (190 км/ч), но с небольшим диапазоном размеров. В том же году Michelin презентовал свой прототип Catamaran в сверхскоростной версии (235/45 ZR17), а итальянский Pirelli уже в 1997 г. представил свою версию – Pirelli P 5000 Drago (со скоростными индексами H и V 210-240 км/ч от 45 до 65 серии). Всем этим конструкторским решениям была свойственна широкая кольцеобразная канавка посреди протектора и направленный рисунок. Боковые дренажные каналы были несколько короче: чтобы центральный обеспечивал наиболее интенсивный отток воды в продольном направлении. Pirelli Drago до сих пор находит спрос у автолюбителей, а Catamaran от Michelin так и не был запущен в серийное производство. По-прежнему доказывает свой высокий класс при езде по мокрым дорогам и "пионер" дождевых шин Uniroyal (новые антиаквапланировочные шины Uniroyal RainSport 1, Uniroyal Rallye 580/680).

И все же главной проблемой подобных шинных конструкций остается их зависимость от вполне определенных погодных условий. Такие колеса плохо подходят для езды по сухой дороге.

Эта проблема решена у спортивных шин за счет жесткого центрального профильного ребра, которое сознательно опущено конструкторами антиаквапланировочных шин. Экспериментально и на практике доказано, что конструкторский приоритет одного из шинных свойств практически сводит на нет остальные важные функции шины.

Тем не менее опыт крупнейших шинопроизводителей свидетельствует о возможности достижения разумного компромисса в различных областях применения и категориях шин. Так современные высокоскоростные и широкопрофильные шины Dunlop SP Sport 9000, Goodyear Eagle F1, Pirelli PZero или Michelin Pilot Sport, несмотря на экстремальные габариты, обладают удивительно действенной аквапланировочной защитой.

И все же абсолютной защитой от аквапланирования не обладает ни одна, даже самая совершенная шина. Водителю следует всегда помнить об этом. На аквапланирование влияет также регулировка давления в шинах. Недостаточное давление изменяет контур покрышки и сокращает распределение давления на средину протектора, шина при этом всплывает раньше времени. Сюда же следует отнести и глубину профиля: с недостаточным остатком профиля (тем более при "лысой" резине) опасность аквапланирования возрастает многократно. Законодательно предусмотренная в странах Евросоюза глубина профиля в 1,6 мм, по мнению специалистов, все же недостаточна для широких низкопрофильных шин и должна находиться на границе около 3 мм. Не последнюю роль играет и выбранная водителем скорость: в дождь и при стоячей воде на дороге, естественно, нужна особая осторожность. Хлюпающие шумы снизу и повышенная легкость при управлении машиной – эти сигналы неизменно свидетельствуют об опасности аквапланир