Как уменьшить сопротивление качению легкового автомобиля

Как уменьшить сопротивление качению легкового автомобиля

4.1. Сопротивление качению автомобиля

Одним из главных требований, предъявляемым к шинам легковых автомобилей и связанным с топливной экономичностью, является наименьшее значение коэффициента сопротивления качению. Кроме того, шины должны обладать хорошей устойчивостью и управляемостью, не допускать заноса автомобиля при отклонениях колеса от направления движения.

Потеря контакта с поверхностью дороги наступает при наличии на ней значительного слоя воды. В этом случае возникает эффект жидкостного трения, подобного трению в подшипнике, и шина скользит по воде. При помощи соответствующего рисунка протектора можно обеспечить отвод воды в сторону, чтобы в контакте шины с поверхностью дороги не образовывался слой воды, на котором шина теряет управляемость и возникает опасный эффект “аквапланирования”.

Шины с изношенным протектором намного опаснее с точки зрения вышеизложенного эффекта, чем новые. Зависимость коэффициента сцепления от скорости автомобиля и толщины слоя воды для новых и изношенных шин показана на рис. 8. При падении коэффициента сцепления ниже 0,05 автомобиль становится неуправляемым.

Рис. 8. Зависимость коэффициента сцепления φ_сц от скорости автомобиля v и толщины слоя воды на поверхности дорожного покрытия: а – новая шина; б – изношенная шина без протектора

С точки зрения плавности хода автомобиля и устранения шума в кабине, шина должна поглощать небольшие неровности дороги и не передавать вызываемые ими вибрации на кузов. Это требует прежде всего увеличения податливости боковины шины, но лишь до такой степени, чтобы не допустить потери управляемости автомобиля. Жесткость боковины влияет на боковой увод колеса, возникающий при наличии осевой силы, действующей в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса.

Жесткость боковин шины определяет ее конструкция, и прежде всего способ наложения корда. На рис. 9 изображены различные типы шин: а диагональная с укладкой слоев корда под углом; б радиальная с укладкой слоев корда по радиусу шины с армирующими слоями под протектором; в диагональная улучшенного типа с армирующими слоями под протектором.

Рис. 9. Способы укладки слоев корда шин

Прогресс в области шин направлен на создание все более низкопрофильных шин, имеющих меньшие потери на качение и лучшие показатели устойчивости и управляемости. Профиль шины оценивается процентным отношением его высоты к ширине. На рис. 10 показаны сечения шин серий “80”-“40”. Наиболее широко применяется серия “70”, а серия “40”, например, предназначена уже только для гоночных автомобилей.

Рис. 10. Сечения шин серий ’80’-’40’

Поскольку передаточное отношение трансмиссий автомобиля рассчитывают с учетом диаметра колеса, то и при использовании низкопрофильной шины этот диаметр должен быть сохранен неизменным. Для этого шина должна монтироваться на обод большего диаметра. Это имеет свои положительные стороны: например, можно увеличить ширину и диаметр тормозов, что улучшит их охлаждение. Однако масса колеса увеличится, если не применить для его изготовления легкие сплавы.

В предыдущих главах для простоты изложения использовалось допущение, что коэффициент сопротивления качению не зависит от скорости движения. В действительности это не так, поскольку конструкция, технология изготовления или материал шин оказывают влияние на изменение этого коэффициента, особенно при больших скоростях движения. На рис. 11 приведены реальные значения коэффициента сопротивления качению, измеренные у шин итальянской фирмы “Пирелли” серий “80”-“50”.

Рис. 11. Зависимость сопротивления качению шин f от скорости автомобиля υ

При высоких скоростях отчетливо проявляется преимущество низкопрофильных шин серий “60” и “50”. Например, шина HR/60 на скорости 160 км/ч имеет сопротивление качению на 26 % меньше, чем шина SR/80.

Среднее удельное давление в площади контакта у шины с упругой боковиной приблизительно равно давлению воздуха в шине. Поэтому как широкая, так и узкая шины одинаково нагруженного колеса будут иметь равный размер площади контакта с поверхностью дороги. Однако формы поверхности контакта будут различными. На рис. 12 показаны два колеса с шинами различной ширины и их отпечатки. Площадь обоих отпечатков одинакова, но у более широкой шины он растянут по ширине, у менее широкой – по длине. Как изображено на боковой проекции колеса, деформация широкой шины h меньше, чем узкой h_u. Это является причиной меньшего погружения колеса в мягкое покрытие и, следовательно, меньшего коэффициента сопротивления качению. Данное правило действует и на твердом покрытии, так как изменяется угол наезда α, образуемый между касательной к окружности колеса и поверхностью дороги в месте контакта ее с колесом. Коэффициент сопротивления качению измеряется при качении колеса по ровному покрытию, имеющему большую жесткость, что моделирует качение эластичного колеса по жесткому покрытию и приблизительно соответствует условиям качения шины по дороге с асфальтовым или бетонным покрытием. В этом случае можно пренебречь влиянием деформации дорожного покрытия, и деформация колеса будет протекать таким образом, как показано на рис. 13. При статическом нагружении деформация симметрична, а равнодействующая сил проходит через центр тяжести отпечатка.

Рис. 12. Поверхности контакта узкой и широкой шин с дорожным покрытием

Рис. 13. Распределение давления р на поверхности контакта шины с дорожным покрытием

Колесо представляет собой пневматическую пружину с высокопрогрессивной характеристикой. Характеристику этой пружины можно получить путем нагружения колеса и измерения положения его центра тяжести в зависимости от величины нагрузки. При вращении шины каждую элементарную площадку на ее окружности можно считать самостоятельной, предварительно сжатой пружиной. Дополнительное сжатие этих парциальных пружин при контакте с дорогой требует затраты работы, которая увеличивает сопротивление качению шины. При выходе из контакта этих пружин после достижения максимального сжатия в среднем положении энергия, аккумулированная в них, высвобождается, и сила действует в направлении движения, уменьшая сопротивление качению. Для идеальной шины вложенная энергия была бы равна энергии высвобожденной, и колесо катилось бы без потерь.

Однако шина снабжена реальным протектором и, кроме того, в ней имеется внутреннее трение. При деформации протектора, помимо силы, необходимой для сжатия пневматической пружины, требуется сила для придания ускорения парциальной массе. Наличие внутреннего трения вызывает расход еще части энергии на разогрев шины. Следовательно, в первой половине цикла соприкосновения шины с дорогой должно быть развито усилие, достаточное для сжатия пружины, придания ускорения массе протектора и преодоления внутреннего трения. Однако во второй половине цикла вся сила сжатия пружины не высвободится, так как часть ее уйдет на придание обратного ускорения массе и на преодоление внутреннего трения. При вращении колеса на массу протектора воздействует также центробежная сила. Распределение удельных давлений по площади отпечатка будет поэтому неравномерным.

Равнодействующая всех сил расположена в первой половине отпечатка и удалена от оси колеса на расстояние s. За счет этого возникает момент сопротивления sG, который вызывает горизонтальное сопротивление H = G tg φ, где tg φ = s/R = f; G – нагрузка на шину.

В действительности, при передаче окружного усилия с шины на дорогу зависимости гораздо сложнее, но для наглядности объяснения приведенная выше упрощенная модель вполне пригодна. Так как центробежная сила и время сжатия зависят от окружной скорости у, то и сопротивление качению также частично зависит от нее. Эта зависимость выражается уравнением

Значение f и в особенности показатель степени n, по мнению различных авторов, имеют весьма широкий диапазон. По Э. Эверлингу n = 1; В. Камм считает n = 2, Андро n = 3,7.

Для наших рассуждений о путях снижения сопротивления качению вполне пригодны реально измеренные значения коэффициента сопротивления f (см. рис. 11) и влияние на него давления в шине (рис. 14). Из графиков на рис. 14 видно, что малое давление значительно увеличивает сопротивление качению, особенно при больших скоростях движения.

Рис. 14. Зависимость коэффициента сопротивления качению f от скорости автомобиля v и давления в шинах р

Как показано на рис. 11, до скорости 60-80 км/ч сопротивление качению несколько падает, но при больших скоростях резко увеличивается. Сверхнизкопрофильная шина серии VR/50 сохраняет небольшую величину сопротивления качению вплоть до скорости 200 км/ч. Таким же свойством обладает и шина HR/60.

Весьма опасным для шин является резонанс протектора, возникающий на высоких скоростях. При достижении определенных оборотов колеса могут начаться колебания элементов слоя протектора на пневматической пружине под влиянием постоянных импульсов сжатия при каждом повороте колеса. На поверхности шины в момент выхода ее из контакта с дорогой появляются статические волны, которые могут распространиться по всей окружности колеса. Резонанс протектора является причиной больших выделений теплоты и поэтому недопустим. При его возникновении в течение нескольких десятков секунд слой протектора может отделиться и, таким образом, возникнет аварийная ситуация.

Резонанс протектора резко повышает сопротивление качению, а рост энергии, потребляемой для преодоления сопротивления, сильно разогревает шину. Границы резонанса можно сдвинуть в сторону больших частот вращения колеса повышением внутреннего давления в шине и уменьшением массы протектора. Максимально допустимая скорость для отдельных типов шин фирмы “Пирелли” ограничивается следующим образом: SR – 180 км/ч; HR – 210 км/ч; VR – более 210 км/ч.

Снижение сопротивления качению у низкопрофильных шин весьма значительно и поэтому способствует повышению топливной экономичности. Фирма “Пирелли” гарантирует, что использование нового типа шин Р8 вызывает уменьшение расхода топлива до 4 %, что соответствует снижению сопротивления качению на 20 %. Одновременно повышается срок службы шин. Шина Р8 относится к серии “65” и пригодна для использования на скоростях до 180 км/ч.

Низкопрофильные шины обладают большей жесткостью боковин, что проявляется в меньшей величине бокового увода. На рис. 15 показано влияние угла бокового увода на коэффициент сопротивления качению. Пунктирная кривая характеризует шины серии “80”, сплошная – серии “60”.

Рис. 15. Зависимость коэффициента сопротивления качению f узкой и широкой шин от угла бокового увода β

Одним из главных требований, предъявляемых к шинам, является обеспечение хорошего сцепления с поверхностью дороги. Оно обусловливается шириной профиля шины, рисунком протектора и качеством его материала. Для обеспечения максимального сцепления с поверхностью дороги у гоночных автомобилей применяются шины, изготовленные из особо мягкого материала с гладким протектором без рисунка. Мелкие углубления на поверхности протектора делаются лишь для контроля износа, который у этих шин при малых пробегах достигает значительных размеров. Сопротивление качению у таких гладких шин меньше, чем у тех, которые снабжены протектором с рисунком.

Как видно из вышеизложенного, правильный выбор типа шины и соблюдение установленного внутреннего давления воздуха в них являются важными факторами, влияющими на уменьшение расхода топлива. Поскольку, однако, доля сопротивления качению в сумме общего сопротивления движению автомобиля значительно уменьшается с ростом скорости, то уменьшение этого вида сопротивления движению не означает пропорционального снижения расхода топлива. Так, уменьшение сопротивления качению шин на 10 % вызывает снижение потребления топлива лишь на 2%. Низкопрофильные шины обеспечивают лучшие условия движения, что может приводить к увеличению скорости, при котором экономия топлива, достигнутая снижением сопротивления качению, практически сведется к нулю. В этом случае необходимо принимать в расчет, какое снижение расхода достигается уменьшением сопротивления качению шин и насколько увеличивается этот расход из-за роста скорости движения.

При действии боковой силы коэффициент сопротивления качению шины растет. Боковая сила возникает чаще всего при движении на поворотах. Чтобы не допустить при этом снижения скорости автомобиля, необходимо увеличить мощность двигателя. Боковая сила растет с ростом скорости и соответственно увеличивается сопротивление качению. Поэтому при прохождении поворотов на большой скорости потребление топлива увеличивается.

Поворот можно проезжать и способом плавного скольжения всех колес (так называемый управляемый занос автомобиля), что весьма эффективно, но при этом требуется значительная мощность двигателя. Все колеса автомобиля в таком случае отклонены от направления движения. Умение экономично проезжать поворот на большой скорости заключается в прохождении его с наименьшим буксованием колес.

Как уменьшить сопротивление качению легкового автомобиля

Колесо – это самый эффективный способ преодолевать трение поверхности при транспортировки грузов, которое придумал человек. Из школьного курса физики всепомнят, что самый большой коэффициент трения имеют покоя или скольжения.

Сдвинуть шкаф, стоящий на ножках на деревянном полу иногда не под силу взрослому мужчине, тогда как тот же шкаф, с прикрученными к нему колёсиками или роликами, без труда сдвинет и ребёнок. Конечно при условии, что сопротивление качению этих роликов не слишком велико. Именно об этом физическом показателе мы и расскажем в этой статье.

В результате деформации покрышки из-за перемещения пятна контакта тратится значительное количество энергии. Она отнимается от общей кинетической энергии, вырабатываемой силовой установкой, колесо таким образом тормозит.

В зависимости от того, с какой скоростью автомобиль двигается, на сопротивление качению шин может расходоваться до 30% энергии, получаемой из топлива. Чем скорость выше, тем этот показатель меньше.

Понятно, что снижение этого показателя – это один из важнейших приоритетов шинных компаний. Существенное его уменьшение позволило бы резко увеличить экономичность движения на автомобиле.

Основной путь здесь – применение всё более совершенных материалов. Например, компании Michelin удалось добиться достаточно больших успехов в снижении трения качения, так опытные покрышки Optima на четверть меньше сопротивляются качению и весят на 20% меньше в сравнении с серией Michelin Energy.

Если в начале прошлого века хорошим уровнем считалось сопротивление в 25 кг/т, то сегодня французские шины показывают результат 6,5 кг/т. Приобрести >шины Michelin и других производителей можно сегодня в любом магазине, развитие технологий позволило сделать эти совершенные колёса доступными любому.

При этом воздействовать на этот показатель может и сам водитель автомобиля и не только в негативную сторону. Сопротивление качению зависит от таких конструктивных и эксплуатационных параметров, как давление воздуха в колёсах, техническое состояние подвески, температуры, снаряжённой массы автомобиля, состояния дорожного полотна.

Понятно, что как только давление в покрышке снижается, тут же возрастает пятно контакта и сопротивление. Абсолютно то же самое происходит и в случае сильного перегруза машины.

А вот прогретые шины, напротив, катят значительно лучше холодных, именно поэтому гонщики Формулы 1 на прогревочном круге виляют из стороны в сторону – таким образом они повышают температуру резины, чтобы уже на старте получить наиболее оптимальные характеристики.

Уменьшение сопротивления качению автомобиля

Одним из главных требований, предъявляемым к шинам легковых автомобилей и связанным с топливной экономичностью, является наименьшее значение коэффициента сопротивления качению. Кроме того, шины должны обладать хорошей устойчивостью и управляемостью, не допускать заноса автомобиля при отклонениях колеса от направления движения.

Потеря контакта с поверхностью дороги наступает при наличии на ней значительного слоя воды. В этом случае возникает эффект жидкостного трения, подобного трению в подшипнике, и шина скользит по воде. При помощи соответствующего рисунка протектора можно обеспечить отвод воды в сторону, чтобы в контакте шины с поверхностью дороги не образовывался слой воды, на котором шина теряет управляемость и возникает опасный эффект «аквапланирования».

Шины с изношенным протектором намного опаснее с точки зрения вышеизложенного эффекта, чем новые. Зависимость коэффициента сцепления от скорости автомобиля и толщины слоя воды для новых и изношенных шин показана на рис. 1. При падении коэффициента сцепления ниже 0,05 автомобиль становится неуправляемым.

С точки зрения плавности хода автомобиля и устранения шума в кабине, шина должна поглощать небольшие неровности дороги и не передавать вызываемые ими вибрации на кузов. Это требует, прежде всего, увеличения податливости боковины шины, но лишь до такой степени, чтобы не допустить потери управляемости автомобиля. Жесткость боковины влияет на боковой увод колеса, возникающий при наличии осевой силы, действующей в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса.

Жесткость боковин шины определяет ее конструкция, и прежде всего способ наложения корда. На рис. 2 изображены различные типы шин: а диагональная с укладкой слоев корда под углом; б радиальная с укладкой слоев корда по радиусу шины с армирующими слоями под протектором; в диагональная улучшенного типа с армирующими слоями под протектором.

Прогресс в области шин направлен на создание все более низкопрофильных шин, имеющих меньшие потери на качение и лучшие показатели устойчивости и управляемости. Профиль шины оценивается процентным отношением его высоты к ширине. На рис. 3 показаны сечения шин серий «80»—«40». Наиболее широко применяется серия «70», а серия «40», например, предназначена уже только для гоночных автомобилей.

Поскольку передаточное отношение трансмиссий автомобиля рассчитывают с учетом диаметра колеса, то и при использовании низкопрофильной шины этот диаметр должен быть сохранен неизменным. Для этого шина должна монтироваться на обод большего диаметра. Это имеет свои положительные стороны: например, можно увеличить ширину и диаметр тормозов, что улучшит их охлаждение. Однако масса колеса увеличится, если не применить для его изготовления легкие сплавы.

Обычно используется допущение, что коэффициент сопротивления качению не зависит от скорости движения. В действительности это не так, поскольку конструкция, технология изготовления или материал шин оказывают влияние на изменение этого коэффициента, особенно при больших скоростях движения. На рис. 4 приведены реальные значения коэффициента сопротивления качению, измеренные у шин итальянской фирмы «Пирелли» серий «80»—«50».

При высоких скоростях отчетливо проявляется преимущество низкопрофильных шин серий «60» и «50». Например, шина HR/60 на скорости 160 км/ч имеет сопротивление качению на 26 % меньше, чем шина SR/80.

Среднее удельное давление в площади контакта у шины с упругой боковиной приблизительно равно давлению воздуха в шине. Поэтому как широкая, так и узкая шины одинаково нагруженного колеса будут иметь равный размер площади контакта с поверхностью дороги. Однако формы поверхности контакта будут различными. На рис. 5 показаны два колеса с шинами различной ширины и их отпечатки. Площадь обоих отпечатков одинакова, но у более широкой шины он растянут по ширине, у менее широкой — по длине. Как изображено на боковой проекции колеса, деформация широкой шины h_s меньше, чем узкой h_u . Это является причиной меньшего погружения колеса в мягкое покрытие и, следовательно, меньшего коэффициента сопротивления качению. Данное правило действует и на твердом покрытии, так как изменяется угол наезда α, образуемый между касательной к окружности колеса и поверхностью дороги в месте контакта ее с колесом. Коэффициент сопротивления качению измеряется при качении колеса по ровному покрытию, имеющему большую жесткость, что моделирует качение эластичного колеса по жесткому покрытию и приблизительно соответствует условиям качения шины по дороге с асфальтовым или бетонным покрытием [2]. В этом случае можно пренебречь влиянием деформации дорожного покрытия, и деформация колеса будет протекать таким образом, как показано на рис. 6. При статическом нагружении деформация симметрична, а равнодействующая сил проходит через центр тяжести отпечатка.

Колесо представляет собой пневматическую пружину с высокопрогрессивной характеристикой. Характеристику этой пружины можно получить путем нагружения колеса и измерения положения его центра тяжести в зависимости от величины нагрузки. При вращении шины каждую элементарную площадку на ее окружности можно считать самостоятельной, предварительно сжатой пружиной. Дополнительное сжатие этих парциальных пружин при контакте с дорогой требует затраты работы, которая увеличивает сопротивление качению шины. При выходе из контакта этих пружин после достижения максимального сжатия в среднем положении энергия, аккумулированная в них, высвобождается, и сила действует в направлении движения, уменьшая сопротивление качению. Для идеальной шины вложенная энергия была бы равна энергии высвобожденной, и колесо катилось бы без потерь.

Однако шина снабжена реальным протектором и, кроме того, в ней имеется внутреннее трение. При деформации протектора, помимо силы, необходимой для сжатия пневматической пружины, требуется сила для придания ускорения парциальной массе. Наличие внутреннего трения вызывает расход еще части энергии на разогрев шины. Следовательно, в первой половине цикла соприкосновения шины с дорогой должно быть развито усилие, достаточное для сжатия пружины, придания ускорения массе протектора и преодоления внутреннего трения. Однако во второй половине цикла вся сила сжатия пружины не высвободится, так как часть ее уйдет на придание обратного ускорения массе и на преодоление внутреннего трения. При вращении колеса на массу протектора воздействует также центробежная сила. Распределение удельных давлений по площади отпечатка будет поэтому неравномерным.

Равнодействующая всех сил расположена в первой половине отпечатка и удалена от оси колеса на расстояние s. За счет этого возникает момент сопротивления sG , который вызывает горизонтальное сопротивление H = G∙tgφ , где tgф = s/R = f ; G — нагрузка на шину.

В действительности, при передаче окружного усилия с шины на дорогу зависимости гораздо сложнее, но для наглядности объяснения приведенная выше упрощенная модель вполне пригодна. Так как центробежная сила и время сжатия зависят от окружной скорости ν , то и сопротивление качению также частично зависит от нее. Эта зависимость выражается уравнением

Значение f и в особенности показатель степени n , по мнению различных авторов, имеют весьма широкий диапазон. По Э. Эверлингу n = 1 ; В. Камм считает n = 2 , Андро n = 3,7 .

Для наших рассуждений о путях снижения сопротивления качению вполне пригодны реально измеренные значения коэффициента сопротивления (см. рис. 4) и влияние на него давления в шине (рис. 7). Из графиков на рис. 7 видно, что малое давление значительно увеличивает сопротивление качению, особенно при больших скоростях движения.

Как показано на рис. 4, до скорости 60—80 км/ч сопротивление качению несколько падает, но при больших скоростях резко увеличивается. Сверхнизкопрофильная шина серии VR/50 сохраняет небольшую величину сопротивления качению вплоть до скорости 200 км/ч. Таким же свойством обладает и шина HR/60.

Весьма опасным для шин является резонанс протектора, возникающий на высоких скоростях. При достижении определенных оборотов колеса могут начаться колебания элементов слоя протектора на пневматической пружине под влиянием постоянных импульсов сжатия при каждом повороте колеса. На поверхности шины в момент выхода ее из контакта с дорогой появляются статические волны, которые могут распространиться по всей окружности колеса. Резонанс протектора является причиной больших выделений теплоты и поэтому недопустим. При его возникновении в течение нескольких десятков секунд слой протектора может отделиться и, таким образом, возникнет аварийная ситуация.

Резонанс протектора резко повышает сопротивление качению, а рост энергии, потребляемой для преодоления сопротивления, сильно разогревает шину. Границы резонанса можно сдвинуть в сторону больших частот вращения колеса повышением внутреннего давления в шине и уменьшением массы протектора. Максимально допустимая скорость для отдельных типов шин фирмы «Пирелли» ограничивается следующим образом: SR — 180 км/ч; HR — 210 км/ч; VR — более 210 км/ч.

Снижение сопротивления качению у низкопрофильных шин весьма значительно и поэтому способствует повышению топливной экономичности. Фирма «Пирелли» гарантирует, что использование нового типа [3] шин «P8» вызывает уменьшение расхода топлива до 4 %, что соответствует снижению сопротивления качению на 20 %. Одновременно повышается срок службы шин. Шина «P8» относится к серии «65» и пригодна для использования на скоростях до 180 км/ч.

Низкопрофильные шины обладают большей жесткостью боковин, что проявляется в меньшей величине бокового увода. На рис. 8 показано влияние угла бокового увода на коэффициент сопротивления качению. Пунктирная кривая характеризует шины серии «80», сплошная — серии «60».

Одним из главных требований, предъявляемых к шинам, является обеспечение хорошего сцепления с поверхностью дороги. Оно обусловливается шириной профиля шины, рисунком протектора й качеством его материала. Для обеспечения максимального сцепления с поверхностью дороги у гоночных автомобилей применяются шины, изготовленные из особо мягкого материала с гладким протектором без рисунка. Мелкие углубления на поверхности протектора делаются лишь для контроля износа, который у этих шин при. малых пробегах достигает значительных размеров. Сопротивление качению у таких гладких шин меньше, чем у тех, которые снабжены протектором с рисунком.

Как видно из вышеизложенного, правильный выбор типа шины и соблюдение установленного внутреннего давления воздуха в них являются важными факторами, влияющими на уменьшение расхода топлива. Поскольку, однако, доля сопротивления качению в сумме общего сопротивления движению автомобиля значительно уменьшается с ростом скорости, то уменьшение этого вида сопротивления движению не означает пропорционального снижения расхода топлива. Так, уменьшение сопротивления качению шин на 10 % вызывает снижение потребления топлива лишь на 2 %. Низкопрофильные шины обеспечивают лучшие условия движения, что может приводить к увеличению скорости, при котором экономия топлива, достигнутая снижением сопротивления качению, практически сведется к нулю. В этом случае необходимо принимать в расчет, какое снижение расхода достигается уменьшением сопротивления качению шин и насколько увеличивается этот расход из-за роста скорости движения.

При действии боковой силы коэффициент сопротивления качению шины растет. Боковая сила возникает чаще всего при движении на поворотах. Чтобы не допустить при этом снижения скорости автомобиля, необходимо увеличить мощность двигателя. Боковая сила растет с ростом скорости и соответственно увеличивается сопротивление качению. Поэтому при прохождении поворотов на большой скорости потребление топлива увеличивается.

Поворот можно проезжать и способом плавного скольжения всех колес (так называемый управляемый занос автомобиля), что весьма эффективно, но при этом требуется значительная мощность двигателя. Все колеса автомобиля в таком случае отклонены от направления движения. Умение экономично проезжать поворот на большой скорости заключается в прохождении его с наименьшим буксованием колес.

Читайте также

Описано влияние степени сжатия на индикаторный КПД двигателя.

Как шины влияют на расход топлива?

Вы меняли шины и заметили разницу в расходе топлива? Это очень возможно, потому что правильно подобранные шины для автомобиля являются одним из факторов, которые могут повлиять на экономию при заправке или более высокие расходы.

Посмотрите, что вы можете сделать, чтобы сделать свой автомобиль более экономичным и экологичным.

В то время как цены на топливо высоки, и мы слышим отовсюду об опасностях загрязненного воздуха, стоит искать более оптимальные решения, которые будут более благосклонны к нашему портфелю и окружающей среде.

Топливная эффективность шин и сопротивление качению.

Если вы хотите выбрать шины, которые не будут увеличивать расход топлива и, следовательно, будут обладать максимальной энергоэффективностью, сначала проверьте этикетку шины.

Согласно закону, шины, продаваемые в пределах Европейского Союза, должны иметь соответствующую маркировку. Это информация для водителей о производительности модели в трех ключевых категориях:

• класс топливной экономичности шин,
• торможение и сцепление на мокрой дороге,
• уровень шума.

Сгорание топлива и сопротивление качению.

Если вы хотите выбрать шины с наименьшим средним расходом топлива и, следовательно, с наивысшей энергоэффективностью, вам следует обратить внимание на те, у которых на этикетке указан класс «А» – лучший из шкалы в отношении сопротивления качению и расхода топлива.

Представленные значения позволяют сравнивать разные модели, что однозначно помогает в выборе нового набора. Помните, однако, что при изменении размера шины ее свойства могут измениться.

Что такое сопротивление качению шины?

Это оптимизированное соотношение между энергией, вкладываемой в движение, и внешними факторами, которые замедляются. На сопротивление качению влияет M.IN:. Аэродинамическое сопротивление, вес, конструкция и рисунок протектора и давление.

Что еще влияет на уменьшение сгорания?

Конструктивное решение шин

Вес шины – это элемент, который, несомненно, влияет на уровень расхода топлива – взаимосвязь очень простая: чем легче модель, тем ниже сопротивление качению, и автомобиль использует меньше энергии для перемещения колеса.

Также тип конструкции шин оказывает влияние на уровень выбросов выхлопных газов, диагональные модели – некогда единственные на рынке, имели на 20% более высокое сопротивление качению по сравнению с радиальными.

Компоненты, из которых состоит шина, влияют на сопротивление качению

Сгорание топлива не связано с формой протектора (до 60% сопротивления качению шины). Расположение блоков и других элементов передней части шины оказывает влияние на ее деформацию или изгиб во время движения, и это непосредственно приводит к более низкому (более жесткому) или более высокому сопротивлению качению.

Почему стоит проверить, какие материалы использовались для построения конкретной модели? Различные типы каучуков (бутадиен, природный и бутадиен стирола), наполнители (сажа и кремнезем) и вулканизующий агент, то есть сера, используются для получения резиновой смеси, которая впоследствии используется в процессе установки шин.

Шины с более низкими бутадиеновыми частями и наполнителями (предпочтительно кремнезем с силановым связующим) имеют более низкое сопротивление качению.

Как уменьшить расход топлива?

Стоит вспомнить о шинах сегмента Eco, большинство производителей предлагают экологичные и экономичные модели. Этот тип шин отличается пониженным сопротивлением качению, что может оказать долгосрочное влияние на расходы, связанные с топливом.

Однако прежде чем выбирать такие шины, вам следует проверить, соответствуют ли они вашему автомобилю, стилю вождения и потребностям.

Размер шин

Размер модели также имеет значение, поэтому очень часто сезонные тесты шин являются измеримыми и надежными, они проводятся с определенным размером, потому что изменение одного из параметров влияет на результаты теста.

Ширина шин и расход топлива являются одними из вопросов, которые не дают водителям спокойствия, и, как выясняется, размер имеет значение в контексте сопротивления качению.

Если водитель решает изменить размер шины с сезонным изменением комплекта шин, это может привести к разнице в расходе топлива.

Изменение размера шин может повлиять на расход топлива.

Каковы зависимости?

Низкопрофильные шины имеют свои преимущества и недостатки, но они определенно делают шину более жесткой и, следовательно, имеют более низкое сопротивление качению.

При рассмотрении широких шин стоит знать, что уменьшение их размеров на 1 см уменьшит аэродинамическое сопротивление примерно на 1,5%.

Популярной практикой среди водителей является изменение ширины обода по эстетическим соображениям, замена размера (конечно, в пределах разрешенных для данной модели автомобиля) может изменить жесткость машины.

Износ шин и его влияние на расход топлива

Шина изнашивается из-за истирания последующих слоев протектора, что напрямую влияет на поддержание оптимальных характеристик шины во время движения. Чем меньше протектор, тем ниже сопротивление качению, но также хуже сцепление с мокрой дорогой. Такой использованный продукт больше не защищает от заноса и не обеспечивает короткого тормозного пути, поэтому важно своевременно менять шины на новые. Значительный износ протектора также может привести к потере веса и увеличению жесткости шин.

Давление в шинах

• Более низкое давление в шинах заставляет ее больше изгибаться и деформироваться, что приводит к увеличению сопротивления качению.
• падение давления на 0,3 бар – увеличение сопротивления качению на 6%,
• снижение давления на 1 бар – увеличение сопротивления качению на 30% – увеличение расхода топлива на несколько процентов.
• 

Не забывайте регулярно проверять давление в шинах.

Давление в шинах является одним из важнейших элементов, определяющих уровень расхода топлива.

Когда давление падает, сопротивление качению увеличивается, и, следовательно, происходит сгорание. Поэтому не забывайте регулярно проверять (не реже одного раза в месяц) и поддерживать уровень давления в соответствии с рекомендациями производителя автомобиля, поэтому мы можем добиться заметной экономии топлива. Кроме того, уровень инфляции также следует адаптировать к текущей нагрузке. Поэтому, когда мы собираемся путешествовать дальше со своей семьей или перевозить больший груз, мы должны помнить, чтобы должным образом позаботиться об этой важной проблеме.

Как ездить, чтобы снизить расход топлива?

Регулярного подсчета расхода топлива недостаточно, чтобы ездить по-настоящему экономно. Когда мы говорим о способах снижения расхода топлива, стоит упомянуть и ныне популярную концепцию экологичного вождения, то есть принципы экономичного вождения.

Несколько простых приемов позволяют водителям значительно влиять на расход топлива, все, что вам нужно сделать, это выработать новые хорошие привычки во время вождения.

Среди нескольких основных методов мы можем упомянуть:

• торможение двигателем,
• избегая динамического торможения и ускорения,
• езда на максимальной передаче,
• контроль над дорогой и окружающей средой – маневры планируются заранее.

Что такое сопротивление качению шины

К аждый владелец машины вам уверенно заявит, что от качества автомобильных шин очень сильно зависит не только управляемость авто, но и расход топлива, сцепление с асфальтом и динамика движения. Кроме того, мы уверены, что вы точно слышали о таком термине, как «сопротивление качению шин» и наверняка задавались вопросом о том, что он означает и как он влияет на общие свойства покрышек. В нашей статье мы рассмотрим, что такое сопротивление качению шины, и как шины с низким сопротивлением качению могут повысить топливную эффективность вашего автомобиля. Итак, приступим!

Что такое сопротивление качению шины?

Давайте разберемся, что такое сопротивление качению шин. Когда вы нажимаете на педаль газа в вашем автомобиле, вы начинаете ускоряться. Но если посмотреть более детально на сам процесс ускорения автомобиля, то можно увидеть, что нажимая на педаль газа вы передаете энергию от сгорания топлива в моторе, или электрическую энергию (все зависит от того, какой тип двигателя вы используете) через другие системы прямиком на шины вашего автомобиля. Это приводит к тому, что ваши покрышки начинают оборачиваться и набирать достаточный импульс, чтобы ваш автомобиль начал двигаться. Но для того, чтобы колесо начало двигаться, ваши покрышки должны преодолеть очень много факторов, которые препятствуют началу движения. И одним из этих факторов является сопротивление качению шины.

Если говорить техническим языком, то сопротивление качению шины – это минимальная энергия, которую ваше транспортное средство должно передать на колеса, чтобы поддерживать постоянную скорость на ровном дорожном полотне. Другими словами, это усилие, которое нужно для того, чтобы колесо постоянно двигалось.

Главным источником сопротивлению качения является процесс, который называется гистерезис. С технической точки зрения, гистерезис – это, по сути, потеря энергии, которая возникает при прохождении шины по поверхности дорожного полотна. Из-за того, что двигатель автомобиля должен постоянно компенсировать гистерезис, он должен вырабатывать дополнительную энергию, что приводит к увеличению расхода топлива.

Как конструкция покрышки влияет на сопротивление качения

Что такое сопротивление качению мы уже разобрались. Но от чего непосредственно зависит сопротивлении качению? Как бы это странно не звучало, но качение покрышки напрямую зависит от конструкции шины и ее свойств. Давайте детально рассмотрим все ключевые аспекты.

Сама конструкция и материалы, из которых она установлена, напрямую влияет на качение шины. Кроме того, иногда индекс сопротивления качению двух визуально одинаковых покрышек может отличаться практически в два раза. Помимо конструкции, на свойства качения покрышки сильно влияет индекс скорости. Высокий индекс скорости означает, что покрышка обладает высокой курсовой устойчивостью, а сама покрышка специально усилена, чтобы выдерживать большие нагрузки. Хоть такие покрышки и обеспечивают большую безопасность на высоких скоростях, но из-за этого приходится жертвовать увеличенной мощность сопротивления. Немаловажным параметром также является размерность колеса. Здесь все просто: чем больше диаметр колеса, тем меньшим будет сопротивление качению. Известно, что плюс один сантиметр к диаметру колеса – это минус 1% от общего числа сопротивления качению.

Если хотите, чтобы мощность вашего двигателя израсходовалась на то, чтобы придавать вашему авто нужное ускорение, тогда вам нужно выбрать правильный протектор колеса. Запомните, что чем глубже протектор на покрышке, тем больше величина сопротивления. Поэтому, когда покрышки уже изрядно износятся, сопротивления качению может упасть на целых 30% от первоначальной величины.

Также всегда обращайте внимание на давление воздуха в покрышках. Помните, что приспущенное колесо неправильно прилипает к дороге и неравномерно распределяет давление. В результате в автомобиле сильно ухудшается сцепление с дорожным полотном и падает управляемость. Кроме того, при езде на плохо накаченных шинах приводит к тому, что сами шины быстро нагреваются, деформируются. При этом, увеличивается сопротивление качению, увеличивается расход топлива и сами покрышки быстрее изнашиваются.

Минимальное сопротивление качению шины

Скажем сразу, что избавиться сопротивления качению шины нельзя исходя из законов физики. Но раз его нельзя полностью устранить, его можно попробовать свести к минимуму. Как мы уже выяснили, сопротивление качения шин вызвано гистерезисом. Чтобы минимизировать его влияние можно спроектировать покрышку таким образом, чтобы ее протектор был как можно меньше. Минусом такого подхода будет очень малый срок службы покрышки.

Второй способ более технологичен, ведь он требует разработки качественно новых материалов для шин. Покрышки из таких материалов получат снижение сопротивления качению благодаря тому, что они будут устойчивыми к выработке тепла и их протектор будет иметь минимальный прогиб во время сцепления с дорожным покрытием. Современные шины с низким сопротивлением качению используют именно второй подход.

Сопротивление качению шин и экономия топлива

Итак, если просуммировать все вышесказанное, можно сказать, что если мы выберем шины, у которых коэффициент сопротивления качению довольно низкий, то мы сможем больше мощности двигателя перенаправить на увеличение скорости или поубавить газ для экономии топлива. В целом, такое предположение вполне обосновано.

Чтобы проверить эту теорию на практике ученые из автомобильной индустрии провели ряд независимых тестов. В них использовались покрышки, у которых снижения сопротивление качению достигло 10-12 % по сравнению с обычными шинами. При этом, использовались шины от разных производителей. Само тестирование проводилось на гоночном треке на специальном спортивном седане. Во время теста автомобиль проехал около 400 км с несколькими заправками.

В результате тестирования ученые выяснили, что использование шин с низким сопротивлением качения позволило снизить расход топлива на 6 процентов по сравнению с обычными покрышками. В целом, это не очень большое преимущество. Но если брать в пересчете на годовой запас топлива, то может получить довольно неплохая экономия семейного бюджета.

Кроме того, в отчете исследования сказано, что на размер экономии топлива будет влиять не только коэффициент сопротивления качения покрышек, но и стиль вождения, качество дорожного покрытия и общее техническое состояние автомобиля. Поэтому, сам факт того, что вы обули ваше авто в покрышки с низким сопротивлением качения, еще не гарантирует вам того, что вы сможете получить достаточную экономию топлива

Источники:

http://motorzlib.ru/books/item/f00/s00/z0000031/st014.shtml
http://www.autoreview74.ru/news/automobile/204.html
http://icarbio.ru/articles/umenshenie-soprotivlenija-kacheniju-avtomobilja.html
http://infoshiny.ru/stati/kak-shiny-vliyayut-na-raskhod-topliva
http://engine-buzz.com/chto-takoe-soprotivlenie-kacheniju-shiny/