Всё о коэффициенте сцепления шин с дорогой
Как шины влияют на безопасность, когда вы ведете машину по шоссе? Какие факторы помогают предотвратить занос и позволяют контролировать ваш автомобиль при повороте и остановке?
Вопросы безопасности на дорогах включают не только выбор правильной резины, но и учитывают фактор дорожного покрытия, технические характеристики транспортного средства ТС, другие факторы о которых узнаете ниже.
Измерение коэффициента сцепления дорожного покрытия по ГОСТ 50597-93
Исследования проводились динамометрическим приборомПКРС-2, результаты сведены в таблицу, где указаны виды дорожного покрытия и их состояние в зависимости от погодных и климатических условий. С момента ввода этих коэффициентов прошло много лет. Изменились технологии строительства дорог, в частности контактная поверхность дорожного покрытия. Данные таблицы надо рассматривать, как ориентировочные.
Совершенно ясно, что эти коэффициенты не есть величина постоянная, а зависят от многих факторов:
- тип дорожного полотна, качество состояния;
- состояние шин транспортного средства их скоростные, нагрузочные и другие характеристики, входящие в маркировку;
- скорость движения ТС;
- наличие веществ, снижающих сцепление в зоне контакта поверхности колеса и покрытия (грязь, пролитые ГСМ);
- уклоны и опасные закругления автомобильной дороги.
Коэффициент сцепления между шиной и дорогой является одним из важных факторов, влияющих на безопасность дорожного движения. Состояние деформации шины различается в зависимости от силы торможения, вертикальной нагрузки на колесо.
Силы воздействия на участок поверхности шины во время торможения
Есть классическая формула в физике F =µN =µmg, которая связывает прямо пропорциональную зависимость силы трения от коэффициента сцепления контактирующих областей и прижимной силы. N равна произведению массы нагруженного колеса на ускорение свободного падения. Конечно распределение веса на переднюю ось будет больше при торможении, но эта классическая формула дает возможность понять какие факторы рассматриваются производителями шин, чтобы обеспечить безопасность автомобиля.
Зависимость тормозного пути от коэффициента сцепления шин с дорогой
Рисунок протектора колеса играет важную роль в определении трения или сопротивления скольжению. В сухих условиях на дорогах с твердым покрытием гладкая шина дает лучшую тягу, чем рифленый или узорчатый протектор, потому что имеется большая площадь контакта для создания сил трения. По этой причине резина, используемая для автогонок, имеет гладкую поверхность без рисунка протектора. К сожалению, гладкая шина развивает очень мало сцепления при влажных условиях, потому что фрикционный механизм уменьшается благодаря смазочной пленке воды между протектором и дорогой.
Рисунок канавки или каналы, по которым идет водоотвод, обеспечивает область прямого контакта между шиной и дорогой. Типовая шина дает коэффициенты сухого и влажного сцепления около 0,7 и 0,4 соответственно. Эти значения представляют собой компромисс между экстремальными значениями около 0,9 (сухих) и 0,1 (влажных), полученными с гладкой шиной.
Торможение на мокрой дороге
Когда автомобиль заторможен до жесткой остановки на сухой дороге, максимальная сила трения может быть больше, чем прочность протектора. В результате, вместо того, чтобы шина просто скользила по дороге, резина отрывается от протектора в области контакта шины и дороги. Несомненно, сопротивление протектора этому разрыву представляет собой сочетание прочности резины, канавок и щелей, составляющих дизайн протектора. Это тоже учитывают производители шин.
Кроме того, размер контактной зоны очень важен в автомобильных шинах, потому что тяга является динамической, а не статической; то есть она изменяется по мере того, как колесо катится вперед. Максимальный коэффициент трения может происходить где угодно в области контакта, и чем больше площадь, тем больше вероятность максимальной тяги.
Таким образом, при одинаковой нагрузке и на одной и той же сухой поверхности более широкий профиль имеет большую площадь контакта и развивает более высокую тягу, что приводит к большей тормозной способности. Хотя некоторые специалисты считают, что большая площадь снижает давление на единицу поверхности и таким образом прижимная сила становится меньше, а потому выигрыш в тормозной способности остается под вопросом.
Источник
Коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой таблица
Величина тяговой силы Рк на ведущих колесах автомобиля, необходимая для его движения, ограничивается сцеплением шин с поверхностью дороги.
Сцепление шины с дорогой оценивается коэффициентом сцепления φ, который равен отношению наибольшей величины реакции Хк (см. рис. 2) к величине реакции ZK :
Под силой сцепления Pφ понимают силу, противодействующую скольжению колес относительно дороги. Она равна силе трения, возникающей в месте контакта шины с дорогой. Величина силы сцепления зависит от нормального давления ведущих колес на дорогу и коэффициента сцепления φ:
φ — коэффициент сцепления шин ведущих колес автомобиля с дорогой;
2 Zk 2 — радиальная реакция ведущих колес.
Для обеспечения движения автомобиля необходимо, чтобы тяговая сила Рк на ведущих колесах была меньше силы сцепления колес с дорогой, или в крайнем случае равна ей, в противном случае колеса автомобиля будут буксовать:
В зависимости от направления скольжения колес различают коэффициенты продольного (φж) и поперечного (φу) сцепления. Для упрощения расчетов обычно принимают коэффициент поперечного сцепления φу равным φ x и обозначают его φ.
Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния дорожного покрытия, рисунка протектора и степени изношенности шины, давления воздуха в шине, скорости движения автомобиля, вертикальной нагрузки на колесо.
Численное значение коэффициента сцепления φ значительно уменьшается при движении автомобиля по мокрому асфальтобетонному или обледенелому покрытию, особенно с увеличением скорости движения автомобиля.
Чаще всего колеса буксуют при резком трогании автомобиля и при движении по скользкой дороге.
На твердых сухих дорожных покрытиях с увеличением давления воздуха в шине, вертикальной нагрузки и скорости движения величина коэффициента сцепления снижается.
Некоторые значения коэффициентов сцепления приведены в табл. 2.
Значения коэффициента сцепления
Теория и конструкция автомобиля. Кленников В. М., Кленников Е. В. — 1967
Источник
Коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой таблица
ДОРОГИ АВТОМОБИЛЬНЫЕ. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА АВТОМОБИЛЯ С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Automobile roads. Method for determining the coefficient of adhesion between vehicle wheel and road pavement
1 РАЗРАБОТАН Государственным дорожным научно-исследовательским институтом (СоюздорНИИ) Российской Федерации
2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 12 декабря 1996 г.
За принятие проголосовали:
Наименование органа государственного управления строительством
Министерство градостроительства Республики Армения
Минстройархитектуры Республики Беларусь
Минстрой Республики Казахстан
Минстрой Кыргызской Республики
Министерство территориального развития, строительства и коммунального хозяйства Республики Молдова
Госстрой Республики Таджикистан
Госкомархитектстрой Республики Узбекистан
4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 июля 1997 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации постановлением Госстроя России от 21.04.1997 г. N 18-5.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием при строительстве новых, реконструкции или эксплуатации существующих автомобильных дорог общего пользования, а также улиц и дорог городов, поселков и сельских поселений.
Стандарт распространяется также на внутрихозяйственные дороги, подъездные и внутренние автомобильные дороги промышленных предприятий и других организаций независимо от их ведомственной принадлежности.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 17697-72 Автомобили. Качение колеса. Термины и определения
ГОСТ 20993-75 Шины пневматические радиальные для легковых автомобилей. Основные параметры и размеры
ГОСТ 24555-81* Система государственных испытаний продукции. Порядок аттестации испытательного оборудования. Основные положения
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 8.568-97, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.
3 Определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.
3.1 Коэффициент сцепления (продольного) — отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дороги на площади контакта сблокированного колеса с дорожным покрытием, к нормальной реакции в площади контакта колеса с покрытием.
3.2 Полосы наката — продольные полосы на поверхности проезжей части дороги, соответствующие траекториям движения колес автотранспортных средств, следующих по данной полосе движения.
3.3 Полоса движения — продольная полоса проезжей части, по которой движение транспортных средств происходит в один ряд.
4 Метод определения коэффициента сцепления
4.1 Требования к испытательному оборудованию
4.1.1 В качестве испытательного оборудования следует использовать автомобильную установку типа ПКРС-2 [1], состоящую из автомобиля, прицепного одноколесного прибора, оборудованного датчиками ровности и коэффициента сцепления, а также установленных в автомобиле системы увлажнения покрытия, системы управления и регистрации.
4.1.2 Основные параметры прицепного прибора и краткая характеристика установки:
размеры шины по ГОСТ 20993, дюймы — 6,00-13; 6,15-13; 6,40-13 и 6,45-13;
тип протектора — с рисунком при глубине его не менее 1,0 мм;
давление воздуха в шине, кПа — 170±20 (1,7±0,2 кгс/см );
нагрузка на колесо, кН — 3±0,03 (300±3 кгс);
максимальное радиальное биение обода и шины колеса, мм — 2±0,2;
максимальный статистический дисбаланс колеса, г/см — 50±5;
норма увлажнения покрытия, л/м — 1±0,2;
скорость движения, км/ч — 60;
общая погрешность измерений, % — ±4;
пределы измерения величины коэффициента сцепления — 0,1-1,0.
4.2 Подготовка к испытаниям
4.2.1 Установка должна пройти аттестацию, которая оформляется протоколом и аттестатом по формам, предусмотренным ГОСТ 24555.
4.2.2 Новая шина должна пройти обкатку не менее 300 км при скорости 60-80 км/ч, после чего колесо шины должно быть отбалансировано. Подготовленное колесо не должно использоваться при переездах автомобильной установки на дальние расстояния (более 100 км). При износе протектора до оставшейся глубины рисунка менее 1,0 мм дальнейшее использование шины для измерения коэффициента сцепления должно быть прекращено.
4.2.3 При тарировке каналов измерения коэффициента сцепления точка приложения вертикальной силы динамометра должна находиться на расстоянии от центра колеса, равном радиусу качения колеса.
4.2.4 Перед началом испытаний установка должна проехать не менее 5 км со скоростью 60 км/ч.
4.2.5 Во время проведения испытаний необходимо измерять температуру воздуха.
4.3 Проведение испытаний
4.3.1 На дорогах и улицах, находящихся в эксплуатации, испытания следует проводить при движении испытательного колеса по полосе наката левых колес автотранспортных средств, использующих данную полосу движения, а на дорогах и улицах с вновь устроенным покрытием — в пределах всей ширины полосы движения.
4.3.2 Испытания следует проводить при температуре воздуха не ниже 0 °С.
4.3.3 Во время проведения испытаний скорость поступательного движения испытательного колеса не должна отклоняться от заданной величины более чем на ±5 км/ч.
4.3.4 На каждом из испытываемых участков длиной не менее 1 км следует последовательно выполнить не менее пяти испытаний.
4.3.5 Продолжительность каждого испытания должна составлять 3-4 с.
4.3.6 При проведении испытания увлажнение поверхности дороги следует начинать не позже чем за 0,5 с до начала торможения испытательного колеса и заканчивать одновременно с окончанием его торможения. Ширина полосы увлажнения должна быть не менее удвоенной ширины шины испытательного колеса.
4.4 Обработка данных испытаний и представление их результатов
4.4.1 Величину коэффициента сцепления следует вычислять в соответствии с [2].
4.4.2 Полученные величины коэффициенты сцепления следует откорректировать в соответствии с данными таблицы 1.
Величина температурной поправки к коэффициенту сцепления
Источник
Коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой таблица
Дороги автомобильные общего пользования
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА АВТОМОБИЛЯ С ПОКРЫТИЕМ
Automobile roads of general use. Methods of measuring friction of vehicle wheel with the road surface
Дата введения 2015-12-01
с правом досрочного применения
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»
1 РАЗРАБОТАН Автономной Некоммерческой Организацией «Научно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса» (АНО «НИИ ТСК»)
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 5 декабря 2014 г. N 46)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 августа 2015 г. N 1164-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33078-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 декабря 2015 г.
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на методы измерения сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием при строительстве новых, реконструкции, капитальном ремонте, ремонте и эксплуатации автомобильных дорог общего пользования.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
ГОСТ 3647-80 Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость и зерновой состав. Методы контроля
ГОСТ 4754-97 Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия
ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия
ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности. Термины и определения
ГОСТ 26366-84 Проволока стальная латунированная для бортовых колец шин. Технические условия
ГОСТ 32945-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные знаки. Технические требования
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 4754 и ГОСТ 25142, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием (далее — коэффициент сцепления): Показатель, характеризующий сцепные свойства дорожного покрытия, определяющийся как отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дорожного покрытия на площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием к нормальной реакции в площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием.
3.2 полоса наката: Продольная полоса на поверхности проезжей части автомобильной дороги, соответствующая траектории движения колес большей части транспортных средств, движущихся по полосе движения.
3.3 измерительный участок: Участок автомобильной дороги, на котором производится измерение сцепных свойств дорожного покрытия в режиме скольжения заблокированного колеса, отсчитываемый от начала скольжения блокированного колеса до момента его разблокирования.
4 Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам и материалам
4.1 При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, вспомогательные устройства:
— испытательная автомобильная установка, включающая:
а) прибор контроля коэффициента сцепления дорожных покрытий типа ПКРС, обеспечивающий нормальную вертикальную нагрузку измерительного колеса на дорожное покрытие равную (3,00±0,10) кН, включающий:
1) устройство измерения температуры воздуха с погрешностью измерения не более 1°С в диапазоне от 0°С до 45°С;
2) измерительное колесо стандартное (далее — ИКС). ИКС должно удовлетворять требованиям приложения А настоящего стандарта;
3) автоматическую систему торможения, обеспечивающую полную блокировку ИКС через интервал от 0,5 до 1,0 с после подачи воды на дорожное покрытие, и обеспечивающую продолжительность блокировки ИКС от 1,0 до 4,0 с;
4) динамометр для измерения силы сцепления на границе «шина — дорожное покрытие» с погрешностью не более 1% от измеряемого значения, обеспечивающий измерение силы сцепления с момента блокировки ИКС с шагом не более 0,2 с в интервале времени не менее чем 3,0 с;
5) автоматическую систему увлажнения поверхности дорожного покрытия. Расход воды, равномерно подаваемой на покрытие должен быть равен (2,75±0,1) л/с. Ширина смачиваемой поверхности дорожного покрытия должна быть как минимум на 50 мм шире, чем ширина протектора ИКС. Требования к системе увлажнения приведены в приложении Б.
Примечание — Расход, равный 2,75 л/с, соответствует норме увлажнения (16±1) мл/с на 1 погонный мм увлажняемой поверхности для насадки, представленной в приложении Б. При применении насадок с другими геометрическими размерами, расход должен быть пропорционально увеличен для обеспечения необходимой нормы увлажнения;
6) систему управления и регистрации;
б) транспортное средство, способное развивать и поддерживать скорость, равную (60±2) км/ч;
— вода, подаваемая с использованием централизованной или нецентрализованной системы водоснабжения, с отсутствием сплошной пленки нефтепродуктов, жиров, масел на поверхности.
4.2 Допускается применять другие средства измерений, метрологические характеристики которых позволяют определять контролируемые показатели с заданной погрешностью, показания которых приводятся к значениям прибора ПКРС, и имеющие устойчивую корреляционную зависимость с прибором ПКРС.
5 Метод измерений
Сцепление колеса автомобиля с покрытием характеризуется значением показателя коэффициента сцепления, определяемого при полной блокировке ИКС на предварительно смоченной поверхности покрытия автомобильной дороги при стандартных условиях, с последующим вычислением отношения полученного значения касательного усилия к значению нормальной реакции дорожного покрытия.
На участках автомобильных дорог, где невозможно обеспечить скорость движения испытательной установки равную (60±2) км/ч допускается проведение измерений портативными приборами. Требования к портативным приборам и методике измерений приведены в приложении В.
6 Требования безопасности
6.1 При проведении измерений испытательная установка должна быть обозначена дорожными знаками в соответствии с ГОСТ 32945, а также в соответствии с национальными Правилами дорожного движения и требованиями к дорожным знакам и правилам их применения на национальном уровне.
6.2 При проведении измерений испытательная установка должна быть оборудована сигнальными устройствами (проблесковый маячок и т.п.).
6.3 На участке автомобильной дороги при проведении измерений должно быть обеспечено безопасное передвижение транспортных средств и пешеходов.
6.4 Специалисты, проводящие измерения, должны знать устройство измерительной установки, описанной в разделе 4, правила обращения, управления, ухода и эксплуатации.
7 Требования к условиям измерений
7.1 Измерения проводят при температуре окружающего воздуха в диапазоне от 5°С до 40°С.
7.2 Поверхность автомобильной дороги перед измерением должна быть сухой. При наличии на дорожном покрытии каких-либо загрязнений (песок, мелкий гравий, грунт и т.д.) необходимо сделать соответствующую отметку в протоколе измерений.
7.3 Не допускается проведение измерений во время дождя или тумана.
8 Подготовка к выполнению измерений
8.1 Перед началом проведения измерений необходимо провести подготовку испытательной установки в соответствии с рекомендациями компании-изготовителя.
9 Порядок выполнения измерений
9.1 При проведении измерений на каждом измерительном участке необходимо выполнить следующие операции:
а) определить температуру окружающего воздуха и дорожного покрытия;
б) обеспечить скорость испытательной установки, равную (60±2) км/ч на протяжении всего интервала измерения;
в) включить подачу воды на дорожное покрытие перед ИКС;
г) обеспечить блокировку ИКС;
д) провести серию измерений силы сцепления с момента блокировки ИКС с шагом не менее 0,2 с в интервале времени не менее чем 3,0 с;
е) отключить блокировку ИКС и подачу воды.
9.2 При наличии на автомобильной дороге двух или более полос в одном направлении движения измерения необходимо проводить на каждой из них.
9.3 На автомобильных дорогах, находящихся в эксплуатации, измерения следует проводить при движении ИКС по полосе наката левых колес транспортных средств, использующих данную полосу движения, а на дорогах с вновь устроенным покрытием — в пределах всей ширины полосы движения.
9.4 Участки автомобильной дороги длиной более 1 км необходимо разбить на несколько участков длиной до 1 км.
На участке автомобильной дороги длиной не более 1 км следует последовательно выполнить измерения коэффициента сцепления не менее чем на трех измерительных участках.
Минимальная длина участка автомобильной дороги, на котором возможно применение прибора типа ПКРС из условий безопасности с учетом разгона и полной остановки должна составлять 300 м.
Источник