Про резину. Часть 1. [ОБНОВЛЕНА x8]

 Летняя резина.

Ширина резины и сцепление с дорогой.

Задам простой вопрос: «На что влияет ширина резины?». Сцепление с дорогой? Чем шире колесо тем лучше сцепление с дорогой? Уверены?

Обратимся к википедии. Сила трения покоя равна произведению веса (измеряется в ньютонах) на коэффициент трения. (Формула отражает суть процесса сцепления с дорогой в максимально упрощенном виде, в реальности это материал для целой диссертации)

, где F — сила трения, k — коэффициент трения, N — вес объекта.

Коэффициент силы трения отражает соотношение веса и силы трения. Значения приведены в таблице:

Для резины и сухого асфальта значение приблизительно равно единице, т.е. сцепление с дорогой равно весу автомобиля.

Уже заметили, что нет ни слова про размер резины или площадь пятна контакта? Так зачем же нужна широкая резина?

Самое главное, что нужно помнить о резине — она обеспечивает сцепление c дорогой только при правильной температуре. Чем шире резина, тем медленнее она прогревается, рассеивает больше тепла и следовательно будет дольше не перегреваться при интенсивных нагрузках.  В связи с тем, что в дорожных условиях создать интенсивные нагрузки для резины в течении продолжительного времени без нарушения ПДД невозможно, то ставят широкую резину только на мощные автомобили водители которых могут позволить себе нарушать ПДД 😉

В качестве доказательства отсутствия явной зависимости между шириной резины и сцеплением с дорогой рассмотрим, что нам предлагают инженеры BMW M GmBH:

Ширина резины коррелирует с массой больше чем с мощностью, следовательно  её рост призван устранить именно перегрев и ускоренный износ, что бы на каждую единицу площади  колеса приходилась меньшая нагрузка. Однако в любом случае изменение ширины явно не может компенсировать рост мощности и массы, поэтому влияние ширины резины на ее сцепные свойства даже для спортивных автомобилей невелико.

Резина в профессиональном дрэг-рейсинге Top Fuel (8000 л.с. и масса в 1 тонну). Относительно малая ширина и максимальная длина рабочей поверхности.

Еще один довод в пользу отсутствия связи между шириной и сцеплением приведен на форуме: https://www.physicsforums.com/. Пользователь с ником xxChrisxx пишет о том, что в профессиональном драг-рейсинге (Top Fuel, мощности порядка 8000 л.с.) используются относительно узкие покрышки, однако для предотвращения перегрева эти покрышки обладают большим радиусом диаметром (спасибо пользователю Автокадабры dolgonosic), что увеличивает длину рабочей поверхности и способствует равномерному распределению тепла.

Все тот же пользователь автокадабры dolgonosic (спасибо ему за долгие часы, убитые на размышления!) так же поднял вопрос: «Зачем используют резину разной ширины на передней и задней осях автомобиля?».

В первую очередь это относится к заднеприводным легковым автомобилям, но так же этим грешат и полноприводные BMW M серии — X5M, X6M.

Нагрузка на передние шины будет больше, так как они не только участвуют в торможении, но и в маневрировании, однако они сделаны более узкими.

100% по оси x — соответствует равенству продольной и вертикальной нагрузки на колесо. Когда данный показатель превышает 100, на сухом асфальте начинается снос/занос. В связи с этим, из-за трения резко возрастает выделение тепла. Можно провести аналогию со сцеплением — оно сильно нагревается до тех пор пока отпущено не полностью и диски проворачиваются относительно друг друга. Как только к дискам прикладывается максимальное усилие — сила трения превышает крутящий момент, диски прекращают проскальзывать и нагреваться.

По результатам мозгового шутрма была составлена следующая условная диаграмма зависимости нагрева от  соотношения вертикальной и продольной (горизонтальной) нагрузки на колесо.

При использовании ABS, traction control и систем стабилизации, предотвращающих снос/занос/проскальзывание, продольные нагрузки не будут превышать вес приходящийся на колесо (с учетом влияния коэффциента сцепления) и тепловыделение будет находится на приемлемом уровне. Снижение или увеличение ширины колес в таких условиях не приведет к заметному изменению сцепления с дорогой/тормозного пути/динамики разгона.

Однако в экстремальных условиях: отключенные помощники, вхождение в поворот на скоростях свыше 100 км/ч, блокировка колес и тд., широкая резина будет эффективнее препятствовать перегреву и обеспечит лучшее сцепление с дорогой.

Теоретически широкие передние колеса должны обеспечить больший «запас прочности» и чуть лучшие показатели, но инженеры BMW не используют равноширокие колеса.

Но тут на помощь нашей логике приходят ребята из Porsche: в автомобилях Porsche Cayenne резина на всех осях имеет одинаковый размер!

Можно сделать вывод, что использование разноширокой резины обусловлено особенностями конструкции автомобиля, и, возможно, позволяет упростить/удешевить переднюю подвеску за счет незначительной потери управляемости/увеличения тормозного пути. Так же, возможно, что потери в сцепных свойствах из-за перегрева компенсируются улучшением управляемости за счет сокращения неподресоренных масс.

В любом случае, применение разных подходов на противоборствующих моделях (BMW X6M и Porsche Cayenne Turbo S) говорит о том, что ширина резины не оказывает существенного влияния на ходовые качества дорожных автомобилей.

Широкую резину можно сравнить с аэродинамическими обвесами. Эти элементы ассоциируются у покупателей с автоспортом и высокими скоростями, что делает автомобиль более привлекательным с точки зрения «визуального спорта». Однако в повседневной жизни (и даже на треке) заметить преимущества широкой резины или аэродинамических обвесов — нетривиальная задача с которой могут справиться только парни с очень большим содержанием железа в тестикулах.

С шириной разобрались, но остался еще один важный момент — профиль шины.

Профиль резины и управляемость/комфорт/надежность.

Профиль шины — это отношение ее высоты к ширине. Значение профиля указывается в процентах.

Если значение ниже 50%, то такая резина является ультранизкопрофильной, но в народе  ее называют просто низкопрофильной, хотя по определению низкопрофильная резина — это резина, чья высота меньше ширины, т.е. с профилем менее 100%.

Среди недостатков ультранизкопрофильной резины часто упоминают низкий комфорт из-за повышенной жесткости и низкую надежность.

Начнем с низкой прочности и надежности. Чем меньше высота резины, тем больше ее жесткость даже при условии, что корд аналогичен более высоким аналогам. Следовательно, вероятность повредить такую покрышку будет ниже. При высоте профиля меньше 80-85 мм (размерность 235/35 или 265/30) получить грыжу можно только при очень сильном ударе, который, скорее всего, повредит диск и подвеску.

Но при наезде на бордюр или яму с острыми краями на тонкой резине риск разбортировать колесо или повредить диск действительно выше.

Низкий комфорт. Ультранизкопрофильные покрышки будут жестче. Авторевю так же установило, что колеса с большим диаметром немного тяжелее даже при сохранении ширины. А чем больше масса колеса, тем ниже плавность хода.

Если у низкопрофильной резины столько недостатков зачем же ее устанавливают на премиальные и дорогие автомобили? В первую очередь более жесткий борт меньше деформируется на высокой скорости, следовательно меньше нагревается и снижает риск разрушения покрышки на скоростях свыше 200-250 км/ч. Жесткий борт так же улучшает управляемость. Кроме того при фиксированном общем диаметре колеса, низкий профиль позволяет установить диски большего диаметра с которыми можно использовать тормозные диски большего диаметра.

Но с ростом качества дорог и повышением мощности автомобилей недостатки низкопрофильной резины отходят на второй план. Когда в последний раз вы видели на дороге комфортабельный седан премиум класса с 15-ми дисками и резиной с 65-м профилем? Вот и я таких не видел. Сегодня комфорт обеспечивает в первую очередь подвеска, а влияние от смены резины перестанешь замечать уже через пару дней.

Управляемость.  Так же как и с комфортом, влияние высоты профиля на управляемость минимально. По данным производителя, у BMW X5 заводские размеры резины составляют 255/50 R19, такую резину никак нельзя назвать ультранизкопрофильной, но при этом неровности дороги чувствуются очень сильно, а крены — как на легковом автомобиле.

Что действительно влияет на управляемость, так это масса колеса. Жесткую, но тяжелую резину  RunFlat не устанавливают на  ///M серию  BMW.

Зимняя резина.

Типы зимней резины: арктическая нешипованная и шипованная (сверху), нешипованная липучка для европейской зимы (снизу);

Если лень читать то можно перейти прямо к ВЫВОДУ.

Для начала определимся с основными типами зимней резины. Примеры приведены справа. Арктическая нешипованная покрышка отличается от европейского варианта более агрессивным (тракторным) и глубоким протектором, что бы его не забивал снег. У европейской покрышки больше мелких ламелек и более округлая форма поперечного сечения.

Если всеравно остались сомнения относительно конкретной модели, то определить тип можно и по индексу скорости. У скандинавских вариантов индекс скорости ниже: «Q», «R», «T» или «H» (160, 170, 190 или 210 км/ч).  А у европейских липучек индекс колеблется от «H» до «W» (210 — 270 км/ч).

Итак, первый вопрос: а нужна ли зимняя резина?

Сравнение летней и зимней нешипованной резины, а так же всесезонной резины представлено на двух видео.

Если коротко, то при осадках при температурах от +7 градусов и ниже нешипованная резина ваш абсолютный бро.

На мокрой дороге при температуре +6  тормозной путь 80-0 км/ч снижается с 42,5 до 35,5 метров. При торможении на летней резине машина будет ехать со скоростью 30 км/ч на той отметке, где она остановилась бы на зимней резине.

На снегу ситуация предсказуема.

Но если осадки не предвидятся а температура упала ниже +7 то не стоит спешить переобуваться: на сухом асфальте зимняя резина сильно проигрывает летней

С другой стороны один из моих друзей, купив новую машину в марте на летней резине, почти без проблем отъездил на ней до тепла. Если есть голова на плечах, и очень надо — то можно. Только вероятность попасть в видео-подборки с регистраторов в таком случае растет 😉

И кстати, забудьте словосочетание «всесезонная резина». По сути это чуть измененная летняя резина, которая ничем не поможет в лед или сильный снег. Она разработана для южных регионов, в которых за всю зиму снег выпадает всего несколько раз и лежит не более нескольких дней. Пруф на видео справа. Кроме того, Положения по допуску ТС к эксплуатации в ПДД РФ четко описывают, что является зимней резиной: «… зимних шин, предназначенных для эксплуатации на обледеневшем или заснеженном дорожном покрытии, маркированных знаком в виде горной вершины с тремя пиками и снежинки внутри нее, а также маркированных знаками «M+S», «M&S», «M S» …«.

Таким образом, всесезонная резина, несмотря на наличие надписи M+S (mud+snow, мокрый снег), не является зимней, так как на ней отсутсвует «знак в виде горной вершины с тремя пиками и снежинки внутри нее». При этом, по новому регламенту все автомобили в зимний период (декабрь-февраль) должны быть обуты в зимнюю резину.

Обратимся к результатам теста от «АвтоРевю».

В тесте участвовали, как арктические покрышки, такие как Nokian Hakkapeliitta R2, так и покрышки для европейской зимы, вроде Michelin X-Ice 3.

На снегу при -14 и сухом асфальте при +9 градусах тип нешипованной резины не играет никакой роли, на льду или мокром асфальте и разница составляет 10% и более. Но примечательно, что во всех случах «арктическая»  Hakkapeliitta R2 лучше европейской X-Ice 3.

Результаты тестов нешипованных шин. Источник: Авторевю, №19 (537), 2013

Итог: Разница характеристик у хороших арктических и европейских нешипованных шин невелика и колеблется в диапазоне от 0-10%. Характеристики зависят от конкретной модели, а не от типа покрышки.

Шипы или липучка?

Самое время ответить на главный вопрос: шипы или липучка. И славные ребята из «АвтоРевю» уже сделали это в своих обзорах: шипы, липучка (номера 18 и 19 за 2013 год соответственно).

Свод результатов тестирования шипованной и нешипованной резины от АвтоРевю.

В тестах используется один и тот же легковой автомобиль Audi, одинаковые площадки и погодные условия. Результаты свели вместе парни из авто@mail.

В 2-х тестах выиграла липучка, в 1 тесте ничья, на льду лучше сработали шипы. Если обратить внимание на абсолютные результаты, то видно что хорошая липучка будет лучше  плохих шипов! Даже на льду! Нешипованная резина явно не собирается проигрывать. Но это еще не все.

Оказывается на льду ситуация зависит от температуры, что выяснили испытатели из «За Рулем».

В гололед спасут только шипы?

Липучки против шипов — тормозной путь на голом льду. Источник: http://www.zr.ru/

Неожиданный ответ на этот вопрос принес тест зимней резины в «За Рулем» в 2009 году. Как оказалось, нешипованная резина тормозит на голом льду лучше шипованной при температурах ниже -13 градусов! Объяснение феномену нашлось. Шипованные покрышки разрабатываются таким образом, что бы шипы при движении по асфальту утапливались в глубь колеса, для снижения шума и улучшения сцепления с дорогой, а так же снижения износа дорожного полотна. Высоту самих шипов производители так же сокращают год от года ради сохранения дорог. При температурах ниже минус 13 градусов лед становится достаточно твердым, шипы перестают цепляться и утапливаются в резину. При температуре выше минус 10 на голом льду шипы вгрызаются в лед или разрушают его и сцепление с дорогой улучшается. Липучки в таких условиях скользят, как лыжи, так как тонкий слой воды между льдом и колесом выступает в роли смазки.

UPDATE [2018 год]:

 UPDATE:

После размещения укороченного варианта статьи на Пикабу в комментариях к ней многие отписывались:

• тесты врут, условия не соответствуют реальности / все проплачено;
• липучка не работает в снег — забивается протектор;
• липучка — для теплых регионов, шипы — для холодных. В Скандинавии все на шипах, а там холодно, много снега и льда.

И много других забавных утверждений. Поэтому я решил немного дополнить статью:

Сравнение шипованной и нешипованной резины на снегу. [Источник: Авторевю.]

Фото с тестов «Авторевю». [Источник: Авторевю]

Фото с соревнований по зимнему автослалому из личного архива. Липучка прекрасно сработала даже в таких условиях.

Самое распространенное заблуждение: «липучка — для теплых регионов, шипы — для холодных.» Весомым аргументом выступает тот факт, что в скандинавских странах (Финляндия, Норвегия, Швеция) используют в основном ее.

В представлении большинства людей, климат в скандинавских странах суров и чем-то напоминает Сибирь, поэтому создается логическая цепочка: холодно -> используй шипы, которая в корне отличается от результатов тестов.

Спросим у Яндекса, какой же климат в скандинавских странах?

Климат в Осло, Норвегия. Влажность, температура днем, температура ночью. [Источник: http://pogoda.yandex.ru/]

Климат в Санк-Петербурге. Влажность, температура днем, температура ночью. [Источник: http://pogoda.yandex.ru/]

Скандинавские страны окружены морем.

Оказывается, температуры и влажность зимой на Скандинавском полуострове даже выше, чем во влажном и дождливом Санкт-Петербурге! Это следствие того, что он окружен морем, соответсвенно климат там мягче, чем на континенте на тех же широтах.

Как образуется гололед?

Для того что бы образовался гололед необходимо застывание воды. Снег может стать причиной гололеда только если сначала расстает.

При очень низких температурах снег больше похож на песок — он мелки и жесткий, не прилипает к поверхностям, а с дороги его сдувает проезжающий транспорт.

Следовательно, для образования гололеда нужна нулевая температура днем и отрицательная ночью. Что мы и наблюдаем на климатических данных столицы Норвегии.

Именно при температуре -10 … 0С шипы эффективны. При температурах ниже -15…-20С поведение шипованной и нешипованной резины на льду одинаково.

По данным Википедии среднегодовое число дней с гололёдом в некоторых городах России следующее: Архангельск — 6, Мурманск — 1, Санкт-Петербург — 5, Москва — 6, Воронеж — 17, Ростов-на-Дону — 10, Астрахань — 6, Самара — 15, Казань — 7, Екатеринбург — 5, Сыктывкар — 12, Оренбург — 9, Омск — 6, Ханты-Мансийск — 5, Томск — 2, Иркутск — 0, Якутск — 0, Петропавловск-Камчатский — 2, Хабаровск — 0, Владивосток — 1.

Видна четкая зависимость — чем ближе средняя температура к 0, тем чаще гололед. В сибирских городах, таких как Якутск, гололед вообще редкое явления.

Вывод: Очень интересная ситуация. Шипованные покрышки нужны именно южным регионам, ведь как раз там частые оттепели и осадки приводят к гололеду. Тесты показали, что шипы работают именно в «Скандинавском» диапазоне температур: -10 … 0.

В холодных регионах — напротив, шипованная резина не имеет преимуществ.

Для тех кому хочется еще знаний, видео и формул —>: Про резину. Часть 2.