Поскольку форумы забиты вот таким вот барахлом от ИИ, то надеюсь, все будут только "за", если я опубликую свой текст. Я его писал для бумажного издания "Заправка" и большая часть из вас не сможет с ним ознакомиться, только если будут выложены pdf версии издания. Но тема как раз про резину, про то, как это все работает. Как связаны диаметр, протектор и тип покрытия. Как понять, для каких ситуаций какая резина вам нужна. Ну а потом еще немного пораскинуть мозгами и можно уже купить нужную.
Сейчас самое время порассуждать на тему «когда переобуваться» и «что лучше, липучка или шипы», но я подниму другой вопрос. Дело в том, что я понял, что абсолютное большинство водителей не очень понимают, как взаимодействует с дорожным полотном резина в разных ситуациях. Какие факторы оказываются важными, какие не очень и почему в итоге резина цепляется за дорогу. А без понимания процессов невозможно разумно и грамотно не только выбрать резину для своих условий эксплуатации, но и просто нормально пользоваться машиной. Срочно исправляю ситуацию!
Самый простой случай, это сцепление колес с дорогой на сухом и гладком асфальте. Тут все просто, резина контактирует с асфальтобетонным покрытием плоскими поверхностями, и чем их больше, тем лучше. Незначительные загрязнения на поверхности асфальта эластичный наружный слой резины «обволакивает» и они мало сказываются на качестве контакта. В таких условиях идеальная резина это «слики» - резина без какого-либо рисунка протектора, у нее нет деформации, контакт всегда полный. А воспринимаемый момент зависит в основном от площади контакта и давления в пятне контакта. И тут есть небольшое противоречие. Для обеспечения максимальной площади контакта давление в шине должно быть небольшим, но на деле в таком режиме боковые части пятна контакта нагружены сильнее, а основная центральная часть недогружена из-за того, что у резины есть форма и жесткость, к тому же точность управления сильно страдает из-за того, что колесо становится слишком мягким и податливым в поперечном направлении, точность установки углов колес тоже страдает, поскольку фактическое и заданное геометрией подвески уже не совпадает. Так что оптимальным путем повышения качества контакта и площади является не снижение давления в покрышке, а увеличение ширины и диаметра колеса. А давление как раз часто делают довольно высоким, для повышения точности рулежки, компенсируя жесткость качения податливостью подвески в нужных направлениях.
На более загрязненном и влажном асфальте условия меняются. Влагу и грязь начинает выдавливать из зоны контакта. При сильных скольжениях появляются и газы в пятне контакта, их тоже нужно куда-то отводить. Но на гладкой резине выдавливать такого рода загрязнения нужно до края покрышки, что попросту не успевает произойти за краткое время контакта резины с дорогой и сцепление падает. Решение проблемы придумали уже очень давно. Поверхность резины рассекают прорезями, деля ее цельную поверхность на «шашки», разделенные прорезями. Именно туда выводится влага, грязь и даже газ при пробуксовке. Конечно, у верхнего слоя резины появляется определенная податливость относительно основы покрышки, собственные частоты колебаний, а значит и лишний шум, в зависимости от нагрузки деформация становится более сложной, и в итоге пятно контакта покрышки с дорогой становится более сложным. Меняется не только его площадь в зависимости от нагрузки и давления, но и форма прорезей в пятне контакта и их площадь, жесткость и податливость каждой из поверхностей контакта, и что самое неприятное, у каждой «шашки» появляется свой индивидуальный угол, под которым она контактирует с дорогой. Как итог, на сухом и гладком асфальте сцепные качества такой резины сильно ухудшаются. Даже у покрышек с минимальной глубиной рисунка протектора и его оптимизацией под высокие нагрузки в пятне контакта разница в сцеплении со «сликами» довольно большая. Но для гражданской машины куда важнее не высочайшее сцепление с дорогой в идеальных условиях, а стабильность сцепных качеств. А с этим у такой резины все хорошо. Под нагрузкой небольшие плоские участки контакта искривляются и площадь контакта начинает уменьшаться, появляются колебания различных участков резины при проскальзывании. Все это способствует плавному сдвигу при увеличении нагрузки, да еще со звуковыми эффектами, что предупреждает водителя о пределе по сцеплению и позволяет вовремя внести корректирующие действия. В условиях грязной и мокрой дороги такая покрышка старается максимально долго удерживать контакт с покрытием, отводя из пятна контакта воду и грязь, даже твердые элементы успевают переместиться из пятна контакта в канавку и меньше влияют на качество контакта. В зависимости от глубины канавок, их формы и расположения можно создавать резину, которая приспособлена к тем или иным условиям эксплуатации, нагрузке и достаточно тонко настраивать ее характеристики. Но область эффективного использования резины с таким покрытием ограничена дорогами, на которых есть относительно ровное и жесткое покрытие, которое остается стабильным, на котором есть неровности, за которые может зацепиться резина. А это асфальтобетонное и цементобетонное покрытие, некоторые варианты брусчатки и собственно, все. К счастью, именно на такие покрытия приходится больше 90 процентов пробега автомобилей, так что и большая часть покрышек для машин делается под эти условиях. Но как всегда, есть исключения.
В северных странах, включая и Россию, зимний сезон резко выделяется появлением типов покрытий, на которых сцепление падает в разы и на порядки. Выпавший снег образует слой, который не позволяет колесу взаимодействовать с основной. На укатанном снегу часто возникает слой шуги, мокрой смеси воды и снега с твердыми частицами, слой рыхлого снега разной степени плотности. Часто подтаявший снег замерзает в слой твердого или чешуйчатого льда. Ну и на водоемах появляется слой твердого массивного льда. А вот чистый асфальт становится редкостью, в лучшем случае на нем лежит небольшой слой шуги, смеси воды, снега и льда с твердыми частицами. И во всех странах существуют грунтовые дороги, которые не имеют твердой и ровной поверхности, их поверхностный слой не жесткий и не связан с нижними слоями.
Для всех этих условий работы стандартные асфальтовые покрышки подходят мало, поскольку меняется принцип взаимодействия колеса с дорогой. Грубо говоря, вместо чистого отталкивания оно начинает уплотнять и сминать верхний слой, создавая зону с высокой локальной несущей способностью или просто прорывая в мягком слое колею до более плотного, который может нести и держать машину.
В зимних условиях плоская контактная поверхность покрышки выступает в роли санок, небольшое увеличение давления в пятне контакта провоцирует создание водяной подушки даже на твердом снежном или ледяном покрытии, вода из зоны контакта отводится плохо и к тому же служит смазкой и соседнему участку. Сцепление с дорогой падает на порядок. Так что просто увеличением площади контакта ничего не исправить, нужен новый подход. И их придумали, причем много.
Ошиповка поверхности с твердыми блоками позволяет зацепиться за любое покрытие, но поскольку глубина уплотнения на снегу и грунте составляет несколько сантиметров, то шипы должны быть длинными. Именно так устроены «боевые шипы» на гоночных машинах, очень много шипов высотой больше сантиметра. Они вгрызаются в твердый лед, цепляются за плотный снег, неплотный снег уплотняется в клине катящегося колеса и за него машина тоже неплохо цепляется, часть покрытия просто отбрасывается колесом, что тоже обеспечивает рост тяги. Жаль только, что на асфальте такие шипы действительно скользят, они слабо вгрызаются в него, сцепления не будет, шипы такой длины не могут вминаться в покрышку и на твердом покрытии резина с ним не взамодействует. Ну и износ покрытия, много каменной и асфальтовой крошки тоже не вызовут восторга у окружающих.
Шипы поменьше могут вжиматься в резину, особенно, если посадочное место шипа имеет специальную мягкую подушку. Но такой шип полезен только на ровном скользком покрытии, например, на льду или очень укатанном снегу. Он не поможет, если слой рыхлого снега/шуги достаточно толстый, даже если на льду слой воды, но скорость машины высока, он тоже работать не будет. Потому покрышки, у которых небольшие шипы были единственным модификатором сцепления не прижились, в далекие 70ее годы такие выпускались серийно, но ввиду малой эффективности от них отказались даже на грузовиках.
Отличным способом зацепиться за скользкое и мягкое покрытие оказались ламели. Цельную поверхность резиновой «шашки» разделили на много тонких полосок с острыми кромками. Каждая из которых могла цепляться за покрытие плоской вершиной или острой кромкой, а в канавку между ними могла отводиться не только вода и мелкий мусор, но и крупные фракции снега и шуги. Фактически, кромка каждой ламели работала как маленький резиновый шип, достающий до покрытия. Чтобы при достаточной глубине канавки жесткость резиновых выступов не падала слишком сильно, канавку стали делать узкой и сложной формы. В итоге при небольшом изгибе ламели упираются в другие ламели и при достаточно мягкой резине сам резиновый выступ не ложится боком, а работает в заданном угле наклона, который падает по мере износа резины. На твердом покрытии при этом площадь контакта остается достаточно высокой, а на рыхлом покрытии эффективно работает клин уплотнения за счет плотного контакта в нижней точке. Сейчас ламелями называют не только сами плоские структурные элементы покрышки, но и прорези между ними, но пусть вас не смущает дрейф в терминологии. Важно то, что мелкие прорези сложной формы, которые формируют на контактной поверхности колеса тонкие полоски резины со множеством кромок работают очень эффективно. А с развитием цифровых технологий появилась возможность расчета столь сложных систем на компьютере, что упростило создание структур с заданной жесткостью во всех направлениях и с низким уровнем шума. Надо отметить общую тенденцию, чем мягче и длиннее ламели, тем лучше резина цепляется за снег и даже лед. Соотношение сцепных свойств в продольном и поперечном направлении задается направлением ламелей, поперечные ламели позволяют цепляться в продольном направлении, а продольные, в поперечном. В итоге можно создавать резину под определенные условия эксплуатации и типы нагрузок. Загибаем пальцы, можно задать размер и число плоских крупных блоков, которые отвечают за сцепление на твердом покрытии, размер ламелей и их направление, глубину канавок ламелей и их ширину, что позволяет изменять баланс множества характеристик резины. Сама резина может быть более жесткой, для более твердых покрытий и высоких температур, или наоборот, более мягкой, для хорошего сцепления при низких температурах и рыхлых покрытий. Более жесткие покрышки с жесткими блоками могут быть даже не зимними, а «грязевыми» M+S, для эксплуатации по мокрым и грязным дорогам в летнее время, для редких выездов на снег, например, в горах. Более мягкие прекрасно работают в зимних условиях и при низких температурах.
Правда, при околонулевых температурах возникает проблема таяния снега и льда в пятне контакта при повышении давления. А решить ее можно введением коротких шипов, которые оказались бесполезны на обычных покрышках, но в этой ситуации позволяют зацепиться за лед через тонкий слой водяной смазки. Все современные шипованные покрышки используют шипы именно для улучшения сцепления в дорогой при довольно высокой температуре. Правда, при повышении числа шипов в колесе они могут помочь и на чистом льду при низких температурах, что иногда востребовано. А в распоряжении производителя покрышки помимо формы ламелей появляются еще и шипы, что позволяет более удачно распределить сцепные качества в зависимости от типа покрытия, температуры и скоростей.
На мягких грунтах, помимо уже описанных «зимних процессов» важно учитывать еще несколько факторов. Покрышка эффективно цепляется за покрытие и воспринимает массу машины за счет уплотнения в клине контакта колеса с дорогой. Я об этом упомянул выше, но не объяснил механизм. Чем больше диаметр колеса, тем длиннее клин, в котором грунт или снег постепенно сжимается накатывающимся колесом. Очень важно, чтобы материал покрытия не выдавливался в стороны при этом, и не «утекал» за клин из-за слишком большого зазора в пятне контакта, как это бывает в случае применения длинных шипов. В случае движения по умеренно мокрому грунту он «просушивается» за счет выжимания воды из зоны контакта в стороны и в углубления покрышки, при этом оставшийся более сухой грунт лучше держит машину. Со снегом тот же механизм работает чуть иначе, снег уплотняется в клине и изменяет структуру на более жесткую, которая уже нормально выдерживает машину и плотно сцеплена с нижним слоем снега, который уплотняется естественными процессами или сцеплен с грунтом. К тому же на рыхлых покрытиях колесо начинает работать в том числе и боковыми поверхностями, причем как при прямолинейном движении в собственной колее и при движении в уже укатанной сложившейся колее, где боковые грунтозацепы играют важную роль, позволяя из нее выбраться.
На откровенно вязком грунте начинают сказываться эффекты замыливания, когда грунт забивает мелкие элементы протектора и налипает на колесо. В этом случае колесо скользит по основному слою покрытия и возникает необходимость отводить мягкий грунт из зоны контакта, потому внедорожные покрышки для мягкого грунта имеют характерный рисунок с наклонными или даже спиральными грунтозацепами, которые позволяют сбрасывать зацепившийся грунт в сторону.
Да, колесо автомобиля всегда круглое и катится, но это достаточно сложная штука даже с точки зрения геометрии рисунка протектора и его устройства. И сцепные его свойства не определяются только тем, есть на нем шипы или нет. Качество покрышки определяется огромным количеством конструктивных решений, а то, подходит она вам или нет, еще и регионом эксплуатации, местом стоянки, типовыми нагрузками и сроком эксплуатации, типом привода, наличием или отсутствием электронных помощников, диапазоном нагрузки. Потому я на вопрос «а какую резину купить» либо задаю миллион встречных вопросов, либо попросту не отвечаю, потому что любой ответ может быть неверным.
