2. Качество и состояние дорожного покрытия

Дорожное покрытие служит непосредственной опорой для колес автомобиля. Все силы, действующие на автомобиль, передаются через его колеса на дорожное покрытие. Дорога, в свою очередь, воздействует на колеса автомобиля через свое покрытие. Водителю удается управлять автомобилем и реализовать его эксплуатационные свойства в результате взаимодействия колес автомобиля с покрытием дороги. Рассмотрим, как это происходит на примерах ведущего, ведомого, тормозящего и поворачивающегося колес (рис. 18).

От автомобиля на дорогу передаются вертикальные продольные и поперечные силы. Со стороны дороги на автомобиль действуют ответные равные, но противоположно направленные силы реакции дороги. Так, при работе двигателя к ведущим колесам через трансмиссию подводится крутящий момент М (рис. 18, а), под действием которого колесо, вращаясь, стремится сдвинуть назад верхний слой покрытия дороги. Со стороны дороги на колесо действует сила тяги Р, направленная по ходу автомобиля, которая стремится его разогнать. При изменении положения дроссельной заслонки и передачи в коробке сила Р вменяется. Сила тяги через раму или корпус (кузов) автомобиля передается на его оси, вызывая качение ведомых колес (рис. 18, б).

Перемещение тормозной педали вызывает появление тормозного момента М_Т и тормозной силы Р_Т направленной против движения автомобиля (рис. 18, д) В результате действия этой силы автомобиль движется замедленно.

При движении автомобиля на него часто действуют боковые силы Р_б стремящиеся сдвинуть его в поперечном направлении. Такова, например, сила бокового ветра или центробежная сила, возникающая при поворотах автомобиля и направленная от центра поворота. Перемещению автомобиля в этом случае препятствует поперечная реакция дороги Р_У (рис. 18, г).

Рис. 2.. Схема сил, действующих на колесо: а) ведущее; б) ведомое; в) тормозящее; д) поворачивающееся

Если бы опорная поверхность дороги и шина были абсолютно твердыми и гладкими, то колесо катилось по горизонтальной поверхности без внешних сопротивлений. Но под действием части силы тяжести (веса) автомобиля G, приходящейся на колесо, и других сил, приложенных к нему, шина и опорная поверхность дороги деформируются. В результате возникает направленная против вращения колеса сила сопротивления качению Р_К (см. рис. 18, а и б). Эта сила тем больше, чем сильнее деформируются шина и опорная поверхность. Сила

Р_К = f R_Z ,

где f — коэффициент сопротивления качению; R_Z, — вертикальная реакция дороги, равная части силы тяжести автомобиля, приходящейся на колесо, Н.

Коэффициент f зависит от конструкции шины и давления в ней, скорости движения, но главное влияние на него оказывают качество и состояние дорожного покрытия. Нижние пределы данных табл. 5 характерны для сухих дорог, содержащихся в хорошем состоянии, верхние — для мокрых дорог с твердым покрытием и дорог в плохом состоянии. Коэффициент f заметно увеличивается с ростом скорости выше 80—100 км/ч. При скорости до 80 км/ч коэффициент f можно считать постоянным.

Под действием боковых сил (см. рис. 18, г) шина деформируется в плоскости, перпендикулярной направлению движения колеса, и катится с уводом, т.е. под углом к заданному направлению движения. Чем больше боковая сила, тем больше сила увода.

Тяговая Р и тормозная Р_Т силы образуются благодаря сцеплению шины с поверхностью дороги. Наибольшее значение этих сил (Р_max и P_{Т max}) ограничивается силой сцепления колес с дорогой

Р_СЦ = ц_x R_Z

где ц_x — коэффициент продольного сцепления, соответствующий началу пробуксовки или проскальзывания колеса при отсутствии боковой силы.

Наибольшее значение боковой силы Р_{б max}, действующей на колесо, при которой может возникнуть боковое скольжение, также ограничивается силой поперечного сцепления

Рсц = ц_y G,

где ц_y — коэффициент поперечного сцепления, соответствующий началу бокового скольжения колеса при отсутствии тяговой и тормозной сил.

Коэффициент ц_y в среднем на 10—20% меньше коэффициента ц_x.

Движение (качение) ведущего колеса возможно, если сила тяги Р больше силы сопротивления качению Р_К и меньше силы сцепления Р_сц. Качение без блокировки (юза) тормозящего колеса происходит, если тормозная сила Р_Т не превышает силы сцепления. Боковое скольжение колес невозможно, если боковая сила Р_б меньше силы сцепления. Нарушение этих условий приводит к тому, что автомобиль теряет устойчивость, а управление им становится затрудненным или даже невозможным.

На коэффициент продольного сцепления влияют многие факторы. В зависимости от качества и состояния дорожного покрытия он меняется в широких пределах от 0,05 до 0,80 (см. табл. 5). Влияние на коэффициент сцепления может также оказывать скорость движения, состояние протектора шин и характер действующих на колесо сил. Увеличение скорости движения сопровождается снижением коэффициента сцепления. Это особенно заметно на мокрых дорогах, так как влага при увеличении скорости остается в зоне контакта шины с поверхностью дороги.

Блокирование тормозящего колеса с изношенным протектором шин обычно возникает уже при нажатии тормозной педали с усилием, равным 2/3 усилия, необходимого для блокирования колес с хорошими шинами. При действии на колесо боковой силы его пробуксовка или блокирование наступает при меньших значениях соответственно тяговой или тормозной сил. И наоборот, чем больше значение тяговой или тормозной силы, тем меньшая боковая сила требуется для заноса. Для заноса автомобиля требуется совсем незначительная боковая сила, когда его колеса пробуксовывают или заблокированы.

Понимая основные причины изменения силы сцепления, водитель сможет принимать необходимые меры для сохранения устойчивого движения автомобиля. На участках с плохим сцеплением водитель должен избегать резкого нажатия на педали управления дроссельной заслонкой, тормоза и резких поворотов рулевого колеса

Таблица 5. Значения показателей, характеризующих качество дорожного покрытия

Покрытие дороги	Коэффициент сопротивления качению f		Коэффициент продольного сцепления цx для поверхности
			сухой	мокрый
Асфальтобетонное Булыжное Щебеночное Грунтовая дорога Покрытое снегом, укатанное Гололедица		0,014—0,020 0,023—0,030 0.055—0,060 0,055-0,150 0,05 0-0,300		0.7—0,8 0,5—0,6 0.6-0.7 0.5-0,6 0.2-0.3 0,05-0,3	0,4-0,6 0.2-0.3 0,3-0,5 0,2-0.4 -

Трудно управлять автомобилем при гололедице или на дороге, поверхность которой покрыта талым снегом. Коэффициенты сопротивления качению и сцепления на таких дорогах близки по значению. Трудности возникают уже в начале движения, так как при включенной первой или второй передаче ведущие колеса будут пробуксовывать. При движении нужно изменять положение педали управления дроссельной заслонкой очень осторожно и только на определенной передаче. Даже незначительное нажатие педали вызывает пробуксовку, а незначительное отпускание - торможение автомобиля двигателем и блокирование колес. В обоих случаях автомобиль легко заносит, причем гашение заносов затруднительно. Торможение автомобиля рабочим тормозом не менее опасно. Поэтому в подобных условиях автомобиль должен двигаться с небольшой скоростью. Дистанцию и интервалы следует устанавливать как можно большими.

Необходимо двигаться с более низкой скоростью во время дождя, особенно моросящего, когда размокшая дорожная пыль резко снижает сцепление. При обильных дождях или интенсивном таянии снега увеличивается сопротивление качению колес. При большой скорости движения под действием давления встречной волны под колесами образуется водяной клин, отделяющий колеса от покрытия. Колеса как бы всплывают. Это явление называется аквапланированием. Для грузовых автомобилей, движущихся с относительно низкими скоростями, возможно боковое скольжение колес.

Управление автомобилем усложняется на дорогах с неровным покрытием. На них возникают колебания и тряска, увеличивающие сопротивление качению колес и вызывающие быстрое утомление водителя. На таких дорогах возникает опасность отрыва колес от дороги в результате наезда на ухаб, выбоину, порог. Сила удара колес о неровности дороги возрастает пропорционально квадрату скорости. При движении со скоростью 50 км/ч отдельные неровности высотой 10 мм не влияют на плавность хода автомобиля, а при скорости 90 км/ч они вызывают ощутимое подбрасывание колес. В случае отрыва колес водителю необходимо сохранять спокойствие и удерживать рулевое колесо в таком положении, чтобы после опускания колес на землю автомобиль продолжал движение в прежнем направлении.

Идеально гладкое покрытие дороги характеризуется низким коэффициентом сцепления. Поэтому покрытие дорог должно иметь шероховатость с выступами и углублениями в пределах 3—5 мм. Такая поверхность воспринимается водителями как совершенно ровная и отвечающая требованиям безопасности. Однако в результате длительной эксплуатации шероховатости стираются и коэффициент сцепления уменьшается.

Для восстановления качества покрытия его посыпают мелко раздробленным камнем — клинцом, поливают гудроном и слегка укатывают дорожными катками. В течение некоторого времени плохо укатанный клинец вырывается из-под колес и часто ударяет по лобовым стеклам и фарам движущихся сзади автомобилей. Поэтому на таких участках необходимо уменьшать скорость, увеличивать дистанцию и воздерживаться от обгона. После укатки клинца транспортными средствами, покрытие становится безопасным.

Участки с изношенным или отремонтированным покрытием нетрудно отличить по цвету. Отремонтированные участки более темные и хорошо выделяются на общем фоне, а старые участки выглядят более светлыми и дают отблески при солнечном освещении. При переходе с шероховатого на гладкий участок дороги нужно заранее снизить скорость движения.

На качество старого и нового покрытий влияют условия погоды. Так, если на мокром шероховатом покрытии коэффициент сцепления практически не изменяется, то на гладком покрытии даже при незначительном его смачивании он уменьшается более чем в 2 раза. Асфальтобетонные покрытия, имеющие более темный цвет, в дождь становятся скользкими и размягчаются в жаркую погоду быстрее, чем цементобетонные. Цементобетонные покрытия имеют серый оттенок и обеспечивают лучшую видимость ночью, однако наличие на них поперечных швов приводит к ударам колес о края, которые ощущаются при высоких скоростях движения.

Контрольные вопросы и задания:

1. Классификация автомобильных дорог.

2. Основные требования видимости на автомобильных дорогах.

3. Средства повышения безопасность на пересечении дорог.

4. Изобразите на рисунке силы и реакции, воздействующие на ведущее (ведомое, тормозящее, поворачивающее) колесо. Объясните их действие.

5. Сила сопротивления качению. Величина коэффициента сопротивления качению при различных покрытиях дороги

6. Факторы, влияющие на продольное сцепление колеса. Величина коэффициента продольного сцепления при различных покрытиях дороги.

7. Инженерное обустройство дорог.