Един от най-важните компоненти за поведението и управляемостта на всеки автомобил са неговите гуми. В един идеален свят гумите са единствената част от превозното средство, която изобщо някога влиза в директен контакт с пътната настилка. Ето защо е жизнено важно да разполагате с добър комплект гуми, напълно съобразен с метеорологичните и пътните условия, които очаквате.
Това логично повдига един прост въпрос: какво точно определя един комплект гуми като „добър“? Не, отговорът не се крие в това колко скъпи са те, нито коя е марката, изписана върху страничния им борд. Отговорът е също толкова очевиден: сцеплението (наричано още тракция).
Гумите са тясно специализирани инженерни компоненти, при които различните характеристики и шарки на протектора са проектирани така, че да оптимизират сцеплението в зависимост от вида на пътната настилка. Например зимните гуми много често разполагат с така наречените ламели (малки и фини прорези в блоковете на протектора). Те позволяват на гумата да се „захапе“ в снега много по-ефективно, подобно на подметката на качествена планинска обувка.
В същото време състезателните гуми (известни като сликове) и полусликовете са практически напълно гладки или почти гладки по цялата си окръжност. По този начин те максимизират контактната повърхност и постигат оптимално сцепление върху лепкавите и идеално гладки повърхности на състезателните писти.
Вашите стандартни гуми за ежедневно шофиране обикновено са предназначени за абсолютно всичко останало между тези две крайности. Те трябва да поддържат адекватно сцепление върху обикновен сух асфалт, при тежки дъждовни условия, както и при преминаване през опасни дупки, пълни със свободни камъчета, пясък и всякакви други отпадъци. Това е реалността, по която карате всеки ден, и производителите на гуми са напълно наясно с това, като проектират своите продукти съобразно тези предизвикателства.
Но как точно се проектират тези гуми? Каква е фундаменталната физика зад феномена на сцеплението? И кои фактори оказват влияние върху това как се държи една гума на пътя? В действителност тук трябва да разгледаме два основни компонента: дизайнът на самата гума и начинът, по който тази гума се експлоатира. Нека разберем подробностите.
Как дизайнът на гумата оформя нейните характеристики на управление
Поведението на всяка гума на пътя се диктува основно от три ключови аспекта: материалите, използвани за нейната конструкция, шарката на нейния протектор и нейната ширина.
Първо, гумите изобщо не се изработват само и единствено от обикновен каучук – те представляват сложна комбинация от няколко основни елемента, включително синтетични текстилни и метални нишки. В тях има както синтетичен, така и естествен каучук, а също и специална стоманена обвивка (корд), която преминава перпендикулярно от единия борд до другия. Известни в индустрията като кордови нишки, именно те дефинират гумата като „радиална“. Това е технологията, която се използва в огромното мнозинство от гумите, които виждате всеки ден по улиците. Всички тези материали работят в пълен синхрон, за да осигурят на конструкцията необходимата структура, здравина и коравина.
Протекторът на гумата действа като своеобразна външна обвивка, която обгръща нейния скелет – наричан официално каркас. Модерните автомобилни гуми се сглобяват основно от тези две части: каркас и протектор. Те се събират заедно и преминават през процес на вулканизация и обработка вътре в специална машина, която отпечатва шарката на протектора върху външния ръб. Тази шарка може да осигури различни нива на захват в зависимост от настилката. Тъй като на практика всеки производител патентова своя собствена уникална шарка, проучването на това какво работи най-добре за повърхностите, по които шофирате най-често, е от изключително значение.
Накрая стигаме до концепцията за ширината и съпротивлението при търкаляне. По-тясната гума предлага по-малка контактна площ с пътя, което означава, че генерира по-малко съпротивление и прави автомобила по-икономичен. Обратно, по-широката гума има по-голямо съпротивление при търкаляне, но пък при равни други условия осигурява много по-голямо сцепление, което е и причината суперколите да използват изключително широки гуми на задната си ос. По-широките гуми също така намаляват специфичния натиск върху повърхността (наземното налягане), което ги прави идеални за офроуд машини и селскостопанска техника.
Как се променя сцеплението в зависимост от употребата на гумата
Сцеплението на автомобилната гума не е някаква постоянна величина. То постоянно варира и се променя под влиянието на редица променливи, някои от които можете директно да контролирате, докато други са просто страничен продукт от самото каране.
Вземете за пример налягането в гумите. Това ни връща директно към концепцията за съпротивлението при търкаляне. Какво се случва, когато една гума е твърде мека или спаднала? Теглото на автомобила буквално я сплесква върху пътя. Колкото по-голяма част от гумата е в контакт с повърхността, толкова по-голямо е съпротивлението при търкаляне. Това обаче означава също, че централната част на протектора се деформира и не приляга правилно към пътната настилка, което в крайна сметка може сериозно да намали реалното сцепление. В Европа налягането масово се измерва в мерната единица бар (bar), докато в някои технически спецификации се използва американската единица PSI (паунди на квадратен инч). За ориентир – налягане от 32 PSI съответства на приблизително 2,2 бара, което е стандартна стойност за много масови автомобили.
Друга важна променлива, особено ако практикувате по-динамично шофиране или карате на писта, е работната температура на гумата. Студените гуми са много по-твърди и по-малко еластични от топлите – това е просто физично свойство на каучука. Пътната настилка никога не е перфектно гладка. Ако я погледнете отблизо под микроскоп, тя прилича повече на назъбено вулканично легло, отколкото на нещо плоско. За да може каучукът да си свърши работата, той трябва буквално да се деформира и да влезе в тези микроскопични пукнатини и грапавини. Ето защо студените гуми осигуряват толкова ниско темпо в автомобилните състезания. Колкото по-гореща става една гума, толкова повече се нагрява и въздухът вътре в нея, което води до покачване на вътрешното налягане (измервано в барове) и отново променя начина на управление.
Накрая трябва да обърнем внимание и на износването. Тъй като повърхността на пътя е грапава и е създадена така, че да предизвиква триене с каучуковия материал, вие неизбежно ще започнете да губите сцепление с износването на гумата. Когато протекторът се изтрие, гумата вече не може да се зацепва ефективно за неравностите на пътя. Това не е проблем на перфектно гладките писти, където болидите от Формула 1 използват изцяло гладки гуми, съответстващи на условията. За ежедневните пътища обаче липсата на дълбок протектор означава много по-дълъг спирачен път и драстично влошено управление при лошо време, включително опасния феномен аквапланинг.
Спецификата на пътната реалност в БългарияТемата за физиката на гумите и сцеплението е изключително актуална за условията в България. Пътната мрежа у нас често предлага сериозни предизвикателства – от силно износен и „полиран“ асфалт с нисък коефициент на триенето, до неочаквани дупки и неравности. Това прави поддържането на правилното налягане в гумите (около 2,2 – 2,4 бара за масовите леки коли) още по-важно за предпазване от разкъсване и за запазване на контрола над превозното средство.
Освен това, според българското законодателство, в периода от 15 ноември до 1 март водачите в страната са длъжни да използват автомобили с гуми, предназначени за зимни условия, или с гуми с дълбочина на протектора не по-малка от 4 милиметра. Това правило е директно обвързано с физиката на материалите. При ниски зимни температури летните гуми се втвърдяват и губят своята еластичност, което прави невъзможно микроскопичното зацепване в асфалта и води до опасна загуба на тракция, дори на напълно сух, но студен път. Използването на качествени и подходящи за сезона гуми е най-важната стъпка за безопасността на всеки шофьор.