Конусность и боковой увод

Поведение шин в области бокового скольжения, близком к нулю, стало более важным в последние годы с совершенствованием высокоскоростных автомобилей. Важность происходит от акцента, который ставится на ощущение центра системы рулевого управления.

Для идеальной шины нулевая боковая сила совпадает с нулевым углом увода, но для реальных шин это не так. Для реальных шин поведение боковой силы при малых углах скольжения будет таким, как показано на Рисунке 10.25. На этой точке при качении шины в обоих направлениях, условно обозначенных на рисунке как вперёд и назад, действует боковая сила. Важным наблюдением,  сделанным с помощью рисунка, является то, что поведение боковой силы отличается от направления вращения (вперед или назад) и может быть смещение от центра графика.

Рис. 10.25. Поведение боковой силы вблизи нулевого угла скольжения.

Одним из механизмов в шине, учитывающих такое поведение, является конусность (conicity) в конструкции. Конусность происходит от небольших различий в шине от одной стороны к другой, таких как асимметричное смещение в позиционировании ленты. Как следует из названия, эти изменения проявляются в шинах как уклон в сторону конической формы, как показано на Рисунке 10.26. Из-за такой формы свободно вращающаяся шина захочет следовать по дуге с центром в вершине конуса, как показано в правой части Рисунка 10.26. Вынужденная двигаться по прямой линии, эта шина будут испытывать боковую силу, направленную на рисунке в правую сторону, независимо от того, в каком направлении она может вращаться. По конвенции SAE, когда шина катится вверх на виде сверху, боковая сила направлена вправо и положительна. При качении вниз сила снова будет направлена вправо, но поскольку продольная ось шины теперь направлена вниз, боковая сила теперь отрицательна. Таким образом, конусность проявляется как разница в боковой силе при нулевом угле увода, когда шина катится в противоположных направлениях. Конусность имеет свойство быть случайной по направлению и зависит от контроля качества при производстве шины. Проворот шины на ободе будет менять направление боковой силы, вызываемой конусностью.

Рис. 10.26. Конусность в пневматической шине.

Другой механизм, который может присутствовать в шинах, это боковой увод из-за укладки слоёв (ply steer), который возникает из-за наличия угла между кордовыми нитями в ленточных слоях. Чтобы избежать такого смещения в предпочтительных направлениях прокатки шин, ленты сконструированы с чередующимися слоями лент на противоположных углах, но идеального баланса достичь невозможно. Таким образом, свободно вращающаяся шина будут проявлять тенденцию дрейфовать в сторону от направления, в которое она смотрит. Вместо того, чтобы двигаться по дуге, как показано на Рисунке 10.26, она будет двигаться по линии, которая смещена по отношению к её центральной плоскости. Если при прокате в одном направлении она создаёт боковую силу вправо по системе осей шин SAE, то когда катится в противоположном направлении, она снова будет демонстрировать силу вправо по системе осей шин SAE. Таким образом, когда свойства боковой силы шины измеряются в окрестностях нулевого угла скольжения, боковой увод из-за укладки слоёв проявляется как ненулевое смещение в средней боковой силе в обоих направлениях движения. Боковой увод из-за укладки слоёв зависит от конструкции шины; следовательно, он будет почти равен по величине и направлению для всех шин одной конструкции. Проворот шины на ободе не меняет направление боковой силы, вызванной боковым уводом из-за укладки слоёв.

Величины сил конусности и бокового увода из-за укладки слоёв зависят от вертикальной нагрузки, которую несёт шина. Конусность более чувствительна к внутреннему давлению в шине и может быть уменьшена путём корректировки давления.