Круг сил , круг тяги , круг трения , [1] или эллипс трения [2] [3] [4] — полезный способ представить динамическое взаимодействие между шиной транспортного средства и поверхностью дороги . На схеме ниже шина показана сверху, так что поверхность дороги лежит в плоскости xy . Транспортное средство, к которому прикреплена шина, движется в положительном направлении оси y .
В этом примере транспортное средство будет поворачивать направо (т. е. положительное направление x указывает на центр угла). Обратите внимание, что плоскость вращения шины находится под углом к фактическому направлению, в котором движется шина (положительное направление y ). Иными словами, вместо того, чтобы просто «катиться» в направлении, на которое она «указывает» (в данном случае вправо от положительного направления y ), шина должна «скользить» в направлении, отличном от того, на которое она указывает, чтобы сохранить свое «прямое» движение в положительном направлении y . Эта разница между направлением, в котором «указывает» шина (ее плоскость вращения), и фактическим направлением движения шины и есть угол скольжения .
Шина может генерировать горизонтальную силу в месте соприкосновения с поверхностью дороги с помощью механизма скольжения . Эта сила представлена на схеме вектором F. Обратите внимание, что в этом примере F перпендикулярен плоскости шины. Это происходит потому, что шина катится свободно, без крутящего момента, приложенного к ней тормозами или трансмиссией транспортного средства . Однако это не всегда так.
Величина F ограничена пунктирной окружностью, но она может быть любой комбинацией компонентов F x и F y , которая не выходит за пределы пунктирной окружности. [3] (Для реальной шины окружность, скорее всего, будет ближе к эллипсу, с осью y немного длиннее оси x .)
В этом примере шина создает компонент силы в направлении x ( F x ), который при передаче на шасси транспортного средства через систему подвески в сочетании с аналогичными силами от других шин заставит транспортное средство повернуть направо. Обратите внимание, что есть также небольшой компонент силы в отрицательном направлении y ( F y ). Это представляет собой сопротивление , которое, если ему не противостоит какая-либо другая сила, заставит транспортное средство замедлиться. Сопротивление такого рода является неизбежным следствием механизма скольжения, посредством которого шина создает боковую силу .
Диаметр круга действия сил, а следовательно, и максимальная горизонтальная сила, которую может генерировать шина, зависят от многих факторов, включая конструкцию шины и ее состояние (например, возраст и температура), качество дорожного покрытия и вертикальную нагрузку на шину.
Суммарная горизонтальная сила трения F не может превышать максимального значения (радиуса «круга трения»).
Широко используемым графическим пособием для понимания того, как сочетаются силы поворота и тяги (торможения и движения), является так называемый «эллипс трения».