Какие силы могут действовать на движущийся автомобиль

Силы, действующие на автомобиль.

Для правильного и безопасного управления автомобилем водители должны знать физические законы его поведения на дороге. Эти знания помогают при правильной оценке конкретной дорожной ситуации выбрать оптимальное решение и, воздействуя на органы управления автомобиля, совершать безопасные маневрирования. Различные силы, воздействующие на автомобиль, заставляют его двигаться и останавливаться. Каждому водителю необходимо знать законы движения автомобиля, понимать их природу, учитывать и использовать их при управлении своим транспортным средством.

Силы, действующие на автомобиль, делятся на две группы. Первая группа оказывает сопротивление движению, вторая – заставляет его двигаться.

1. Сила тяжести – возникает под воздействием силы притяжения Земли и направлена вертикально вниз, распределяясь по всем осям и колесам автомобиля. Фактический вес транспортного средства оказывает давление на дорожное покрытие, и чем он больше, тем больше становится величина силы сцепления колес с дорогой. Эта сила оказывает существенное влияние вначале движения и в дальнейшем его процессе на ведущие колеса автомобиля.

2. Силы реакции дорожного полотна – возникает из-за сил, действующих со стороны транспортного средства в местах соприкосновения колес с дорогой. Чем больше сила тяжести, действующая со стороны колеса автомобиля на дорожное полотно, тем больше сила ответной реакции со сторноы дороги.

3. Сила тяги всегда направлена в сторону движения автомобиля. Она возникает при передаче крутащего момента от двигателя к ведущим колесам, где они в свою очередь стараются переместить слои дорожного полотна назад. Чем больше крутящий момент двигателя и выше передаточное число коробки передач и главной передачи, чем меньше радиус колеса с учетом деформации шины, тем больше становится тяговая сила. Если величина тяговой силы превышает силы сцепления колес с дорогой, возникает пробуксовка ведущих колес. Поэтому начинать движение на скользкой дороге или по бездорожью, а так же с перевозимым грузом необходимо с включением низшей передачи, когда сила тяги достигает наибольшей велечины.

4. Центробежная сила возникает в момент прохождения поворотов или смещения транспортного средства влево или вправо относительно проезжей части. В эти моменты автомобиль стремиться сохранить первоначально заданное направление движения. Величина этой силы прямо пропорциональна радиусу вхождения в поворот. Направление ее действия – от центра тяжести в противоположную сторону поворота. Так, при вхождении в правый поворот центробежная сила старается отклонить автомобиль влево на встречную полосу, а при прохождении левого поворота – вправо, в сторону обочины. Уменьшить ее значение можно только снижением скорости движения и увеличением радиуса траектории входа в поворот. При неправильной выбранной скорости и радиусе поворота центробежная сила может развернуть автомобиль вокруг его оси, что приведет к заносу, отбросить в сторону и, наконец, перевернуть.

5. Сила сцепления шины с дорожным полотном возникает в процессе движения и зависит от многих факторов:

Водителю необходимо учитывать все эти факторы, так как когда сила тяги на колеса автомобиля превышает силу сцепления с дорожным полотном, может произойти пробуксовка колес, а на скользкой дороге возможны заносы и выход из-под контроля управления автомобиля.

6. Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению транспортного средства. Она возникает в процессе движения за счет давления на воздух поверхностями автомобиля, поэтому многое зависит от аэродинамической конструкции формы кузова автомобиля. Эта сила возрастает с увеличением скорости движения.

7.Сила сопротивления каченю возникает в процессе движения при трении шин автомобиля о поверхность дороги, вследствие чего возникают трения в передаточном механизме (в подшипниках колес). Эта сила прямо пропорциональна массе транспортного средства и коэффициенту сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от состояния дороги и определяется опытным путем. Сила сопротивления качению направлена в сторону, противоположную движению.

Источник

Силы, действующие на автомобиль

Для правильного и безопасного управления любым автомобилем необходимо знать физические законы его поведения на дороге. Эти знания помогают при правильной оценке конкретной дорожной ситуации выбрать оптимальное решение и, воздействуя на органы управления автомобиля, совершать безопасные маневрирования.

Водителю необходимо учитывать все эти факторы, так как когда сила тяги на колеса автомобиля превышает силу сцепления с дорожным полотном, может произойти пробуксовка колес, а на скользкой дороге возможны заносы и выход из-под контроля управления автомобиля.

6. Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению транспортного средства. Она возникает в процессе движения за счет давления на воздух поверхностями автомобиля, поэтому многое зависит от аэродинамической конструкции формы кузова автомобиля. Эта сила возрастает с увеличением скорости движения.

Сила сопротивления качению возникает в процессе движения при трении шин автомобиля о поверхность дороги, вследствие чего возникают трения в передаточном механизме (в подшипниках колес). Эта сила прямо пропорциональна массе транспортного средства и коэффициенту сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от состояния дороги и определяется опытным путем. Сила сопротивления качению направлена в сторону, противоположную движению.

Автомобильные дороги состоят из чередующихся между собой подъемов и спусков и крайне редко имеют горизонтальные участки большой длины. Крутизну подъема характеризуют величиной угла а (в градусах) или величиной уклона дороги t, представляющей собой отношение превышения Н к заложению В (см. рис. 2):

Вес автомобиля G, движущегося на подъеме, можно разложить на две-составляющие силы: G·sinб, направленную параллельно дороге, и G·cosб, перпендикулярную к дороге. Силу G sinб называют силой сопротивления подъему и обозначают Рб.

При движении на спуске сила Ра имеет противоположное направление и действует как движущая сила. Угол а и уклон i считают положительными на подъеме и отрицательными при движении на спуске.

У современных автомобильных дорог нет четко выраженных участков с постоянным уклоном; их продольный профиль имеет плавные очертания. На таких дорогах уклон и сила Р непрерывно меняются в процессе движения автомобиля.

Сопротивление неровностей. Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным. Даже новые цементобетонные и асфальтобетонные покрытия имеют неровности высотой до 1 см. Под действием динамических нагрузок неровности быстро увеличиваются, уменьшая скорость автомобиля, сокращая срок его службы и увеличивая расход топлива. Неровности создают дополнительное сопротивление движению.

При попадании колеса в длинную впадину оно ударяется о ее дно и подбрасывается вверх. После сильного удара колесо может отделиться от покрытия и снова удариться (уже с меньшей высоты), совершая затухающие колебания. Переезд через короткие впадины и выступы сопряжен с дополнительной деформацией шины под действием силы, возникающей при ударе о выступ неровности. Таким образом, движение автомобиля по неровностям дороги сопровождается непрерывными ударами колес и колебаниями осей и кузова. В результате происходит дополнительное рассеивание энергии в шине и деталях подвески, достигающее иногда значительных величин. [5]

Читайте также:  Кронштейны для видеокамеры в автомобиль

Дополнительное сопротивление, вызываемое неровностями дороги, учитывают, условно увеличивая коэффициент сопротивления качению.

Величины коэффициента сопротивления качению f и уклона i в совокупности характеризуют качество дороги. Поэтому часто говорят о силе сопротивления дороги Р, равной сумме сил Рf и Ра:

Выражение, стоящее в скобках, называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают буквой Ф. Тогда сила сопротивления дороги: Р = G (f cosб-f sinб) = G ф.

При движении автомобиля на него оказывает сопротивление и воздушная среда. Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха складываются из следующих величин:

При увеличении скорости движения увеличивается и сопротивление воздуха.

Прицепы вызывают увеличение силы сопротивления воздуха вследствие значительного завихрения воздушных потоков между тягачом и прицепом, а также из-за увеличения наружной поверхности трения. В среднем можно принять, что применение каждого прицепа увеличивает это сопротивление на 25% по сравнению с одиночным автомобилем.

Кроме сил сопротивления дороги и воздуха влияние на движение автомобиля оказывают силы инерции Р. Всякое изменение скорости движения сопровождается преодолением силы инерции, и ее величина тем больше, чем больше вес автомобиля:

Сила инерции изменяется в процессе движения автомобиля в соответствии с изменением ускорения. Для преодоления силы инерции расходуется часть тяговой силы. Однако в тех случаях, когда автомобиль движется накатом после предварительного разгона или при торможении, сила инерции действует по направлению движения автомобиля, выполняя роль движущей силы. Принимая это во внимание, некоторые труднопроходимые участки пути можно преодолевать с предварительным разгоном автомобиля.

Величина силы сопротивления разгону зависит от ускорения движения. Чем быстрее разгоняется автомобиль, тем большей становится эта сила. Ее величина меняется даже при трогании с места. Если автомобиль трогается плавно, то сила эта почти отсутствует, а при резком трогании она может даже превысить тяговую силу. Это приведет или к остановке автомобиля, или к буксованию колес (в случае недостаточной величины коэффициента сцепления).

В сложных дорожных условиях может случиться так, что сумма всех сил сопротивления превысит тяговую силу, тогда движение автомобиля будет замедленным и он может остановиться, если водитель не примет необходимых мер.

Источник

Силы действующие на автомобиль при движении

Схема сил действующих на ведущее колесо

На движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.

Рис. Схема сил действующих на ведущее колесо.
а — состояние неподвижности; б — состояние движения

Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.

На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:

При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля—сила сопро­тивления разгону (сила инерции).

Тяговая сила

Сила сцепления колес с дорогой

У легковых автомобилей полный вес рас­пределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомоби­лей при полной их на­грузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60—70% полного веса.

Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначи­тельном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места со­провождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.

На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверх­ность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скольз­кой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.

При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы ри­сунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.

Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь шины уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.

Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает на­столько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.

Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.

Сила сопротивления воздуха

Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигает­ся, в то время как в задней части автомобиля создается разреже­ние, которое вызывает образование завихрений.

Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движе­ния. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту авто­мобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возра­стает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а вы­ступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомоби­лей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузо­вую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:

Сила сопротивления подъему

При движении на подъем автомобиль испытывает дополнитель­ное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к гори­зонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.

Читайте также:  Принципы работы электрооборудования автомобиля

При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.

Источник

Силы, действующие на автомобиль при его движении

Внешние силы, действующие на автомобиль в процессе движения, подразделяют на две группы:

сила движения (тяговая сила на ведущих колесах);

силы сопротивления (силы сопротивления качению ведомых и ведущих колес, силы сопротивления подъему автомобиля, силы сопротивления воздуха и силы сопротивления разгону (сила инерции)).

Радиус колеса. Движителем автомобиля является колесо с пневматической (эластичной) шиной, у которого различают следующие радиусы:

статический радиус rс – расстояние от оси неподвижного колеса до опорной поверхности (дороги);

динамический радиус rд– расстояние от оси катящегося колеса до опорной поверхности;

Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля

Если бы крутящий момент передавался от вала двигателя к ведущим колесам без механических потерь, тяговая сила на ведущих колесах при равномерном движении была бы равна

где Mкр – крутящий момент двигателя; Uк – передаточное число коробки передач, Uо – передаточное число главной передачи; rк – радиус качения колеса.

В действительности некоторая часть передаваемого момента идет на преодоление сопротивления в механизмах трансмиссии, что учитывается путем введения в расчет механического кпд ηтр трансмиссии. В соответствии с этим тяговую силу на ведущих колесах определяют так:

Коэффициент полезного действия трансмиссии ηтр представляет собой отношение мощности Nк на ведущих колесах к мощности Nе двигателя:

где Nтр – мощность, расходуемая на преодоление сопротивления в механизмах трансмиссии.

Механический кпд трансмиссии ηтр = 0,80…0,95.

Максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, не всегда может быть использован, так как тяговое усилие автомобиля не должно превышать силу сцепления колес с дорогой. Максимальная тяговая сила по условию сцепления с дорогой

где G2 сила тяжести, приходящаяся на ведущие колеса автомобиля; φ – коэффициент сцепления шин ведущих колес с дорогой, зависящий от типа и состояния дорожного покрытия и шин. Для асфальтобетонного покрытия φ = 0,5…0,8.

Таким образом, качение ведущих колес без буксования будет происходить при условии PкPсц = G2φ.

Во время движения автомобиля тяговое усилие на ведущих колесах расходуется на преодоление ряда сопротивлений движению.

Силы сопротивления движению автомобиля

Сопротивление качению колес автомобиля вызывается деформацией шин, деформацией дороги под шинами и трением шин о дорогу. К сопротивлению качению обычно относят также трение в подшипниках колес и в элементах подвески. Во время качения колеса между частями шины вследствие их деформации возникает трение. Выделяющаяся теплота при этом рассеивается, что также приводит к потере энергии.

Деформация шин зависит от нагрузки на колесо, профиля шины, давления воздуха в шинах, величины приложенного к колесу крутящего момента, скорости движения, материала и типа корда, а также многих других факторов. Деформация дороги зависит от вида, качества и состояния ее покрытия. Трение шин о дорогу зависит от формы протектора, размера шины, деформации шины и дороги.

При качении эластичного колеса по твердой дороге деформации в передней части контакта шины с дорогой нарастают, а в задней части уменьшаются. Поэтому элементарные вертикальные реакции, действующие со стороны дороги на точки протектора, в передней части пятна контакта больше, чем в задней. Схема сил, действующих на колесо при его качении, показана на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Силы, действующие на колесо

Анализ этой схемы показывает, что точка приложения равнодействующей Zк нормальных реакций, равной по величине Gк, смещается от вертикального диаметра на некоторую величину аш. В результате такого смещения возникает пара сил Zки Gк, создающая момент Мск = Zк аш,противодействующий качению колеса. Чтобы колесо катилось равномерно, к нему необходимо приложить толкающую силу Тк, которая вместе с горизонтальной реакцией дороги Рf образует пару сил. Момент этой пары уравновесит момент Мск = Zк аш. Величину силы сопротивления качению Рf находят из условия равновесия колеса

откуда следует, что

Отношение аш / rк называется коэффициентом сопротивления качению. Для асфальтобетонного покрытия f = 0,014…0,018. Величину коэффициента f можно определить как соотношение силы Рf, способной вызвать равномерное качение колеса, к величине вертикальной нагрузки автомобиля Gа:

Для движения по горизонтальной дороге сила сопротивления качению пропорциональна полной массе автомобиля:

Сила сопротивления подъему. Автомобильная дорога обычно имеет много чередующихся подъемов и спусков. Крутизну подъема характеризуют углом αд (град) или уклоном дороги, который выражается как отношение превышения Н к заложению (базе отсчета) Вд. Базу отсчета обычно принимают равной 100 м (рис. 2.2.).

Рис. 2.2. Сила сопротивления подъему:

G – вес автомобиля; H – высота уклона;

Bд – заложение (база отсчета); αд – угол уклона

Вес автомобиля G может быть представлен в виде двух составляющих: силы G sin αд, параллельной дороге, и силы G cos αд, перпендикулярной ей.

Силу G sin αд называют силой сопротивления подъему и обозначают Рп. На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъема обычно невелики (не превышают 4…5°). Для таких углов можно принять, что 1/100 уклона соответствует 35′ угла αд. При этом уклон i = tg αд ≈ sin αд. Тогда сила сопротивления при движении на подъем Рп = G sin αд = Gi.

При движении на спуске сила Рп направлена в сторону движения автомобиля и является движущей. Угол αд и уклон дороги i считают положительным при движении автомобиля на подъем и отрицательными при его движении на спуск.

Суммарная сила сопротивления дороги. При движении автомобиля на подъеме и спуске составляющая силы тяжести, перпендикулярная дороге, равна G cos αд. Сила сопротивления качению Рf при движении на этих участках дороги равна Рf = f G cos αд, т.е. она несколько меньше, чем при движении по горизонтальному участку. Однако для малых углов cos αд ≈ 1, что позволяет определить силу Рf по формуле Рf = Zк f также и для негоризонтальных участков дороги.

Выражение (f + i) называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают буквой ψ. Тогда сила сопротивления дороги

Сила сопротивления воздуха. Автомобиль во время движения перемещает частицы окружающего воздуха, и в каждой точке поверхности автомобиля в результате соприкосновения ее с окружающей средой возникают элементарные силы, перпендикулярные к поверхности и касательные к ней. Касательные силы являются силами трения. Нормальные силы создают давление на поверхность автомобиля.

Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха Рв. Опытным путем установлено, что сила сопротивления воздуха

Читайте также:  Мощный автомобиль для города

где Сx – коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля, Н∙с 2 / м 4 ; Fв – лобовая площадь автомобиля, м 2 ; υ – скорость движения автомобиля.

Лобовой называют площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси. Определить точное значение лобовой площади довольно трудно, так как для этого нужно провести измерения размеров автомобиля и начертить его наружный контур. Поэтому при определении Fв пользуются приближенными формулами:

для грузового автомобиля и автобуса

где В – колея, м; На – наибольшая высота автомобиля, м;

для легкового автомобиля

где В – наибольшая ширина автомобиля, м.

Средние значения коэффициентов сопротивления воздуха и лобовой площади автомобиля приведены в таблице.

Автомобиль Сx, Н с 2 / м 4 Fв, м 2
Легковые автомобили с кузовом: закрытым открытым Грузовой автомобиль Автобус с кузовом вагонного типа Гоночный автомобиль 0,2…0,35 0,4…0,5 0,6…0,7 0,24…0,4 0,13…0,15 1,6…2,8 1,5…2,0 3,0…5,0 4,5…6,0 1,0…1,3

При взаимодействии автомобиля и воздуха также возникает вертикальная сила. У большинства серийных автомобилей эта сила обычно направлена вверх и называется подъемной. У скоростных автомобилей (гоночных, спортивных) благодаря специальной форме кузова эта сила направлена вниз и увеличивает силу сцепления шин с дорогой. При скоростях до 120 км/ч вертикальная сила невелика и ее можно не учитывать в расчетах.

Сила сопротивления разгону Рвозникает при ускоренном движении и представляет собой силу инерции, зависящую от массы автомобиля mа и ускорения jа его движения:

Кроме затрат энергии на разгон массы автомобиля, движущейся поступательно, часть тяговой силы при ускорении движения расходуется на ускорение вращающихся частей. Самая большая часть энергии затрачивается на разгон маховика, деталей сцепления и колес автомобиля. Остальные вращающиеся детали обладают сравнительно малыми моментами инерции, и их влияние на разгон автомобиля можно не учитывать. Сила Р«, необходимая для углового ускорения вращающихся масс автомобиля, также оказывает определенное сопротивление движению автомобиля при его разгоне.

Общая сила сопротивления разгону равна сумме сил инерции массы автомобиля и силы инерции его вращающихся частей:

Нормальные реакции дороги. Для автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге, нормальные реакции Rz1 и Rz2, действующие на колеса соответственно переднего и заднего мостов, равны составляющим G1 и G2 веса автомобиля, приходящимся на колеса этих мостов (рис. 2.3). Из условия равновесия следует, что

При движении автомобиля нормальные реакции дороги не остаются постоянными, а изменяются под действием сил и моментов, приложенных к автомобилю (например, реактивного момента ведущего моста автомобиля, моментов сил инерции колес при неравномерном движении, моментов сил сопротивления качению и т.п.).

Нормальная реакция дороги на передние колеса автомобиля уменьшается, а на задние возрастает с увеличением крутизны подъема, интенсивности разгона автомобиля, а также с ростом сил сопротивления Рк, Рв или силы тяги Рт, необходимой для их преодоления.

Рис. 2.3. Силы, действующие на неподвижный автомобиль:

на колеса переднего и заднего мостов; L – база автомобиля;

l1, l2 – расстояние центра тяжести до осей переднего и заднего мостов

Коэффициент изменения нормальных реакций mр представляет собой отношение нормальной реакции к силе тяжести, действующей на мост автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге:

где mр1 и mр2 – коэффициенты изменения нормальных реакций передних и задних колес.

Во время разгона автомобиля предельные значения коэффициентов составляют mр1 = 0,55…0,7; mр2 = 1,2…1,35.

Приведенные значения коэффициентов свидетельствуют о том, что во время разгона нагрузка на передний мост автомобиля уменьшается, а на задний мост – возрастает по сравнению с нагрузками при статическом положении автомобиля. При торможении происходит обратное явление. Этим объясняется подъем передней части автомобиля при разгоне и наклон ее вниз («клевок») при торможении.

Тяговая характеристика автомобиля. График зависимости силы тяги от скорости автомобиля на различных передачах называется его тяговой характеристикой. Сила тяги Рт определяется как отношение тягового момента Мт на ведущих колесах к радиусу r ведущих колес:

где Mкр – крутящий момент двигателя; Uтр – передаточное число трансмиссии; ηтр – механический кпд трансмиссии.

Скорость автомобиля определяют так:

где ωе – угловая скорость коленчатого вала.

Определив Mкр, ηтр и υдля нескольких значений ωе, можно, пользуясь приведенными выше формулами, найти зависимость силы тяги от скорости автомобиля во всем диапазоне изменения угловой скорости и момента и построить тяговую характеристику автомобиля (рис. 2.4). Для каждой передачи строится отдельная кривая. Поэтому число кривых на этом графике (РтI, РтII, РтIII) соответствует числу ступеней в коробке передач.

Рис. 2.4. Тяговая характеристика автомобиля

Уравнение движения автомобиля. Это уравнение связывает все силы, действующие на автомобиль, и позволяет определить характер движения автомобиля в любой момент времени. При изучении динамичности автомобиля считают, что его возможности ограничены лишь мощностью двигателя и сцеплением ведущих колес с дорогой. Остальные ограничения, накладываемые, например, требованиями безопасности движения или комфортабельности, не учитывают. В связи с этим рассмотрим лишь прямолинейное движение автомобиля. Особенности криволинейного движения будут рассмотрены далее в главах, посвященных устойчивости и управляемости автомобиля.

Рассмотрим силы, действующие на автомобиль на подъеме во время разгона (рис. 2.5). К центру тяжести автомобиля приложены сила тяжести G = mg, а также сила инерции P’и = ma поступательно движущихся масс, направленная противоположно ускорению а. Колесам автомобиля приложены моменты сопротивления качению Мк1 и Мк2. Со стороны дороги на шины действуют нормальные реакции Rz1 и Rz2 и касательные реакции Rx1 и Rx2. На высоте hв приложена сила сопротивления воздуха Рв. Кроме того, к тяговому крюку автомобиля может быть приложена сила Рпр сопротивления движению прицепа.

Рис. 2.5. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении на подъем

Спроектировав все силы на плоскость дороги, получим

При движении одиночного автомобиля (без прицепа)

Проведя ряд преобразований, уравнение движения автомобиля в общем виде можно записать так:

Согласно этому уравнению, сила тяги на ведущих колесах расходуется на преодоление следующих сил: сопротивления подъему, сопротивления воздуха и сопротивления дороги.

Условие возможности движения автомобиля. Согласно уравнению движения автомобиля, длительное и безостановочное его движение возможно лишь при условии

Это неравенство связывает конструктивные параметры автомобиля с сопротивлением движению. Выполнение такого условия необходимо, но недостаточно для безостановочного движения автомобиля, которое возможно лишь при отсутствии буксования ведущих колес. Поэтому точнее условие безостановочного движения можно определить так:

Если суммарная сила сопротивления движению больше силы тяги, то останавливается двигатель. Если сила тяги больше силы сцепления колес с дорогой, то пробуксовывают ведущие колеса. Для автомобиля с передними ведущими колесами в эту формулу вместо Rz2 подставляют Rz1, а для автомобиля со всеми ведущими колесами – G cos αд.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду