3. Тяговая динамичность автомобиля

Тяговая динамичность характеризует способность автомобиля производительно выполнять перевозки с наименьшими затратами. Чем динамичнее автомобиль, тем он способен быстрее разгоняться и двигаться с более высокой скоростью. Тяговая динамичность оценивается такими показателями, как максимальные скорость и ускорение, минимальные время и путь разгона на горизонтальной дороге с твердым покрытием хорошего качества.

Тяговую динамичность автомобилей повышают путем совершенствования конструкции двигателя, трансмиссии и ходовой части, уменьшения массы автомобиля и улучшения его обтекаемости.

Одной из тенденций развития автомобилестроения является улучшение показателей тяговой динамичности автомобилей, о чем свидетельствуют более высокие значения максимальных скорости и ускорения у каждого нового поколения автомобилей.

Автомобиль с относительно лучшей тяговой динамичностью в реальных дорожных условиях обладает большим запасом мощности, который позволяет преодолевать сопротивление движению (силы сопротивления качению, воздуха, подъема) без снижения скорости или осуществлять разгон.

Движение автомо­биля происходит в результате действия на него движущих сил и сил, оказывающих сопротивление дви­жению (рис. 7).

О сновной движущей силой является тяговая сила Р, приложенная к ведущим колесам автомобиля. Она возникает в результате работы двигателя и взаимо­действия ведущих колес с дорогой. При передаче энергии от двигателя к ведущим колесам часть ее затрачивается на преодоление трения между зубьями шестерен коробки передач и ведущего моста, в под­шипниках и сальниках, а также на разбрызгивание масла в картерах. Поэтому мощность, подводимая к ведущим колесам, меньше мощности двигателя. Чем тщательнее отрегулированы агрегаты трансмиссии и ходовой части, тем меньше потери мощности.

Рис. 7. Схема сил, действующих на автомобиль при движении на подъем

К силам, препятствующим движению автомобиля, относятся: сила сопротивления качению Р_к, сила сопротивления подъему Р_п, сила сопротивления воздуха Р_в, сила инерции Р_и. Связь между силами сопротивления движению автомобиля и силой тяги следую­щая:

Р = Р_{к +} Р_п + Р_в + Р_и . (1)

Эта формула позволяет установить, как тяговая сила распределяется по различным видам сопротив­лений.

Сила сопротивления качению Р_к равна сумме сил сопротивления качению всех колес. На негоризонтальной дороге сила

Р_к = f G cos б ,

где б — угол, характеризующий крутизну подъема дороги.

Сила сопротивления подъему

Р_п ==G sin б.

При дви­жении автомобиля на спуске сила Р_п является движу­щей, и в формуле (1) ее нужно учитывать со знаком «минус».

Сила сопротивления воздуха Р_в образуется в ре­зультате:

лобового сопротивления, появляющегося из-за раз­ности давлений спереди и сзади движущегося автомобиля (55—60 % всего сопротивления воздуха);

сопротивления, создаваемого выступающими час­тями — крыльями, подножками (12—18 %);

сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10 -15 %);

трения наружных поверхностей о слои воздуха (8-10 %).

При увеличении скорости движения сила сопро­тивления воздуха увеличивается в квадратной зависи­мости. Так, если скорость автомобиля увеличится вдвое, то сила P_в возрастет в 4 раза. Для снижения силы сопротивления воздуха быстроходных легковых авто­мобилей их кузову придают плавные очертания, способствующие хорошей обтекаемости.

Сила инерции Р_и возникает при всяком изменении скорости движения автомобиля. Она тем больше, чем больше вес и ускорение автомобиля

Р_и = G / j g

где j — ускорение автомобиля, м/с²; g — ускорение свободного падения; g = 9,81 м/с².

Автомобиль большую часть времени движется не­равномерно, особенно в городах, где водитель почти непрерывно разгоняет или замедляет автомобиль. Вместе с изменением скорости меняется и сила инер­ции. На преодоление силы инерции расходуется часть тяговой силы. Когда автомобиль движется накатом или при торможении, сила инерции действует по направлению движения автомобиля, выполняя роль движущей силы. Поэтому перед крутым подъемом водитель разгоняет автомобиль, чтобы преодолеть его «с хода».

Если сумма всех сил сопротивления превысит тя­говую силу, то движение автомобиля будет замедленным, и он может остановиться. Для увеличения тяго­вой силы водитель может увеличить подачу топлива в цилиндры двигателя или включить понижающую передачу в коробке передач. Наибольшее значение тяговой силы ограничено сцеплением шин ведущих колес с дорогой. Сила сцепления прямо пропорцио­нальна силе тяжести, приходящейся на ведущие ко­леса (сцепному весу) G_а , и коэффициенту сцепления ц_х :

Р_сц = ц_х G_а .

Если у автомобиля ведущими являются все коле­са, то сцепной вес G_а равен весу автомобиля.

Если к ведущим колесам приложена тяговая сила, большая, чем сила сцепления, то ведущие колеса пробуксовывают. Автомобили со всеми ведущими колеса­ми могут реализовать относительно большую силу тяги, поэтому их называют автомобилями повышенной про­ходимости.

При движении автомобиля непрерывно меняются дорожные условия: тип и состояние покрытия, размер и направление уклонов, сила и направление ветра. Это приводит к изменению скорости и силы тяги автомобиля. Даже в наиболее благоприятных услови­ях, например на автомагистралях, скорость и тяговая сила редко остаются неизменными в течение продол­жительного времени. Максимальная скорость совре­менных автомобилей очень высока и может достигать 200 км/ч и выше. Однако практически двигаться с такой скоростью приходится очень редко, так как скорость транспортного потока ограничивают тихоходные автомобили и автопоезда. Даже в свободных условиях движение с максимальной скоростью требу­ет от водителя большого внимания и мастерства и напряженной работы всех агрегатов и узлов автомо­биля.

Разгон автомобиля с максимальным ускорением также довольно редок, так как при этом возникают большие инерционные силы. Они неблагоприятно дей­ствуют на водителя и пассажиров и способны смес­тить груз. Обычно ускорения не превышают 50—80 % максимального значения и составляют при разгоне 0,5—1,5 м/с². Предельного значения они достигают лишь в редких случаях, например при выходе из опасных ситуаций, при интенсивном обгоне и при резком разгоне, перед преодолением крутого подъ­ема.

Новые автомобили отличаются высокими показа­телями тяговой динамичности. Однако при этом в них обязательно совершенствуют другие свойства конструк­тивной безопасности и прежде всего тормозную динамичность.