4.2 Динамические характеристики автомобилей

Механическая энергия, вырабатываемая двигателем автомобиля, передается на его ведущие колеса. Вращающий момент Мвр вызывает появление пары сил: Рр – тяговое усилие и Рк – окружная сила, стремящаяся сдвинуть верхний слой покрытия в сторону, противоположную движению.

Р_р передается через ведущий мост и рессоры на раму автомобиля и вызывает его движение

Р_р = М_вр/r_к,

где r_к – радиус колеса в зоне контакта с покрытием с учетом обжатия шины

r_к = λ r_о,

где λ – коэффициент деформации шины.

М_вр = М_еi_кi_оη,

где М_е – момент двигателя, Нм;

i_к – передаточное число коробки передач;

i_о – передаточное число главной передачи;

η – к.п.д. автомобиля: 0,8 – для 3-х осных грузовых автомобилей;

0,9 – для 2-х осных грузовых автомобилей;

0,92 – для легковых автомобилей.

Тогда Р_р = (М_еi_кi_о/r_к)η.

Момент двигателя М_е связан с его мощностью N_е (Вт) и частотой вращения коленчатого вала n_е (об/мин) зависимостью

М_е = N_е/ n_е.

Тогда Р_р = (N_еi_кi_о/n_еr_к)η.

Тяговое усилие определяется из условия равенства внешних и внутренних сил (тяговое усилие расходуется на преодоление сил сопротивления движению) и выражается зависимостью

Р_р = Р_f + Р_ω ± Р_j ± Р_i – уравнении е движения автомобиля.

Перенесем сопротивление воздушной среды Р_ω в левую часть и подставим значения остальных сопротивлений:

Р_р – Р_ω = Gf ± Gj ± Gi.

Академиком Е.А. Чудаковым было предложено характеризовать тяговые и динамические качества автомобиля динамическим фактором – отношение разницы силы тяги и силы сопротивления воздушной среды к единице веса автомобиля

D = (Р_р – Р_ω)/G = Gf/G ± Gj/G ± Gi/G.

D = (Р_р – Р_ω)/G = f ± j ± i.

D характеризует запас тягового усилия на единицу веса автомобиля, который может быть израсходован на преодоление дорожных сопротивлений f ± I и ускорение автомобиля j.

График зависимости динамического фактора от скорости движения при полной загрузке называется динамической характеристикой и используется как основной показатель тяговых качеств автомобиля.

4.3 Сцепление шин с поверхностью дороги

Тяговое усилие на колесах, обеспечиваемое мощностью автомобиля, может быть развито только в том случае, если между колесами и покрытием имеется сцепление.

Отношение максимального тягового усилия на колесе р_к к вертикальной нагрузке на покрытие G_к называется коэффициентом сцепления:

φ = р_к/ G_к.

В зависимости от направления сдвигающей силы различают коэффициент продольного сцепления φ_пр и коэффициент поперечного сцепления φ_поп.

Коэффициент продольного сцепления соответствует началу проскальзывания заторможенного или пробуксовыванию движущегося колеса без действия боковой силы. Его применяют при расчете тормозного пути и при оценке возможности трогания

автомобиля с места.

Коэффициент поперечного сцепления возникает под действием боковой силы, когда колесо одновременно вращается и скользит в боковом направлении, φ_поп =(0,5 ÷ 0,85)φ_пр.

Этот коэффициент характеризует устойчивость автомобиля при проезде кривых малых радиусов.

При обосновании геометрических элементов плана в нашей стране φ_пр принимается 0,6 при сухом и чистом покрытии.

Условия сцепления ведущих колес с поверхностью дороги оказывают влияние на динамические возможности автомобиля. Поэтому наряду с динамическими характеристиками по мощности двигателя при тяговых расчетах используют также динамические характеристики по условиям сцепления, получаемые из уравнения движения автомобиля, где сила тяги заменяется на силу тяги по сцеплению

Р_р = G ^׳φ_пр,

где G ^׳ – нагрузка от ведущих колес на дорогу.

G ^׳φ_пр = Gf ± Gj ± Gi + Р_ω.

Динамическая характеристика по сцеплению

D_сц = (G ^׳φ_пр - К_вωv²/13)/G = f ± j ± i.

Эта характеристика обычно наносится на график динамических характеристик по силе тяги.