Наведемо приклади значення для різних доріг:

бетон, асфальтобетон................................ 0,014-0,018

гравійне покриття..................................... 0,020

бруківка...................................................... 0,025

ґрунтова суха............................................. 0,030

ґрунтова мокра.......................................... 0,050-0,15

пісок........................................................... 0,10-0,30

сніг.............................................................. 0,07-0,10

При русі автомобіля по дорозі з твердим покриттям опір кочення збільшується за зменшенням тиску в шинах.

Нерівності на дорожньому покритті також створюють додатковий опір руху автомобіля і викликають коливання його осей, коліс, кузова. Під час цих коливань відбувається розсіювання енергії в шині і деталях підвіски. Потужність, необхідна для подолання опору:

.

Сила опору дороги. При русі автомобіля на підйомі та спуску складова ваги автомобіля, перпендикулярна дорозі, дорівнює . Внаслідок цього сила опору кочення Р_К при русі на таких ділянках дороги дорівнює ; таким чином вона дещо менша, ніж при русі на горизонтальній ділянці. Однак для малих кутів , що дозволяє визначити силу Р_К також і для горизонтальних ділянок дороги

.

Введемо поняття сили опору дороги

(сума опорів кочення і підйому)

Вираз в дужках називають коефіцієнтом опору дороги і позначають ; тоді

а потужність опору

.

3. Опір повітря. Дослідним шляхом встановлено, що сила опору повітря:

,

де – коефіцієнт опору повітря, що залежить від форми і якості обробки поверхні автомобіля ;

– лобова площа, (м²).

(для вантажівки);

(для вантажівки);

В – колія.

Н_а – найбільша висота.

В_а – найбільша ширина автомобіля.

Легкові ; ;

Вантажні автомобілі ; ;

Потужність необхідна для подолання опору повітря:

.

При взаємодії автомобіля і повітря виникає також вертикальна сила, яка звичайно направлена вгору і називається підйомною. У швидкісних автомобілів завдяки спеціальній формі кузова вона направлена вниз і збільшує силу зчеплення шин з дорогою. При швидкостях до 100-120 км/год вертикальну силу можна не враховувати.

4. Рівняння руху автомобіля. Рівняння руху автомобіля пов’язує всі сили, що діють на автомобіль, і дозволяють визначити характер руху в любий момент часу. Розглянемо сили, що діють на авто на підйомі під час розгону.

Рисунок 6 – Сила і моменти, які діють на автомобіль, який рухається на підйомі

До центру тяжіння прикладена сила , а також сила інерції поступальних мас направлена протилежно прискоренню.

Сила інерції

де т – маса авто (кг),

а – прискорення (м/с).

До коліс прикладені моменти опору кочення і . З боку дороги на шини діють нормальні реакції і . Сила опору повітря прикладена на висоті . Окрім того, до буксирного пристрою може бути прикладена сила опору причепа . Спроектуємо всі сили на площину дороги:

;

Звідси через ряд перетворень:

Рівняння руху автомобіля можна записати в такому вигляді

;

сила опору дороги ; ;

приведена сила інерції автомобіля

( коефіцієнт обертових мас)

сила тяги.

Слід сказати, що енергія, яка витрачається на розгін деталей двигуна в 8-10 разів більше енергії на розгін коліс (на прямій передачі тільки в 2-3 рази).

5. Сила тяги залежно від умов зчеплення шин з дорогою. При визначенні сили тяги було прийнято, що її величина залежить лише від параметрів автомобіля . Однак це не означає, що збільшуючи, наприклад, передаточне число трансмісії, можна реалізувати яку завгодно велику силу тяги, оскільки граничне її значення обмежене зчепленням шин з поверхнею дороги.

Силою зчеплення шин з дорогою називають максимальне значення горизонтальної реакції, пропорційне вертикальному навантаженню на колесо.

;

де коефіцієнт зчеплення, чисельно рівний відношенню сили, що викликає рівномірне ковзання колеса, до нормальної реакції дороги. В залежності від напрямку ковзання колеса розрізняють коефіцієнти повздовжнього і поперечного зчеплення і . Для руху колеса без ковзання необхідно дотримання умови:

При відсутності поперечних сил:

У випадку рівномірного кочення ведучого колеса.

; .

Коефіцієнти звичайно значно більший за f, тому умову кочення колеса без ковзання можна написати у вигляді:

При цьому, якщо сила тяги менша за Р_зч, ведуче колесо котиться без пробуксовування. Якщо ж більша, ведуче колесо пробуксовує і для руху використовується лише частина сили тяги Р_Т, що дорівнює .

Та частина , що залишилась викликає прискорене обертання коліс, яке продовжується до тих пір, поки потужність, що витрачається не буксування, не врівноважить надлишок потужності, підведеної до коліс. Найбільш часто буксування спостерігається при різкому рушанні з місця і під час подолання великого опору руху на слизьких дорогах. На дорогах з твердим покриттям коефіцієнт зчеплення залежить головним чином від тертя ковзання між шиною і покриттям. При змочуванні твердого покриття коефіцієнт зчеплення різко падає через утворення плівки з частинок ґрунту і води, що зменшують тертя між шиною і дорогою. Особливо при утворенні тонкої плівки глини.

Велике значення на коефіцієнт має малюнок протектора, та ступінь його зношення. Недостатня величина є причиною багатьох ДТП. Для забезпечення безпеки руху повинно бути не менше 0,4.

Збільшення тягового (або гальмового) моменту викликає буксування або проковзування колеса відносно дороги.

Зі збільшенням проковзування або буксування коефіцієнт зчеплення спочатку росте, а потім, досягнувши максимуму, зменшується. При повному буксуванні і при юзі гальмуючих коліс може бути на 10-25 % менший максимального, особливо на мокрих і зледенілих дорогах.

Значення :

суха мокра

бетон, асфальтобетон 0,7-0,8 0,35-0,45

щебеневе покриття 0,6-0,7 0,30-0,40 ґрунтова дорога 0,5-0,6 0,20-0,40

лід 0,1-0,2

сніг 0,2-0,3

Зі збільшенням швидкості автомобіля коефіцієнт зменшується. Коефіцієнт поперечного зчеплення .

Умова можливості руху автомобіля. Згідно рівняння руху, він можливий лише при дотриманні наступної умови:

.

Ця нерівність пов’язує лише конструктивні параметри автомобіля з опором руху. Виконання її необхідне, але недостатнє для безупинного руху, оскільки він можливий при відсутності буксування ведучих коліс. Враховуючи, що , умову безупинного руху можна виразити наступним чином:

Якщо сумарна сила опору руху більша сили тяги, то зупиниться двигун, якщо ж сила тяги більша за силу зчеплення, то пробуксовують ведучі колеса.

Для автомобілів з переднім ведучим мостом замість реакції підставляють , а для авто з усіма ведучими мостами – ваги автомобіля G.

Нормальні реакції дороги

Визначимо нормальні реакції, що діють на колеса авто, який стоїть на горизонтальній дорозі. Вектор ваги автомобіля проходить крізь його центр тяжіння, розташований на відстані від осі переднього моста і на відстань – від осі заднього.

Рисунок 7 – Сила і моменти, які діють на автомобіль, який нерухомий

Нормальні реакції і , що діють на колеса переднього і заднього мостів, рівні складовим і ваги автомобіля, що приходиться на колеса цих мостів. З умови рівноваги:

; ;

Як висновок в статичному стані автомобіля:

; .

Під час руху нормальні реакції дороги не залишаються постійними, а змінюються під дією сил і моментів, прикладених до автомобіля, наприклад, реактивному моменту ведучого моста, момент сил інерції коліс, що виникають при нерівномірному русі, моменту сил опору кочення і т.п.

Визначимо нормальні реакції, що діють на колеса авто під час його розгону на підйомі (див. рівняння руху). Для цього складемо рівняння сил відносно центра тяжіння і рівняння проекцій сил на вертикальну вісь. Для запрошення приймемо, що висота , а .

;

де – момент опору кочення всіх коліс.

Для рівномірного руху (а = 0) по горизонтальному шляху з гарним покриттям можна прийняти , , тоді

; ;

Часто нормальні реакції зручніше визначити в функції сил опору. Підставивши в рівняння моментів значення отримаємо для рівномірного руху:

; .

Максимальні значення дотичних реакцій обмежені зчепленням шин з дорогою. Підставивши в рівняння моментів замість її граничне значення за умовами зчеплення отримаємо для рівномірного руху по горизонтальній дорозі:

; .

Приведені рівняння показують, що нормальна реакція дороги на передні колеса зменшується, а на задні – збільшується зі збільшенням нахилу підйому, інтенсивності розгону, а також зростанням сили тяги Р_Т, необхідної для подолання сил опору Р_k і Р_в.

Коефіцієнт зміни нормальних реакцій т_р являє собою відношення нормальної реакції, що діє на міст автомобіля під час руху до реакції, який діє на той же міст в статичному положення на горизонтальній дорозі.

; ;

Під час розгону автомобіля граничні значення коефіцієнтів: ; ;

Наведені значення т_р свідчать про те, що під час розгону навантаження на передній міст зменшується, а на задній збільшується в порівнянні з навантаженнями при статичному положення автомобіля. При гальмуванні відбувається зворотне явище. Цим пояснюють підйом передньої частини при розгоні і нахил її вниз (клювання) при гальмуванні.

Лекція 4