116. Силы сопротивления движению автомобиля

Сила сопротивления качения автомобиля

Силовые потери при движении ведомых и ведущих колес определяются коэффициентами сопротивления качения f₁ и f₂, которые включают в себя внутреннее трение в шине и дороге, а также трения между ними.

В процессе деформации под действием массы автомобиля к силовым потерям также относят сопротивление подвески деформациям при перекатывании колес через неровности и трения в подшипниках. Т.к. f₁ и f₂ при одинаковых условиях примерно равны f₁=f₂=f – общий коэффициент сопротивления качению.

P_f = P_f1+P_f2 = Σz_1*f +Σz_2*f = f*(Σz₁ + Σz₂) = f *Σz,

где P_f – сила сопротивления качения автомобиля;

P_f1 – передних колес; P_f2 – задних колес;

Σz₁ и Σz₂ – суммарные нормальные реакции опорной поверхности соответственно на передние и задние колеса;

Σz – суммарная реакция опорной поверхности на все колеса автомобиля.

Σz = G_a*cos α,

α – угол подъема дороги.

P_f = ΣM_f / r_k = Σz*a / r_k = G_a*f*cos α,

ΣM_f – суммарный момент сопротивления качения автомобиля.

Общий коэффициент сопротивления качения определяется экспериментально и зависит от материала и конструкции шины, от давления воздуха, твердости и состояния дороги, сопротивления подвески и режима движения.

На идеальной ровной асфальто–бетонной дороге f_o=0,005 – 0,01.

На твердой дороге потеря энергии определяется деформацией шины на величину f. В этом случае влияют динамические нагрузки, возникающие в результате движения колеса по неровностям дороги и коэффициент f в этом случае равен

f = f_o+1,3*10^-7*λ_н*S_n*V_a²,

λ_н – коэффициент, учитывающий влияние ходовой части автомобиля на коэффициент f; λ_н=4 (для легковых автомобилей), λ_н=5,5 (для грузовых автомобилей);

S_n – коэффициент ровности покрытия дороги; S_n=50 – 75 (для асфальтобетонной дороги в хорошем состоянии), S_n>300 (для асфальтобетонной дороги в плохом состоянии);

V_a – скорость движения автомобиля.

Для деформируемых (мягких) дорог коэффициент f определяется как деформация шины, так и дороги.

Сила сопротивления подъему автомобиля

P_α = G_a*sin α , i = H / L = tg α

α≤4 – 5⁰; sin α ≈ tg α,

i – уклон дороги.

P_α = G_a*tg α = G_a*i

Сила сопротивления воздушной среды.

Сила сопротивления воздуха при движении автомобиля тем больше, чем больше плотность воздуха, поперечные размеры и скорость движения автомобиля, а также чем хуже оптикаемость автомобиля.

P_W = c*ρ*F* V_a²

с – коэффициент лобового сопротивления. Зависит от формы автомобиля и состояния его поверхности;

ρ – плотность воздуха, Н*с²/м⁴;

F – лобовая площадь автомобиля, м²; F=0,78*B_a*H_a – для легковых автомобилей, F=B*H_a – для грузовых автомобилей;

B_a и H_a – габаритные размеры автомобиля;

B - колея;

V_a – скорость движения автомобиля, м/с

c* ρ = k – коэффициент оптикаемости

Для V_a в км/ч

P_W = k*F* V_a² / (3,6)² = k*F* V_a² / 13,

k*F – фактор оптикаемости автомобиля, Н*с²/м²

При наличии ветра

P_W = k*F*(V_a±V_b)² / 13,

V_b – скорость ветра, км/ч; «+» - при встречном ветре, «─» - при попутном ветре

V_W =

117. Уравнение движения автомобиля.

Производительность автомобиля зависит от его тягово-скоростных свойств. Эти свойства определяются всеми силами действующими на автомобиль в направлении его движения. В общем случае уравнение движения автомобиля может быть записано так.

P_k = P_f ± P_α + P_W ± P_j,

P_k – тяговая сила на ведущих колесах автомобиля,

P_k = M_e*u*η_тр / r_k,

M_e – крутящий момент двигателя, н*м;

u – передаточное число трансмиссии;

η_тр – кпд трансмиссии;

r_k – радиус качения.

Зависимость тяговой силы от частоты вращения двигателя, а следовательно и от скорости движения на различных передачах называется тяговой характеристикой.

P_f – сила сопротивления качению автомобиля весом G_a при движении на подъем,

P_f = G_a*f*cos α,

f – коэффициент сопротивления качения;

α – угол подъема.

P_α – сила сопротивления подъему автомобиля,

P_α = G_a*sin α

P_W – сила сопротивления воздушной среды,

P_W = k*F*V_a² / 13

P_j – сила затрачиваемая автомобилем на ускорение движения (сила инерции)

P_j = P_j^’ + P_j^’’,

P_j^’ = (G_a / g)*j_a – сила затрачиваемая на ускорение поступательно движущихся масс автомобиля;

P_j^’’ – сила затрачиваемая на ускорение вращающихся масс автомобиля

P_j^’’ = J_M*ε_M*uk*u₀*η / r_k + J_k*ε_k*z / r_k = (J_M* uk²*u₀²*η / r_k²)*j_a + (J_k*z / r_k²)*j_a,

J_M, J_k – моменты инерции маховика и колеса;

ε_M, ε_k – угловые ускорения маховика и колеса;

z – число колес;

u₀ – передаточное число главной передачи;

u_k – передаточное число коробки передач.

P_j = (G_a / g)*j_a + (J_M* uk²*u₀²*η / r_k²)*j_a + (J_k*z / r_k²)*j_a = (G_a / g)*j_a*(1 + (J_M* uk²*u₀²*η / r_k²)*(g / G_a) + (J_k*z / r_k²)*(g / G_a) )= (G_a / g)*j_a*δ_j

P_j = (G_a / g)*j_a*δ_j,

δ_j – коэффициент учета вращающихся масс автомобиля, δ_j = 1,04 + 0,05*u_k²

δ_j для данного автомобиля не остается постоянным при изменении его нагрузки, кпд и общего передаточного числа трансмиссии, а также интенсивности буксования ведущих колес и сцепления.

Инерция вращающихся масс может весьма значительно увеличивать условную массу автомобиля, особенно при больших передаточных числах трансмиссии.

Если при разгоне на прямой передаче ускорение автомобиля снижается всего на 6 – 10 %, то на низших передачах значительно больше. Например, при разгоне грузового автомобиля на первой передаче влияние вращающихся масс эквивалентно увеличению поступательно движущихся масс автомобиля на 200 – 250 %.

M_e*u*η_тр / r_k = G_a*f*cos α ± G_a*sin α + k*F*V_a² / 13 ± (G_a / g)*j_a*δ_j

j_a = dV / dt/

При равномерном движении автомобиля по горизонтальной поверхности составляющие P_α и P_f = 0, а в случае движения с замедлением и движения под уклон становятся отрицательными.

Сила сопротивления качения P_f характеризует тип и состояние дороги, а P_α зависит от профиля дороги. Вследствие этого их иногда объединяют

P_α + P_f = P_ψ – общее дорожное сопротивление

P_ψ = P_f + P_α = G_a*f*cos α + G_a*sin α = G_a*(f* cos α + sin α) = G_a*ψ

ψ – коэффициент общего дорожного сопротивления.

M_e*u*η_тр / r_k = k*F*V_a² / 13 + G_a*ψ + (G_a / g)*j_a*δ_j

Это уравнение движения называется тяговым балансом и используется при проектировании новых автомобилей и для оценки тягово-скоростных свойств существующих автомобилей.

Тягово-скоростные свойства автомобиля оцениваются с помощью уравнения его движения. Наиболее просто оценивать с помощью графика тягового баланса, который представляет собой XXXXXXXX характеристику автомобиля с нанесенными на XXXX ее кривыми сопротивления движения XXXX

Ординаты кривой суммарного движения автомобиля P_W + P_ψ определяют силу тяги P_k необходимую для равномерного движения с той или иной скоростью в заданных дорожных и нагрузочных условиях. Эта сила обеспечивается соответствующим регулированием подачи топлива или изменения передаточного числа трансмиссии.