3. Закономерности движения автомобиля по дороге

3.1. Движение автомобиля по дороге

Все элементы автомобильной дороги должны обеспечивать безопасное, скоростное движение автомобилей. Поэтому для грамотного проектирования автомобильных дорог нужно ясно представлять характер движения автомобиля по дороге, все факторы, влияющие на это движение.

Движущийся по дороге автомобиль находится в сложной системе перемещений:

• поступательное движение на прямых;

• вращение вокруг вертикальной оси при движении по закруглениям;

• колебания в продольном и поперечном направлениях, вызываемые неровностями на дорогах.

Фактический режим движения автомобиля по дороге определяется тремя факторами:

• динамическими качествами автомобиля;

• дорожными условиями, обеспечивающими возможность развивать ту или иную скорость;

• психофизиологическими особенностями водителей, выбирающих режим движения.

При проектировании элементов автомобильных дорог учесть все особенности движения автомобиля практически очень сложно. Поэтому в большинстве расчетов элементов плана и профиля дороги условно допускают, что автомобиль движется без колебаний по ровной, твердой недеформируемой поверхности.

Опишем упрощенно процесс движения автомобиля по дороге (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Упрощенная схема ходовой части автомобиля:

1 – двигатель; 2 – маховик; 3 – коробка перемены передач;4 – карданный вал;5 – главная передача (дифференциал);6– колесо автомобиля

Механическая энергия, вырабатываемая двигателем (1) через коробку перемены передач (КПП - 3), карданный вал (4) и дифференциал (5) передается в виде крутящих моментов (М_к) на ведущие колеса автомобиля (6). Такая сложная система передачи связана с необходимостью движения в различных режимах.

r_к

Рис. 3.2. Крутящий момент и силы, действующие на ведущее колесо автомобиля

Крутящий момент (М_к), приложенный к оси колеса (рис. 3.2), вызывает пару сил:

• Р_к – касательная или окружная сила, приложенная в плоскости контакта шины с поверхностью дороги;

• Р_р – тяговая сила, приложенная через ось колеса к раме автомобиля. Она является движущей силой и определяется зависимостью:

, (3.1)

где r_д – динамический радиус колеса (r_д = 0,95·r_к);r_к – радиус колеса.

В свою очередь крутящий момент на оси колеса может быть определен из выражения:

М_к = М_дв·i_о·i_к·, (3.2)

где М_дв – крутящий момент на валу двигателя; i_o – передаточное число главной передачи автомобиля; i_к – передаточное число в КПП;  – КПД силовой передачи.

При наличии крутящего момента на ведущих колесах, автомобиль трогается с места в том случае, если в зоне контакта колеса с покрытием будет достаточная величина сцепления.

3.2. Сцепление шины с покрытием дороги

Под сцеплением понимают адгезионно-механическое взаимодействие, возникающее в зоне контакта при движении эластичного колеса по поверхности дороги.

При этом адгезионное взаимодействие обусловлено действием межмолекулярных сил притяжения, возникающих при плотном контакте покрышки колеса и поверхности дороги.

Механическая или деформационная составляющая сцепления обусловлена внедрением выступов шероховатости покрытия в резину протектора и наличием объемной деформации резины.

Сцепление характеризуется величиной отношения максимального тягового усилия на колеса (Р_р) к вертикальной нагрузке (G_к), при превышении которого начинается пробуксовывание ведущего или проскальзывание заторможенного колеса. Эта величина называется коэффициентом сцепления ().

. (3.3)

Различают два значения коэффициента сцепления. Коэффициент продольного сцепления (₁), соответствующий началу пробуксовывания или проскальзывания колеса при отсутствии боковой силы. Коэффициент поперечного сцепления (₂) – это поперечная составляющая коэффициента сцепления, возникающая при движении на кривых, когда возникает так называемый увод колеса (рис. 3.3, б) и ведущее колесо, вращаясь, скользит в бок. След колеса в первом и во втором случае будет иметь различную форму (рис. 3.3, в).

Рис. 3.3. Форма зоны контакта колеса автомобиля при движении по прямой (в) и по кривой (г), 1 и 2 – траектория движения

Величина коэффициента сцепления зависит от типа покрытия и его состояния, режима торможения, рисунка протектора, давления в шинах и ряда других факторов. Основное влияние оказывает состояние покрытия. Так при скорости 60 км/ч величина коэффициента сцепления в зависимости от состояния покрытия имеет следующие значения (табл. 3.1).

Т а б л и ц а 3.1

Состояние покрытия	Значение 
Сухое шероховатое	0,7
Влажное	0,5
Мокрое	0,3–0,4
Грязное	0,2–0,3
Обледенелое	0,1–0,05

Сцепные качества покрытия оказывают существенное влияние на скорость и безопасность движения на дороге. Поэтому для контроля сцепных качеств введены нормативные показатели. Они должны быть: при сдаче в эксплуатацию 0,6–0,45; при эксплуатации дороги не ниже 0,35.