Сили, що діють на автомобіль під час руху

1. Опір дороги. Взаємодія автомобіля і дороги супроводжуються затратами енергії, які можна поділити на дві групи: затрати на підйом автомобіля при русі вгору та незворотні затрати на деформацію шин і самої дороги.

Сила опору підйому. Автошлях звичайно має багато підйомів та спусків. Крутизну підйому характеризують кутом або уклоном і, який являє собою відношення підвищення Н до бази В .

Розкладемо вагу автомобіля G на дві складові: , що паралельно дорозі та перпендикулярно їй.

Силу називають силою опору підйому і позначають Р_n.

Рисунок 4 – Сила опору підйому

На автошляхах з твердим покриттям кут підйому невеликий і не перевищує 4° – 5° . Для таких кутів можна допустити що доля уклону відповідає 35' кута . При цьому уклон

;

тоді

;

Потужність, що витрачається на подолання підйому з уклоном і:

;

При русі на спуску сила Р_П направлена в сторону руху і являється рушійною силою.

2. Сила опору коченя. Ця сила залежить від деформації шини і дороги, а також від тертя шин об покриття. Під час коченя колеса, між частинами шини в наслідок їх деформації виникає тертя і теплота, що виділяється – розсіюється та призводить до втрат енергії. Змінюючи деформацію шин при навантаженні вертикальною силою Р_z отримують залежність у вигляді кривої 0kl. При розвантаженні тим самим деформаціям відповідають менші значення навантажень (крива lm0). Площа петлі 0klm0 являє собою в масштабі роботу, пов’язану з незворотними втратами в шині (т.з. гістерезисом). При коченні колеса деформації в передній частині шини збільшуються, а в задній – зменшуються. Тому при однаковій деформації ділянка шини в передній частині навантажена зусиллям , а ділянка в задній частині – зусиллям . Таким чином елементарні нормальні реакції в передній частині контакту більші ніж в задній, а їх рівнодіюча - нормальна реакція дороги – зміщена відносно вертикального діаметра колеса вперед на величину .

Через зміщення точки прикладення виникає момент . Для врівноваження цього моменту необхідно прикласти до колеса однаковий, але протилежно направлений момент М, або до вісі веденого колеса – штовхаючи зусилля , що утворює разом з дотичною реакцію дороги пару сил.

а – гістерезисні втрати у шині; б – кочення колеса по твердій дорозі

Рисунок 5 – Опір коченню

З рівняння моментів сил відносно точки А отримуємо:

.

Відношення називають коефіцієнтом опору кочення і позначають літерою ;

коефіцієнт чисельно дорівнює відношенню сили, що викликає рівномірне кочення колеса до нормальної реакції дороги. Звідси сила опору кочення .

Момент опору кочення

.

Якщо не врахувати вплив динамічних навантажень, то реакція R_Z рівна базі G_K, що приходиться на 1 колесо, а сила опору кочення веденого колеса

.

Що стосується ведучих коліс, то термін „сила опору кочення” тут є умовним. Однак при русі автомобіля враховують витрати на кочення і ведучих коліс. Приймаючи коефіцієнт рівним для всіх коліс, отримуємо силу опору кочення всього автомобіля:

При швидкості до 10-15 м/с можна вважати постійним. У випадку збільшення швидкості росте, оскільки шина не встигає повністю розправитись в області контакту, внаслідок чого повертається не вся енергія, яка витрачена на деформацію шин. Окрім того, при підвищенні швидкості деформації росте внутрішнє тертя в покришці, що також викликає ріст коефіцієнту .

Для визначення в залежності від швидкості, користуються емпіричною формулою:

,

де – коефіцієнт при русі автомобіля з малою швидкістю;

– швидкість, м/с.