Тяговые характеристики автомобилей, внешние силы, действующие на автомобиль; уравнение движения автомобиля (динамический фактор).

Мощность автомобиля пропорциональна числу оборотов двигателя.

Наибольшая мощность нужна при трогании автомобиля с места и наборе скорости, поэтому двигатель должен иметь максимальное число оборотов. Основой характеристикой двигателя является график зависимости мощности N_e от числа оборотов n_g. Движение автомобиля возможно при достаточном сцеплении автомобиля с поверхностью дороги, то есть движущей силой является реакция автомобильной дороги на касательную силу тяги на ободе колеса. F_сц = G_сц · j, где G_сц – сцепной вес; j - коэффициент сцепления.F_к ³ G_сц j - если наоборот – пробуксовка. G_сц = 2/3 G – полный вес автомобиля. Коэффициент сцепления зависит от шероховатости, ровности, чистоты покрытия, жёсткости и износа шин, скорости движения.

Движущей силой автомобиля является реакция автомобильной дороги F_к на касательную силу тяги F¢_к, перенесённую из мгновенного центра вращения ( т. А) в центр вращения колеса (т. О). Сила реакции автомобильной дороги является неединственной: все внешние силы делятся на способствующие движению (тяга) и препятствующие (сопротивление). В зависимости от соотношения этих сил движение может быть ускоренным F_к > S W; замедленным F_к < S W, и равномерным F_к = S W.

Сопротивление качению вызывается на идеально ровном покрытии затратами энергии на преодоление деформации пневматических шин, а также упругие и пластические деформации дорожной одежды. Логично, что сопротивление качению складывается из соответствующих значений для каждого колеса автомобиля:

, где

(mg)_k[H] – доли силы тяжести, приходящиеся на отдельные колёса;

f_k [1] – соответствующие коэффициенты сопротивления качению

Обычно коэффициент сопротивления качению относят к общему весу автомобиля, то есть, считают, что:

Значения коэффициентов сопротивления качению варьируются в зависимости от материала и состояния поверхности покрытия. Для асфальтобетонных и цементобетонных покрытий f = 0,01 – 0,02; для грунтовой дороги с неровностями f = 0,15. Логично, что коэффициент сопротивления качению, и собственно, само сопротивление качению в реальных условиях является функцией ровности.

Сопротивление воздушной среды вызывается тремя причинами:

-давлением встречного воздуха на переднюю часть автомобиля;

-трением воздуха о боковую поверхность автомобиля;

-затратой мощности на преодоление сопротивления завихрений воздушных струй за автомобилем, вблизи колёс и под кузовом.

Согласно законам аэродинамики, сопротивление воздушной среды будет равным:

,

где c [1] – коэффициент сопротивления среды (безразмерная величина, зависящая от очертания и формы тела, а также от гладкости его поверхности);

ρ [кг/м³] – плотность воздуха;

cρ [кг/м³] – коэффициент сопротивления воздуха, определяемый экспериментально;

ω [м²] – площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению его движения;

V [м/с] – относительная скорость движения автомобиля и воздушной среды.

Сопротивление инерционных сил будем рассматривать в контексте тягового баланса исключительно как инерцию поступательного движения. Однако не стоит забывать о том, что на криволинейных участках в плане, инерционные силы будут определять уровень безопасности движения, но этот вопрос рассмотрим отдельно. Кроме того, часть мощности двигателя расходуется на преодоление инерции вращающихся частей, что должно быть учтено при оценке реальных динамических характеристик автомобиля. С учётом перечисленных ограничений, сопротивление инерционных сил будет выражаться соотношением:

, где

j =a/g[1] – относительное ускорение автомобиля;

 

a [м/с2] – поступательное ускорение автомобиля

m [кг] – масса автомобиля;

g [м/с²] – ускорение свободного падения

Сопротивление движению на подъём с уклоном i, определяется работой, совершаемой двигателем для перемещения автомобиля на единицу высоты. Если принять длину участка L, а превышение его конечной точки над начальной H, то, пренебрегая всеми остальными силами, действующими на автомобиль, работа двигателя будет равна:

A=mgH;

m[кг] – масса автомобиля;

g[м/с²] – ускорение свободного падения

Отнесём работу двигателя, по перемещению автомобиля на высотуH, к длине участка L, получим значение силы, необходимое для преодоления уклона i в каждой его точке:

 

Очевидно, если условие P_t ≥mgi не выполняется, то движение автомобиля становится невозможным. Иначе, пренебрегая всеми другими силами, действующими на автомобиль, можно определить допустимое значение продольного уклона из условия возможности движения расчётного автомобиля: i ≤P_t/mg

 

Сумма проекций на ось движения всех сил, действующих на автомо­биль, представляет собой уравнение движения, которое может быть выражено

F_к = P_f + P_w ± P_i ± P_j.

Подставляя значения сопротивлений, получим:

.

Это выражение представляет собой полное развернутое дифферен­циальное уравнение движения автомобиля. Левая часть уравнения называется динамическим фактором и яв­ляется основным измерителем для оценки тяговых качеств автомобиля. Динамический фактор — это удельная избыточная сила тяги, кото­рая может быть израсходована на преодоление дорожных сопротивле­ний. Поскольку сила тяги и сопротивление воздушной среды зависит при прочих равных условиях от скорости движения, т.е. от частоты вра­щения вала двигателя, динамический фактор тоже является функцией частоты вращения и может быть представлен для различных передаточ­ных чисел коробки передач в виде семейства кривых, каждая из которых соответствует определенному передаточному числу.