Прямолинейное движение автомобиля. Силы и моменты, действующие на автомобиль при прямолинейном движении, страница 2

Рисунок 2.1 - Воздействия на автомобиль при прямолинейном движении

При возникновении внешнего скольжения реакции  будут совершать работу. Однако эта работа будет отрицательной, так как реакции  в данном случае — это силы трения. Поэтому внешнее скольжение сопровождается дополнительными потерями, компенсация которых на тяговом режиме осуществляется за счет энергии двигателя, а на тормозном режиме — за счет кинетической энергии автомобиля.

2.2. Внешние воздействия на автомобиль

2.2.1. Сила тяжести автомобиля

Сила тяжести обусловлена массой автомобиля m_а. Вектор силы тяжести  приложен в центре масс автомобиля (точка С на рис. 2.1) и совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения :

.                                           (2.1)

Составляющую , параллельную поверхности дороги, называют силой сопротивления подъему и обозначают . Модуль этой силы

Р_i=G_asinα=m_agsinα.                             (2.2)

На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы α обычно не превышают 4-5°. Тогда sinα≈tgα=i, а модуль силы P_i вычисляют по формуле

|P_i|=m_agi.                                           (2.3)

Сила P_i стремится скатить автомобиль под уклон, поэтому ее называют также скатывающей силой, что соответствует ее физическому смыслу.

В дорожном строительстве величину i называют продольным уклоном, дороги.

При движении на спуске вектор силы  совпадает по направлению с вектором скорости , поэтому  становится движущей силой. В связи с этим угол α и уклон дороги i считают положительными при движении автомобиля на подъеме и отрицательными — на спуске.

Составляющая силы тяжести G_az=m_agcosα, направленная перпендикулярно поверхности дороги, непосредственного воздействия на движение автомобиля не оказывает, так как ее вектор перпендикулярен вектору скорости . Но она определяет нормальные реакции дороги и, следовательно, влияет ни сопротивление качению и сцепление колес с дорогой.

2.2.2. Сопротивление качению

Сопротивление качению автомобиля определяется суммарным моментом сопротивления качению всех его колес:

                     (2.4)

где f_i — коэффициент сопротивления качению i-гo колеса (зависит от режима качения); R_zi — нормальная реакция дороги на i-е колесо; r_кi — радиус качения i-гo колеса; n — количество колес автомобиля.

В соответствии с принятыми допущениями относительно модели прямолинейного движения автомобиля левые и правые колеса i-гo моста объединены в одно колесо. Поэтому R_zi представляет собой суммарную нормальную реакцию дороги на все колеса i-гo моста. Это же касается и параметров f_i и r_кi.

Сопротивление качению зависит от конструктивных параметров шин: количества слоев и расположения нитей корда, толщины и состояния протектора. Уменьшение количества слоев корда, толщины протектора, увеличение наружного диаметра шины, применение синтетических материалов с малыми гистерезисными потерями способствуют снижению сопротивления качению. С увеличением степени изношенности шины значение f_i уменьшается.

Так как все параметры формулы (2.4) переменные, это создает неудобства ее использования при проведении сравнительной оценки показателей тягово-скоростных свойств автомобиля. Поэтому обычно пользуются осредненным значением коэффициента сопротивления качению f, считая его одинаковым для всех колес автомобиля. Принимают также одинаковое значение радиуса качения для всех колес, равное r_к. Формула (2.4) в этом случае приводится к виду

                    (2.5)

где R_z — суммарная нормальная реакция дороги на колеса автомобиля.

Значение f в рассматриваемом случае выбирается из таблицы 1.1, полагая f=f₀, или вычисляется по формуле (1.5).

С учетом, что R_z=R_z1+R_z2=G_az=m_agcosα, момент сопротивления качению всех колес автомобиля

M_f=f_аr_кm_аgcosα.                                 (2.6)

При малых углах продольного уклона дороги cosα≈1, тогда

M_f=f_ar_кm_ag.                                         (2.7)

2.2.3. Сопротивление воздуха