Буксование ведущего колеса. Силы действующие на колесо автомобиля

При всей сложности управления автомобилем работа водителя сводится, в конечном счете, к регулированию трех параметров: скорости движения, необходимого для движения усилия и направления. А сложность управления возникает из-за разнообразия условий, в которых происходит движение, и множества вариантов сочетаний скорости, усилий и направления. В каждом из этих вариантов поведение автомобиля имеет свои особенности и подчиняется определенным законам механики, свод которых называют теорией автомобиля. Она учитывает и наличие среды движения, то есть поверхности, по которой катятся колеса, и воздушной среды.
Таким образом, эта теория охватывает два из трех звеньев интересующей нас системы «водитель - автомобиль - дорога». Но движение автомобиля возникает (и законы движения вступают в силу) только после того или иного, правильного или неправильного действия водителя. Увы, влиянием этого действия на поведение автомобиля мы иной раз пренебрегаем. Так, не всегда принимаем в расчет, исследуя разгон, что его интенсивность зависит, кроме характеристик машины и дороги, еще и от того, в какой степени водитель их учитывает, например сколько секунд он тратит на переключение передач. Подобных примеров можно привести множество.
Задача наших бесед - помочь водителю правильно Понимать и учитывать законы поведения автомобиля. Тем самым можно обеспечить, на научной основе, максимальное использование качеств автомобиля, заложенных в его технической характеристике, и безопасность движения при наименьших затратах энергии - механической (автомобиля), физической и психической (водителя).
Законы поведения автомобиля принято группировать вокруг следующих его качеств:
динамичности движения, то есть скоростных свойств;
проходимости, то есть способности преодолевать (или обходить) препятствия;
устойчивости и управляемости, то есть способности послушно идти по заданному водителем курсу;
плавности хода, то есть обеспечения благоприятной характеристики колебаний пассажиров и груза в кузове (не путать с плавностью работы двигателя и автоматической трансмиссии!);
экономичности, то есть способности совершать полезную транспортную работу при минимальном расходе топлива и других материалов.
Законы поведения автомобиля, относящиеся к разным группам, в большой мере взаимосвязаны. Если, например, некий автомобиль не обладает хорошими показателями плавности хода и устойчивости, то водителю трудно, а в иных условиях невозможно поддерживать нужную скорость, хотя бы и при высоких динамических показателях машины. Даже такие, казалось бы, второстепенные факторы, как акустические данные, влияют опять-таки на динамичность: многие водители предпочтут вялый разгон интенсивному, если последний у данной модели сопровождается сильным шумом двигателя и трансмиссии.
Между элементами системы «водитель - автомобиль - дорога» существуют связующие звенья. Между дорогой и водителем - это информация, воспринимаемая его зрением и слухом» Между водителем и автомобилем - органы управления, воздействующие на его механизмы, и обратная реакция, воспринимаемая мышцами, органами равновесия водителя и опять-таки зрением (приборы) и слухом. Между автомобилем и дорогой (средой) - поверхность контакта шин с дорогой (а также соприкасающаяся с воздухом поверхность кузова и других частей машины).

Взаимосвязь элементов системы «водитель - автомобиль - дорога».

Ограничим несколько круг рассматриваемых нами вопросов: будем считать, что водитель получает достаточную и правильную информацию, ничто не мешает ему быстро и точно обрабатывать ее и принимать верные решения. Тогда каждый закон поведения автомобиля подлежит рассмотрению по схеме: автомобиль движется в таких-то условиях - в местах контакта шин с дорогой и поверхности автомобиля с воздухом происходят такие-то явления - водитель действует, чтобы сохранить или изменить данный характер движения, - действия водителя передаются через органы управления механизмам автомобиля, а от них колесам - в местах контакта происходят новые явления - характер движения автомобиля сохраняется или изменяется.
Все это как будто хорошо известно автомобилистам, но не всегда и не все они одинаково трактуют те или иные понятия. А наука требует точности, строгости. Поэтому необходимо, прежде чем изучать поведение автомобиля в разных ситуациях, кое о чем напомнить и условиться. Таким образом, мы поговорим о том, чем располагает водитель, отправляясь в путь.
В первую очередь - о массе автомобиля. Нас будут интересовать только два его так называемых весовых состояния - «полная масса» и состояние, которое условно назовем ходовым. Массу называют полной, когда автомобиль - с водителем, пассажирами (по числу мест в кузове) и грузом, причем полностью заправлен топливом, смазкой и другими жидкостями, укомплектован запасным колесом и инструментом. Масса пассажира принимается равной 76 кг, багажа - по 10 кг на человека. При ходовом состоянии «на борту» находится водитель, но нет ни пассажиров, ни груза: то есть автомобиль может передвигаться, но не загружен. О «собственной» (без водителя и нагрузки) и тем более «сухой» массе (помимо того без топлива, смазки и т. д.) говорить не будем, так как в этих состояниях машина не может двигаться.
Большое влияние на поведение автомобиля оказывает распределение его массы по колесам, или его так называемая осевая нагрузка, и нагрузка, приходящаяся на каждое колесо и шину. У современных легковых автомобилей в ходовом состоянии на передние колеса приходится 45-60% массы, на задние - 55-40%. Первые числа относятся к автомобилям с задним расположением двигателя, вторые - к переднемоторным. С полной нагрузкой отношение меняется на примерно обратное (у «Запорожца», правда, незначительно). У грузовиков масса в ходовом состоянии распределяется между колесами почти поровну, полная же масса - в отношении около 1: 2, то есть задние колеса нагружены вдвое больше передних. Поэтому на них устанавливаются двойные скаты.
Вез источника энергии, как и без водителя, наш «Москвич» или ЗИЛ не мог бы двигаться. Только на спусках или после разгона автомобиль может пройти известный отрезок пути без помощи двигателя, расходуя накопленную энергию. У большей части автомобилей источником энергии служит двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Применительно к теории автомобиля водителю о нем необходимо знать сравнительно немного, а именно - что он дает для движения. Это мы выясним, рассмотрев скоростные характеристики. Кроме того, надо представлять себе, в каком количестве двигатель расходует топливо, то есть знать его экономическую, или топливную, характеристику.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ) двигателя показывает изменение мощности (Ne - в л.с. и кВт) и вращающего (крутящего) момента (Ме - в кГм), развиваемых при разных числах оборотов вала и при полном открытии дроссельной заслонки. В нижней части графика - экономическая характеристика: зависимость удельного расхода топлива (g - в Г/л. с.-час) от числа оборотов в минуту.

Скоростные характеристики - это графики изменения мощности и вращающего (крутящего) момента, развиваемых двигателем, в зависимости от числа оборотов его вала (скорости вращения) при полном или частичном открытии дроссельной заслонки (здесь речь идет о карбюраторном двигателе). Напомним, что момент характеризует усилие, которое может «предоставить» двигатель автомобилю и водителю для преодоления тех или иных сопротивлений, а мощность - это отношение усилия (работы) ко времени. Наиболее важна скоростная характеристика, снятая, как говорят, «на полном дросселе». Ее называют внешней. В ней существенны самые верхние точки кривых, соответствующие наибольшим мощности и вращающему моменту, каковые обычно и записывают в технические характеристики автомобилей и двигателей. Например, для двигателя ВАЗ-2101 «Жигули» - 62 л. с. (47 кВт) при 5600 об/мин и 8,9 кГм при 3400 об/мин.

Частичная скоростная характеристика двигателя показывает изменение мощности, развиваемой при различном открытии дроссельной заслонки карбюратора .
Как видим, число оборотов при наибольшем количестве «кГм» значительно меньше числа оборотов, соответствующих максимуму «л. с». Это значит, что если дроссельная заслонка карбюратора полностью открыта, то вращающий момент при сравнительно небольших мощности двигателя и скорости движения автомобиля будет наибольшим, а при уменьшении или увеличении числа оборотов величина момента снизится. Что в этом положении важно для автомобилиста? Важно, что пропорционально моменту изменяется и тяговое усилие на колесах автомобиля. При езде с дросселем, не полностью открытым (см. график), всегда можно увеличить мощность и момент, сильнее нажав на педаль акселератора.
Тут, забегая вперед, уместно подчеркнуть, что мощность, переданная к ведущим колесам, не может оказаться больше той, что получена от двигателя,какие бы устройства ни были применены в системе трансмиссии. Другое дело - вращающий момент, который можно изменять, вводя в трансмиссию пары шестерен с соответствующими передаточными числами.

Экономические характеристики двигателя при различном открытии дроссельной заслонки .

Экономическая характеристика двигателя отражает удельный расход топлива, то есть его расход в граммах на одну лошадиную силу (или один киловатт) в час. Эта характеристика, как и скоростная, может быть построена для работы двигателя при полной или частичной нагрузках. Особенность двигателя такова, что при уменьшении открытия дросселя приходится расходовать больше топлива на получение каждой единицы мощности.
Описание характеристик двигателя приведено здесь несколько упрощенно, но оно достаточно для практической оценки динамических и экономических показателей автомобиля.

Потери на работу механизмов трансмиссии. Здесь Ne и Ме - мощность и вращающий момент двигателя, NK и Мк - мощность и вращающий момент, подведенные к ведущим колесам .

Не вся энергия, получаемая от двигателя, используется непосредственно для движения автомобиля. Есть еще и «накладной расход» - на работу механизмов трансмиссии. Чем меньше этот расход, тем выше коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссии, обозначаемый греческой буквой η (эта). КПД - это отношение мощности, переданной на ведущие колеса, к мощности двигателя, измеренной на его маховике и записанной в техническую характеристику данной модели.
Механизмы не только передают энергию от двигателя, но и сами частично расходуют ее - на трение (пробуксовку) дисков сцепления, трение зубьев шестерен, а также в подшипниках и карданных сочленениях и на взбалтывание масла (в картерах коробки передач, ведущего моста). От трения и взбалтывания масла механическая энергия превращается в тепловую и рассеивается. Этот «накладной расход» непостоянен - он увеличивается, когда в работу включается дополнительная пара шестерен, когда карданные шарниры работают под большим углом, когда масло очень вязкое (в холодную погоду), когда на повороте активно работают шестерни дифференциала (при движении по прямой их работа невелика).
КПД трансмиссии равен приблизительно:
- для легковых автомобилей 0,91-0,97,
для грузовых - 0,85 0,89.
При движении на повороте эти величины ухудшаются, то есть снижаются, на 1-2%. при езде по очень неровной дороге (работа карданов) - еще на 1-2%. в холодную погоду - еще на 1-2%, при движении на низших передачах - еще примерно на 2 %. Так что, если все эти условия движения наступают одновременно, «накладной расход» увеличивается почти вдвое, и значение КПД может снизиться у легкового автомобиля до 0,83-0,88, у грузового - до 0,77-0,84.

Схема основных размеров колеса и шины .

Перечень того, что дано в распоряжение водителя для выполнения определенной транспортной работы, завершают колеса. От характеристики колеса зависят все качества автомобиля: динамичность, экономика, плавность хода, устойчивость, безопасность движения. Говоря о колесе, мы имеем в виду прежде всего его главный элемент - шину.
Основную нагрузку от массы автомобиля воспринимает воздух, находящийся в камере шины. На единицу количества воздуха должно приходиться определенное, всегда одинаковое количество килограммов нагрузки. Другими словами, отношение нагрузки, приходящейся на колесо, к количеству сжатого воздуха в камере шины должно быть постоянным. На основе этого положения и с учетом жесткости шины, действия центробежной силы при вращении колеса и т. д. найдена примерная зависимость между размерами шины, внутренним давлением р в ней и приходящейся на шину допустимой нагрузкой G k -

где Ш - коэффициент удельной грузоподъемности шины.
Для радиальных шин коэффициент Ш равен - 4,25; для грузовых большего размера - 4. Для шин с метрическими обозначениями величина Ш составляет соответственно 0,00775; 0,007; 0,0065 и 0,006. Размеры шин вписывают в уравнение такими, как они фиксированы в ГОСТах на шины - в дюймах или миллиметрах.
Следует обратить внимание на то, что размер диаметра обода входит в наше уравнение в первой степени, а размер (диаметр) сечения профиля - в третьей, то есть в кубе. Отсюда вывод: решающее значение для грузоподъемности шины имеет сечение профиля, а не диаметр обода. Подтверждением может служить и такое наблюдение: записанные в ГОСТе величины допустимой нагрузки на шину почти пропорциональны квадрату размера сечения.
Из размеров шины нас будет особо интересовать радиус r к качения колеса, причем так называемый динамический, то есть замеренный при движении автомобиля, когда этот радиус увеличивается, по сравнению со статическим радиусом колеса с шиной, от ее нагрева и от действия центробежной силы. Для дальнейших расчетов можно принять r к равным половине диаметра шины, приведенного в ГОСТе.
Подведем итог. Водителю даны: автомобиль с определенной массой, которая распределяется на передние и задние колеса; двигатель с известной характеристикой мощности, вращающего момента и оборотов; трансмиссия с известными коэффициентом полезного действия и передаточными числами; наконец, колеса с шинами определенных размеров, грузоподъемности и внутреннего давления.
Задача водителя - в том, чтобы использовать все это богатство наивыгоднейшим образом: достигнуть цели поездки быстрей, безопасней, с наименьшими расходами, с наибольшими удобствами для пассажиров и сохранностью груза.

Равномерное движение

Вряд ли водитель будет на ходу проводить расчеты, почерпнутые из этих простых формул. Для расчетов не хватит времени, да они только отвлекут внимание от управления машиной. Нет, он будет действовать на основе своего опыта и знаний. Но все-таки лучше, если к ним добавится хотя бы общее понимание физических законов, которым подчиняются процессы работы автомобиля.

Силы, действующие на колесо :
G k - вертикальная нагрузка;
М k - вращающий момент, приложенный к колесу;
Р k - тяговое усилие;
R в - вертикальная реакция;
R г - горизонтальная реакция.

Возьмем самый, казалось бы, простой процесс - равномерное движение по прямой и ровной дороге. Тут на ведущее колесо действуют: вращающий момент М k , переданный от двигателя и создающий тяговую силу Р k ; равная последней горизонтальная реакция R k , действующая в обратном направлении, то есть по ходу автомобиля; сила тяжести (масса), соответствующая нагрузке G k на колесо, и равная ей вертикальная реакция R в.
Тяговую силу Р k можно вычислить, разделив вращающий момент, подведенный к ведущим колесам, на их радиус качения. Напомним, что поступающий от двигателя к колесам вращающий момент коробка и главная передача увеличивают в несколько раз соответственно своим передаточным числам. А поскольку в трансмиссии неизбежны потери, то величину этого возросшего момента надо умножить на коэффициент полезного действия трансмиссии.

Значения коэффициента сцепления (φ) Для асфальтового покрытия при разном его состоянии .

В каждое отдельно взятое мгновение ближайшие к дороге точки в зоне контакта колеса с дорогой неподвижны относительно нее. Если бы они перемещались относительно поверхности дороги, то колесо буксовало бы, а автомобиль не двигался. Чтобы точки контакта колеса с дорогой были неподвижными (напомним - в каждое отдельно взятое мгновение!), требуется хорошее сцепление шины с поверхностью дороги, оцениваемое коэффициентом сцепления φ («фи»). На мокрой дороге с увеличением скорости сцепление резко уменьшается, так как шина не успевает выдавливать воду, находящуюся в области контакта ее с дорогой, и остающаяся пленка влаги облегчает скольжение шины.
Но вернемся к тяговой силе Р k . Она представляет собой воздействие ведущих колес на дорогу, на что дорога отвечает равной по величине и противоположной по направлению силой реакции R r . Прочность контакта (то есть сцепления) колеса с дорогой, а значит, и величина реакции R r , пропорциональна (школьный курс физики) силе G k (а это часть массы машины, приходящаяся на колесо), прижимающей колесо « дороге. И тогда максимально возможное значение R r будет равно произведению φ и приходящейся на ведущее колесо части массы автомобиля (то есть G k). φ - коэффициент сцепления, знакомство с которым состоялось только что.
И теперь мы можем сделать несложный вывод: если тяговая сила Р k будет меньше реакции R r или, в крайнем случае, равна ей, то колесо буксовать не станет. Если же эта сила окажется больше реакции, то наступит пробуксовка.
На первый взгляд кажется, что коэффициент сцепления и коэффициент трения - понятия равнозначные. Для дорог с твердым покрытием такой вывод довольно близок к действительности. На мягком же грунте (глина, песок, снег) картина иная, и буксование наступает не от недостатка трения, а от разрушения колесом слоя почвы, находящегося с ним в контакте.
Возвратимся, однако, на твердую почву. Когда колесо катится по дороге, оно испытывает сопротивление движению. За счет чего?
Дело в том, что шина деформируется. При перекатывании колеса к точке контакта все время подходят сжатые элементы шины, а отходят - растянутые. Взаимное перемещение частиц резины вызывает трение между ними. Деформация шиной грунта тоже требует затрат энергии.
Практика показывает, что сопротивление качению должно возрастать с понижением давления в шине (увеличиваются ее деформации), с увеличением окружной скорости шины (ее растягивают центробежные силы), а также на неровной или шероховатой поверхности дороги и при наличии крупных выступов и углублений протектора.
Это на твердой дороге. А мягкую или не очень твердую, даже размягченный от жары асфальт, шина проминает, и на это тоже затрачивается часть тяговой силы.

Коэффициент сопротивления качению на асфальте увеличивается с возрастанием скорости и с понижением давления в шинах .

Сопротивление качению колеса оценивают коэффициентом f. Его величина растет с повышением скорости движения, понижением давления в шинах и с увеличением неровности дороги. Так, на булыжнике или гравийном шоссе для преодоления сопротивления качению нужна в полтора раза большая сила, чем,на асфальте, а на проселке - в два раза, на песке - в десять раз большая!
Силу P f сопротивления качению автомобиля (на определенной скорости) подсчитывают несколько упрощенно, как произведение полной массы автомобиля и коэффициента f сопротивления качению.
Может показаться, что силы сцепления Р φ и сопротивления качению Р f тождественны. Далее читатель убедится, что между ними есть различия.
Чтобы автомобиль двигался, тяговая сила должна быть, с одной стороны, меньше силы сцепления колес с грунтом или, в крайнем случае, равна ей, а с другой - больше силы сопротивления движению (которая при езде с невысокой скоростью, когда сопротивление воздуха незначительно, можно считать равной силе сопротивления качению) или же равна ей.
В зависимости от скорости вращения вала двигателя и открытия дроссельной заслонки вращающий момент двигателя изменяется. Почти всегда можно найти такое сочетание значений вращающего момента двигателя (соответствующим нажимом на акселератор) и выбора передач в коробке, чтобы постоянно быть в рамках только что названных условий движения автомобиля.
Для умеренно быстрого движения по асфальту (как следует из таблицы) необходима значительно меньшая тяговая сила, чем та, какую автомобили способны развить даже на высшей передаче. Поэтому ехать нужно с полуприкрытой дроссельной заслонкой. В этих условиях машины, как говорят, обладают большим запасом тяги. Этот запас необходим для разгона, обгона, преодоления подъемов.
На асфальте, если он сухой, сила сцепления, за редким исключением, больше тяговой силы на любой передаче в трансмиссии. Если же он мокрый или обледенелый, то движение на пониженных передачах (и троганье с места) без буксования возможно только при неполном открытии дроссельной заслонки, то есть со сравнительно небольшим моментом двигателя.

График мощностного баланса. Точки пересечения кривых соответствуют наибольшим скоростям на ровной дороге (справа) и на подъеме (левая точка) .

Каждый водитель, каждый конструктор хочет знать возможности данного автомобиля. Самые точные сведения дают, конечно, тщательные испытания в различных условиях. При знании законов движения автомобиля удовлетворительно точные ответы можно получить и расчетным путем. Для этого нужно иметь: внешнюю характеристику двигателя, данные о передаточных числах в трансмиссии, массе автомобиля и ее распределении, лобовой площади и, приблизительно, о форме автомобиля, размерах шин и внутреннем давлении в них. Зная эти параметры, мы сможем определить статьи расхода мощности и построить график так называемого баланса мощности.
Во-первых, наносим шкалу скорости движения, совмещая соответственные значения числа оборотов n e вала двигателя и скорости V a , для чего пользуемся специальной формулой.
Во-вторых, вычитая графически (отмеряя вниз по вертикали соответствующие отрезки) из кривой внешней характеристики потери мощности (0,lN e), получим другую кривую, показывающую мощность N k , подводимую к колесам (КПД трансмиссии мы приняли равным 0,9).
Теперь можно построить кривые расхода мощности. Отложим от горизонтальной оси графика отрезки, соответствующие расходу мощности N f на сопротивление качению. Подсчитываем их по уравнению:

Через полученные точки проводим кривую N f . Откладываем вверх от нее отрезки, соответствующие расходу мощности N w на сопротивление воздуха. Их величину подсчитываем, в свою очередь, по такому уравнению:

где F - лобовая площадь автомобиля в m 2 , К - коэффициент сопротивления воздуха.
Отметим, что багаж на крыше увеличивает сопротивление воздуха в 2 - 2,5 раза, прицепная дача - в 4 раза.
Отрезки между кривыми N w и N k характеризуют так называемую избыточную мощность, запас которой может быть использован на преодоление прочих сопротивлений. Точка пересечения этих кривых (крайняя справа) соответствует наибольшей скорости, которую способен развить автомобиль на горизонтальной дороге.
Изменяя коэффициенты или масштабы шкал скорости (в зависимости от передаточных чисел), можно построить графики баланса мощности для движения по дорогам с разными покрытиями и на разных передачах.
Далее, если отложим вверх от кривой N w отрезки, соответствующие, например, мощности, которую нужно израсходовать на преодоление определенного подъема, то получим новую кривую и новую точку пересечения. Эта точка соответствует наибольшей скорости, с которой без разгона может быть взят данный подъем.

На подъеме растет нагрузка, приходящаяся на колеса. Пунктиром показана (в масштабе) ее величина при горизонтальной дороге, черными стрелками - при движении на подъем :
α - угол подъема;
Н - высота подъема;
S - длина подъема.

Тут нужно учитывать, что на подъемах к силам, противодействующим движению автомобиля, добавляется сила его тяжести. Чтобы автомобиль мог двигаться на подъем, угол которого обозначим буквой α («альфа»), тяговая сила должна быть не меньше сил сопротивления качению и подъему, вместе взятых.
Автомобилю «Жигули», например, на ровном асфальте приходится преодолевать сопротивление качению примерно 25 кгс, ГАЗ-53А - около 85 кгс. Значит, им для преодоления подъема на высшей передаче со скоростью соответственно 88 или 56 км/ч (то есть при наибольшем моменте двигателя), с учетом сил сопротивления воздуха около 35 и 70 кгс, остается сила тяги около 70 и 235 кгс. Разделим эти значения на величины полной массы автомобилей и получим уклоны 5 - 5,5 и 3 - 3,5%. На третьей передаче (тут скорость меньше, и сопротивлением воздуха можно пренебречь) наибольший угол преодолеваемого подъема составит около 12 и 7%, на второй - 20 и 15%, на первой - 33 и 33%.
Подсчитайте однажды и запомните значения подъемов, посильных вашему автомобилю! Кстати, если он снабжен тахометром, то запомните также число оборотов, соответствующее наибольшему моменту - оно записано в технической характеристике автомобиля.
Силы сцепления колес с дорогой на подъеме и на ровной дороге различны. На подъеме происходит разгрузка передних колес и дополнительное нагружение задних. Сила сцепления задних ведущих колес увеличивается, и их буксование становится менее вероятным. У машин с передними ведущими колесами сила сцепления при движении на подъем уменьшается, и вероятность их буксования выше.
Перед подъемом выгодно дать автомобилю разгон, накопить энергию, которая даст возможность взять подъем без существенного снижения скорости и, может быть, также без перехода на низшую передачу.

Влияние передаточного числа главной передачи на скорость и запас мощности

Следует подчеркнуть, что на динамику автомобиля оказывают большое влияние и передаточные числа трансмиссии, и количество передач в коробке. Из графика, на котором отложены кривые мощности двигателя (соответственно смещенные в зависимости от разных передаточных чисел главной передачи) и кривая сопротивлений, видно, что с изменением передаточного числа наибольшая скорость меняется лишь незначительно, зато запас мощности с его увеличением резко возрастает. Это, конечно, не значит, что передаточное число можно повышать до бесконечности. Чрезмерное его увеличение ведет к заметному снижению скорости автомобиля, (штриховая линия), износу двигателя и трансмиссии, перерасходу топлива.
Существуют более точные, чем описанные нами, методы расчета (динамическая характеристика, предложенная академиком Е. А. Чудаковым, и другие), но пользование ими - дело довольно сложное. Вместе с тем есть и вовсе простые приблизительные методы расчета.

При равномерном движении ускорения нет, следовательно, динамический фактор по тяге D равен коэффициенту суммарного сопротивления дороги ψ, то есть D = ψ = f к + i.

То есть, пользуясь динамической характеристикой при известном коэффициенте сопротивления качению колес f к можно найти величину преодолеваемого подъема i при равномерном движении автомобиля с полной нагрузкой.

Согласно задания ψ = 0,082, при движении по дороге V категории принимаем f к = 0,03 .

Тогда для равномерного движения величина предельного угла подъема:

α max = arctg (D max – f к), град.

Вычисления по данной формуле проводятся без учёта действия на автомобиль силы аэродинамического сопротивления, поскольку при преодолении максимально возможных подъёмов скорость движения автомобиля не велика.

Движение без буксования возможно при соблюдении условия:

D с = a ∙ φ х ∙ cos α max /(L-Hд ∙ (φ х+ f к)) ≥ D max .

D с - динамический фактор по сцеплению

а- расстояние от центра масс до задней оси автомобиля

α max - предельный угол преодолеваемого подъема

L- колесная база автомобиля (т.к. колёсная формула КамАЗа 6*4, то за L принимаю расстояние от передней оси до оси балансира)

Hд- высота центра тяжести

f к – коэффициент сопротивления качению

Hд =1/3* hд, где hд- габаритная высота

а= m 2/ m a * L , где m 2 -вес автомобиля приходящийся на заднюю ось (заднюю тележку), m a -полный вес автомобиля.

Согласно заданию коэффициент сцепления колес с дорогой φ х = 0,2 .Для автомобиля КамАЗ:

a=125000/19350*3,85=2,48м

Hд=1/3*2,960=0,99

D с = 2,48*0,2*cos 25°/(3,85-0,99*(0,2+0,03)) = 0,124< D max = 0,489.

Для автомобиля Mercedes:

A=115000/200000*4.2=2,42м

Hд=1/3*2,938=0,98м

D с = 2,42*0,2* cos 22°/(4.2-0,98(0,2+0,03)) = 0,113

Обратившись к динамическому паспорту автомобиля, увидим, что поскольку D сц

Вывод: При заданном значении φ х = 0,2 на дороге с предельными углами подъема и полной нагрузке автомобили двигаются с пробуксовкой ведущих колес.

Расчет в данной курсовой работе предельных углов преодолеваемых подъемов автомобиля позволяет сделать вывод, что величина этих углов зависит, прежде всего, от трех факторов: массы автомобиля, величины тяговой силы и величины коэффициента сопротивления качению колес.

10. Определение предельной силы тяги на крюке на всех передачах и проверка возможности движения при условии буксования по дороге ψ = 0,11 и φ х =0,6 , определение низшей передачи на котрой автомобиль будет двигаться без буксования на указанной дороге.

Сила тяги на крюке характеризует способность автомобиля к буксировке прицепных звеньев. Величина предельной силы тяги на крюке автомобиля определяется по формуле:

где – предельная сила тяги на крюке, Н;

– максимальная тяговая сила на передаче, Н;

– сила сопротивления воздуха, соответствующая режиму движения с максимальной тяговой силой, Н;

– сила общего дорожного сопротивления, Н.

Для проверки возможности движения автомобиля по условию буксования необходимо определить силу сцепления ведущих колёс с дорогой и сравнить полученное значение с предельным значением силы тяги на крюке для каждой передачи.

P т.сц = m 2 ∙ L∙ φ х /(a-Hд ∙ (φ х+ f к))- сила тяги по сцеплению.

Пример расчета для автомобиля КамАЗ:

1 передача:

84,147кН; =0,007кН; =28,5кН.

84,147-0,007-28,5=55,64кН

2 передача:

43,365кН; =0,0254кН; = 28,5кН.

43,365-0,0254-28,5=14,84кН

3 передача:

35,402кН; =0,0382кН; = 28,5кН.

35,402-0,0382-28,5=6,86кН

P т.сц =125000*3,85*0,6/(2,48-0,98*(0,6+0,02))=151,1кН

Пример расчета для автомобиля MERCEDES:

1 передача:

97,823кН; =0,005кН; =29,43кН.

97,823-0,005-29,43=68,388кН

2 передача:

55,59кН; =0,0169кН; = 29,43кН.

55,59кН -0,0169-29,43=26,14кН

3 передача:

33,491кН; =0,0464кН; = 29,43кН.

33,491-0,0464-29,43=4,01кН

P т.сц =115000*4,2*0,6/(2,42-0,98*(0,6+0,02))=159,9кН

На основании того, что на любых передачах ,то можно сказать, что при движении автомобиля не наблюдается проскальзывание ведущих колес.

Сравнительная таблица полученных оценочных параметров тягово-скоростных свойств, заключения.

Вывод: В данном разделе было произведено исследование тягово-скоростных свойств двух автомобилей практически одинаковой мощностью.

Несмотря на то, что двигатель MERCEDES обладает одинаковой мощностью, а сам автомобиль MERCEDES, в целом, тяжелее, высокий момент на средних оборотах и повышенное передаточное число трансмиссии позволяют ему превзойти автомобиль КамАЗ по тяговым свойствам и развиваемому усилию на крюке. У автомобиля КамАЗ больше максимальная скорость, усорение.

В свою очередь, автомобиль, MERCEDES способен преодолевать более крутые подъемы, что делает его незаменимым на труднопроходимых участках.

Для того чтобы неподвижный автомобиль привести в движение, одной силы тяги недостаточно. Необходимо еще трение между колесами и дорогой. Иначе говоря, автомобиль может двигаться лишь при условии сцепления ведущих колес с поверхностью дороги. В свою очередь, сила сцепления зависит от сцепного веса автомобиля Gv, т. е. вертикальной нагрузки на ведущие колеса. Чем больше вертикальная нагрузка, тем больше сила сцепления:

где Pсц -- сила сцепления колес с дорогой, кгс; Ф -- коэффициент сцепления; GK -- сцепной вес, кгс. Условие движения без буксования колес

Рk < Рсц,

т. е. если тяговая сила меньше силы сцепления, то ведущее колесо катится без буксования. Если же к ведущим колесам приложена тяговая сила, большая, чем сила сцепления, то автомобиль может двигаться только с пробуксовкой ведущих колес.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покрытия. На дорогах с твердым покрытием величина коэффициента сцепления обусловлена главным образом трением скольжения между шиной и дорогой и взаимодействием частиц протектора и мнкронеровностей покрытия. При смачивании твердого покрытия коэффициент сцепления уменьшается весьма заметно, что объясняется образованием пленки из слоя частиц грунта и воды. Пленка разделяет трущиеся поверхности, ослабляя взаимодействие шины и покрытия и уменьшая коэффициент сцепления. При скольжении шины по дороге в зоне контакта возможно образование элементарных гидродинамических клиньев, вызывающих приподнимание элементов шины над микровыступами покрытия. Непосредственный контакт шины и дороги в этих местах заменяется жидкостным трением, при котором коэффициент сцепления минимален.

На деформируемых дорогах коэффициент сцепления зависит от сопротивления грунта срезу и величины внутреннего трения в грунте. Выступы протектора ведущего колеса, погружаясь в грунт, деформируют и уплотняют его, что вызывает увеличение сопротивления срезу. Однако после некоторого предела начинается разрушение грунта, и коэффициент сцепления уменьшается.

На величину коэффициента сцепления влияет также рисунок протектора шины. Шины легковых автомобилей имеют протектор с мелким рисунком, обеспечивающим хорошее сцепление на твердых покрытиях. Шины грузовых автомобилей имеют крупный рисунок протектора с широкими и высокими выступами-грунтозацепа-ми. Во время движения грунтозацепы врезаются в грунт, улучшая проходимость автомобиля. Истирание выступов в процессе эксплуатации ухудшает сцепление шины с дорогой.

При увеличении внутреннего давления в шине коэффициент сцепления вначале увеличивается, а затем уменьшается. Максимальное значение коэффициента сцепления соответствует примерно величине давления, рекомендуемого для данной шины.

При полном скольжении шины по дороге (буксование ведущих колес или юз тормозящих колес) величина ф может быть на 10 -- 25% меньше максимальной. Коэффициент поперечного сцепления зависит от тех же факторов, и его обычно принимают равным 0,7Ф. Средние значения коэффициента сцепления колеблются в широких пределах от 0,1 (обледенелое покрытие) до 0,8 (сухое асфальте- и цементобетонное покрытие).

Сцепление шин с дорогой имеет первостепенное значение для безопасности движения, так как оно ограничивает возможность интенсивного торможения и устойчивого движения автомобиля без поперечного скольжения.

Недостаточная величина коэффициента сцепления является причиной в среднем 16%, а в неблагоприятные периоды года -- до 70% дорожно-транспортных происшествий от общего их числа. Международной комиссией по борьбе со скользкостью дорожных покрытий установлено, что величина коэффициента сцепления по условиям безопасности движения не должна быть меньше 0,4.

Силы, действующие на автомобиль

Торможение автомобиля

Устойчивость автомобиля

Управляемость автомобиля

Проходимость автомобиля

Автомобиль перемещается с определенной скоростью в результате действия на него движущих сил и сил, оказывающих сопротивление движению (рис. 1).

К силам, препятствующим движению автомобиля, относятся: силы сопротивления качению Рf , сопротивле­ние, создаваемое подъемом дороги Рa , сопротивление воздуха Pw , сопротивление сил инерции Рj . Для преодо­ления этих сил автомобиль оснащен источником энер­гии - двигателем. Возникающий в результате работы двигателя крутящий момент передается через силовую передачу и полуоси на ведущие колеса автомобиля. Их вращению препятствует сила трения, которая появляет­ся между колесами и поверхностью дороги.

Во время вращения ведущие колеса создают окруж­ные силы, которые действуют на дорогу, стремясь как бы оттолкнуть ее назад. Дорога, в свою очередь, ока­зывает равное противодействие (касательную реакцию) на колеса, что и вызывает движение автомобиля.

Силу, которая приводит автомобиль в движение, на­зывают силой тяги и обозначают Ph. Связь между этими величинами или предельное условие движения автомо­биля, при котором обеспечивается равновесие между силой тяги и силами сопротивления движения, можно выразить формулой

Pk = Pf±Pa+Pw + Pj.

Это уравнение называется уравнением тягового ба­ланса и позволяет установить, как тяговая сила распре­деляется по различным видам сопротивлений.

Сопротивление дороги

Сопротивление качению шины по дороге является следствием затрат энергии на гистерезисные (внутрен­ние) потери в шине и на образование колеи (внешние) потери. Кроме того, часть энергии теряется в результате поверхностного трения шин о дорогу, сопротивления в подшипниках ступиц ведомых колес и сопротивления воздуха ьращению колес. Ввиду сложности учета всех факторов сопротивление качению колес автомобиля оце­нивают по суммарным затратам, считая силу сопротив­ления качению внешней по отношению к автомобилю. При качении эластичного колеса по твердой дороге внешние потери незначительны. Слои нижней части ши­ны то сжимаются, то растягиваются. Между отдельны­ми частицами шины возникает трение, выделяется теп­ло, которое рассеивается, и работа, затрачиваемая на деформацию шины, не возвращается полностью при по­следующем восстановлении формы шины. При качении эластичного колеса деформации в передней части шины возрастают, а в задней - уменьшаются.

Когда жесткое колесо катится по мягкой деформи­руемой дороге (грунт, снег), потери на деформацию ши­ны практически отсутствуют и энергия затрачивается лишь на деформацию дороги. Колесо врезается в грунт, выдавливает его в сторону, спрессовывая отдельные частицы, образуя колею.

Когда же деформируемое колесо катится по мягкой дороге, энергия затрачивается на преодоление как внут­ренних, так и внешних потерь.

При качении упругого колеса по мягкой дороге де­формация его меньше, чем при качении по твердой до­роге, а деформация грунта меньше, чем при качении жесткого по тому же грунту.

Величина силы сопротивления качению может быть определена из формулы

Pf = Gf cos a,

Pf - сила сопротивления качению;

G - вес автомобиля;

а - угол, характеризующий крутизну подъема или спуска;

f - коэффициент сопротивления качению, кото­рый учитывает действие сил деформации шин и покрытия, а также трение между ними в различных дорожных условиях.

Величина коэффициента сопротивления качению ко­леблется от 0,012 (асфальтобетонное покрытие) до 0,3 (сухой песок).

Рис. 1. Силы, действующие на движущийся автомобиль

Сопротивление подъему. Автомобильные дороги со­стоят из чередующихся между собой подъемов и спусков и крайне редко имеют горизонтальные участки боль­шой длины. Крутизну подъема характеризуют величи­ной угла а (в градусах) или величиной уклона дороги t, представляющей собой отношение превышения Н к за­ложению В (см. рис. 1):

i=H/B = tg a.

Вес автомобиля G, движущегося на подъеме, можно разложить на две-составляющие силы: G sina, направ­ленную параллельно дороге, и Gcosa, перпендикулярную к дороге. Силу G sin a называют силой сопротивления подъему и обозначают Ра.

На автомобильных дорогах с твердым покрытием уг­лы подъема невелики и не превышают 4 - 5°. Для таких малых углов можно считать

i = tg a ~ sin а, тогда Ра - G sin а = Gi.

При движении на спуске сила Ра имеет противопо­ложное направление и действует как движущая сила. Угол а и уклон i считают положительными на подъе­ме и отрицательными при движении на спуске.

У современных автомобильных дорог нет четко вы­раженных участков с постоянным уклоном; их продоль­ный профиль имеет плавные очертания. На таких доро­гах уклон и сила Р непрерывно меняются в процессе движения автомобиля.

Сопротивление неровностей. Ни одно дорожное по­крытие не является абсолютно ровным. Даже новые цементобетонные и асфальтобетонные покрытия имеют неровности высотой до 1 см. Под действием динамиче­ских нагрузок неровности быстро увеличиваются, умень­шая скорость автомобиля, сокращая срок его службы и увеличивая расход топлива. Неровности создают до­полнительное сопротивление движению.

При попадании колеса в длинную впадину оно уда­ряется о ее дно и подбрасывается вверх. После сильно­го удара колесо может отделиться от покрытия и снова удариться (уже с меньшей высоты), совершая затухаю­щие колебания. Переезд через короткие впадины и вы­ступы сопряжен с дополнительной деформацией шины под действием силы, возникающей при ударе о выступ неровности. Таким образом, движение автомобиля по неровностям дороги сопровождается непрерывными уда­рами колес и колебаниями осей и кузова. В результате происходит дополнительное рассеивание энергии в шине и деталях подвески, достигающее иногда значительных величин.

Дополнительное сопротивление, вызываемое неров­костями дороги, учитывают, условно увеличивая коэф­фициент сопротивления качению.

Величины коэффициента сопротивления качению f и уклона i в совокупности характеризуют качество дороги. Поэтому часто говорят о силе сопротивления дороги Р, равной сумме сил Рf и Ра:

Р = Pf -f Ра = G (f cos а -f sin а) ~G (f + i).

Выражение, стоящее в скобках, называют коэффи­циентом сопротивления дороги и обозначают буквой Ф. Тогда сила сопротивления дороги

Р = G (f cos a -f sin а) = G ф.

Сопротивление воздуха. При движении автомобиля на него оказывает сопротивление и воздушная среда. Затраты мощности на преодоление сопротивления воз­духа складываются из следующих величин:

Лобового сопротивления, появляющегося в резуль­тате разности давлений спереди и сзади движущегося автомобиля (около 55 - 60% всего сопротивления воз­духа);

Сопротивления, создаваемого выступающими час­тями: подножками, крыльями, номерным знаком (12 - 18%);

Сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10-15%);

Трения наружных поверхностей о близлежащие слои воздуха (8 - 10%);

Сопротивления, вызванного разностью давлений сверху и снизу автомобиля (5 - 8%).

При увеличении скорости движения увеличивается и сопротивление воздуха.

Прицепы вызывают увеличение силы сопротивления воздуха вследствие значительного завихрения воздуш­ных потоков между тягачом и прицепом, а также из-за увеличения наружной поверхности трения. В среднем можно принять, что применение каждого прицепа уве­личивает это сопротивление на 25% по сравнению с одиночным автомобилем.

Сила инерции

Кроме сил сопротивления дороги и воздуха влияние на движение автомобиля оказывают силы инерции Р). Всякое изменение скорости движения сопровождается преодолением силы инерции, и ее величина тем больше, чем больше обитая м,аееа автомобиля:

Время равномерного движения автомобиля обычно мало по сравнению с общим временем его работы. Так, например, при работе в городах автомобили движутся равномерно 15 - 25% времени. От 30% до 45% времени занимает ускоренное движение автомобиля и 30 - 40% - движение накатом и торможение. При трогании с мес­та и увеличении скорости автомобиль движется с уско­рением - его скорость при этом неравномерна. Чем быстрее автомобиль увеличивает скорость, тем больше ускорение автомобиля. Ускорение показывает, как за каждую секунду возрастает скорость автомобиля. Прак­тически ускорение автомобиля достигает 1 - 2 м/с2. Это значит, что за каждую секунду скорость будет возрас­тать на 1 - 2 м/с.

Сила инерции изменяется в процессе движения ав­томобиля в соответствии с изменением ускорения. Для преодоления силы инерции расходуется часть тяговой силы. Однако в тех случаях, когда автомобиль движет­ся накатом после предварительного разгона или при торможении, сила инерции действует по направлению движения автомобиля, выполняя роль движущей силы. Принимая это во внимание, некоторые труднопроходи­мые участки пути можно преодолевать с предваритель­ным разгоном автомобиля.

Величина силы сопротивления разгону зависит от ускорения движения. Чем быстрее разгоняется автомо­биль, тем большей становится эта сила. Ее величина меняется даже при трогании с места. Если автомобиль трогается плавно, то сила эта почти отсутствует, а при резком трогании она может даже превысить тяговую силу. Это приведет или к остановке автомобиля, или к буксованию колес (в случае недостаточной величины коэффициента сцепления).

В процессе работы автомобиля непрерывно меняют­ся условия движения: тип и состояние покрытия, вели­чина и направление уклонов, сила и направление ветра. Это приводит к изменению скорости автомобиля. Даже в наиболее благоприятных условиях (движение по усо­вершенствованным автомагистралям вне городов и населенных пунктов) скорость автомобиля и тяговая сила редко остаются неизменными в, течение продолжитель­ного времени. На средней.скорости движения (опреде­ляемой как отношение пройденного пути ко времени, затраченному на прохождение этого пути с учетом вре­мени остановок в пути) сказывается помимо сил сопро­тивления влияние весьма большого количества факто­ров. К ним относятся: ширина проезжей части, интен­сивность движения, освещенность дороги, метеорологи­ческие условия (туман, дождь), наличие опасных зон (железнодорожные переезды, скопление пешеходов), со­стояние автомобиля и т. д.

В сложных дорожных условиях может случиться так, что сумма всех сил сопротивления превысит тяго­вую силу, тогда движение автомобиля будет замедлен­ным и он может остановиться, если водитель не примет необходимых мер.

Сцепление колеса автомобиля с дорогой

Для того чтобы неподвижный автомобиль привести в движение, одной силы тяги недостаточно. Необходи­мо еще трение между колесами и дорогой. Иначе гово­ря, автомобиль может двигаться лишь при условии сцеп­ления ведущих колес с поверхностью дороги. В свою очередь, сила сцепления зависит от сцепного веса авто­мобиля Gv, т. е. вертикальной нагрузки на ведущие ко­леса. Чем больше вертикальная нагрузка, тем больше сила сцепления:

Pсц = ФGk,

где Pсц - сила сцепления колес с дорогой, кгс; Ф - коэффициент сцепления; GK - сцепной вес, кгс. Условие движения без буксования колес

Рk < Рсц,

т. е. если тяговая сила меньше силы сцепления, то ве­дущее колесо катится без буксования. Если же к веду­щим колесам приложена тяговая сила, большая, чем сила сцепления, то автомобиль может двигаться только с пробуксовкой ведущих колес.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покрытия. На дорогах с твердым покрытием величина коэффициента сцепления обусловлена главным образом трением скольжения между шиной и дорогой и взаимо­действием частиц протектора и мнкронеровностей по­крытия. При смачивании твердого покрытия коэффи­циент сцепления уменьшается весьма заметно, что объ­ясняется образованием пленки из слоя частиц грунта и воды. Пленка разделяет трущиеся поверхности, ослаб­ляя взаимодействие шины и покрытия и уменьшая ко­эффициент сцепления. При скольжении шины по дороге в зоне контакта возможно образование элементарных гидродинамических клиньев, вызывающих приподнима­ние элементов шины над микровыступами покрытия. Не­посредственный контакт шины и дороги в этих местах заменяется жидкостным трением, при котором коэффи­циент сцепления минимален.

На деформируемых дорогах коэффициент сцепления зависит от сопротивления грунта срезу и величины внут­реннего трения в грунте. Выступы протектора ведущего колеса, погружаясь в грунт, деформируют и уплотняют его, что вызывает увеличение сопротивления срезу. Од­нако после некоторого предела начинается разрушение грунта, и коэффициент сцепления уменьшается.

На величину коэффициента сцепления влияет также рисунок протектора шины. Шины легковых автомоби­лей имеют протектор с мелким рисунком, обеспечиваю­щим хорошее сцепление на твердых покрытиях. Шины грузовых автомобилей имеют крупный рисунок протек­тора с широкими и высокими выступами-грунтозацепа-ми. Во время движения грунтозацепы врезаются в грунт, улучшая проходимость автомобиля. Истирание высту­пов в процессе эксплуатации ухудшает сцепление шины с дорогой.

При увеличении внутреннего давления в шине коэф­фициент сцепления вначале увеличивается, а затем уменьшается. Максимальное значение коэффициента сцепления соответствует примерно величине давления, рекомендуемого для данной шины.

При полном скольжении шины по дороге (буксова­ние ведущих колес или юз тормозящих колес) величи­на ф может быть на 10 - 25% меньше максимальной. Коэффициент поперечного сцепления зависит от тех же факторов, и его обычно принимают равным 0,7Ф. Сред­ние значения коэффициента сцепления колеблются в широких пределах от 0,1 (обледенелое покрытие) до 0,8 (сухое асфальте- и цементобетонное покрытие).

Сцепление шин с дорогой имеет первостепенное зна­чение для безопасности движения, так как оно ограни­чивает возможность интенсивного торможения и устой­чивого движения автомобиля без поперечного скольже­ния.

Недостаточная величина коэффициента сцепления является причиной в среднем 16%, а в неблагоприят­ные периоды года - до 70% дорожно-транспортных про­исшествий от общего их числа. Международной комис­сией по борьбе со скользкостью дорожных покрытий установлено, что величина коэффициента сцепления по условиям безопасности движения не должна быть меньше 0,4.

ТОРМОЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Надежные и эффективные тормоза позволя­ют водителю уверенно вести автомобиль с большой ско­ростью и вместе с тем обеспечивают необходимую без­опасность движения.

В процессе торможения кинетическая энергия авто­мобиля переходит в работу трения между фрикционны­ми накладками колодок и тормозными барабанами, а также между шинами и дорогой (рис. 2).

Величина тормозного момента, развиваемого тормоз­ным механизмом, зависит от его конструкции и давле­ния в приводе. Для наиболее распространенных типов тормозных приводов, гидравлического и пневматическо­го, сила нажатия на колодку прямо пропорциональна давлению, развиваемому в приводе при торможении.

Тормоза современных автомобилей могут развивать момент, значительно превышающий момент силы сцеп­ления шины с дорогой. Поэтому весьма часто в прак­тике наблюдается юз, когда при интенсивном торможе­нии колеса автомобиля блокируются и скользят по до­роге, не вращаясь. До блокировки колеса между тор­мозными накладками и барабанами действует сила трения скольжения, а в зоне контакта шины с дорогой - сила трения покоя. После блокировки, наоборот, между трущимися поверхностями тормоза действует сила тре­ния покоя, а в зоне контакта шины с дорогой - сила трения скольжения. При блокировке колеса затраты энергии на трение в тормозе и на качение прекращаются и почти все тепло, эквивалентное поглощаемой кине­тической энергии автомобиля, выделяется в месте кон­такта шины с дорогой. Повышение температуры шины приводит к размягчению резины и уменьшению коэф­фициента сцепления. Поэтому наибольшая эффектив­ность торможения достигается в случае качения колеса на пределе блокировки.

При одновременном торможении двигателем и тор­мозами достижение величины силы сцепления на веду­щих колесах происходит при меньшей силе нажатия на педаль, чем при торможении только тормозами. Дли­тельное торможение (например, во время движения на затяжных спусках) в результате нагрева тормозных ба­рабанов резко уменьшает коэффициент трения фрикци­онных накладок, а следовательно, и тормозной момент. Таким образом, торможение с неотъединенным двигате­лем, применяемое в качестве дополнительного способа уменьшения скорости, позволяет увеличить срок службы тормозов. Кроме того, при торможении с неотъединен­ным двигателем увеличивается поперечная устойчивость автомобиля.

Рис. 2. Силы, действую­щие на колесо автомоби­ля при торможении

Различают экстренное и служебное торможение.

Служебным называется торможение для остановки автомобиля или снижения скорости движения в заранее назначенном водителем месте. Снижение скорости в этом случае осуществляется плавно, чаще комбиниро­ванным торможением.

Экстренным называется торможение, которое произ­водится в целях предотвращения наезда на неожиданно появившееся или замеченное препятствие (предмет, ав­томобиль, пешеход и пр.). Это торможение может быть охарактеризовано остановочным путем и тормозным пу­тем автомобиля.

Под остановочным путем понимают расстояние, кото­рое пройдет автомобиль от момента обнаружения води­телем опасности до момента остановки автомобиля.

Тормозным путем называют часть остановочного пу­ти, который пройдет автомобиль с момента начала тор­можения колес до полной остановки автомобиля.

Общее время t0, необходимое для остановки автомо­биля с момента возникновения препятствия («остано­вочное время»), можно представить в виде суммы не­скольких составляющих:

t0 = tр + tпр + tу + tT,

где tр - время реакции водителя, с;

tпр - время между началом нажатия на тормозную педаль и началом действия тормозов, с;

tу - время увеличения замедления, с;

tT - время полного торможения, с.

Сумму tnp+ty часто называют временем срабатыва­ния тормозного привода.

Автомобиль в течение каждого из составляющих ин­тервалов времени проходит определенный путь, и их сумма является остановочным путем (рис. 3):

S0 = S1 + S2 + S3, м,

где S1, S2, S3 - соответственно пути, пройденные авто­мобилем за время tр, tПр+tу, tт.

За время tр водитель осознает необходимость тормо­жения и переносит ногу с педали подачи топлива на пе­даль тормоза. Время tр зависит от квалификации води­теля, его -возраста, утомляемости и других субъектив­ных факторов. Оно колеблется от 0,2 до 1,5 с и более. При расчетах обычно принимают tр = 0,8 с.

Время tnp необходимо для выбирания зазоров и пе­ремещения всех деталей привода (педали, поршней тор­мозных цилиндров или диафрагмы тормозных камер, тормозных колодок). Это время зависит от конструкции тормозного привода и его технического состояния.

Рис. 3. Путь торможения и дистанция безопасности автомобиля

В среднем для исправного гидравлического привода мо­жно принять tпp = 0,2 с, а для пневматического - 0,6 с, У автопоездов с пневматическим приводом тормозов время tпр может достигать 2 с. Отрезок tу характеризу­ет время постепенного увеличения замедления от нуля (начало действия тормозов) до максимального значения. Это время составляет в среднем 0,5 с.

В течение времени tp+tпp автомобиль движется рав­номерно с начальной скоростью Vа. За время tу скорость несколько уменьшается. В течение временя tт замедле­ние сохраняется примерно постоянным. В момент оста­новки автомобиля замедление уменьшается до нуля практически мгновенно.

Остановочный путь автомобиля без учета силы сопро­тивления дороги можно определить по формуле

S = (t*V0/3.6) + kэ(Va2/254Фх)

где S0 - остановочный путь, м;

VA - скорость движения автомобиля в начальный момент торможения, км/ч;

kэ - коэффициент эффективности торможения, ко­торый показывает, во сколько раз действи­тельное замедление автомобиля меньше теоре­тического, максимально возможного на данной дороге. Для легковых автомобилей kэ~1,2, для грузовых автомобилей и автобусов kэ~1,3 - 1,4;

Фх - коэффициент сцепления шин с дорогой,

t=tр + tпр + 0,5tу.

Выражение kэ= V2 /(254 ух) - представляет тормозной путь, величина которого, как это видно из формулы, пропор­циональна квадрату скорости, с которой двигался авто­мобиль перед началом торможения. Поэтому при увели­чении скорости движения вдвое, например, с 20 до 40 км/ч, тормозной путь увеличится в 4 раза.

Нормативы эффективности действия ножного тормо­за автомобилей в условиях эксплуатации приведены в табл. 1 (начальная скорость торможения 30 км/ч).

При торможении на снежных и скользких дорогах тормозные силы всех колес автомобиля достигают зна­чения силы сцепления практически одновременно. По­этому при Фх<0,4 следует принимать кэ= 1 для всех ав­томобилей.

Изменение направления движения любого тела можно достичь только приложением к нему внешних сил. При движении транспортного средства на него действует множество сил, при этом шины выполняют важные функции: каждое изменение направления или скорости движения транспортного средства вызывает появление в шине действующих сил.

Шина – это элемент связи между транспортным средством и проезжей частью. Именно в месте контакта шины с дорогой решается главный вопрос безопасности движения транспортного средства. Через шину передаются все силы и моменты, возникающие при разгоне и торможении автомобиля, при изменении направления его движения.

Шина воспринимает действия боковых сил, удерживая автомобиль на выбранной водителем траектории движения. Поэтому физические условия сцепления шины с поверхностью дороги определяют границы динамических нагрузок, действующих на транспортное средство.

Рис. 01: Посадка бескамерной шины на ободе;
1. Обод; 2. Подкат (Хамп) на поверхности посадки борта шины; 3. Борт обода; 4. Каркас шины; 5. воздухонепроницаемый внутренний слой; 6. Брекерный пояс; 7. Протектор; 8. Боковина шины; 9. Борт шины; 10. Сердечник борта; 11. Вентиль

Решающие критерии оценки:
-Обеспечение устойчивого прямолинейного движения при действии на автомобиль боковых сил
-Обеспечение устойчивого движения на поворотах Обеспечение сцепления на различных поверхностях проезжей части Обеспечение сцепления с дорогой при различных погодных условиях
-Обеспечение хорошей управляемости автомобиля Обеспечение комфортных условий движения (гашение колебаний, обеспечение плавности хода, минимальная шумность качения)
-Прочность, износостойкость, высокий срок службы
-Невысокая цена
-Минимальный риск повреждения шины при её пробуксовке

Проскальзывание шины

Проскальзывание шины или её буксование происходит из разницы между теоретической скоростью движения, обусловленной вращением колеса, и действительной скоростью движения, обеспечиваемой силами сцепления колеса с дорогой

Посредством приведенного примера можно пояснить это утверждение: пусть длина окружности по внешней беговой поверхности шины легкового автомобиля составляет около 1,5 м. Если при движении автомобиля колесо поворачивается вокруг оси вращения 10 раз, то пройденный автомобилем путь должен составить 15 м. Если же происходит проскальзывание шины, то пройденный автомобилем путь становится короче Закон инерции Каждое физическое тело стремится либо сохранять состояние покоя, либо сохранять состояние прямолинейного движения.

Чтобы вывести физическое тело из состояния покоя или отклонить его от прямолинейного движения к телу должна быть приложена внешняя сила. Изменение скорости движения, как во время разгона автомобиля, так и при торможении потребует соответствующего приложения внешних сил. Если водитель пытается тормозить на повороте на покрытой льдом поверхности дороги, автомобиль будет стремиться двигаться прямо без явно выраженного стремления изменить скорость движения, при этом реакция на поворот рулевого колеса будет слишком вялой.

На обледенелой поверхности через колеса автомобиля может передаваться только маленькие силы торможения и боковые усилия, поэтому вождение автомобиля на скользкой дороге является непростой задачей. Моменты сил При вращательном движении на тело действуют или оказывают влияние моменты сил.

В режиме движения колеса вращаются вокруг своих осей, преодолевая моменты инерции покоя. Момент инерции колес возрастает с увеличением скорости его вращения и вместе с тем, скоростью движения автомобиля. Если транспортное средство находится одной стороной на скользкой проезжей части (например, обледенелой поверхности дороги), а другая сторона на дороге с нормальным коэффициентом сцепления (неоднородный коэффициент сцепления μ), то при торможении автомобиль получает вращательное движение вокруг вертикальной оси. Это вращательное движение называют моментом рысканья

Распределение сил наряду с весом тела (силой тяжести) на автомобиль действуют различные внешние силы, величина и направление которых зависит от режима и направления движения транспортно-го средства. При этом речь идет о следующих параметрах:

 Силах, действующих в продольном направлении, (например, силе тяги, силе сопротивления воздуха или силе трения качения)

 Силах, действующих в поперечном направлении, (например, усилие, прилагаемое к управляемым колесам автомобиля, центробежной силе при движении на повороте, или силе действия бокового ветре или силе, возникающей при движении на косо-горе).

Эти силы принято обозначать, как силы бокового увода автомобиля. Силы, действующие в продольном или поперечном направлении, передаются на шины, и через них на проезжую часть дороги в вертикальном или горизонтальном направлении, вызывая деформацию шины в про-дольном или поперечном направлении.

Эти силы передаются на корпус авто-мобиля через:
 шасси автомобиля (так называемые ветровые силы)
 органы управления (рулевая сила)
 двигатель и агрегаты трансмиссии (движущая сила)
 тормозные механизмы (тормозные силы)
В противоположном направлении эти силы действуют со стороны дорожной поверхности на шины, передаваясь затем на транспортное средство. Это связано с тем, что: любая сила вызывает противодействие

Для обеспечения движения тяговая сила, передаваемая на колесо посредством крутящего момента, создаваемого двигателем, должна превосходить все внешние силы сопротивления (продольные и поперечные силы), которые возникают, например, при движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном.

Для оценки динамики движения, а также устойчивости движения транс-портного средства должны быть известны силы, действующие между шиной и дорожным полотном в так называемом пятне контакта шины с дорогой. Внешние силы, действующие в площадке соприкосновения шины с дорогой, передаются через колесо на транспортное средство. С увеличением практики вождения водитель все лучше и лучше учится реагировать на эти силы.

По мере приобретения опыта вождения, у водителя все отчетливее возникают ощущения сил действующих в пятне контакта шины с дорогой. Величина и направление внешних сил зависит от интенсивности разгона и торможения автомобиля, при действии боковых сил от ветра, или при движении по дороге с поперечным уклоном. Особняком стоит опыт вождения по скользким дорогам, когда чрезмерное воздействие на органы управления могут сорвать шины автомобиля в скольжение.

Но самое главное это то, что водитель обучается правильным и дозированным действиям органами управления, которые препятствуют возникновению неуправляемого движения. Неумелые действия водителя при высокой мощности двигателя особенно опасны, так как силы, действующие в пятне контакта, могут превысить допустимый предел по сцеплению, что может вызвать занос автомобиля или полную потерю управляемости, и повышает износ шин.

Силы в пятне контакта шины с дорогой Только строго дозированные силы в пятне контакта колеса с дорогой способны обеспечить соответствующие желанию водителя скорость и изменение направления движения. Суммарная сила в пятне контакта шины с дорогой складывается из следующих составляющих её сил:

Касательная сила, направленная по окружности шины Касательная сила Fμ возникает в результате передачи крутящего момента приводным механизмом или при торможении автомобиля. Она действует в продольном направлении на поверхность дороги (продольная сила) и дает возможность водителю произвести разгон при воздействии на педаль газа или обеспечить замедление движения при его воздействии на педаль тормоза.

Вертикальная сила (нормальная реакция опоры) Вертикальная сила между шиной и поверхностью дороги обозначается как радиально направленная сила, или как нормальная реакция опоры FN. Вертикальная сила между шиной и поверхностью дороги присутствует всегда, как при движении транспортного средства, так и при его неподвижности. Вертикальная сила, действующая на опорную поверхность, определяется частью веса автомобиля, приходящегося на это колесо, плюс дополнительная вертикальная сила, возникающая в результате перераспределения веса при разгоне, торможении или движении в повороте.

Вертикальная сила увеличивается или уменьшается при движении автомобиля на подъем или под уклон, при этом увеличение или уменьшение вертикальной силы зависит от направления движения автомобиля. Нормальная реакция опоры определяется при неподвижном положении транспортного средства, установленного на горизонтальной поверхности.

Дополнительные силы могут увеличить или уменьшить значение вертикальной силы между колесом и поверхностью дороги (нормальной реакции опоры). Так при движении не повороте дополнительная сила уменьшает вертикальную составляющую на внутренних к центру поворота колесах и увеличивает вертикальную составляющую на колесах внешней стороны транспортного средства.

Площадка контакта шины с поверхностью дороги деформируется прилагаемой к колесу вертикальной силой. Так как боковины шины подвергаются соответствующей деформации, вертикальная сила не может распределяться равномерно по всей площади пятна контакта, а возникает трапецевидное распределение давления шины на опорную поверхность. Боковины шины принимают на себя внешние силы, и шина деформируется в зависимости от величины и направления внешней нагрузки.

Боковая сила

Боковые силы оказывают действие на колесо, например, при действии бокового ветра, или при движении автомобиля на повороте. Управляемые колеса движущегося автомобиля при их отклонении от прямолинейного положения также подвергаются действию боковой силы. Боковые силы вызывает измерение направления движения транспортного средства.