Буксування ведучого колеса. Сили діючі на колесо автомобіля

При всій складності управління автомобілем робота водія зводиться, в кінцевому рахунку, до регулювання трьох параметрів: швидкості руху, необхідного для руху зусилля і напрямки. А складність управління виникає через різноманітність умов, в яких відбувається рух, і безлічі варіантів поєднань швидкості, зусиль і напрямки. У кожному з цих варіантів поведінку автомобіля має свої особливості і підпорядковується певним законам механіки, звід яких називають теорією автомобіля. Вона враховує і наявність середовища руху, тобто поверхні, по якій котяться колеса, і повітряного середовища.
Таким чином, ця теорія охоплює два з трьох ланок, що цікавить нас системи «водій - автомобіль - дорога». Але рух автомобіля виникає (і закони руху вступають в силу) тільки після того чи іншого, правильного чи неправильного дії водія. На жаль, впливом цієї дії на поведінку автомобіля ми іноді нехтуємо. Так, не завжди візьмемо до уваги, досліджуючи розгін, що його інтенсивність залежить, крім характеристик машини і дороги, ще й від того, в якій мірі водій їх враховує, наприклад скільки секунд він витрачає на перемикання передач. Подібних прикладів можна навести безліч.
Завдання наших бесід - допомогти водієві правильно Розуміти і враховувати закони поведінки автомобіля. Тим самим можна забезпечити, на науковій основі, максимальне використання якостей автомобіля, закладених в його технічною характеристикою, І безпеку руху при найменших витратах енергії - механічної (автомобіля), фізичної і психічної (водія).
Закони поведінки автомобіля прийнято групувати навколо наступних його якостей:
динамічності руху, тобто швидкісних властивостей;
прохідності, тобто здатності долати (або обходити) перешкоди;
стійкості і керованості, тобто здатності слухняно йти по заданому водієм курсу;
плавності ходу, тобто забезпечення сприятливого характеристики коливань пасажирів і вантажу в кузові (не плутати з плавністю роботи двигуна і автоматичної трансмісії!);
економічності, тобто здатності здійснювати корисну транспортну роботу при мінімальній витраті палива і інших матеріалів.
Закони поведінки автомобіля, що відносяться до різних груп, у великій мірі взаємопов'язані. Якщо, наприклад, якийсь автомобіль не володіє хорошими показниками плавності ходу і стійкості, то водієві важко, а в інших умовах неможливо підтримувати потрібну швидкість, хоча б і при високих динамічних показниках машини. Навіть такі, здавалося б, другорядні фактори, як акустичні дані, впливають знову-таки на динамічність: багато водіїв віддадуть перевагу млявий розгін інтенсивному, якщо останній у даній моделі супроводжується сильним шумом двигуна і трансмісії.
Між елементами системи «водій - автомобіль - дорога» існують сполучні ланки. Між дорогою і водієм - це інформація, що сприймається його зором і слухом »між водієм і автомобілем - органи управління, які впливають на його механізми, і зворотна реакція, сприймається м'язами, органами рівноваги водія і знову-таки зором (прилади) і слухом. Між автомобілем і дорогою (середовищем) - поверхня контакту шин з дорогою (а також стикається з повітрям поверхню кузова і інших частин машини).

Взаємозв'язок елементів системи «водій - автомобіль - дорога».

Обмежимо кілька коло розглянутих нами питань: будемо вважати, що водій отримує достатню і правильну інформацію, ніщо не заважає йому швидко і точно обробляти її і приймати правильні рішення. Тоді кожен закон поведінки автомобіля підлягає розгляду по схемі: автомобіль рухається в таких-то умовах - в місцях контакту шин з дорогою і поверхні автомобіля з повітрям відбуваються такі явища - водій діє, щоб зберегти або змінити цей образ руху, - дії водія передаються через органи управління механізмам автомобіля, а від них колесам - в місцях контакту відбуваються нові явища - характер руху автомобіля зберігається або змінюється.
Все це начебто добре відомо автомобілістам, але не завжди і не всі вони однаково трактують ті чи інші поняття. А наука вимагає точності, строгості. Тому необхідно, перш ніж вивчати поведінку автомобіля в різних ситуаціях, про дещо нагадати і домовитися. Таким чином, ми поговоримо про те, чим володіє водій, вирушаючи в дорогу.
В першу чергу - про масу автомобіля. Нас будуть цікавити тільки два його так званих вагових стану - «повна маса» і стан, яке умовно назвемо ходовим. Масу називають повною, коли автомобіль - з водієм, пасажирами (по числу місць в кузові) і вантажем, причому повністю заправлений паливом, мастилом та іншими рідинами, укомплектований запасним колесом і інструментом. Маса пасажира приймається рівною 76 кг, багажу - по 10 кг на людину. При ходовому стані «на борту» знаходиться водій, але немає ні пасажирів, ні вантажу: тобто автомобіль може пересуватися, але не завантажений. Про «власної» (без водія і навантаження) і тим більше «сухий» масі (крім того без палива, мастила і т. Д.) Говорити не будемо, так як в цих станах машина не може рухатися.
Великий вплив на поведінку автомобіля надає розподіл його маси по колесах, або його так звана осьова навантаження, і навантаження, що припадає на кожне колесо і шину. У сучасних легкових автомобілів в ходовому стані на передні колеса доводиться 45-60% маси, на задні - 55-40%. Перші числа відносяться до автомобілів з заднім розташуванням двигуна, другі - до переднемоторного. З повним навантаженням ставлення змінюється на приблизно зворотне (у «Запорожця», правда, небагато). У вантажівок маса в ходовому стані розподіляється між колесами майже порівну, повна ж маса - щодо близько 1: 2, тобто задні колеса навантажені вдвічі більше передніх. Тому на них встановлюються подвійні скати.
Віз джерела енергії, як і без водія, наш «Москвич» або ЗІЛ не міг би рухатися. Тільки на спусках або після розгону автомобіль може пройти відомий відрізок шляху без допомоги двигуна, витрачаючи накопичену енергію. У більшій частині автомобілів джерелом енергії служить двигун внутрішнього згоряння (ДВС). Стосовно до теорії автомобіля водієві про нього необхідно знати порівняно небагато, а саме - що він дає для руху. Це ми з'ясуємо, розглянувши швидкісні характеристики. Крім того, треба уявляти собі, в якій кількості двигун витрачає паливо, тобто знати його економічну, або паливну, характеристику.

Зовнішня швидкісна характеристика (ВСХ) двигуна показує зміну потужності (Ne - в л.с. і кВт) і крутного (крутного) моменту (Ме - в кгм), що розвиваються при різних числах обертів вала і при повному відкритті дросельної заслінки. У нижній частині графіка - економічна характеристика: залежність питомої витрати палива (g - в Г / л. С.-годину) від числа оборотів в хвилину.

Швидкісні характеристики - це графіки зміни потужності і крутного (крутного) моменту, що розвиваються двигуном, залежно від числа обертів його валу (швидкості обертання) при повному або частковому відкритті дросельної заслінки (тут мова йде про карбюраторном двигуні). Нагадаємо, що момент характеризує зусилля, яке може «надати» двигун автомобіля і водія для подолання тих чи інших опорів, а потужність - це відношення зусилля (роботи) до часу. Найбільш важлива швидкісна характеристика, знята, як кажуть, «на повному дроселі». Її називають зовнішньої. У ній істотні самі верхні точки кривих, що відповідають найбільшим потужності і обертального моменту, якісь зазвичай і записують в технічні характеристики автомобілів і двигунів. Наприклад, для двигуна ВАЗ-2101 «Жигулі» - 62 л. с. (47 кВт) при 5600 об / хв і 8,9 кгм при 3400 об / хв.

Часткова швидкісна характеристика двигуна показує зміну потужності, що розвивається при різному відкритті дросельної заслінки карбюратора.
Як бачимо, число оборотів при найбільшій кількості «кгм» значно менше числа оборотів, відповідних максимуму «л. с ». Це означає, що якщо дросельна заслінка карбюратора повністю відкрита, то крутний момент при порівняно невеликих потужності двигуна і швидкості руху автомобіля буде найбільшим, а при зменшенні або збільшенні числа обертів величина моменту знизиться. Що в цьому положенні важливо для автомобіліста? Важливо, що пропорційно моменту змінюється і тягове зусилля на колесах автомобіля. При їзді з дроселем, в повному обсязі відкритим (див. Графік), завжди можна збільшити потужність і момент, сильніше натиснувши на педаль акселератора.
Тут, забігаючи вперед, доречно підкреслити, що потужність, передана до ведучих коліс, не може виявитися більше тієї, що отримана від двигуна, які б пристрої не були застосовані в системі трансмісії. Інша справа - крутний момент, який можна змінювати, вводячи в трансмісію пари шестерень з відповідними передавальними числами.

Економічні характеристики двигуна при різному відкритті дросельної заслінки.

Економічна характеристика двигуна відображає питому витрату палива, тобто його витрати в грамах на одну кінську силу (або один кіловат) на годину. Ця характеристика, як і швидкісна, може бути побудована для роботи двигуна при повній або частковій навантаженнях. Особливість двигуна така, що при зменшенні відкриття дроселя доводиться витрачати більше палива на отримання кожної одиниці потужності.
Опис характеристик двигуна приведено тут дещо спрощено, але воно досить для практичної оцінки динамічних і економічних показників автомобіля.

Втрати на роботу механізмів трансмісії. Тут Ne і Ме - потужність і крутний момент двигуна, NK і Мк - потужність і крутний момент, підведення до ведучих коліс.

Не вся енергія, що отримується від двигуна, використовується безпосередньо для руху автомобіля. Є ще й «накладної витрата» - на роботу механізмів трансмісії. Чим менше ці витрати, тим вище коефіцієнт корисної дії (ККД) трансмісії, що позначається грецькою буквою η (ця). ККД - це відношення потужності, переданої на провідні колеса, до потужності двигуна, виміряної на його маховику і записаної в технічну характеристику даної моделі.
Механізми не тільки передають енергію від двигуна, але і самі частково витрачають її - на тертя (пробуксовку) дисків зчеплення, тертя зубів шестерень, а також в підшипниках і карданних зчленуваннях і на збовтування масла (в картерах коробки передач, ведучого моста). Від тертя і збовтування масла механічна енергія перетворюється в теплову і розсіюється. Цей «накладної витрата» непостійний - він збільшується, коли в роботу включається додаткова пара шестерень, коли карданні шарніри працюють під великим кутом, коли масло дуже в'язке (в холодну погоду), коли на повороті активно працюють шестерні диференціала (при русі по прямій їх робота невелика).
ККД трансмісії дорівнює приблизно:
- для легкових автомобілів 0,91-0,97,
для вантажних - 0,85 0,89.
При русі на повороті ці величини погіршуються, тобто знижуються, на 1-2%. при їзді по дуже НЕ рівній дорозі (Робота карданів) - ще на 1-2%. в холодну погоду - ще на 1-2%, при русі на нижчих передачах - ще приблизно на 2%. Так що, якщо всі ці умови руху наступають одночасно, «накладної витрата» збільшується майже вдвічі, і значення ККД може знизитися у легкового автомобіля до 0,83-0,88, у вантажного - до 0,77-0,84.

Схема основних розмірів колеса і шини.

Перелік того, що дано в розпорядження водія для виконання певної транспортної роботи, Завершують колеса. Від характеристики колеса залежать всі якості автомобіля: динамічність, економіка, плавність ходу, стійкість, безпеку руху. Говорячи про колесі, ми маємо на увазі перш за все його головний елемент - шину.
Основне навантаження від маси автомобіля сприймає повітря, що знаходиться в камері шини. На одиницю кількості повітря має припадати певну, завжди однакову кількість кілограмів навантаження. Іншими словами, відношення навантаження, що припадає на колесо, до кількості стисненого повітря в камері шини має бути постійним. На основі цього положення і з урахуванням жорсткості шини, дії відцентрової сили при обертанні колеса і т. Д. Знайдена приблизна залежність між розмірами шини, внутрішнім тиском р в ній і що припадає на шину допустимої навантаженням G k -

де Ш - коефіцієнт питомої вантажопідйомності шини.
Для радіальних шин коефіцієнт Ш дорівнює - 4,25; для вантажних більшого розміру - 4. Для шин з метричними позначеннями величина Ш становить відповідно 0,00775; 0,007; 0,0065 і 0,006. Розміри шин вписують в рівняння такими, як вони є фіксованими в ГОСТах на шини - в дюймах або міліметрах.
Слід звернути увагу на те, що розмір діаметра обода входить в наше рівняння в першого ступеня, а розмір (діаметр) перетину профілю - в третій, тобто в кубі. Звідси висновок: вирішальне значення для вантажопідйомності шини має перетин профілю, а не діаметр обода. Підтвердженням може служити і таке спостереження: записані в Гості величини допустимого навантаження на шину майже пропорційні квадрату розміру перетину.
З розмірів шини нас буде особливо цікавити радіус r до кочення колеса, причому так званий динамічний, тобто заміряний при русі автомобіля, коли цей радіус збільшується, в порівнянні зі статичним радіусом колеса з шиною, від її нагрівання і від дії відцентрової сили. Для подальших розрахунків можна прийняти r до дорівнює половині діаметра шини, наведеного в Гості.
Підведемо підсумок. Водієві дані: автомобіль з певною масою, яка розподіляється на передні і задні колеса; двигун з відомою характеристикою потужності, крутного моменту і оборотів; трансмісія з відомими коефіцієнтом корисної дії і передавальними числами; нарешті, колеса з шинами певних розмірів, вантажопідйомності і внутрішнього тиску.
Завдання водія - в тому, щоб використовувати все це багатство найвигіднішим чином: досягти мети поїздки швидше, безпечніше, з найменшими витратами, з найбільшими зручностями для пасажирів і збереженням вантажу.

рівномірний рух

Навряд чи водій буде на ходу проводити розрахунки, почерпнуті з цих простих формул. Для розрахунків не вистачить часу, та вони тільки відвернуть увагу від управління машиною. Ні, він буде діяти на основі свого досвіду і знань. Але все-таки краще, якщо до них додасться хоча б загальне розуміння фізичних законів, яким підкоряються процеси роботи автомобіля.

Сили, що діють на колесо:
G k - вертикальне навантаження;
М k - крутний момент, прикладений до колеса;
Р k - тягове зусилля;
R в - вертикальна реакція;
R г - горизонтальна реакція.

Візьмемо самий, здавалося б, простий процес - рівномірний рух по прямій і рівній дорозі. Тут на провідне колесо діють: крутний момент М k, переданий від двигуна і створює тягову силу Р k; рівна останньої горизонтальна реакція R k, діюча в зворотному напрямку, тобто по ходу автомобіля; сила тяжіння (маса), відповідна навантаженні G k на колесо, і рівна їй вертикальна реакція R в.
Тягову силу Р k можна обчислити, розділивши крутний момент, підведений до ведучих коліс, на їх радіус кочення. Нагадаємо, що надходить від двигуна до коліс крутний момент коробка і головна передача збільшують в кілька разів відповідно до своїх передавальним числам. А оскільки в трансмісії неминучі втрати, то величину цього зрослого моменту треба помножити на коефіцієнт корисної дії трансмісії.

Значення коефіцієнта зчеплення (φ) Для асфальтового покриття при різному його стані.

У кожне окремо взяте мить найближчі до дороги точки в зоні контакту колеса з дорогою нерухомі щодо неї. Якби вони переміщалися щодо поверхні дороги, то колесо буксувало б, а автомобіль не рухався. Щоб точки контакту колеса з дорогою були нерухомими (нагадаємо - в кожне окремо взяте мить!), Потрібно хороше зчеплення шини з поверхнею дороги, що оцінюється коефіцієнтом зчеплення φ ( «фе»). На мокрій дорозі зі збільшенням швидкості зчеплення різко зменшується, так як шина не встигає видавлювати воду, що знаходиться в області контакту її з дорогою, і залишається плівка вологи полегшує ковзання шини.
Але повернемося до тягової силі Р k. Вона являє собою вплив ведучих коліс на дорогу, на що дорога відповідає рівною за величиною і протилежною за направленням силою реакції R r. Міцність контакту (тобто зчеплення) колеса з дорогою, а значить, і величина реакції R r, пропорційна (шкільний курс фізики) силі G k (а це частина маси машини, яка припадає на колесо), притискає колесо «дорозі. І тоді максимально можливе значення R r буде дорівнює добутку φ і що припадає на провідне колесо частини маси автомобіля (тобто G k). φ - коефіцієнт зчеплення, знайомство з яким відбулося щойно.
І тепер ми можемо зробити нескладний висновок: якщо тягова сила Р k буде менше реакції R r або, в крайньому випадку, дорівнює їй, то колесо буксувати не стане. Якщо ж ця сила виявиться більше реакції, то настане пробуксовка.
На перший погляд здається, що коефіцієнт зчеплення і коефіцієнт тертя - поняття рівнозначні. Для доріг з твердим покриттям такий висновок досить близький до дійсності. На м'якому ж грунті (глина, пісок, сніг) картина інша, і буксування настає не від нестачі тертя, а від руйнування колесом шару грунту, що знаходиться з ним в контакті.
Повернемося, однак, на твердий грунт. Коли колесо котиться по дорозі, воно відчуває опір руху. За рахунок чого?
Справа в тому, що шина деформується. Під час перекочування колеса до точки контакту весь час підходять стислі елементи шини, а відходять - розтягнуті. Взаємне переміщення частинок гуми викликає тертя між ними. Деформація шиною грунту теж вимагає витрат енергії.
Практика показує, що опір коченню має зростати зі зниженням тиску в шині (збільшуються її деформації), зі збільшенням окружної швидкості шини (її розтягують відцентрові сили), а також на нерівній або шорсткою поверхні дороги і при наявності великих виступів і поглиблень протектора.
Це на твердій дорозі. А м'яку або не дуже тверду, навіть розм'якшений від спеки асфальт, шина проминають, і на це теж витрачається частина тягової сили.

Коефіцієнт опору коченню на асфальті збільшується зі зростанням швидкості і з пониженням тиску в шинах.

Опір коченню колеса оцінюють коефіцієнтом f. Його величина зростає з підвищенням швидкості руху, зниженням тиску в шинах і зі збільшенням нерівності дороги. Так, на бруківці або гравійному шосе для подолання опору коченню потрібна в півтора рази більша сила, ніж, на асфальті, а на путівці - в два рази, на піску - в десять разів більша!
Силу P f опору коченню автомобіля (на певній швидкості) підраховують дещо спрощено, як твір повної маси автомобіля і коефіцієнта f опору коченню.
Може здатися, що сили зчеплення Р φ і опору коченню Р f тотожні. Далі читач переконається, що між ними є відмінності.
Щоб автомобіль рухався, тягова сила повинна бути, з одного боку, менше сили зчеплення коліс з грунтом або, в крайньому випадку, дорівнює їй, а з іншого - більше сили опору руху (яка при їзді з невисокою швидкістю, коли опір повітря незначно, можна вважати рівній силі опору коченню) або ж дорівнює їй.
Залежно від швидкості обертання валу двигуна і відкриття дросельної заслінки крутний момент двигуна змінюється. У більшості випадків можна знайти таке поєднання значень крутного моменту двигуна (відповідним натиском на акселератор) і вибору передач в коробці, щоб постійно бути в рамках щойно названих умов руху автомобіля.
Для помірно швидкого руху по асфальту (як випливає з таблиці) необхідна значно менша тягова сила, ніж та, яку автомобілі здатні розвинути навіть на вищій передачі. Тому їхати потрібно з напівприкриті дросельною заслінкою. У цих умовах машини, як кажуть, володіють великим запасом тяги. Цей запас необхідний для розгону, обгону, подолання підйомів.
На асфальті, якщо він сухий, сила зчеплення, за рідкісним винятком, більше тягової сили на будь-якій передачі в трансмісії. Якщо ж він мокрий або зледенілий, то рух на знижених передачах (і троганье з місця) без буксування можливо тільки при неповному відкритті дросельної заслінки, тобто з порівняно невеликим моментом двигуна.

Графік мощностного балансу. Точки перетину кривих відповідають найбільшим швидкостям на рівній дорозі (праворуч) і на підйомі (ліва точка).

Кожен водій, кожен конструктор хоче знати можливості даного автомобіля. Найточніші відомості дають, звичайно, ретельні випробування в різних умовах. При знанні законів руху автомобіля задовільно точні відповіді можна отримати і розрахунковим шляхом. Для цього потрібно мати: зовнішню характеристику двигуна, дані про передавальних числах в трансмісії, масі автомобіля і її розподілі, лобової площі і, приблизно, про форму автомобіля, розмірах шин і внутрішньому тиску в них. Знаючи ці параметри, ми зможемо визначити статті витрат потужності і побудувати графік так званого балансу потужності.
По-перше, наносимо шкалу швидкості руху, поєднуючи відповідні значення числа обертів n e вала двигуна і швидкості V a, для чого користуємося спеціальною формулою.
По-друге, віднімаючи графічно (отмеряя вниз по вертикалі відповідні відрізки) з кривою зовнішньої характеристики втрати потужності (0, lN e), отримаємо іншу криву, що показує потужність N k, що підводиться до коліс (ККД трансмісії ми прийняли рівним 0,9).
Тепер можна побудувати криві витрати потужності. Відкладемо від горизонтальної осі графіка відрізки, відповідні витрати потужності N f на опір коченню. Підраховуємо їх за рівнянням:

Через отримані точки проводимо криву N f. Відкладаємо вгору від неї відрізки, відповідні витрати потужності N w на опір повітря. Їх величину підраховуємо, в свою чергу, за таким рівнянням:

де F - лобова площа автомобіля в m 2, К - коефіцієнт опору повітря.
Відзначимо, що багаж на даху збільшує опір повітря в 2 - 2,5 рази, причіпна дача - в 4 рази.
Відрізки між кривими N w і N k характеризують так звану надлишкову потужність, запас якої може бути використаний на подолання інших опорів. Точка перетину цих кривих (крайня праворуч) відповідає максимальній швидкості, яку здатний розвинути автомобіль на горизонтальній дорозі.
Змінюючи коефіцієнти або масштаби шкал швидкості (в залежності від передавальних чисел), можна побудувати графіки балансу потужності для руху по дорогах з різними покриттями і на різних передачах.
Далі, якщо відкладемо вгору від кривої N w відрізки, відповідні, наприклад, потужності, яку потрібно витратити на подолання певного підйому, то отримаємо нову криву і нову точку перетину. Ця точка відповідає максимальній швидкості, з якою без розгону може бути взятий даний підйом.

На підйомі зростає навантаження, яка припадає на колеса. Пунктиром показана (в масштабі) її величина при горизонтальній дорозі, чорними стрілками - при русі на підйом:
α - кут підйому;
Н - висота підйому;
S - довжина підйому.

Тут потрібно враховувати, що на підйомах до сил, що протидіє руху автомобіля, додається сила його тяжкості. Щоб автомобіль міг рухатися на підйом, кут якого позначимо літерою α ( «альфа»), тягова сила повинна бути не менше сил опору коченню і підйому, разом узятих.
Автомобілю «Жигулі», наприклад, на рівному асфальті доводиться долати опір коченню приблизно 25 кгс, ГАЗ-53А - близько 85 кгс. Значить, їм для подолання підйому на вищій передачі зі швидкістю відповідно 88 або 56 км / год (тобто при найбільшому моменті двигуна), з урахуванням сил опору повітря близько 35 і 70 кгс, залишається сила тяги близько 70 і 235 кгс. Розділимо ці значення на величини повної маси автомобілів і отримаємо ухили 5 - 5,5 і 3 - 3,5%. На третій передачі (тут швидкість менше, і опором повітря можна знехтувати) найбільший кут подоланого підйому складе близько 12 і 7%, на другий - 20 і 15%, на першій - 33 і 33%.
Підрахуйте одного разу і запам'ятайте значення підйомів, посильних вашого автомобіля! До речі, якщо він забезпечений тахометром, то запам'ятайте також число оборотів, відповідне найбільшому моменту - воно записано в технічній характеристиці автомобіля.
Сили зчеплення коліс з дорогою на підйомі і на рівній дорозі різні. На підйомі відбувається розвантаження передніх коліс і додаткове навантаження задніх. Сила зчеплення задніх ведучих коліс збільшується, і їх буксування стає менш імовірним. У машин з передніми ведучими колесами сила зчеплення при русі на підйом зменшується, і ймовірність їх буксування вище.
Перед підйомом вигідно дати автомобілю розгін, накопичити енергію, яка дасть можливість взяти підйом без істотного зниження швидкості і, може бути, також без переходу на нижчу передачу.

Вплив передавального числа головної передачі на швидкість і запас потужності

Слід підкреслити, що на динаміку автомобіля дуже впливають і передавальні числа трансмісії, і кількість передач в коробці. З графіка, на якому відкладені криві потужності двигуна (відповідно зміщені в залежності від різних передавальних чисел головної передачі) і крива опорів, видно, що зі зміною передавального числа найбільша швидкість змінюється лише незначно, зате запас потужності з його збільшенням різко зростає. Це, звичайно, не означає, що передавальне число можна підвищувати до безкінечності. Надмірне його збільшення веде до помітного зниження швидкості автомобіля, (штрихова лінія), зносу двигуна і трансмісії, перевитрати палива.
Існують більш точні, ніж описані нами, методи розрахунку (динамічна характеристика, запропонована академіком Е. А. Чудакова, і інші), але користування ними - справа досить складна. Разом з тим є і зовсім прості приблизні методи розрахунку.

При рівномірному русі прискорення немає, отже, динамічний фактор по тязі D рівний коефіцієнту сумарного опору дороги ψ, тобто D \u003d ψ \u003d f до + i.

Тобто, користуючись динамічною характеристикою при відомому коефіцієнті опору коченню коліс f до можна знайти величину подоланого підйому iпри рівномірному русі автомобіля з повним навантаженням.

Згідно завдання ψ \u003d 0,082, при русі по дорозі V категорії приймаємо f к \u003d 0,03.

Тоді для рівномірного руху величина граничного кута підйому:

α max \u003d arctg (D max - f к), град.

Обчислення за цією формулою проводяться без урахування дії на автомобіль сили аеродинамічного опору, оскільки при подоланні максимально можливих підйомів швидкість руху автомобіля не велика.

Рух без буксування можливо при дотриманні умови:

D з \u003d a ∙ φ х ∙ cos α max / (L-hд ∙ (φ х + f к)) ≥ D max.

D з - динамічний фактор по зчепленню

а- відстань від центру мас до задньої осі автомобіля

α max - граничний кут подоланого підйому

L- колісна база автомобіля (тому що колісна формула КамАЗа 6 * 4, то за L приймаю відстань від передньої осі до осі балансира)

Hд- висота центру ваги

f к - коефіцієнт опору коченню

Hд \u003d 1/3 * hд, де hд- габаритна висота

а \u003d m 2 / m a * L, де m 2 -вага автомобіля припадає на задню вісь (задній візок), m a-повний вага автомобіля.

Згідно з завданням коефіцієнт зчеплення коліс з дорогою φ х \u003d 0,2 .Для автомобіля КамАЗ:

a \u003d 125000/19350 * 3,85 \u003d 2,48м

Hд \u003d 1/3 * 2,960 \u003d 0,99

D з \u003d 2,48 * 0,2 * cos 25 ° / (3,85-0,99 * (0,2 + 0,03)) \u003d 0,124< D max = 0,489.

для автомобіля Mercedes:

A \u003d 115000/200000 * 4.2 \u003d 2,42м

Hд \u003d 1/3 * 2,938 \u003d 0,98м

D з \u003d 2,42 * 0,2 * cos 22 ° / (4.2-0,98 (0,2 + 0,03)) \u003d 0,113

Звернувшись до динамічного паспорту автомобіля, побачимо, що оскільки D сц

Висновок: При заданому значенні φ х \u003d 0,2 на дорозі з граничними кутами підйому і повному навантаженні автомобілі рухаються з пробуксовкою ведучих коліс.

Розрахунок в цій роботі граничних кутів подоланих підйомів автомобіля дозволяє зробити висновок, що величина цих кутів залежить, перш за все, від трьох чинників: маси автомобіля, величини тягової сили і величини коефіцієнта опору коченню коліс.

10. Визначення граничної сили тяги на гаку на всіх передачах і перевірка можливості руху за умови буксування по дорозі ψ \u003d 0,11і φ х \u003d 0,6, Визначення нижчої передачі на котрой автомобіль буде рухатися без буксування на вказаній дорозі.

Сила тяги на гаку характеризує здатність автомобіля до буксирування причіпних ланок. Величина граничної сили тяги на гаку автомобіля визначається за формулою:

де - гранична сила тяги на гаку, Н;

- максимальна тягова сила на передачу, Н;

- сила опору повітря, відповідна режиму руху з максимальною тягової силою, Н;

- сила загального дорожнього опору, Н.

Для перевірки можливості руху автомобіля за умовою буксування необхідно визначити силу зчеплення ведучих коліс з дорогою і порівняти отримане значення з граничним значенням сили тяги на гаку для кожної передачі.

P т.сц \u003d m 2 ∙ L ∙ φ х / (a-hд ∙ (φ х + f к)) - сила тяги по зчепленню.

Приклад розрахунку для автомобіля КамАЗ:

1 передача:

84,147кН; \u003d 0,007кН; \u003d 28,5кН.

84,147-0,007-28,5 \u003d 55,64кН

2 передача:

43,365кН; \u003d 0,0254кН; \u003d 28,5кН.

43,365-0,0254-28,5 \u003d 14,84кН

3 передача:

35,402кН; \u003d 0,0382кН; \u003d 28,5кН.

35,402-0,0382-28,5 \u003d 6,86кН

P т.сц \u003d 125000 * 3,85 * 0,6 / (2,48-0,98 * (0,6 + 0,02)) \u003d 151,1кН

Приклад розрахунку для автомобіля MERCEDES:

1 передача:

97,823кН; \u003d 0,005кН; \u003d 29,43кН.

97,823-0,005-29,43 \u003d 68,388кН

2 передача:

55,59кН; \u003d 0,0169кН; \u003d 29,43кН.

55,59кН -0,0169-29,43 \u003d 26,14кН

3 передача:

33,491кН; \u003d 0,0464кН; \u003d 29,43кН.

33,491-0,0464-29,43 \u003d 4,01кН

P т.сц \u003d 115000 * 4,2 * 0,6 / (2,42-0,98 * (0,6 + 0,02)) \u003d 159,9кН

На підставі того, що на будь-яких передачах, то можна сказати, що при русі автомобіля не спостерігається проковзування ведучих коліс.

Порівняльна таблиця отриманих оціночних параметрів тягово-швидкісних властивостей, укладення.

Висновок: В даному розділі було проведено дослідження тягово-швидкісних властивостей двох автомобілів практично однаковою потужністю.

Незважаючи на те, що двигун MERCEDES має однакову потужністю, а сам автомобіль MERCEDES, в цілому, важче, високий момент на середніх оборотах і підвищений передавальне число трансмісії дозволяють йому перевершити автомобіль КамАЗ по тяговим властивостям і развиваемому зусиллю на гаку. У автомобіля КамАЗ більше максимальна швидкість, усореніе.

У свою чергу, автомобіль, MERCEDES здатний долати більш круті підйоми, що робить його незамінним на важкопрохідних ділянках.

Для того щоб нерухомий автомобіль привести в рух, однією сили тяги недостатньо. Необхідно ще тертя між колесами і дорогою. Інакше кажучи, автомобіль може рухатися лише за умови зчеплення ведучих коліс з поверхнею дороги. У свою чергу, сила зчеплення залежить від зчіпного ваги автомобіля Gv, т. Е. Вертикального навантаження на провідні колеса. Чим більше вертикальне навантаження, тим більше сила зчеплення:

де Pсц - сила зчеплення коліс з дорогою, кгс; Ф - коефіцієнт зчеплення; GK - зчіпний вагу, кгс. Умова руху без буксування коліс

Рk< Рсц,

т. е. якщо тягова сила менше сили зчеплення, то провідне колесо котиться без буксування. Якщо ж до ведучих коліс прикладена тягова сила, більша, ніж сила зчеплення, то автомобіль може рухатися тільки з пробуксовкою ведучих коліс.

Коефіцієнт зчеплення залежить від типу і стану покриття. На дорогах з твердим покриттям величина коефіцієнта зчеплення обумовлена \u200b\u200bголовним чином тертям ковзання між шиною і дорогою і взаємодією частинок протектора і мнкронеровностей покриття. При змочуванні твердого покриття коефіцієнт зчеплення зменшується дуже помітно, що пояснюється утворенням плівки з шару частинок грунту і води. Плівка розділяє тертьові поверхні, послаблюючи взаємодію шини і покриття і зменшуючи коефіцієнт зчеплення. При ковзанні шини по дорозі в зоні контакту можливе утворення елементарних гідродинамічних клинів, що викликають підведення елементів шини над мікровиступів покриття. Безпосередній контакт шини і дороги в цих місцях замінюється рідинним тертям, при якому коефіцієнт зчеплення мінімальний.

На деформуються дорогах коефіцієнт зчеплення залежить від опору грунту зрізу і величини внутрішнього тертя в грунті. Виступи протектора провідного колеса, занурюючись в грунт, деформують і ущільнюють його, що викликає збільшення опору зрізу. Однак після деякої межі починається руйнування грунту, і коефіцієнт зчеплення зменшується.

На величину коефіцієнта зчеплення впливає також малюнок протектора шини. Шини легкових автомобілів мають протектор з дрібним малюнком, що забезпечує хороше зчеплення на твердих покриттях. Шини вантажних автомобілів мають великий малюнок протектора з широкими і високими виступами-грунтозацепа-ми. Під час руху грунтозачепи врізаються в грунт, покращуючи прохідність автомобіля. Стирання виступів в процесі експлуатації погіршує зчеплення шини з дорогою.

При збільшенні внутрішнього тиску в шині коефіцієнт зчеплення спочатку збільшується, а потім зменшується. Максимальне значення коефіцієнта зчеплення відповідає приблизно величині тиску, рекомендованого для даної шини.

При повному ковзанні шини по дорозі (буксування ведучих коліс або юз гальмують коліс) величина ф може бути на 10 - 25% менше максимальної. Коефіцієнт поперечного зчеплення залежить від тих же факторів, і його зазвичай приймають рівним 0,7Ф. Середні значення коефіцієнта зчеплення коливаються в широких межах від 0,1 (обмерзлій покриття) до 0,8 (сухе асфальто- і цементобетонне покриття).

Зчеплення шин з дорогою має першорядне значення для безпеки руху, так як воно обмежує можливість інтенсивного гальмування і стійкого руху автомобіля без поперечного ковзання.

Недостатня величина коефіцієнта зчеплення є причиною в середньому 16%, а в несприятливі періоди року - до 70% дорожньо-транспортних пригод від загального їх числа. Міжнародною комісією по боротьбі зі скользкостью дорожніх покриттів встановлено, що величина коефіцієнта зчеплення за умовами безпеки руху не повинна бути менше 0,4.

Сили, що діють на автомобіль

гальмування автомобіля

стійкість автомобіля

керованість автомобіля

прохідність автомобіля

Автомобіль переміщається з певною швидкістю в результаті дії на нього рушійних сил і сил, чинять опір руху (рис. 1).

До силам, що перешкоджає руху автомобіля, відносяться: сили опору коченню РF , Опір, що створюється підйомом дороги Ра , Опір повітря Pw , Опір сил інерції рj . Для подолання цих сил автомобіль оснащений джерелом енергії - двигуном. Виникає в результаті роботи двигуна крутний момент передається через силову передачу і піввісь на провідні колеса автомобіля. Їх обертанню перешкоджає сила тертя, яка з'являється між колесами і поверхнею дороги.

Під час обертання провідні колеса створюють окружні сили, які діють на дорогу, прагнучи як би відштовхнути її назад. Дорога, в свою чергу, надає рівну протидію (дотичну реакцію) на колеса, що і викликає рух автомобіля.

Силу, яка призводить автомобіль в рух, називають силою тяги і позначають Ph. Зв'язок між цими величинами або граничне умова руху автомобіля, при якому забезпечується рівновага між силою тяги і силами опору руху, можна виразити формулою

Pk \u003d Pf ± Pa + Pw + Pj.

Це рівняння називається рівнянням тягового балансуі дозволяє встановити, як тягова сила розподіляється по різним видам опорів.

опір дороги

Опір коченню шини по дорозі є наслідком витрат енергії на гістерезисна (внутрішні) втрати в шині і на утворення колії (зовнішні) втрати. Крім того, частина енергії втрачається в результаті поверхневого тертя шин об дорогу, опору в підшипниках маточин ведених коліс і опору повітря ьращенію коліс. Зважаючи на складність обліку всіх факторів опір коченню коліс автомобіля оцінюють за сумарними витратами, вважаючи силу опору коченню зовнішньої по відношенню до автомобіля. При коченні еластичного колеса по твердій дорозі зовнішні втрати незначні. Шари нижній частині шини то стискаються, то розтягуються. Між окремими частинками шини виникає тертя, виділяється тепло, яке розсіюється, і робота, що витрачається на деформацію шини, що не повертається повністю при наступному відновленні форми шини. При коченні еластичного колеса деформації в передній частині шини зростають, а в задній - зменшуються.

Коли жорстке колесо котиться по м'якій деформируемой дорозі (грунт, сніг), втрати на деформацію шини практично відсутні і енергія витрачається лише на деформацію дороги. Колесо врізається в грунт, видавлює його в сторону, спресовуючи окремі частинки, утворюючи колію.

Коли ж деформується колесо котиться по м'якій дорозі, енергія витрачається на подолання як внутрішніх, так і зовнішніх втрат.

При коченні пружного колеса по м'якій дорозі деформація його менше, ніж при коченні по твердій дорозі, а деформація грунту менше, ніж при коченні жорсткого по тому ж грунту.

Величина сили опору коченню може бути визначена з формули

Pf \u003d Gf cos a,

Pf - сила опору коченню;

G - вага автомобіля;

а - кут, що характеризує крутизну підйому або спуску;

f - коефіцієнт опору коченню, який враховує дію сил деформації шин і покриття, а також тертя між ними в різних дорожніх умовах.

Величина коефіцієнта опору коченню коливається від 0,012 (асфальтобетонне покриття) до 0,3 (сухий пісок).

Мал. 1. Сили, що діють на автомобіль, що рухається

Опір підйому. Автомобільні дороги складаються з чергуються між собою підйомів і спусків і вкрай рідко мають горизонтальні ділянки великої довжини. Крутизну підйому характеризують величиною кута а (в градусах) або величиною ухилу дороги t, що представляє собою відношення перевищення Н до закладання В (див. Рис. 1):

i \u003d H / B \u003d tg a.

Вага автомобіля G, що рухається на підйомі, можна розкласти на дві-складові сили: G sina, спрямовану паралельно дорозі, і Gcosa, перпендикулярну до дороги. Силу G sin a називають силою опору підйому і позначають Ра.

На автомобільних дорогах з твердим покриттям кути підйому невеликі і не перевищують 4 - 5 °. Для таких малих кутів можна вважати

i \u003d tg a ~ sin а, тоді Ра - G sin а \u003d Gi.

При русі на спуску сила Ра має протилежний зміст і діє як рушійна сила. Кут а й ухил i вважають позитивними на підйомі і негативними при русі на спуску.

У сучасних автомобільних доріг немає чітко виражених ділянок з постійним ухилом; їх поздовжній профіль має плавні обриси. На таких дорогах ухил і сила Р безперервно змінюються в процесі руху автомобіля.

Опір нерівностей.Жодне дорожнє покриття не є абсолютно рівним. Навіть нові цементобетонні і асфальтобетонні покриття мають нерівності висотою до 1 см. Під дією динамічних навантажень нерівності швидко збільшуються, зменшуючи швидкість автомобіля, скорочуючи термін його служби і збільшуючи витрату палива. Нерівності створюють додатковий опір руху.

При попаданні колеса в довгу западину воно ударяється об її дно і підкидається вгору. Після сильного удару колесо може відокремитися від покриття і знову вдаритися (вже з меншою висоти), здійснюючи затухаючі коливання. Переїзд через короткі западини і виступи пов'язаний з додатковою деформацією шини під дією сили, що виникає при ударі об виступ нерівності. Таким чином, рух автомобіля по нерівностях дороги супроводжується безперервними ударами коліс і коливаннями осей і кузова. В результаті відбувається додаткове розсіювання енергії в шині і деталях підвіски, що досягає іноді значних величин.

Додаткове опір, що викликається неровкостямі дороги, враховують, умовно збільшуючи коефіцієнт опору коченню.

Величини коефіцієнта опору коченню f і ухилу i в сукупності характеризують якість дороги. Тому часто говорять про силі опору дороги Р, що дорівнює сумі сил РF і Ра:

Р \u003d Pf -f Ра \u003d G (f cos а -f sin а) ~ G (f + i).

Вираз, що стоїть в дужках, називають коефіцієнтом опору дорогиі позначають буквою Ф. Тоді сила опору дороги

Р \u003d G (f cos a -f sin а) \u003d G ф.

Опір повітря.При русі автомобіля на нього чинить опір і повітряне середовище. Витрати потужності на подолання опору повітря складаються з наступних величин:

Лобового опору, що з'являється в результаті різниці тисків спереду і ззаду автомобіля, що рухається (близько 55 - 60% всього опору повітря);

Опору, створюваного виступаючими частинами: підніжками, крилами, номерним знаком (12 - 18%);

Опору, що виникає при проходженні повітря через радіатор і підкапотний простір (10-15%);

Тертя зовнішніх поверхонь про довколишні шари повітря (8 - 10%);

Опору, викликаного різницею тисків зверху і знизу автомобіля (5 - 8%).

При збільшенні швидкості руху збільшується і опір повітря.

Причепи викликають збільшення сили опору повітря внаслідок значного завихрення повітряних потоків між тягачем і причепом, а також через збільшення зовнішньої поверхні тертя. В середньому можна прийняти, що застосування кожного причепа збільшує цей опір на 25% в порівнянні з одиночним автомобілем.

сила інерції

Крім сил опору дороги і повітря вплив на рух автомобіля надають сили інерції Р). Будь-яке зміна швидкості руху супроводжується подоланням сили інерції, і її величина тим більше, чим більше мешкаючи м, аееа автомобіля:

Час рівномірного руху автомобіля зазвичай мало в порівнянні із загальним часом його роботи. Так, наприклад, при роботі в містах автомобілі рухаються рівномірно 15 - 25% часу. Від 30% до 45% часу займає прискорений рух автомобіля і 30 - 40% - рух накатом і гальмування. При рушанні з місця і збільшення швидкості автомобіль рухається з прискоренням - його швидкість при цьому нерівномірна. Чим швидше автомобіль збільшує швидкість, тим більше прискорення автомобіля. Прискорення показує, як за кожну секунду зростає швидкість автомобіля. Практично прискорення автомобіля досягає 1 - 2 м / с2. Це означає, що за кожну секунду швидкість буде зростати на 1 - 2 м / с.

Сила інерції змінюється в процесі руху автомобіля відповідно до зміни прискорення. Для подолання сили інерції витрачається частина тягової сили. Однак в тих випадках, коли автомобіль рухається накатом після попереднього розгону або при гальмуванні, сила інерції діє у напрямку руху автомобіля, виконуючи роль рушійної сили. Беручи це до уваги, деякі важкопрохідні ділянки шляху можна долати з попередніми розгоном автомобіля.

Величина сили опору розгону залежить від прискорення руху. Чим швидше розганяється автомобіль, тим більшою стає ця сила. Її величина змінюється навіть при рушанні з місця. Якщо автомобіль рушає плавно, то сила ця майже відсутня, а при різкому рушанні вона може навіть перевищити тягову силу. Це призведе або до зупинки автомобіля, або до буксування коліс (в разі недостатньої величини коефіцієнта зчеплення).

В процесі роботи автомобіля безперервно змінюються умови руху: тип і стан покриття, величина і напрямок ухилів, сила і напрям вітру. Це призводить до зміни швидкості автомобіля. Навіть в найбільш сприятливих умовах (рух по вдосконаленим автомагістралях поза міст і населених пунктів) швидкість автомобіля і тягова сила рідко залишаються незмінними в, протягом тривалого часу. На средней.скорості руху (визначається як відношення пройденого шляху до часу, витраченому на проходження цього шляху з урахуванням часу зупинок в дорозі) позначається крім сил опору вплив вельми великої кількості факторів. До них відносяться: ширина проїжджої частини, інтенсивність руху, освітленість дороги, метеорологічні умови (туман, дощ), наявність небезпечних зон (залізничні переїзди, скупчення пішоходів), стан автомобіля і т. Д.

У складних дорожніх умовах може статися так, що сума всіх сил опору перевищить тягову силу, тоді рух автомобіля буде уповільненим і він може зупинитися, якщо водій не вживе необхідних заходів.

Зчеплення колеса автомобіля з дорогою

Для того щоб нерухомий автомобіль привести в рух, однією сили тяги недостатньо. Необхідно ще тертя між колесами і дорогою. Інакше кажучи, автомобіль може рухатися лише за умови зчеплення ведучих коліс з поверхнею дороги. У свою чергу, сила зчеплення залежить від зчіпного ваги автомобіля Gv, т. Е. Вертикального навантаження на провідні колеса. Чим більше вертикальне навантаження, тим більше сила зчеплення:

Pсц \u003d ФGk,

де Pсц - сила зчеплення коліс з дорогою, кгс; Ф - коефіцієнт зчеплення; GK - зчіпний вагу, кгс. Умова руху без буксування коліс

Рk< Рсц,

т. е. якщо тягова сила менше сили зчеплення, то провідне колесо котиться без буксування. Якщо ж до ведучих коліс прикладена тягова сила, більша, ніж сила зчеплення, то автомобіль може рухатися тільки з пробуксовкою ведучих коліс.

Коефіцієнт зчеплення залежить від типу і стану покриття. На дорогах з твердим покриттям величина коефіцієнта зчеплення обумовлена \u200b\u200bголовним чином тертям ковзання між шиною і дорогою і взаємодією частинок протектора і мнкронеровностей покриття. При змочуванні твердого покриття коефіцієнт зчеплення зменшується дуже помітно, що пояснюється утворенням плівки з шару частинок грунту і води. Плівка розділяє тертьові поверхні, послаблюючи взаємодію шини і покриття і зменшуючи коефіцієнт зчеплення. При ковзанні шини по дорозі в зоні контакту можливе утворення елементарних гідродинамічних клинів, що викликають підведення елементів шини над мікровиступів покриття. Безпосередній контакт шини і дороги в цих місцях замінюється рідинним тертям, при якому коефіцієнт зчеплення мінімальний.

На деформуються дорогах коефіцієнт зчеплення залежить від опору грунту зрізу і величини внутрішнього тертя в грунті. Виступи протектора провідного колеса, занурюючись в грунт, деформують і ущільнюють його, що викликає збільшення опору зрізу. Однак після деякої межі починається руйнування грунту, і коефіцієнт зчеплення зменшується.

На величину коефіцієнта зчеплення впливає також малюнок протектора шини. Шини легкових автомобілів мають протектор з дрібним малюнком, що забезпечує хороше зчеплення на твердих покриттях. Шини вантажних автомобілів мають великий малюнок протектора з широкими і високими виступами-грунтозацепа-ми. Під час руху грунтозачепи врізаються в грунт, покращуючи прохідність автомобіля. Стирання виступів в процесі експлуатації погіршує зчеплення шини з дорогою.

При збільшенні внутрішнього тиску в шині коефіцієнт зчеплення спочатку збільшується, а потім зменшується. Максимальне значення коефіцієнта зчеплення відповідає приблизно величині тиску, рекомендованого для даної шини.

При повному ковзанні шини по дорозі (буксування ведучих коліс або юз гальмують коліс) величина ф може бути на 10 - 25% менше максимальної. Коефіцієнт поперечного зчеплення залежить від тих же факторів, і його зазвичай приймають рівним 0,7Ф. Середні значення коефіцієнта зчеплення коливаються в широких межах від 0,1 (обмерзлій покриття) до 0,8 (сухе асфальто- і цементобетонне покриття).

Зчеплення шин з дорогою має першорядне значення для безпеки руху, так як воно обмежує можливість інтенсивного гальмування і стійкого руху автомобіля без поперечного ковзання.

Недостатня величина коефіцієнта зчеплення є причиною в середньому 16%, а в несприятливі періоди року - до 70% дорожньо-транспортних пригод від загального їх числа. Міжнародною комісією по боротьбі зі скользкостью дорожніх покриттів встановлено, що величина коефіцієнта зчеплення за умовами безпеки руху не повинна бути менше 0,4.

Гальмування АВТОМОБІЛЯ

Надійні і ефективні гальма дозволяють водієві впевнено вести автомобіль з великою швидкістю і в той же час забезпечують необхідну безпеку руху.

У процесі гальмування кінетична енергія автомобіля переходить в роботу тертя між фрикційними накладками колодок і гальмівними барабанами, а також між шинами і дорогою (рис. 2).

Величина гальмівного моменту, що розвивається гальмівним механізмом, залежить від його конструкції і тиску в приводі. Для найбільш поширених типів гальмівних приводів, гідравлічного і пневматичного, сила натискання на колодку прямо пропорційна тиску, що розвивається в приводі при гальмуванні.

Гальма сучасних автомобілів можуть розвивати момент, що значно перевищує момент сили зчеплення шини з дорогою. Тому дуже часто в практиці спостерігається юз, коли при інтенсивному гальмуванні колеса автомобіля блокуються і ковзають по дорозі, не обертаючись. До блокування колеса між гальмівними накладками і барабанами діє сила тертя ковзання, а в зоні контакту шини з дорогою - сила тертя спокою. Після блокування, навпаки, між поверхнями, що труться гальма діє сила тертя спокою, а в зоні контакту шини з дорогою - сила тертя ковзання. При блокуванні колеса витрати енергії на тертя в гальмі і на кочення припиняються і майже все тепло, еквівалентну поглинається кінетичної енергії автомобіля, виділяється в місці контакту шини з дорогою. Підвищення температури шини призводить до розм'якшення гуми і зменшення коефіцієнта зчеплення. Тому найбільша ефективність гальмування досягається в разі кочення колеса на межі блокування.

При одночасному гальмуванні двигуном і гальмами досягнення величини сили зчеплення на провідних колесах відбувається при меншій силі натискання на педаль, ніж при гальмуванні тільки гальмами. Тривале гальмування (наприклад, під час руху на затяжних спусках) в результаті нагрівання гальмівних барабанів різко зменшує коефіцієнт тертя фрикційних накладок, а отже, і гальмівний момент. Таким чином, гальмування з неот'едіненним двигуном, що застосовується в якості додаткового способу зменшення швидкості, дозволяє збільшити термін служби гальм. Крім того, при гальмуванні з неот'едіненним двигуном збільшується поперечна стійкість автомобіля.

Мал. 2. Сили, що діють на колесо автомобіля при гальмуванні

Розрізняють екстрене і службове гальмування.

службовимназивається гальмування для зупинки автомобіля або зниження швидкості руху в заздалегідь призначеному водієм місці. Зниження швидкості в цьому випадку здійснюється плавно, частіше комбінованим гальмуванням.

екстренимназивається гальмування, яке проводиться з метою запобігання наїзду на несподівано з'явилося або помічене перешкоду (предмет, автомобіль, пішохід та ін.). Це гальмування може бути охарактеризоване зупинним шляхом і гальмівним шляхом автомобіля.

під зупинним шляхомрозуміють відстань, яке пройде автомобіль від моменту виявлення водієм небезпеки до моменту зупинки автомобіля.

гальмівним шляхомназивають частину зупинкового шляху, який пройде автомобіль з моменту початку гальмування коліс до повної зупинки автомобіля.

Загальний час t0, необхідне для зупинки автомобіля з моменту виникнення перешкоди ( «зупиночних час»), можна представити у вигляді суми декількох складових:

t0 \u003d tр + tпр + tу + tT,

де tр - час реакції водія, с;

tпр - час між початком натискання на гальмівну педаль і початком дії гальм, с;

tу - час збільшення уповільнення, с;

tT - час повного гальмування, с.

суму tnp + ty часто називають часом спрацьовування гальмівного приводу.

Автомобіль протягом кожного зі складових інтервалів часу проходить певний шлях, і їх сума є зупинним шляхом (рис. 3):

S0 \u003d S1 + S2 + S3, м,

де S1, S2, S3 - відповідно шляху, пройдені автомобілем за час tр, tпр + tу, tт.

За час tр водій усвідомлює необхідність гальмування і переносить ногу з педалі подачі палива на педаль гальма. Час tр залежить від кваліфікації водія, його -возраст, стомлюваності і інших суб'єктивних чинників. Воно коливається від 0,2 до 1,5 с і більше. При розрахунках звичайно приймають tр \u003d 0,8 с.

Час tnp необхідно для вибирання зазорів і переміщення всіх деталей приводу (педалі, поршнів гальмівних циліндрів або діафрагми гальмівних камер, гальмівних колодок). Цей час залежить від конструкції гальмівного приводу і його технічного стану.

Мал. 3. Шлях гальмування і дистанція безпеки автомобіля

В середньому для справного гідравлічного приводу можна прийняти tпp \u003d 0,2 с, а для пневматичного - 0,6 с, У автопоїздів з пневматичним приводом гальм час tпр може досягати 2 с. Відрізок tу характеризує час поступового збільшення уповільнення від нуля (початок дії гальм) до максимального значення. Це час складає в середньому 0,5 с.

Протягом часу tp + tпp автомобіль рухається рівномірно з початковою швидкістю Vа. За час tу швидкість трохи зменшується. Протягом временя tт уповільнення зберігається приблизно постійним. У момент зупинки автомобіля уповільнення зменшується до нуля практично миттєво.

Зупинний шлях автомобіля без урахування сили опору дороги можна визначити за формулою

S \u003d (t * V0 / 3.6) + kе (Va2 / 254Фх)

де S0 - зупинний шлях, м;

VA - швидкість руху автомобіля в початковий момент гальмування, км / год;

kе - коефіцієнт ефективності гальмування, який показує, у скільки разів дійсне уповільнення автомобіля менше теоретичного, максимально можливого на даній дорозі. Для легкових автомобілів kе ~ 1,2, для вантажних автомобілів і автобусів kе ~ 1,3 - 1,4;

ФГ - коефіцієнт зчеплення шин з дорогою,

t \u003d tр + tпр + 0,5tу.

Вираз kе \u003d V2 / (254 ух) - являє гальмівний шлях, величина якого, як це видно з формули, пропорційна квадрату швидкості, з якою рухався автомобіль перед початком гальмування. Тому при збільшенні швидкості руху вдвічі, наприклад, з 20 до 40 км / год, гальмівний шлях збільшиться в 4 рази.

Нормативи ефективності дії ножного гальма автомобілів в умовах експлуатації наведені в табл. 1 (початкова швидкість гальмування 30 км / ч).

При гальмуванні на снігових і слизьких дорогах гальмівні сили всіх коліс автомобіля досягають значення сили зчеплення практично одночасно. Тому при Фх<0,4 следует принимать кэ= 1 для всех ав­томобилей.

Зміна напрямку руху будь-якого тіла можна досягти тільки додатком до нього зовнішніх сил. При русі транспортного засобу на нього діє безліч сил, при цьому шини виконують важливі функції: кожна зміна напрямку або швидкості руху транспортного засобу викликає поява в шині діючих сил.

Шина - це елемент зв'язку між транспортним засобом і проїжджою частиною. Саме в місці контакту шини з дорогою вирішується головне питання безпеки руху транспортного засобу. Через шину передаються всі сили і моменти, що виникають при розгоні і гальмуванні автомобіля, при зміні напрямку його руху.

Шина сприймає дії бічних сил, утримуючи автомобіль на вибраній водієм траєкторії руху. Тому фізичні умови зчеплення шини з поверхнею дороги визначають межі динамічних навантажень, що діють на транспортний засіб.

Мал. 01: Посадка безкамерної шини на ободі;
1. Обід; 2. Підкат (Хампі) на поверхні посадки борту шини; 3. Борт обода; 4. Каркас шини; 5. герметичний внутрішній шар; 6. брекерного пояс; 7. Протектор; 8. Боковина шини; 9. Борт шини; 10. Сердечник борту; 11. Вентиль

Вирішальні критерії оцінки:
-Забезпечення стійкого прямолінійного руху при дії на автомобіль бічних сил
-Забезпечення стійкого руху на поворотах Забезпечення зчеплення на різних поверхнях проїжджої частини Забезпечення зчеплення з дорогою при різних погодних умовах
-Забезпечення гарної керованості автомобіля Забезпечення комфортних умов руху (гасіння коливань, забезпечення плавності ходу, мінімальна гучність кочення)
-Міцність, зносостійкість, високий термін служби
-Невисокая ціна
-Мінімальний ризик пошкодження шини при її пробуксовці

прослизання шини

Прослизання шини або її буксування відбувається з різниці між теоретичною швидкістю руху, обумовленої обертанням колеса, і дійсної швидкістю руху, що забезпечується силами зчеплення колеса з дорогою

За допомогою наведеного прикладу можна пояснити це твердження: нехай довжина кола питань зовнішньої біговій поверхні шини легкового автомобіля становить близько 1,5 м. Якщо при русі автомобіля колесо повертається навколо осі обертання 10 раз, то пройдений автомобілем шлях повинен скласти 15 м. Якщо ж відбувається прослизання шини, то пройдений автомобілем шлях стає коротшим Закон інерції Кожне фізичне тіло прагне або зберігати стан спокою, або зберігати стан прямолінійного руху.

Щоб вивести фізичне тіло зі стану спокою або відхилити його від прямолінійного руху до тіла повинна бути додана зовнішня сила. Зміна швидкості руху, як під час розгону автомобіля, так і при гальмуванні потребують відповідного додатку зовнішніх сил. Якщо водій намагається гальмувати на повороті на вкритій льодом поверхні дороги, автомобіль буде прагнути рухатися прямо без явно вираженого прагнення змінити швидкість руху, при цьому реакція на поворот рульового колеса буде занадто млявою.

На вкритій поверхні через колеса автомобіля може передаватися тільки маленькі сили гальмування і бічні зусилля, тому водіння автомобіля на слизькій дорозі є непростим завданням. Моменти сил При обертальному русі на тіло діють або впливають моменти сил.

В режимі руху колеса обертаються навколо своїх осей, долаючи моменти інерції спокою. Момент інерції коліс зростає зі збільшенням швидкості його обертання і разом з тим, швидкістю руху автомобіля. Якщо транспортний засіб знаходиться однією стороною на слизькій проїжджій частині (наприклад, вкритій поверхні дороги), а інша сторона на дорозі з нормальним коефіцієнтом зчеплення (неоднорідний коефіцієнт зчеплення μ), то при гальмуванні автомобіль отримує обертальний рух навколо вертикальної осі. Це обертальний рух називають моментом рисканья

Розподіл сил поряд з вагою тіла (силою тяжіння) на автомобіль діють різні зовнішні сили, величина і напрямок яких залежить від режиму і напрямку руху транспортно-го засобу. При цьому мова йде про наступні параметри:

 Силах, діючих в поздовжньому напрямку, (наприклад, силі тяги, силі опору повітря або силі тертя кочення)

 Силах, діючих в поперечному напрямку, (наприклад, зусилля, що додається до керованим колесам автомобіля, відцентрової сили при русі на повороті, або силі дії бічного вітру або силі, що виникає при русі на косо-горі).

Ці сили прийнято позначати, як сили бічного відведення автомобіля. Сили, що діють в поздовжньому або поперечному напрямку, передаються на шини, і через них на проїжджу частину дороги в вертикальному або горизонтальному напрямку, викликаючи деформацію шини в поздовжньому або поперечному напрямку.

Ці сили передаються на корпус авто-мобіля через:
 шасі автомобіля (так звані вітрові сили)
 органи управління (рульова сила)
 двигун і агрегати трансмісії (рушійна сила)
 гальмівні механізми (гальмівні сили)
У протилежному напрямку ці сили діють з боку дорожньої поверхні на шини, передаючись потім на транспортний засіб. Це пов'язано з тим, що: будь-яка сила викликає протидію

Для забезпечення руху тягова сила, що передається на колесо за допомогою крутного моменту, створюваного двигуном, повинна перевершувати всі зовнішні сили опору (поздовжні і поперечні сили), які виникають, наприклад, при русі автомобіля по дорозі з поперечним ухилом.

Для оцінки динаміки руху, а також стійкості руху транс-кравця кошти повинні бути відомі сили, що діють між шиною і дорожнім полотном в так званому плямі контакту шини з дорогою. Зовнішні сили, що діють в майданчику зіткнення шини з дорогою, передаються через колесо на транспортний засіб. Зі збільшенням практики водіння водій все краще і краще вчиться реагувати на ці сили.

У міру набуття досвіду водіння, у водія все виразніше виникають відчуття сил діючих в плямі контакту шини з дорогою. Величина і напрямок зовнішніх сил залежить від інтенсивності розгону і гальмування автомобіля, при дії бічних сил від вітру, або при русі по дорозі з поперечним ухилом. Окремо стоїть досвід водіння по слизьких дорогах, коли надмірна дія на органи управління можуть зірвати шини автомобіля в ковзання.

Але найголовніше це те, що водій навчається правильним і дозованим дій органами управління, які перешкоджають виникненню некерованого руху. Невмілі дії водія при високій потужності двигуна особливо небезпечні, так як сили, що діють в зоні контакту, можуть перевищити допустиму межу по зчепленню, що може викликати занос автомобіля або повну втрату керованості, і підвищує знос шин.

Сили в плямі контакту шини з дорогою Тільки строго дозовані сили в зоні контакту колеса з дорогою здатні забезпечити відповідні бажанням водія швидкість і зміна напрямку руху. Сумарна сила в плямі контакту шини з дорогою складається з наступних складових її сил:

Дотична сила, спрямована по колу шини дотична сила Fμ виникає в результаті передачі крутного моменту приводним механізмом або при гальмуванні автомобіля. Вона діє в поздовжньому напрямку на поверхню дороги (поздовжня сила) і дає можливість водієві зробити розгін при впливі на педаль газу або забезпечити уповільнення руху при його впливі на педаль гальма.

Вертикальна сила (нормальна реакція опори) Вертикальна сила між шиною і поверхнею дороги позначається як радіально спрямована сила, або як нормальна реакція опори FN. Вертикальна сила між шиною і поверхнею дороги присутній завжди, як при русі транспортного засобу, так і при його нерухомості. Вертикальна сила, що діє на опорну поверхню, визначається частиною ваги автомобіля, що припадає на це колесо, плюс додаткова вертикальна сила, що виникає в результаті перерозподілу ваги при розгоні, гальмуванні або русі в повороті.

Вертикальна сила збільшується або зменшується при русі автомобіля на підйом або під ухил, при цьому збільшення або зменшення вертикальної сили залежить від напрямку руху автомобіля. Нормальна реакція опори визначається при нерухомому положенні транспортного засобу, встановленого на горизонтальній поверхні.

Додаткові сили можуть збільшити або зменшити значення вертикальної сили між колесом і поверхнею дороги (нормальної реакції опори). Так при русі не повороті додаткова сила зменшує вертикальну складову на внутрішніх до центру повороту колесах і збільшує вертикальну складову на колесах зовнішньої сторони транспортного засобу.

Майданчик контакту шини з поверхнею дороги деформується додається до колеса вертикальної силою. Так як боковини шини піддаються відповідної деформації, вертикальна сила не може розподілятися рівномірно по всій площі плями контакту, а виникає трапецевідное розподіл тиску шини на опорну поверхню. Боковини шини беруть на себе зовнішні сили, і шина деформується в залежності від величини і напрямки зовнішньої навантаження.

бічна сила

Бічні сили чинять дію на колесо, наприклад, при дії бічного вітру, або при русі автомобіля на повороті. Керовані колеса автомобіля, що рухається при їх відхиленні від прямолінійного положення також піддаються дії бічної сили. Бічні сили викликає вимір напрямку руху транспортного засобу.