8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Какие силы действуют на автомобиль


Силы действующие на автомобиль при движении

На движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.

Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.

На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:

При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля—сила сопро­тивления разгону (сила инерции).



Развиваемый двигателем автомобиля крутящий момент передается на ведущие колеса. В передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колесам участвуют механизмы трансмиссии. Крутящий момент на ведущих колесах зависит от крутящего момента двигателя и передаточных чисел коробки передач и главной передачи. В точке касания колес с поверхностью дороги крутящий момент вызывает окружную силу. Противодействие дороги этой окружной силе выражается реактивной силой, передаваемой от дороги на ведущее колесо. Эта сила направлена в сторону движения автомобиля и называется толкающей или тяговой силой. Тяговая сила от колес передается на ведущий мост и далее на раму, заставляя автомобиль двигаться. Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Тяговая сила на ведущих колесах дости­гает наибольшей величины при движении автомобиля на низшей передаче, поэтому низшую передачу используют при трогании с места автомобиля с грузом, при движении автомобиля по бездорожью. Величина тяговой силы на ведущих колесах автомобиля ограничивается сцеплением шин с поверхностью дороги.



Трение, возника­ющее между ведущими колесами автомобиля и дорогой, называется силой сцепления. Сила сцепления равна произведению коэф­фициента сцепления на сцепной вес, т. е. вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля. Величина коэффициента сцепления шин с дорогой зависит от качества и состояния дорожного покрытия, формы и состояния рисунка протектора шины, давления воздуха в шине.

У легковых автомобилей полный вес рас­пределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомоби­лей при полной их на­грузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60—70% полного веса.

Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначи­тельном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места со­провождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.

На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверх­ность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скольз­кой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.

При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы ри­сунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.

Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь шины уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.

Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает на­столько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.

Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.



При движении автомобиль преодолевает сопротивление воздуха, которое складывается из нескольких сопротивлений:
  • лобового сопротивле­ния (около 55—60% всего сопротивления воздуха)
  • создаваемого выступающими частями—подножками автобуса или автомобиля, крыльями (12—18%)
  • возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10—15%) и др.

Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигает­ся, в то время как в задней части автомобиля создается разреже­ние, которое вызывает образование завихрений.

Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движе­ния. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту авто­мобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возра­стает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а вы­ступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомоби­лей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузо­вую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.



На каждое колесо ав­томобиля постоянно действует вертикальная нагрузка, которая вызывает вертикальную реакцию дороги. При движении автомобиля на него действует сила сопротивления качению, которая возникает вследствие деформации шин и дороги и трения шин о дорогу.

Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:

  • для асфальтобетонного покрытия— 0,014—0,020
  • для гравийного покрытия—0,02—0,025
  • для песка—0,1—0,3


Автомобильная дорога состоит из чередующихся между собой подъемов и спусков и редко имеет горизонтальные участки большой длины.

При движении на подъем автомобиль испытывает дополнитель­ное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к гори­зонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.

При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.



Часть тяговой силы при разгоне затрачивается на ускорение вращающихся масс, главным образом маховика коленчатого вала двигателя и колес автомобиля. Для того чтобы автомобиль начал двигаться с определенной скоростью, ему необходимо преодолеть силу сопротивления разгону, равную произведению массы автомобиля на ускорение. При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, об­ратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения эта сила направлена в сторону движения автомобиля. Бывают случаи, когда при резком разгоне груз или пассажиры падают из открытого кузова, с сидений мотоцикла, а при резком торможении пассажиры ударяются о лобовое стекло или о перед­ний борт автомобиля. Для того чтобы таких случаев не было, необходимо, плавно увеличивая частоту вращения коленчатого вала двигателя, преодолевать силу сопротивления разгону и плавно осу­ществлять торможение автомобиля.


На автомобиль, как и на любое другое тело, действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Центром тяжести автомобиля называют такую точку автомобиля, от которой вес автомобиля распределяется равномерно во всех направлениях. У автомобиля центр тяжести располагается между передней и задней осью на высоте около 0,6 м для легковых и 0,7—1,0 м для гру­зовых. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее авто­мобиль против опрокидывания. При загрузке автомобиля грузом центр тяжести поднимается у легковых автомобилей примерно на 0,3—0,4 м, а у грузовых на 0,5 м и более в зависимости от рода груза. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может также сместиться вперед, назад или в сторону, при этом будут нарушаться устойчивость автомобиля и легкость управления.


Силы, действующие на автомобиль

Силы, действующие на автомобиль

Кимстач В.В. 1

1ГБПОУ ЛО "Мичуринский многопрофильный техникум"

Козырева А.Г. 1

1ГБПОУ ЛО "Мичуринский многопрофильный техникум"

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Нашу современную жизнь трудно представить без автомобиля. Нет такой профессии на Земле, представитель которой не нуждался бы в автомобиле. На автомобиле или на автобусе мы добираемся до места назначения. Когда выходишь из дома, то почти сразу мы видим автомобиль.

Первый автотранспорт был изобретен много лет назад. Он восхищал своей эксклюзивностью и новаторством. Сейчас в мире представлены тысячи различных моделей машин, которые рассчитаны на разных потребителей. Но часто ли водители задумываются над следующими вопросами.

Каковы причины движения автомобиля? Какие силы действуют на автомобиль?

В нашей работе мы попытаемся ответить на это вопросы, используя специальную литературу. Рассмотрим какие внешние силы действуют на автомобиль во время движения по прямой и наклонной поверхности. Определим какие силы препятствуют, а какие способствуют движению автомобиля. Отдельное внимание уделим процессу торможения, так как с помощью тормозов можно не только остановить и удержать машину на месте, но и преодолеть скользкий участок, опасный поворот, развернуться и даже перескочить неширокую канаву или выбоину.

Силы, действующие на автомобиль

Автомобиль, преодолевающий подъем, одновременно движется вверх и вперед. В общем случае на подъеме при ускоренном перемещении автомобиля на него действуют силы, движущие его, силы оказывающие сопротивление движению автомобиля, и силы, составляющие нормальные реакции дороги на передние Zп и задние Zз колеса, вызванные перпендикулярной плоскости дороги составляющей силы тяжести автомобиля.

Покрышка соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В каждой из этих точек на покрышку действует бесконечно малая сила - элементарная реакция дороги. Равнодействующую элементарных сил, которая действует со стороны дороги на колесо в области контакта, называют реакцией дороги.

Силы, движущие автомобиль, возникают в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с дорогой и называются силами тяги Fт (рис. 1).

К силам, оказывающим сопротивление движению автомобиля, относятся силы сопротивления качению передних Рск.п. и задних Рск.з. колес, действующие в плоскости дороги; сила сопротивления подъему Рсп, сила сопротивления воздуха Fсв, сила инерции Fи , приложенная к центру масс ЦМ автомобиля и на­зываемая силой сопротивления разгону.

Силы Zп и Zз составляют нормальные реакции дороги на передние и задние колеса соответственно. Они вызваны перпендикулярной плоскости дороги, составляющей GN силы тяжести G автомобиля с полной нагрузкой.

Рис.1

Рис.1

Рис.1. Внешние силы, действующие на автомобиль во время движения: ЦМ- центр масс; G - Сила тяжести автомобиля с полной нагрузкой;

GN - составляющая силы тяжести, перпендикулярная плоскости дороги; Рсп_ сила сопротивления подъему; Рск.п , Рск.з - сила сопро­тивления качению передних и задних колес; Fсв - сила сопротивления воздуха; Fт - сила тяги; Fи- сила инерции; a - угол, характеризующий крутизну подъема; Н- превышение дороги; S- заложение дороги; Zn, Zз- нормальные реакции дороги на передние и задние колеса.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качениюРск постоянно мешает движению и представляет собой целую совокупность сил. Это силы, деформирующие и перемещающие грунт; деформирующие шины; силы трения колес о колею; силы, образующиеся при преодолении выбоин, и т. п.

Принято считать, что:

Рск = f·G,

где: Рск - сила сопротивления качению;

f = 0,015 - 0,3 - коэффициент сопротивления качению, учитывающий состояние дороги, давление в шинах и пр.;

G - сила тяжести автомобиля.

Сила сопротивления качению Рск составляет подобающую долю от силы тяжести автомобиля.

Сила сопротивления подъему

Сила сопротивления подъемуРсп - Крутизну подъема охарактеризовывают углом в градусах (см. рис. 1) или же уклоном дороги i, который представляет собой отношение превышения Н дороги к заложению S, т. е. Силу тяжести G автомобиля, преодолевающего подъем, можно разложить на две составляющие: на силу Рсп, параллельную дороге, и силу Gn=G-cosα, перпендикулярную ей.

Силу Рсп= G-sinα, называют силой сопротивления подъему, где

Также силу сопротивления подъему выражают формулой

При перемещении на спуске сила Рсп ориентирована в сторону перемещения автомобиля и, следовательно, меняет свой знак (рис. 1, в) и, в отличие от силы сопротивления качению, может стать и движущей. Вследствие этого угол а и уклон дороги i считают положительными при перемещении автомобиля на подъеме и отрицательными при его перемещении на спуске.

При перемещении автомобиля на подъеме силу Рсп можно объединить с Рск, а поскольку обе эти силы пропорциональны силе тяжести автомобиля, то:

При перемещении автомобиля под уклон

Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление)

Сила сопротивления воздуха Fсв- данная сила считается следствием давления встречных частиц воздуха на движущийся автомобиль, разрежения, образующегося позади автомобиля, завихрения воздуха вокруг автомобиля и трения воздуха о поверхность автомобиля. В каждой точке поверхности автомобиля в итоге соприкосновения его с воздушной средой появляются элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределенные по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха FCB. Опытным путем установлено, что сила сопротив­ления воздуха равна

kв — коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля 0,20 - 0,30H·m4;

Sл — лобовая площадь автомобиля;

V — скорость движе­ния автомобиля.

Из формулы видно, что сопротивление воздуха находится в зависимости от скорости автомобиля, его обтекаемости, величины площади попе­речного сечения, плотности воздуха. Существенное значение Fсв приобретает только при высоких скоростях, так как зависит от квадрата скорости.

Сила, разгоняющая автомобиль.

Для автомобиля характерным считается неравномерное движение. Показателями разгона являются ускорение, время и путь разгона. В общем случае перемещения автомобиля сила тяги Fт уравновешивается силами сопротивления перемещения:

При разгоне автомобиля, т. е. при перемещении автомобиля с ускорением а, появляется сила инерции Fи автомобиля, противодействующая разгону, равная

где m - масса автомобиля;

а - ускорение автомобиля.

Влияние инерционного момента вращающихся масс учитывается коэффициентом  относительного увеличения массы автомобиля, предусматривающим воздействие вращающихся масс, показывающим, во сколько раз сила, необходимая для ускорения автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы.

В соответствии с этим общая сила сопротивления разгону

Величина ≈1,05 + 0,05·nкп,

nкп - передаточное число коробки передач, на которой производится разгон.

Мощность, которая имеется для обеспечения ускорения, представляет собой разность между мощностью, требующейся при данных условиях для преодоления сопротивления движения, и мощностью, подводимой к ведущим колесам.

Мощность, важная для перемещения автомобиля с ускорением

V — скорость автомобиля.

Из приведенной формулы видно, что чем автомобиль легче, тем большее ускорение получится развить при схожей мощности мотора.

В случае если автомобиль движется без разгона (Fp = 0 и Fи = 0), вся сила тяги тратится на преодоление сил сопротивления, и равна:

В случае, когда автомобиль замедляет ход, сила тяги становится меньше суммарной величины сил, препятствующих перемещению.

Сила тяги автомобиля.

Энергия от мотора к ведущим колесам передается через трансмиссию: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Благодаря наличию в трансмиссии коробки передач и главной передачи, суммарный крутящий момент Мкр на ведущих колесах автомобиля больше момента мотора Мдв.

Крутящий момент Мкр вызывает в месте контакта колеса с дорогой касательную реакцию дороги, движущую автомобиль, т. е. силу тяги. На теоретическом уровне ведущее колесо взаимодействует с дорогой в одной точке (практически же - в «пятне контакта»). Активной в этой точке является сила, с которой колесо «толкает» дорогу. Вот тут-то и появляется ответная (реактивная) сила FT реакции дороги, которая «толкает» машину. Величина силы тяги равна отношению крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес, т. е., Мкр -крутящий момент на колесе,

R - статический радиус колеса.

Таким образом, для определения силы тяги необходимо знать радиус R ведущего колеса и момент Мкр. Так как на колеса автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то радиус колеса во время движения изменяется под влиянием действующих на колесо сил. Различают статический радиус колеса ( расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, значение которого приводится в технической характеристике шины), динамический радиус колеса (расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса) и радиус качения колеса (радиус условно недеформирующегося кольца, имеющего с данным эластичным колесом схожую угловую и линейную скорости). Для простоты расчетов силы тяги считают радиус колеса постоянным и равным статическому радиусу колеса.

Сила сцепления шины с дорогой

Сила сцепления покрышки с дорогой Рсц. Для того чтобы автомобиль имел возможность стабильно ехать, тормозить и поворачивать, необходимо надежное сцепление покрышек с дорогой. Сила сцепления Рсц находится в зависимости от сцепного веса автомобиля и скорости перемещения автомобиля, а также от состояния дороги и покрышек: где:

Gсц — сцепной вес автомобиля,

сц коэффициент

Коэффициент сцепления покрышек с дорогой определяет проходимость автомобиля при перемещении по влажному грунту и по скользкой дороге.

Сцепной вес автомобиля возможно, увеличить, увеличивая количество ведущих колес или смещая центр тяжести в сторону ведущего моста.

От сцепления колес с дорогой зависят максимально вероятные силы тяги и торможения, а также боковая устойчивость автомобиля.

Если сила тяги приложенная к колёсам превышает силу сцепления, то при попытке тронуться с места ведущие колеса автомобиля пробуксовывают. Если тормозная сила колеса больше силы сцепления, колесо блокируется. И в том и в ином случаях возникает юз - проскальзывание колеса относительно опоры. Юз наступает тогда, когда скорость точки касания колеса с дорогой не равна нулю относительно дороги. В случае если эта точка неподвижна относительно дороги, колесо не будет проскальзывать до тех пор, пока действующие на него в точке касания силы не превысят силы трения покоя.

Автомобиль движется благода­ря наличию силы трения покоя. Ведь, если бы этого трения не было, колеса всегда проскальзывали бы относительно опоры, т. е. прокручивались бы при попытке разогнать автомобиль и блокировались бы при попытке его остановить. И если на льду колесо буксует или скользит, это означает, что соответственно силы тяги или торможения превышают силу трения (Рсц применительно к автомобилям). Очевидно, что условием движения автомобиля без юза являются соотношения:

FT < Рсц - для движения под действием силы тяги;

Рторм < Рсц - для движения под действием тормозной силы.

При полной загрузке автомобиля положение улучшается, зато при уменьшении значения коэффициента сцепления ᵠсц, а оно может уменьшиться в 10 раз (например, в гололед), максимально допустимая сила тяги также уменьшается в 10 раз. Значение коэффициента сцепления зависит прежде всего от типа и состояния дороги, рисунка и степени износа протектора покрышек, давления в шинах и скорости вращения колес. При управлении автомобилем следует учитывать все эти факторы.

Торможение.

Торможение это процесс, во время которого кинетическая энергия движущегося автомобиля в результате трения преобразуется в теплоту и рассеивается в окружающем пространстве. Трение создается тормозными механизмами, установленными на каждом колесе.

Во время торможения на колесо одновременно происходят два взаимо-связанных явления: во-первых, в результате работы тормозного механизма создается тормозной момент Мт, который препятствует вращению колеса; во-вторых, в результате взаимодействия покрышки с дорогой возникает момент сцепления Мсц, стремящийся поддержать вращение колеса.

При торможении элементарные силы трения, возникающие в паре трения «колодки — тормозной барабан », создают момент трения Мт, направленный в сторону, противоположную вращению колеса, а между колесом и дорогой возникает тормозная сила Рторм -

При полном торможении колесо блокируется и происходит рассеивание энергии в месте контакта покрышки с дорогой. В случае экстренного торможения на горизонтальной дороге, движущей силой является сила инерции автомобиля, а основной силой сопротивления движению является суммарная тормозная сила всех колес.

При рабочем торможении колесо вращается, а энергия рассеивается в тормозном механизме.

При идеальном торможении вся энергия движения автомобиля (mV2/2) превращается в тепло. Максимально возможное при торможении замедление:

g — ускорение свободного падения.

Но это лишь теоретически возможное замедление. Реально же значение замедления а меньше по многим причинам.

Во время экстренного торможения тормозной путь окажется равен:

V — скорость автомобиля, измеряемая в м/с, в момент начала торможения;

а — максимально возможное замедление автомобиля при торможении.

Формулы наглядно демонстрируют, что, если в результате изменения дорожных или погодных условий значение ᵠсц упало, во столько же раз снижаются максимально возможные сила торможения и замедление автомобиля.

Длина тормозного пути прямопропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения.

Из практики известно, что юз задних колес наступает чаще юза передних так как при торможении у автомобиля опускается передняя часть.

Это объясняется тем, что при торможении автомобиля сила инерции FH, которая приложена к ЦМ, действуя на плече Н (рис. 2, б), и тормозные силы Рторм, лежащие в плоскости дороги, образуют относительно ЦМ тормозной момент Мторм, который вызывает перераспределение нормальных нагрузок между передним и задним мостами. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому нормальные реакции Zп и Zз, действующие соответственно на передние и задние колеса автомобиля во время торможения, значительно отличаются от нагру­зок Gп и Gз, которые они воспри­нимают в статическом состоянии

Во время резкого торможения автомобиля реакция на переднюю ось у легковых автомобилей может возрасти в 1,5 - 2 раза, а на заднюю ось уменьшиться в 0,5 - 0,7 раза.

Степень распределения суммарной нагрузки по осям при торможении зависит от высоты расположения центра масс и от расстояния между осями. С уменьшением нагрузки на заднюю ось допустимые тормозные усилия на задних колесах уменьшаются, а на передних - увеличиваются; следовательно, при торможении задние колеса более склонны к юзу.

Рис.2

Рис.2. Силы, действующие на ав­томобиль при торможении и остановке: ЦМ - центр масс; Н - расстояние между ЦМ и пло­скостью дороги; Рторм - тор­мозная сила; Мторм - тормозной момент; G - вес автомобиля;Gсц - сцепной вес автомобиля

Рис.3

Рис.3. Силы сцепления колеса с дорогой, действующие в пятне контакта колеса: Fт -сила тяги; F́т- сила тяги при интенсивном разгоне; Рторм -сила торможения;

Р́торм - сила торможения при интенсивном замедлении; Р́бок.сц. - поперечная сила сцепления при интенсивном разгоне или торможении; Рбок.сц. - поперечная сила сцепления; Рсц - сила сцепления.

В процессе торможения реакция на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому для полной реализации силы сцепления при экстренном торможении необходимо, чтобы тормозные силы были пропорциональны нормальным реакциям. Исходя из этого делают так, чтобы передние колеса тормозили настолько сильнее, насколько больше при торможении они прижимаются к дороге. Это позволяет при торможении получить наибольшую тормозную силу, поскольку сила сцепления каждого колеса пропорциональна приходящейся на него нагрузке.

Для того чтобы предотвратить блокировку задних колёс применяется регулирование давления в тормозном приводе, которое обеспечивает ограничение роста давления в тормозных механизмах задних колес при уменьшении реакции на задние колеса автомобиля. Клапан регулятора давления перекрывает подвод жидкости к тормозным механизмам задних колес в случае, когда давление в ее тормозном контуре возрастает до предельного, угрожающего блокировкой колес. Более совершенные антиблокировочные системы с электронными датчиками скорости вращения колес предотвращают блокировку колес при любых значениях коэффициента сцепления.

Заключение

В настоящей работе были рассмотрены силы, действующие на автомобиль. К ним относятся:

Сила сопротивления качению, которая всегда препятствует движению и возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги;

Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сторону движения, так и против него. В процессе подъема она действует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направленная в сторону движения, становится движущей;

Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля;

Сила разгоняющая автомобиль, которая зависит от ускорения, времени и пути разгона;

Сила тяги автомобиля возникает при передачи крутящего момента с двигателя на колеса и для её определения необходимо знать радиус ведущего колеса;

Сила сцепления шины с дорогой зависит от сцепного веса автомобиля и скорости движения, она нужна для того, чтобы автомобиль мог устойчиво двигаться, тормозить и поворачивать.

Эти силы, действующие на автомобиль во время движения, влияют на изменения показателей эффективности работы автомобиля. К этим показателям можно отнести скоростные свойства автомобиля, топливная экономичность, износ деталей автомобиля, аэродинамические свойства.

Учет этих показателей позволит повысить эффективность использования автомобильного транспорта, и сократить число дорожно-транспортных происшествий.

Литература

Ваганов В.И. Вождение автотранспортных средств / Ваганов В.И., Рывкин А.А. - М.:Транспорт, 1990 – 224 с.

Горбачев М.Г. Безопасное вождение современного автомобиля / Горбачев М.Г. – м.: Рипол Классик, 2007 - 232

Калисский В.С. Автомобиль: Учебник водителя третьего класса / Калиссий В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. – 5-е изд.,стереотип. – М.: Транспорт, 1980. – 368 с.

Николенко В.В. Вождение автомобиля. Практическое пособие / Николенко В.В. – 1991 - 62 с.

Тимовский А.А. Основы управления автомобилем и безопасность дорожного движения / Тимовский А.А., Нестеренко В.Б. – Арий, - 2009, 146 с.

Шухман Ю.И. Основы управления автомобилем и безопасность движения / Шухман Ю.И. – м,: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2006.-160 с.

Интернет-источники

https://www.nkj.ru/archive/articles/9606/ (Наука и жизнь, О ТОРМОЗАХ И ТОРМОЖЕНИИ)

https://www.auto.sumy.ua/autofirm/advance/1

http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/sily-dejstvuyushhie-na-avtomobil-pri-dvizhenii/

http://www.znaypdd.ru/forces.php

Просмотров работы: 3760

Москвич 426 "Примус" (третья жизнь) › Бортжурнал › [Знание-сила!] Управляемость автомобиля и факторы, на неё влияющие о которых полезно знать

Попробовал собрать все мысли в одну статью, получилось многовато, но это минимум, который нужно знать любому автокулибину.

Кинематика поворота автомобиля на абсолютно жестких колесах

Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать такую кинематику поворота, при которой продолжнения осей всех колес пересекаются в одной точке, называемой центром поворота:

Кинематика поворота автомобиля

Силовой увод шины

В обычном понимании шина едет прямо, однако, т.к. она не твердая а эластичная, то деформируется под действием сил. Форма беговой дорожки искривляется и в реальности шина начинает ехать не туда куда направляется, а отклоняется от этого направления на некий угол δ.

И для того, чтобы отпечаток шины изменил форму, вовсе не обязательно буквально поворачивать. Для этого вполне достаточно небольшого наклона дорожного полотна (обеспечивающего слив воды), неровности асфальта, лёгкого подруливания, бокового ветра, даже при движении по абсолютно прямолинейному участку дороги. Один или несколько из этих факторов ВСЕГДА во время движения автомобиля.

Боковые силы, которые действуют на шину:

Центробежная сила в повороте действует на автомобиль и он в свою очередь на шину. Чтобы вызвать силовой увод, достаточно едва заметно вильнуть рулем.

Тила тяжести (тоже действует на машину) а при наличии уклона дороги в бок вызывает силовой увод шины. Любая дорога должна иметь уклон в сторону обочины. Это закладывается в проект для того чтобы с её поверхности стекала вода. Так же плохие дороги имеют множество неровностей, которые вызывают силовой увод шины в произвольную сторону при движении.

На сопротивление силовому уводу шины влияют следующие факторы:

Конструкция шины (например диагональная жестче чем радиальная, металлокорд обеспечивает лучшую сопротивляемость силовому уводу чем нейлоновый корд), но и шины одного типа разной модели могут иметь разное сопротивление силовому уводу). Радиальные шины с нейлоновым кордом получили наибольшее распространение из за наименьшего сопротивления качению и наибольшей долговечности.

Давление в шине. Чем больше давление, тем меньше силовой увод.

Наличие тяги на колесе. Если ось ведущая, то сопротивление силовому уводу меньше. Чем больше тяга на оси, тем больше деформация шины и силовой увод.

Соотношение ширины и высоты профиля. Чем меньше в процентном отношении высота профиля, тем больше сопротивление силовому уводу. Поэтому если у вас дилемма, поставить 15” диски или 16” диски при одинаковом внешнем диаметре колеса, лучше выбрать 16-е даже учитывая, что они несколько дороже. Максимальная разумная высота профиля радиальной шины с нейлоновым кордом для заднеприводного автомобиля (или полноприводного с подключаемым передним) составляет 75%. На полноприводных с постоянным полным или на переднеприводных можно использовать и гораздо более высокопрофильные шины 80-85% Но, уменьшением высоты профиля шины не стоит увлекаться слишком сильно. Не следует забывать, что мы ездим по самой большой стране мира с суровым климатом, низкой плотностью населения и дорогами, которые превращаются в адский танкодром с первой оттепелью весной ;) Чем «мяснее» колесо – тем сложнее его убить.

Соотношение ширины профиля шины и ширины диска. Чем шире диск, тем лучше шина сопротивляется силовому уводу. Рационально ставить диски, которые на 20% уже профиля колеса. Например если шина имеет ширину профиля 195мм, то для неё стоит использовать диски шириной 6J (в дюймах).

Масса, приходящаяся на колесо. Чем больше масса, тем хуже шина сопротивляется силовому уводу. Иными словами, чем тяжелее машина – тем больше должны быть шины.

Наклон колеса по отношению к плоскости дороги. Сопротивление силовому уводу хуже если наружное (со стороны, куда направлена боковая сила) колесо наклонено в сторону боковой силы и наоборот.

Угловая жесткость подвески (та самая которая препятствует крену). Чем она больше, тем больше силовой увод шин. Стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает силовой увод.

Кинематический увод колеса

Крен кузова может вызвать наклон колеса по отношению к плоскости дороги.

Зависимая подвеска почти не вызывает при крене кузова дополнительный наклон помимо заранее установленной величины развала колес (кроме очень незначительного наклона в результате деформации шин от переноса масс).

Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах (ВАЗ-классика, Нива, Москвич-классика, Митсубуиси Паджеро, Тойота Сурф/Хайлюкс/4Раннер итд) колесо кренится в сторону крена кузова и вызывает дополнительный увод колеса, который на передней оси заднеприводного автомобиля полезен (но об этом позже).

Независимая подвеска на одном поперечном рычаге (НАМИ-1, на современных автомобилях такая не применяется, лишь её разновидность «на косых рычагах» например на БМВ задняя подвеска) вызывает наклон колеса в сторону, противоположную крену кузова. Такой наклон уменьшает увод, это благоприятно для задней оси заднеприводного автомобиля.

Макферсон. Как правило, вызывает меньший увод чем подвеска на двойных поперечных рычагах. Так же применима для передней оси автомобиля.

Кинематический увод оси.

Т.к. шарниры рычагов или рессор зависимой подвески при крене в поворотах описывают траекторию окружности относительно кузова, то и положение оси относительно кузова меняется. Ось (зависимой подвески) может разворачиваться относительно автомобиля (на большинстве автомобилей так и происходит) и тем самым подруливать в ту или иную сторону. Этот эффект обычно используется конструкторами для улучшения управляемости, однако, когда любители вносят изменения (например лифт задней подвески установкой лишних листов в рессоры, подкладок под пружины, более высоких пружин или пружин дополнительно к рессорам), зачастую статическое положение подвески изменяется таким образом, что получается эффект, обратный задуманному.

Поворот автомобиля на эластичных колесах

Под термином «поворачиваемость» большинство автолюбителей автоматически понимают свойства автомобиля, проявляющиеся при прохождении поворотов. На самом же деле негативные моменты, связанные с поворачивамостью, в наибольшей мере проявляют себя именно при прямолинейном движении. При чём, чем больше скорость – тем сильнее.

Недостаточная поворачиваемость

Если совокупный увод на передней оси больше увода на задней оси, то радиус поворота больше чем был бы на жестких колесах. Такие автомобили называются автомобилями с недостаточной поворачиваемостью. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая гасит возмущение. Автомобиль устойчив. Курс немного меняется но коррекция рулем легко компенсирует возмущение. Автомобиль движется прямо, но передние колеса немного повернуты. В действительности большинство автомобилей проектируется и доводится именно таким образом, чтобы их поворачиваемость была лёгкой недостаточной.

Нейтральная поворачиваемость

Если совокупный увод на осях автомобиля одинаков, то радиус поворота таков каким он был бы на жестких колёсах. Такие автомобили называются автомобилями с нейтральной поворачиваемостью. При появлении боковой силы, автомобиль начинает боком «сползать» с дороги. Коррекция рулем легко компенсирует возмущение. Автомобиль движется немного боком по курсу.

Избыточная поворачиваемость

Если совокупный увод на передней оси меньше увода на задней, то радиус поворота меньше чем был бы на жестких колесах. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая не гасит возмущение. Автомобиль не устойчив. Курс меняется, коррекция рулем возможно (не всегда) компенсирует это изменение. Автомобиль движется боком, передние колеса повернуты.

Это самый неприятный и опасный эффект. Реально для водителей выглядит как «рысканье» автомобиля по казалось бы прямой дороге на большой скорости. Приходится много подруливать «ловя» прямолинейное движение. Рысканье «устаканивается» при сбрасывании газа так как при этом снимается тяга с задней оси и уменьшается силовой увод шин на ней.

Автомобилей с чисто нейтральной поворачиваемостью не бывает. Увод на осях автомобиля меняется и по мере поворота рулевого колеса и в зависимости от крена кузова в повороте, наличия тяги, наличия других боковых сил. Реальный современный автомобиль должен при любых условиях, любой загрузке, любом маневре иметь определенную небольшую недостаточную поворачиваемость. На практике борьба за управляемость выглядит как борьба с избыточной поворачиваемостью, особенно для заднеприводного автомобиля. Автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет такое понятие как «критическая скорость» выше которой он способен двигаться по криволинейной траектории без поворота руля. Такой автомобиль опасен, если его максимальная скорость выше критической.

Методы борьбы с избыточной поворачиваемостью:

На передней оси:

Положительный развал передних колес автомобиля (колеса наклонены наружу).

Увеличение наклона наружного (нагруженного) ПЕРЕДНЕГО колеса наружу поворота при крене. Этот метод доступен только на независимых подвесках, в частности на подвеске с двойными поперечными рычагами (ВАЗ и Москвич классика).

Увеличение угловой (против крена) жесткости ПЕРЕДНЕЙ подвески относительно задней. Рекомендуется соотношение угловых жесткостей передней относительно задней в диапазоне 1.4-2.6.

Угловая жесткость подвески зависит от:

Рессорной (пружинной) колеи (расстояние между центрами рессор или пружин). Чем больше расстояние, тем больше у

1. Силы, действующие на автомобиль при его движении

Необратимые затраты мощности двигателя на деформацию шин и дороги.

На автомобиль в процессе его движения действуют две группы сил — силы движения и силы сопротивления движению. Автомобиль движется за счет силы тяги, которая передается от коленчатого вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса. К силам сопротивлений движению относят внешние силы, такие как сила тяжести, сила сопротивления воздуха, сила сопротивления качению колес. На подъеме, например, необходимо преодолевать силу сопротивления вертикальному перемещению центра тяжести автомобиля, а при ускоренном движении (под гору) — силу сопротивления инерции автомобиля. При движении на повороте или по дороге с уклоном на него действуют боковые силы.

Ga - сила тяжести автомобиля;

Pи - инерционные силы сопротивления разгону при изменении скорости или направления движения (боковая сила), они препятствуют разгону и торможению автомобиля, а на повороте стремятся сместить его в противоположную центру поворота сторону. Сила сопротивления подъему зависит от веса автомобиля и крутизны подъема дороги, которая может оцениваться углом а подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в сотых долях или процентах.

При движении автомобиля под уклон сила сопротивления подъему, наоборот, ускоряет движение автомобиля.

Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы автомобиля и его ускорения (прироста скорости в единицу времени). Часть тяговой силы при разгоне затрачивается на ускорение вращающихся масс, главным образом маховика двигателя и колес автомобиля. Поэтому сила сопротивления разгону определяется как произведение массы автомобиля на ускорение и на коэффициент учета вращающихся масс.

При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения эта сила направлена в сторону движения автомобиля;

Pп - сила сопротивления подъему препятствует силе тяги при подъеме, и она тем больше, чем круче подъем, а на спуске, наоборот, складывается с силой тяги и дополнительно ускоряет движение автомобиля;

Pк - сила сопротивления качению возникает в результате трения шин о дорогу, их упругого деформирования, трения в подшипниках колес и др. Она равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит в основном от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин и давления воздуха в них. Вот некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин для различных дорог: асфальтобетонное покрытие — 0,014 — 0,020, гравийное покрытие — 0,020— 0,025, сухая грунтовая дорога — 0,025—0,035, песок—0,1—0,3. На твердых дорожных покрытиях коэффициент сопротивления качению резко увеличивается при снижении давления воздуха в шинах. Коэффициент сопротивления качению возрастет с ростом скорости движения, а также с увеличением как крутящего, так и тормозного момента;

Z - реакция дороги на опору колес;

Рс - сила сопротивления боковому скольжению;

Рк - Тяговая сила на ведущих колесах обеспечивает преодоление внешних сил, возникающих при движении автомобиля. При равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге такими силами являются: сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автомобиля тяговая сила на ведущих колесах автомобиля в каждый данный момент равна сумме внешних сил сопротивления, т. е. силе сопротивления качению, силе сопротивления воздуха, силе сопротивления подъему и силе сопротивления разгону. Если это равенство записать в виде формулы, то получим так называемый тяговый баланс автомобиля.

Если из тяговой силы вычесть силу сопротивления воздуха, то остаток, называемый силовым запасом, может быть использован на преодоление сопротивления качению, на преодоление подъемов и разгон автомобиля. Силовой запас тем больше, чем больше мощность двигателя и передаточные числа в коробке передач и главной передаче. При включении низших передач в коробке передач силовой запас увеличивается, поэтому ускоряется разгон автомобиля и увеличиваются преодолеваемые им подъемы.

Наибольшие значения силового запаса в долях от полного веса автомобиля составляют: до 50% у легковых, 35—45% у грузовых, 70—80% у грузовых автомобилей повышенной проходимости.

Динамические, или тяговые свойства автомобиля определяют его среднюю скорость движения, зависящую от максимальной скорости движения, приемистости автомобиля и быстроты его торможения. Максимальная скорость движения автомобиля тем выше, а путь разгона тем меньше, чем большим силовым запасом обладает автомобиль;

Pw - сила сопротивления воздуха зависит от обтекаемости и лобовой площади автомобиля и приложена к центру парусности. Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента обтекаемости, лобовой площади и скорости движения автомобиля. Коэффициент обтекаемости зависит от типа автомобиля и формы его кузова и принимается равным: 0,025—0,035 кГ-сек21м для легковых автомобилей и 0,06—0,07 кГ сек2/м4 — для грузовых.

Лобовую площадь грузового автомобиля приближенно определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту автомобиля.

Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля;

Рпр - сила на крюке в случае буксирования прицепа.

Уравнение движения автомобиля:

Рд = Ра + Рf + Pи + Рw = Pψ + Pj + Pw,

Ри = mj,

где j – ускорение автомобиля, сила сопротивления подъему Ра = G sinα, сила сопротивления качению Pf = G cosα, сила сопротивления дороги Pψ = G (cosα + sinα), сила инерции поступательного движенияPj = mj.

Какие силы действуют на автомобиль

Вроде бы зачем усложнять себе жизнь законами физики – сел за руль да поехал. Однако, никому не навязывая своего мнения заметим, что понимание водителем того, какие силы действуют на автомобиль, поможет понять не только новичку то, что может произойти на дороге, но и как это влияет на расход топлива. О многих значимых сил влияния на поведение автомобиля, среднестатистический водитель не знает, или забывает об их существовании в момент опасности. Ниже приведем краткую характеристику наиболее важных физических величин воздействия на автомобиль, которые принимаются во внимание всеми инженерами при начальном проектировании автомобиля.

Какие силы действуют на автомобиль

Не углубляясь далеко в теории физики, затронем основные физические величины которые воздействуют на автомобиль.

  • Сила сопротивления качению.
  • Аэродинамические сопротивление.
  • Сила инерции.
  • Центробежная сила.

Сила сопротивления качению

Многие из автомобилистов слышали о термине сопротивление качению шин (RRC Rolling Resistance Coefficient), но далеко не все понимают его важность. Вспомните, интересовались ли вы при выборе новых покрышек для своего авто этим показателем. Этот показатель всегда указывается, так как, согласно новым европейским правилам маркировки, на шинах обязательно должен быть указан коэффициент сопротивление качению.

RRC возникает в результате трения шин об основу дорожного покрытия, трения в подшипниках колес и т. д. Эта сила возникает в результате трения шин об основу дорожного покрытия и определяет потерю энергии во время движения исходя из конструкции шины автомобиля, которая в процессе контактного движения с дорогой деформируется.

Сила зависит от массы автомобиля и коэффициента трения качения. Определяется по формуле Pf = Q·f, где (f) – коэффициент трения качения, а (Q) – нормальная нагрузка автомобиля. Чем больше коэффициент, тем тяжелее вращаются шины.

Масса в виде прижимной силы играет большое влияние на величину сопротивления качению, если мы стремимся сэкономить энергию и соответственно расход топлива, то уменьшение массы автомобиля становится приоритетом.

Только 20 процентов энергии, содержащиеся в топливе, используется для передвижения автомобиля, остальная энергия идет на разгон, торможение, преодоление сопротивления воздуха и сопротивления качению.

Что влияет на эту силу

Сопротивление качению зависит от многих факторов:

1) Конструкция шины.
2) Давление воздуха в шине.

Влияют три фактора: сдвиг, сжатие и изгиб шины. Чем меньше деформация поверхности, тем меньше сопротивление качению.  Водители должны помнить, чтобы хотя бы раз в месяц проверить давление в шинах. При низком давлении это приводит к увеличению сопротивления качению и, как следствие, повышение расхода топлива, а также неравномерный износ протектора.

3) Температура.
4) Нагрузка.
5) Скорости движения автомобиля.
6) Состояния дорожного покрытия (асфальтобетон, мелкая брусчатка, щебёночное или грунтовое полотно).

КАК ПРОВЕРИТЬ

Методика оценки сопротивления качению проводится довольно просто.

Методика оценки сопротивления качению на полигоне Nokian

Автомобиль загоняют на эстакаду, закрепляют, после отпускают и смотрят как далеко машина сможет проехать накатом без воздействия на педали сцепления и тормоза. К примеру автомобиль проехал 70 метров, разница в преодоленной дистанции составляет около 28 процентов. По данным Nokian, снижение сопротивления на 5 процентов позволяет снизить расход топлива на 1 процент, то есть на этом примере позволяет сэкономить почти 6 процентов топлива. Вот такая простая арифметика показывающая почему при выборе резины надо смотреть на коэффициент сопротивления качению.

Аэродинамические сопротивление

Возникает в результате движения транспортного средства, который при движении преодолевает сопротивление воздуха. Это сопротивление зависит от плотности воздуха (плотность зависит от температуры и давления), скорости и формы автомобиля. Так при малых скоростях, порядка нескольких км/ч этот показатель не имеет особого значения, при более высоких скоростях, водителю необходимо учитывать, что сопротивление динамически растет с квадратом скорости. Это означает, что двукратный рост скорости приведет к увеличению аэродинамического сопротивления в четыре раза.

Не нужно пренебрегать этой силой, на скоростях движения свыше 80 км/ч эта сила становится самой большой. На ее преодоление тратится больше всего энергии вырабатываемой двигателем, а значит и топлива.

Сила (F) сопротивления воздуха складывается из трех множителей.

  • Коэффициент обтекаемость кузова (k).
  • Площадь лобового сопротивления (S) высчитывается приблизительно путем умножения ширины автомобиля на его высоту.
  • Скорость (V) в квадрате.

Обратите внимание, если хотим уменьшить эту силу, нужно поддерживать определенный скоростной режим до 80 км ч. Свыше 80 километров в час, ваш расход топлива будет увеличиваться в геометрической прогрессии.

Водители должны помнить, что без должного знания аэродинамики не нарушать заводские аэродинамические линии автомобиля, так как это вызовет дополнительный расход топлива.

Сила инерции

Мы можем наблюдать действие этой силы во время разгона и торможения автомобиля, то есть с изменением скорости автомобиля. Собственно говоря, это всем известный второй закон Ньютона, который многие из вас помнят из школьной программы. В данном случае он равен массе автомобиля помноженную на ускорение.

В тот момент когда машина ускоряется, сила инерции направлена противоположно направлению движения, а когда начинает тормозить, ее направление становиться противоположным.

К примеру, при резком торможении на скорости в 50 км/ч, 1,5-литровая бутылка воды будет весить 60 кг.

Быстрая остановка транспортного средства, приведет к тому, что люди и предметы начинают кратковременно перемещаться в обратном направлении, набирая большую массу. Поэтому водители должны помнить, что пристегивание ремнями безопасности, это не только обязанность, но, и забота о безопасности других участников движения. 

Сила инерции достаточно большая, на нее тратится большое количество топлива. Повлиять на эту силу можно более плавным разгоном и торможением.

Центробежная сила

Одной из главных сил, чье действие мы постоянно ощущаем при движении автомобиля, является центробежная сила. Появляется она во время движения при прохождении поворотов. На ее значение влияет масса автомобиля, скорость и радиус поворота. Если скорость возрастает в 2 раза, то сила увеличивается в четыре раза, то есть в геометрической прогрессии.

Наибольшее влияние на работу центробежной силы влияет скорость. Приближаясь к повороту, обращайте внимание насколько он крутой. Чтобы автомобиль не вылетел из поворота, очень важно снижение скорости перед входом машины в поворот. С опытом, конечно придет понимание того, какая должна быть скорость автомобиля.

Помните старое правило – « Не искусство – въехать в поворот. Искусство – безопасно из него выехать».

Как технически преодолевать повороты?

Водитель преодолевая поворот, может уменьшить действие центробежной силы на автомобиль за счет оптимизации траектории движения. Поворотов не следует бояться, но нельзя их недооценивать. Мы должны к ним относиться с уважением и осторожностью. Имея правильное представление прохождения поворотов, будет немного легче в дальнейшем движении.

Въезжая в поворот, снимаем ногу с педали газа, чтобы повысить давление на переднюю ось. Не допускается переключение передач в повороте, потому что отключение привода, снизит нагрузку на передние колеса, что может привести к потере сцепления с дорогой.

Новичкам, часто не хватает навыков, знаний и техники прохождения поворотов.

Безопасное преодоление зависит от нескольких факторов:
  • Траектория движения – проезжая поворот, мы должны постараться пройти его, как наиболее плавно.
  • Скорость. Регулировка скорости – «ключ» для безопасного преодоления поворота. Лучше въехать в поворот с преувеличенной осторожностью, чем слишком быстро. Педаль акселератора нужно использовать умеренно и плавно.
  • Наблюдение – благодаря ей, мы в состоянии выбрать траекторию движения и раньше заметить опасности, возникающие на дороге. Преодолевая поворот, стоит смотреть на выход из поворота и как можно дальше.
  • Погодные условия – переменные погодные условия будут влиять на снижение тяги. Каждый поворот (даже если нам уже знакомый), проходите с должной осторожностью, делая поправки на состояние дорожного полотна.
  • Cистемы активной безопасности. В современных автомобилях, производители начали устанавливать системы ESP (Electronic Stability Program), которые служат для стабилизации траектории движения. Помните, эта система помогает водителю, но не обеспечивает 100 % защиты. Многое зависит от мастерства водителя.

Как видно, даже базовые знания того, какие силы действуют на автомобиль, помогут не только избежать неприятных сюрпризов на дороге, но и эффективно сократить расходы топлива – то к чему стремятся все водители. С учетом полученных знаний, большинство автолюбителей переносят эти знания на практику – eco driving.

Силы, действующие на автомобиль

В первых двух статьях нашего цикла мы много говорили о скользкой дороге и всяких неприятностях, с этим связанных. Однако, еще в самом начале мы упоминали о том, что «зимняя» дорога совсем не так кардинально отличается от «летней», как это может показаться на первый взгляд.

Дорога – не место для ошибок

Действительно, ведь автомобиль, как физический объект, и законы природы, которым он подчиняется, остаются неизменными в любое время года. Поэтому и не может существовать принципиального различия между поведением водителя на сухой дороге и на скользкой. Другое дело, что более тяжелые условия движения, как, например, зимой, ярче выявляют те ошибки, которые были всегда. Сухая дорога и умеренные скорости способны простить и сгладить многие погрешности водителя, даже грубые. И только Ее Величество Зима во всей красе показывает нам истинное положение наших водительских дел и ставит все на свои места. Скажем ей за это спасибо!

Кстати, обращали ли вы внимание на то, что подавляющее число великих раллистов мира, многократных чемпионов, выходцы из Финляндии? Это страна, которая почти не знает чистого, сухого асфальта! Это люди, которые с самого начала своей водительской и спортивной карьеры были в тяжелых условиях. Северная зима показала им, что же такое на самом деле вождение автомобиля.

Мы также можем гордиться – советская раллийная школа занимала видное место в мире. Так, что если гололед повергает вас в ужас, не стоит отчаиваться и ставить автомобиль в гараж до весны – просто пришло время всерьез задуматься над тем, как грамотно водить автомобиль.

Начнем с понимания законов физики

Предыдущие наши статьи преследовали цель, так сказать, оказать первую неотложную помощь автомобилистам, «пострадавшим» от неожиданного прихода зимы. Теперь же мы возвращаемся к корням. В первом разделе мы уже упоминали о том, что автомобиль – это тяжелый физический объект (более тонны). С любой массой нет никаких проблем до тех пор, пока она двигается прямолинейно и равномерно – вспоминайте школьную физику. Как только вы предпринимаете попытку разогнать, замедлить или повернуть тонну железа, сразу возникают трудности – сила инерции, которая изо всех сил сопротивляется вашим желаниям.

Возможность реализации любых ваших водительских замыслов практически полностью зависит от того, на что способны ваши колеса – другими частями автомобиль за дорогу не цепляется. Поэтому, для того, чтобы грамотно управлять машиной, водителю требуется четко понимать, какую работу выполняют колеса его автомобиля, и что от них можно требовать.

Колеса имеют определенный потенциал сцепления с дорогой. Этот потенциал зависит от множества параметров:

  • масса автомобиля;
  • размеры колеса;
  • давление в шине;
  • состояние шины;
  • состояние дорожного покрытия;
  • температура и т.д.

Вдаваться в глубокие технически подробности мы не будем. Просто скажем, что сцепление колеса с дорогой меняется, но в каждый конкретный момент оно имеет какую-то величину.

Предположим, что в данных условиях колесо вашего автомобиля способно выдержать силу в 10 баллов. Т.е., если сила превышает 10 баллов, колесо начинает скользить. Эту силу колесо способно выдержать, как в продольном, так и в поперечном направлении. В продольном направлении – разгон, торможение; в поперечном – поворот. Если разгон настолько интенсивный, что тяговая сила от двигателя превышает 10 баллов – колесо буксует (интенсивность разгона падает). Если торможение настолько интенсивное, что тормозная сила превышает 10 баллов – колесо блокируется (интенсивность торможения падает). Точно так же в повороте – если поворот настолько интенсивный, что боковая сила превышает 10 баллов, автомобиль соскальзывает с дороги.

Важно помнить о том, что сумма всех сил, действующих на колесо, не должна превышать наши условные 10 баллов. И если водитель начал тормозить, то он уже отнял определенную величину потенциала сцепления колеса с дорогой на торможение, соответственно, на поворот возможностей осталось меньше. Одним словом, чем интенсивнее вы разгоняетесь или тормозите, тем меньше у вас остается возможности поворачивать – колеса тратят почти весь свой потенциал сцепления с дорогой на разгон или торможение, и на поворот у них не осталось больше сил.

Понимание изложенного принципа непосредственно влияет на вашу каждодневную езду в автомобиле. Максимально интенсивный разгон, так же как и максимально интенсивное торможение, возможны только на прямой. Понятно почему – колеса тратят последние силы на то, чтобы разгонять или тормозить автомобиль, и если в этот момент вы начнете поворачивать, добавляется боковая сила, которая играет роль последней капли в переполненной чаше – автомобиль начинает соскальзывать с дороги.

Справедлив и обратный случай – в интенсивном повороте не осталось возможности тормозить или разгоняться. Мы вплотную подошли к пониманию наиболее рационального, грамотного и безопасного стиля езды.

Воспользуйтесь советами профессионалов

Старайтесь завершить торможение до поворота. Это позволит вам двигаться в самом повороте с ровным газом – ничто не будет мешать колесам «сосредоточиться» на борьбе с боковыми силами. И на выходе из поворота, по мере возврата рулевого колеса в нейтральное положение, вы сможете все больше и больше ускоряться.

Запомните это золотое правило прохождения любых поворотов – поменьше скорость на входе (в начале поворота), зато побольше на выходе (в конце поворота). Даже если вы очень спешите, не поддавайтесь искушению влететь в поворот на полном ходу. Такая ошибка приведет к тому, что вы будете интенсивно тормозить на дуге поворота, а это крайне нежелательно, т.к. вы заставите колеса вашего автомобиля буквально «разрываться» на два фронта – торможение и поворот.

В результате, можно просто превысить возможности колес цепляться за дорогу и вылететь с нее на обочину, соседнюю полосу, встречную… Даже если вам удастся остаться на дороге, все равно весь поворот вы будете бороться с автомобилем, и в конце выедете с дрожащими руками на минимальной скорости. Страшно, опасно и скорость прохождения поворота маленькая.

Намного рациональнее перед поворотом затормозить до заведомо умеренной скорости (в зависимости от условий движения), аккуратно и спокойно направить автомобиль по дуге, убедиться в том, что ваши расчеты верны, и автомобиль превосходно держится за дорогу, а вот тогда, на выходе из поворота, когда колеса возвращаются в прямолинейное положение, давите на газ сколько угодно. Надежно, безопасно, комфортно, и максимально быстро!

Краткая информация для активных водителей – первым приезжает не тот, кто пережил больше страха, создал много визга и чудом остался на дороге, а тот, кто думал и действовал спокойно и мудро.

Думайте и готовьтесь к поворотам заранее. Поворот – это целый комплекс мер: вам нужно успеть снизить скорость, выбрать более подходящую передачу, увидеть оптимальную траекторию движения, подхватить руль поудобнее и только тогда поворачивать.

На всех указанных элементах мы еще остановимся подробнее в дальнейшем. Тем не менее, понятно, что некая подготовка к повороту имеется всегда. Начинайте ее заранее – лучше подготовиться раньше и потом плавно разгоняться, чем опоздать и, свалив все действия в кучу, судорожно пытаться что-то предпринять в последний момент. Даже если каждое из действий отнимает у вас только мгновение, их сумма представляет собой пусть короткое, но время.

Заложите это время в свой план, чтобы успеть до поворота.

Оценивайте ситуацию и действуйте на опережение

Мы заговорили о планировании своих действий заранее. Это одно из основных умений профессионала – это то, что отличает грамотного водителя от неграмотного. Многие начинающие водители думают, что мастерство профессионала заключается в умении мгновенно выполнять какие-то действия. Это не так.

Неопытный водитель, как правило, смотрит «себе под капот» и все время решает текущие задачи, буквально натыкаясь на них каждый раз. Опытный водитель смотрит далеко вперед и поэтому он может позволить себе действовать спокойно, т.к. он все видит заранее и может спокойно подготовиться.

Именно отсутствие необходимости в резких, экстренных действиях – главный гарант надежного, безопасного и быстрого движения. Поступайте предусмотрительно и мудро за рулем, результат будет превосходным – удовольствие без последствий!

Силы, действующие на автомобиль. - Интересное

11 октября 2006

Для правильного и безопасного управления автомобилем водители должны знать физические законы его поведения на дороге. Эти знания помогают при правильной оценке конкретной дорожной ситуации выбрать оптимальное решение и, воздействуя на органы управления автомобиля, совершать безопасные маневрирования. Различные силы, воздействующие на автомобиль, заставляют его двигаться и останавливаться. Каждому водителю необходимо знать законы движения автомобиля, понимать их природу, учитывать и использовать их при управлении своим транспортным средством.

Силы, действующие на автомобиль, делятся на две группы. Первая группа оказывает сопротивление движению, вторая – заставляет его двигаться.

1. Сила тяжести – возникает под воздействием силы притяжения Земли и направлена вертикально вниз, распределяясь по всем осям и колесам автомобиля. Фактический вес транспортного средства оказывает давление на дорожное покрытие, и чем он больше, тем больше становится величина силы сцепления колес с дорогой. Эта сила оказывает существенное влияние вначале движения и в дальнейшем его процессе на ведущие колеса автомобиля.

2. Силы реакции дорожного полотна – возникает из-за сил, действующих со стороны транспортного средства в местах соприкосновения колес с дорогой. Чем больше сила тяжести, действующая со стороны колеса автомобиля на дорожное полотно, тем больше сила ответной реакции со сторноы дороги.

3. Сила тяги всегда направлена в сторону движения автомобиля. Она возникает при передаче крутащего момента от двигателя к ведущим колесам, где они в свою очередь стараются переместить слои дорожного полотна назад. Чем больше крутящий момент двигателя и выше передаточное число коробки передач и главной передачи, чем меньше радиус колеса с учетом деформации шины, тем больше становится тяговая сила. Если величина тяговой силы превышает силы сцепления колес с дорогой, возникает пробуксовка ведущих колес. Поэтому начинать движение на скользкой дороге или по бездорожью, а так же с перевозимым грузом необходимо с включением низшей передачи, когда сила тяги достигает наибольшей велечины.

4. Центробежная сила возникает в момент прохождения поворотов или смещения транспортного средства влево или вправо относительно проезжей части. В эти моменты автомобиль стремиться сохранить первоначально заданное направление движения. Величина этой силы прямо пропорциональна радиусу вхождения в поворот. Направление ее действия – от центра тяжести в противоположную сторону поворота. Так, при вхождении в правый поворот центробежная сила старается отклонить автомобиль влево на встречную полосу, а при прохождении левого поворота – вправо, в сторону обочины. Уменьшить ее значение можно только снижением скорости движения и увеличением радиуса траектории входа в поворот. При неправильной выбранной скорости и радиусе поворота центробежная сила может развернуть автомобиль вокруг его оси, что приведет к заносу, отбросить в сторону и, наконец, перевернуть.

5. Сила сцепления шины с дорожным полотном возникает в процессе движения и зависит от многих факторов:



  1. От качества покрытия дорожного полотна.


  2. От состояния дорожного полотна (сухое, влажное, заснеженное, обледенелое). Так при сухом покрытии сила сцепления намного больше, чем при обледенелом.


  3. От технического состояния колес (конструкции шины, давления, рисунка протектора и его износа, а так же от качества самой резины). При изношенном рисунке протектора и увеличенном давлении в колесе сила сцепления с дорогой уменьшается.    


  4. От массы автомобиля – с увеличением массы транспортного средства сила сцепления с дорогой увеличивается.


  5. От скорости движения – с ее увеличением уменьшается сила сцепления с дорожным полотном.

Водителю необходимо учитывать все эти факторы, так как когда сила тяги на колеса автомобиля превышает силу сцепления с дорожным полотном, может произойти пробуксовка колес, а на скользкой дороге возможны заносы и выход из-под контроля управления автомобиля.   

6. Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению транспортного средства. Она возникает в процессе движения за счет давления на воздух поверхностями автомобиля, поэтому многое зависит от аэродинамической конструкции формы кузова автомобиля. Эта сила возрастает с увеличением скорости движения.

7.Сила сопротивления каченю возникает в процессе движения при трении шин автомобиля о поверхность дороги, вследствие чего возникают трения в передаточном механизме (в подшипниках колес). Эта сила прямо пропорциональна массе транспортного средства и коэффициенту сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от состояния дороги и определяется опытным путем. Сила сопротивления качению направлена в сторону, противоположную движению.



СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА АВТОМОБИЛЬ | Сумской автомобильный клуб

Источник

Автофирм.Ру: Вождение для опытных водителей

При движении автомобиль преодолевает силы сопротивления качению, воздуха, подъема, инерции, а при движении на повороте на него действует боковая сила. Проявление сил, действующих на автомобиль при движении, может оказаться неожиданным для неопытного водителя и привести к дорожно-транспортному происшествию. Чтобы этого избежать, необходимо знать какие силы влияют на автомобиль во время движения, а также научиться учитывать эти силы и рационально их использовать (рис. 1):

  1. сила тяжести;
  2. инерционные силы возникают при изменении скорости или направления движения (боковая сила), они препятствуют разгону и торможению автомобиля, а на повороте стремятся сместить его в противоположную центру поворота сторону;
  3. сила сопротивления подъему препятствует силе тяги при подъеме, и она тем больше, чем круче подъем, а на спуске, наоборот, складывается с силой тяги и дополнительно ускоряет движение автомобиля;
  4. сила сопротивления качению возникает в результате трения шин о дорогу, их упругого деформирования, трения в подшипниках колес и др.;
  5. реакция дороги на опору колес;
  6. сила сопротивления боковому скольжению;
  7. сила тяги на колесах;
  8. сила сопротивления воздуха зависит от обтекаемости и лобовой площади автомобиля и резко возрастает с увеличением скорости.

 


Рис. 1.

Трогание и движение автомобиля по дороге возможны только при условии, что сила тяги, развиваемая двигателем и приложенная в месте контакта колес с дорогой, превышает суммарные силы сопротивления, действующие на автомобиль. При этом обязательным условием является достаточное сцепление колес автомобиля, особенно ведущих, с поверхностью дороги, иначе они будут буксовать. Сила сцепления зависит от массы, приходящейся на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и рисунка протектора. Если прекратить приложение силы тяги, то на горизонтальной дороге автомобиль под действием сил сопротивления постепенно остановится.

Автомобиль может быть остановлен с помощью тормозной системы. Эффективность торможения зависит от конструкции тормозов, от величины тормозного момента, состояния шин и дороги. Тормоза современных автомобилей могут развивать момент, намного превышающий силы сцепления колес с дорогой. Поэтому в практике наблюдается юз, когда колеса автомобиля блокируются и скользят по дороге, не вращаясь. При этом из-за сильного нагрева резины ухудшается сцепление колес с дорогой и удлиняется тормозной путь до 50%. Кроме того, автомобиль может потерять управление. Поэтому надо учиться тормозить без блокировки колес. На современных автомобилях устанавливаются регуляторы тормозных сил, препятствующие возникновению блокировки колес.

Для оценки влияния состояния дороги на силу сцепления служит коэффициент сцепления, который зависит от вида покрытия дороги и от его состояния. Мокрая, грязная дорога уменьшает величину коэффициента, а следовательно, и силу сцепления примерно наполовину. Уменьшение коэффициента сцепления колес с дорогой наблюдается также при увеличении скорости движения. При пониженном коэффициенте сцепления резко возрастает путь, затрачиваемый автомобилем на торможение.

Различают тормозной и остановочный путь (рис. 2). Последний определяется с момента обнаружения опасности до полной остановки автомобиля, а тормозной путь отсчитывается от момента включения тормозной системы до полной остановки и зависит в основном от конструкции тормозов. Длина остановочного пути во многом зависит от водителя, так как в него входит путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, которое в зависимости от сложности ситуации и особенностей водителя колеблется в среднем от 0,2 до 1,2 с. При этом тормозной путь только из-за различного времени реакции может отличаться почти на 17 м при начальной скорости 60 км/ч, а путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, может составлять почти половину всего остановочного пути.


Рис. 2.

Поэтому водитель, зная места вероятного появления опасности (остановка общественного транспорта, проезд детских учреждений, пересечений, мест с ограниченным обзором и т. д.), заранее переносит ногу на педаль тормоза. При реальном появлении опасности он сразу же нажимает на педаль тормоза, затрачивая 0,2-0,3 с. Остановочный путь при скорости 60 км/ч на сухом асфальтированном покрытии составляет около 37 м, на мокром - 60м, на обледенелой дороге - 152 м. Это должен учитывать водитель при выборе безопасной скорости движения в зависимости от состояния дороги.

Если управляемые колеса автомобиля повернуть, то на автомобиль начинает действовать боковая сила, стремящаяся сместить его от центра поворота. Водитель обычно сразу ощущает это, у автомобиля появляется боковой крен, и его отклоняет в противоположную сторону. Если боковая сила превышает силы бокового сцепления с дорогой, то автомобиль начинает скользить вбок (заднеприводный — заносить), увеличивая радиус поворота. Поэтому он может не вписаться в поворот, съехать с дороги и даже опрокинуться.

Действие боковой силы зависит от радиуса поворота и скорости движения автомобиля. Чем радиус поворота больше, тем ее действие меньше. Поэтому опытный водитель стремится максимально увеличить радиус поворота, используя всю ширину полосы движения, но не выезжая на полосу встречного движения. Скорость движения на повороте изменяет боковую силу в квадратичной зависимости: если скорость увеличить в 2 раза, действие боковой силы возрастет в 4 раза. Поэтому снижение скорости перед входом в поворот является обязательным условием его безопасного прохождения, за исключением дорог, где скорость лучше увеличить. Тогда действующая боковая сила сильнее прижмет автомобиль к полотну дороги.

Устойчивое (без заноса) движение на повороте зависит также от состояния шин и дороги, силы бокового сцепления колес с дорогой, от особенностей привода на ведущие колеса (заднеприводные, переднеприводные, полноприводные) и от расположения груза. Занос и опрокидывание возникают скорее на скользкой дороге у заднеприводного автомобиля с грузом, значительно выступающим за боковые борта. Наиболее устойчивы к заносу полноприводные и переднеприводные автомобили.

При движении на повороте вследствие боковой эластичности шин происходит некоторый снос автомобиля (без проскальзывания) в сторону, противоположную повороту рулевого колеса. Явление увода также может возникнуть под действием сильных порывов ветра. Чем выше скорость движения на повороте, тем больше увод. Это явление имеет в определенных условиях серьезное значение для безопасности движения, и водитель должен уметь его учитывать. Если водитель не сумеет компенсировать боковой увод соответствующим поворотом руля, то при правом повороте его вынесет на полосу встречного движения, а при левом повороте — утянет на обочину. Боковой увод из-за воздействия ветра обычно компенсируют соответствующим поворотом рулевого колеса. Поэтому при въезде в зону затишья нужно уменьшить угол поворота рулевого колеса, чтобы избежать резкого изменения направления движения.

< Пред. страница | Оглавление | След. страница >

Устойчивость автомобиля. Опрокидывание и его причины

Устойчивость – это совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автомобильного транспортного средства (АТС) или его звеньев.

Признаком потери устойчивости является скольжение АТС или его опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания АТС различают поперечную и продольную устойчивость.

Во время движения автомобиль имеет инерцию, а в момент начала поворота, помимо центробежной силы  возникает дополнительная поперечная сила (составляющая сила инерции), направленная в том же направлении, что и центробежная сила. При очень большой скорости движения и резком повороте (поперечная составляющая сила инерции и центробежная) суммарная сила может привести даже к опрокидыванию автомобиля.

Поперечная сила С стремится нарушить устойчивость автомобиля, а сила G стремится удержать его в устойчивом положении. Колеса образуют крайние опоры автомобиля, а центр тяжести (ЦТ) расположен на равном удалении от правого и левого колес и на определенной высоте hn от поверхности дороги. Чем выше центр тяжести и уже колея автомобиля, тем больше он подвержен опасности опрокидывания.

Рис. Схема сил влияющих на поперечную устойчивость автомобиля

Опрокидывание автомобиля

Опрокидывание автомобиля может произойти как в продольной, так и в поперечной плоскости.

Опрокидывание в продольной плоскости относительно задней оси происходит в момент, когда сила давления передних колес на дорогу уменьшается до нуля. Практически до начала опрокидывания наступает буксование колес на подъеме, автомобиль сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой.

Возможно переворачивание автомобиля вперед при резком торможении на крутом спуске, если автомобиль имеет короткую базу и высоко расположенный центр тяжести. В данном примере возникшая сила инерции  складываясь с горизонтальной составляющей силы веса, дает результирующую силу, которая выходит за пределы опорной площади передней оси автомобиля. Известны случаи опрокидывания автомобиля назад, когда при движении задним ходом автомобиль съезжает в овраг, реку и т. п.

Рис. Продольное опрокидывание автомобиля на спуске во время торможения

При движении автомобиля по дороге, имеющей поперечный уклон, возникает боковая сила, равная поперечной составляющей от веса автомобиля. Эта сила может вызвать опрокидывание автомобиля или его скольжение вбок. Устойчивость автомобиля к опрокидыванию в этом случае зависит от колеи автомобиля  высоты расположения центра тяжести и угла поперечного наклона дороги.

Рис. Схема сил, действующих на автомобиль при движении на дороге, имеющей поперечный уклон

Чем выше расположен груз, тем больше высота расположения центра тяжести, следовательно, тем вероятнее опрокидывание грузового автомобиля. Чем шире колея автомобиля, тем более устойчив автомобиль как при движении на повороте, так и при движении по дороге, имеющей поперечный уклон.

Опрокидывание автомобиля в поперечной плоскости, т.е. вбок, может произойти под действием центробежной силы на повороте, при резком повороте рулевого колеса на большой скорости, сильном боковом наклоне и вследствие неправильного закрепления груза в кузове.

Неправильная укладка груза в кузове может значительно изменить положение центра тяжести, сместив его как вбок, так и вверх. Характерным примером может служить цистерна, не заполненная целиком жидким грузом. Под влиянием центробежной силы жидкий груз смещается к одной стороне цистерны, центр тяжести смещается вверх и в сторону, а сила тяжести, удерживающая автомобиль от опрокидывания, действует уже не по оси автомобиля  а смещается в сторону перемещения центра тяжести.

Рис. Смещение центра тяжести жидкого груза под действием центробежной силы

Причины опрокидывания автомобиля

  • при высокой скорости движения на крутых поворотах, на неблагоустроен­ных дорогах, где поперечный уклон направлен в сторону, противоположную повороту
  • вследствие резкого прекращения бокового заноса при толчке заднего колеса о камень или другое препятствие
  • при резком повороте рулевого колеса на большой скорости
  • при неравномерном расположении груза в кузове автомобиля или его перемещении на повороте

Чтобы избежать опрокидывания, нужно на опасных участках дороги снизить скорость, плавно повернуть рулевое колесо, плавно тормозить, равномерно разместить и хорошо закрепить груз в кузове автомобиля.

Соперник ветра — журнал За рулем

Вот с каким противником автомобиль имеет дело. Приопустим стекло, подставим ладонь ветру — ощутимо давит? Если менять угол, под которым ладонь атакует ветер, можно обнаружить и вертикальную силу — как на крыле самолета.

Силы вертикального и поперечного направлений, дестабилизирующие машину, важны не меньше сопротивления. Кому понравится автомобиль, на 250 км/ч выходящий из-под контроля! Он должен быть устойчивым, не рыскать, не «соскальзывать» в поворотах, при порывах бокового ветра, разъезде со встречной машиной, въезде в тоннель и т. п. Да еще иметь просторный салон при небольших габаритах и при этом отвечать эстетическим требованиям дизайнеров! Полностью рассчитать его обтекаемость, заранее все увязать, увы, невозможно. Машину доводят в аэродинамической трубе, затрачивая огромные деньги.

Между тем, мода заставляет людей покупать сомнительные «прибамбасы», влияющие на аэродинамику. Сечение псевдокрыла часто совсем не похоже на крыльевой профиль: нарисовавший его дизайнер думал только об изяществе линий! К счастью, большинство «жертв рекламы» быстрее 160–180 км/ч не ездит — и действие какого-нибудь безграмотного «антикрыла» мало ощутимо. Если же автомобиль быстроходнее, неосторожные игры с аэродинамическими предметами чреваты печальными последствиями.

Даже серьезные фирмы не застрахованы от ошибок. Помните первые шаги " Ауди ТТ"? Не сразу его «научили» крепко держаться за дорогу. Но у такой фирмы побольше возможностей устранять промахи, чем у частного владельца — у него в списке «расходных материалов» может оказаться жизнь.

Вычислить прижимающую силу крыла не просто: не владея основами этой науки, автомобилисты, случается, спорят до третьих петухов. Поэтому приведем простой пример из параллельной области техники. У бомбардировщика В-1В площадь крыла 181 м2. Взлетный вес — 216 тонн. Самолет сверхзвуковой, но взлетает-то при скорости меньше 300 км/ч. Значит, каждый квадратный метр крыла несет груз в 1,2 тонны. Но некоторые спортивные автомобили ездят и быстрее, — так что их обтекатели, спойлеры, антикрылья инженеры «доводят» весьма дотошно. Хорошее антикрыло площадью всего треть квадратного метра способно создать прижимающую силу в четыре центнера, а то и больше.

Но иной «гонщик» может купить высокоэффективное антикрыло, а поставить его неправильно — например чрезмерно вынесет назад. На высоких скоростях передняя ось машины разгружается, автомобиль может стать неуправляемым. Утешает, что зачастую «крыло» помещают в зону срыва («аэродинамическую тень» кузова), где оно практически не работает.

ЗАКОН «КВАДРАТА»

К счастью для загадочной русской души автомобилей, делающих 300 км/ч, у нас мало. Зато хватает тех, которым по плечу 180–200. А мысль о том, что «обвешанный» автомобиль на такой скорости может не послушаться руля, иные головы никогда не посещает. Зря что ли деньги уплачены на зависть соседям!

«Проколы» обтекаемости заявляют о себе громко лишь на высоких скоростях. Силы сопротивления воздуха растут пропорционально квадрату скорости потока — V2. Ведь затормаживая поток (например, плоским щитом, как на рис. 2), мы переводим его кинетическую энергию в дополнительное статическое давление. При плотности воздуха 1,3 кг/мз повышение давления от торможения потока («скоростной напор») составит 1,3.V2/2=0,65V2 Н/м2.

Чтобы определить силу давления потока на щит (то есть аэродинамическое сопротивление), остается лишь умножить полученное давление на площадь щита S. 

Допустим, S=1,8 м2 (лобовая площадь сопротивления «Жигулей»). Тогда скоростям 50, 100, 150 и 200 км/ч соответствуют силы сопротивления 226, 903, 2031 и 3611 Н — закон «квадрата». Удвоив скорость,учетверяем силу.

Кстати, определение величины S (рис. 1) — не самая простая задача. Делают это с очень высокой точностью на лазерном стенде.

Квадратичная зависимость аэродинамической силы от скорости потока порой вводит нас в заблуждение. Например, проехав по маршруту туда и обратно со скоростью 90 км/ч, вы забыли о слабом (20 км/ч) ветре, дующем вдоль трассы. Но в одном случае поток бьет в лоб машине со скоростью 70 км/ч, а в другом — 110 км/ч! Силы сопротивления пропорциональны квадрату скорости, а мощность на ведущих колесах — кубу. В итоге средний расход топлива больше, чем при скорости 90 км/ч в штиль. Ни дать ни взять — бензин, унесенный ветром!

Управляя автомобилем, объективно оценить силу и направление ветра, дующего над дорогой, трудно. Общее правило: встречный ветер отнимает больше, чем «дает» попутный той же силы.

НЕ ТОЛЬКО «ЦЕ-ИКС»

Только ли скоростным напором определяется аэродинамическая сила? Оказывается, нет! Огромную роль играет форма тела, подставленного потоку (рис. 2). Встретив щит, воздух не станет бесконечно скапливаться перед ним (а) — он пойдет в обход препятствия, образуя за ним вихри (б). Дополнительные движения струй требуют затрат энергии, и аэродинамическое сопротивление плоского щита намного (примерно на 17%) больше того, что дало полное торможение потока! Значит, для получения истинных сил сопротивления следует умножить полученные раньше значения на 1,17. Вот этот коэффициент, учитывающий форму тела, называют коэффициентом аэродинамического сопротивления — Сх. Одно из наиболее удобообтекаемых тел — удлиненная «капля», для которой Сх=0,04.

Каков же Сх реального автомобиля? Даже у самых непритязательных начала ХХ века — около 0,8. У символа советской эпохи — «Жигулей» — получше: 0,52–0,53. Для сегодняшнего дня многовато.

А вот результаты продувок в аэродинамической трубе НТЦ ВАЗа автомобилей «десятого» семейства: 2110 — 0,33, 2111 — 0,36, 2112 — 0,34. Это на уровне очень приличных зарубежных машин данного класса. Правда, «обмылки» некоторым не нравятся. Но законы движения воздуха-то всюду одни и те же! Считаясь с ними, непросто создать внешне оригинальную машину. А если не очень считаться?

В России до сих пор популярны автомобили «самарского» семейства. После «классических» ВАЗов показалось, что стремительные «восьмерка» и «девятка» — огромный шаг вперед. На деле революции не получилось. Хотя Сх=0,47 все же меньше, чем 0,52, он гораздо выше, чем сегодня имеют небольшие машины «гольф-класса». Даже самая «навороченная» из «самар» — VAZ 2115 аэродинамически продвинулась недалеко: Сх=0,435. Впрочем, техника развивается: все больше появляется автомобилей, у которых отличная аэродинамика сочетается с броской внешностью.

Если кому-то любопытно, для чего мы вспомнили о Сх, заметим: фактическое сопротивление «десятки» (даже с учетом большей, чем у «классики», лобовой площади) при одинаковых скоростях на 33–34% ниже, чем у «Жигулей». Отсюда улучшение скоростных и динамических показателей.

ПО КИРПИЧИКУ

А из чего складывается величина Сх?

Первое — сопротивление давления или формы. Иногда это до 60% общих аэродинамических потерь. Поток, бьющий «в лоб» автомобиля, несколько уплотняется, затем струи расходятся. Позади «сольются» не сразу — здесь видна зона общего срыва с мелкими завихрениями воздуха. Движению машины препятствует повышенное давление воздуха спереди и пониженное сзади.

какие силы действуют на автомобиль, разгоняющийся на горизонтальной дороге??? нужно сказать все силы

сила тяги, сила сопротивления воздуху (в расчетах учитывается при скорости больше 50км) , сила тяжести, сила трения (сила сопротивления кочению) Больше незнаю =)

К ответу Андрея добавь еще силу реакции опоры. Чтобы автомобиль под землю не провалился :)

сила трения качения (сила трения покоя, если качение без проскальзывания) . сила тяжести приложена к центру масс направлена вниз вертикально сила реакции опоры (равна и направлена противоположно силе тяжести, распределена по точкам опоры - колесам (неравномерно, зависит от центра масс и т. д.) ) сила сопротивления воздуха. стабилизационные силы, связаны с сопротивлением воздуха, не знаю можно их выделить или нет. Не знаю как сюда впихнуть двигатель =)

сила - это количественная характеристика действия одного тела на другое. автомобиль взаимодействует с землей, как с тяготеющей массой, с полотном дороги и окружающим воздухом. на него действуют следующие силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз; сила реакции опоры, направленная перпендикулярно полотну дороги; сила трения покоя (или скольжения) приложенная к ведущим колесам и направленная в сторону движения; сила трения качения, приложенная к неведущим колесам и направленная против движения; сила лобового сопротивления воздуха, направленная против движения; подъемная сила, заметная при большой скорости, направленная вертикально вверх; выталкивающая сила архимеда, которой можно пренебречь.

На автомобиль действуют силы: 1 -с ила тяжести, направленная вниз к центру Земли, 2 - сила трения между колесами и дорогой, направленная вперед по направлению движения, 3 - сила сопротивления воздуха, 4 - сила трения качения, направленная против движения, 5 -нормальная реакция опоры, направленная перпендикулярно поверхности дороги. Помимо этих основных сил, можно указать и другие : выталкивающую силу воздуха (Архимедова) , подъемную, возникающую при обтекании авто воздухом, кориолисову силу обусловленную вращением Земли, притяжение Луны, Солнца и т. д. Следует заметить, что строго говоря, сила реакции опоры включает в себя силу трения, которая является ее касательной составляющей. Замечу, что сила трения качения приложена ко всем колесам. Сила сопротивления воздуха включает в себя не только динамическое лобовое сопротивление, но и касательное трение о воздух. Двигатель не тянет машину ( он внутри нее) , а создает вращающий момент колес.


Смотрите также