Силы, действующие на автомобиль

Силы действующие на автомобиль — кто управляет автомобилем

Не только ты управляешь автомобилем — законы физики и механики исправно работают при движении автомобиля, и следует представлять себе действие различных сил, чтобы использовать их для управления или препятствовать их нарастанию.

Расположение центра тяжести

автомобиля зависит от компоновки узлов и агрегатов, и распределение веса по осям указывается в технических характеристиках. Высота груза и его размещение на автомобиле влияют на новое положение центра тяжести и новые нагрузки на оси.

Нагрузку на ось

следует уметь рассчитать для определения возможности проезда по некоторым мостам, понтонам и временным покрытиям.

На наклонной поверхности сила тяжести

раскладывается на две составляющие — одна прижимает автомобиль к дороге, а другая старается опрокинуть его вдоль дороги или поперек, в зависимости от направления уклона. Чем выше центр тяжести и чем больше угол наклона автомобиля, тем больше опрокидывающая сила.

Кроме силы тяжести и опрокидывающей силы, на автомобиль действуют другие:

сила сопротивления качению

— возникает при деформировании шины и дороги, трении шины о дорогу, трении в подшипниках колес;

сила сопротивления подъему

— определяется массой автомобиля и углом подъема;

сила инерции покоя

— при трогании и разгоне направлена против движения;

сила инерции движения

— направлена по ходу движения;

центробежная сила

— направлена по радиусу от центра кривой поворота и стремится снести автомобиль с дороги;

сила сопротивления воздуха –

направлена против движения, величина зависит от обтекаемости автомобиля и скорости его движения;

сила давления

сильного бокового ветра или аэродинамического влияния потоков воздуха от большого обгоняющего или обгоняемого автомобиля — стремится снести машину с дороги; зависит от парусности — боковой площади кузова.

подъемная сила

— возникает при движении с большой скоростью от давления потока воздуха, попадающего под передок автомобиля, стремится оторвать колеса от дороги, ухудшая сцепление колес с дорогой и управляемость;

— возникает при заносе задних или сносе передних колес;

сила сцепления

— зависит от нагрузки на ведущие колеса, состояния и качества дорожного покрытия, давления в шинах, скорости, степени износа протектора;

— определяется величиной крутящего момента, переданного от трансмиссии на колеса, вызывает движение автомобиля за счет отталкивания колес от дороги;

сила торможения

— возникает при торможении двигателем или тормозными колодками;

должна быть больше

силы инерции покоя,

силы сцепления

ведущих колес с дорогой — тогда движение автомобиля возможно. Если сила тяги на ведущих колесах больше

силы сцепления

этих колес с дорогой, колеса буксуют.

сила сцепления

колес с дорогой будет больше тормозной силы, то автомобиль затормаживается, если меньше — скользит юзом.

инерции движения

автомобиль может двигаться на высокой скорости с незначительной подачей топлива (вот почему движение на постоянной скорости 80–90 км/ч наиболее экономично), а также некоторое время с отключенным двигателем — накатом.

Рис. 1. Силы, действующие на автомобиль

Силе торможения помогают силы сопротивления качению, подъему, сопротивления воздуха, центробежная сила. Затрудняет торможение сила инерции движения, особенно растущая на уклоне.

При торможении и при движении с уклона сила тяжести переносится вперед и создает продольный опрокидывающий момент, дополнительно нагружающий переднюю ось. Эту нагрузку используют для улучшения сцепления управляемых колес с дорогой на повороте, тормозя двигателем и поворачивая колеса.

Величина центробежной силы зависит от скорости и веса автомобиля, а также радиуса поворота. Значит, уменьшить эту силу можно снижением скорости или увеличением радиуса поворота.

Снос передних и занос задних колес — боковое скольжение колес. Они могут привести к закручиванию автомобиля вокруг вертикальной оси, как волчка.

Причины заноса и сноса:

при движении — разные тяговые силы на колесах;

при торможении — разные тормозные силы на колесах одной оси, разные силы сцепления колес с дорогой, неправильное размещение груза относительно продольной оси автомобиля;

на повороте — торможение, резкий поворот управляемых колес; сила инерции превышает силу сцепления колес с дорогой.

При заносе автомобиль может опрокинуться по следующим причинам в случаях:

— поперечный уклон направлен в сторону, противоположную повороту;

— резкое прекращение заноса при упоре заднего колеса в препятствие;

— резкий поворот руля на большой скорости;

— неравномерное распределение груза или его смещение на повороте.

Упругость узлов подвески частично и кратко препятствует действию центробежной силы, допуская крен автомобиля.

Чем выше центр тяжести и уже колея, тем больше вероятность опрокидывания.

Рис. 2. Силы, действующие на автомобиль

Эксплуатационные качества: тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, маневренность, проходимость, — определяются способностями автомобиля использовать или преодолевать соответствующие физические силы.

Читайте также:  Аквапринт своими руками 5 этапов нанесения рисунка

Тягово-скоростные параметры определяют диапазон изменений скорости и интенсивности разгона автомобиля в различных условиях. При испытаниях замеряют семь показателей тягово-скоростных свойств: скоростная характеристика разгон — разбег, скоростная характеристика на высшей и предшествующей передачах, скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем, максимальная скорость, условная максимальная скорость, время разгона на определенных участках и время разгона до заданной скорости.

На топливную экономичность оказывают влияние аэродинамические параметры автомобиля, характеристики

шин, передаточное число главной передачи,

количество передач и их передаточные числа в коробке передач.

Тормозной путь

— расстояние, которое проходит автомобиль от

начала торможения

до полной остановки.

Замедление автомобиля

— величина, на которую уменьшается скорость автомобиля за единицу времени.

Управляемость автомобиля — его способность отзываться на самые малые команды руля, а также стабилизировать направление движения после влияния небольших неровностей дорожного покрытия. Управляемость и стабилизация обеспечиваются конструктивно рулевым механизмом и установкой управляемых колес под определенными углами: продольный и поперечный угол наклона шкворня, углы развала и схождения колес. Стабилизирующие свойства имеют и шины легковых автомобилей, благодаря небольшому давлению воздуха и гибким боковинам.

Но они склонны к

при боковом прогибе шины под влиянием поперечной силы. Увод передних колес увеличивает радиус поворота, задних — уменьшает. Если угол увода задних колес больше, чем передних — автомобиль виляет, и водителю приходится корректировать направление движения.

Рис. 3. Силы, действующие на автомобиль

Для выравнивания степени увода передних и задних колес рекомендуется давление воздуха в шинах передних колес поддерживать ниже, чем в задних.

Устойчивость движения характеризуется критической скоростью криволинейного движения по опрокидыванию и заносу под воздействием поперечной составляющей силы инерции.

Поворачиваемость автомобиля — одна из их характеристик. Переднеприводные автомобили имеют недостаточную поворачиваемость, что помогает им более уверенно проходить закругления на обычных скоростях, без заноса. Заднеприводные автомобили с двигателем сзади имеют избыточную поворачиваемость.

Заднеприводные автомобили с двигателем впереди и полноприводные автомобили в обычных условиях имеют недостаточную поворачиваемость, но при изменении режимов движения, перегрузке задних колес или снижении давления в них — избыточную.

Маневренность характеризуется минимальным и габаритным радиусами поворота, а также габаритной полосой движения. Чем меньше эти радиусы, тем выше маневренность.

Габаритная полоса характеризует ширину коридора, необходимую при крутых поворотах, а также возможность движения автомобиля с прицепом или без него в проездах заданной формы и размеров. Она определяется траекторией автомобиля и сдвигом траектории прицепа к центру поворота.

Профильная проходимость — способность автомобиля преодолевать неровности и препятствия, а также вписываться в габариты дороги.

Она зависит от габаритных размеров, высоты центра тяжести, переднего и заднего углов свеса, радиуса горизонтальной проходимости, продольного и поперечного радиуса проходимости, наименьшего расстояния между низшими точками автомобиля и дорогой, продольной и поперечной устойчивости к опрокидыванию — наибольших углов преодолеваемых подъема и поперечного откоса, диаметра колес, а для автомобиля с прицепом также и углов гибкости автопоезда.

Опорная проходимость определяет способность автомобиля двигаться по мягким поверхностям. Важным условием опорной проходимости является соотношение между наибольшей силой тяги и силой сопротивления движению.

Рис. 4. Параметры проходимости

В большинстве случаев проходимость автомобиля с прицепом ограничивается недостаточной

силой сцепления

колес с дорогой и в связи с этим невозможностью использовать максимальную силу тяги. Опорная проходимость определяется

сцепной массой

— массой, приходящейся на ведущие колеса: чем она ниже, тем выше проходимость. Очевидно, что у внедорожников сцепная масса ниже, так как все колеса ведущие.

Сила сцепления

ведущих колес с дорогой определяется давлением массы, приходящейся на одно колесо, на площадь контакта шин с дорогой –

удельным давлением.

На рыхлых грунтах проходимость лучше, если удельное давление меньше — площадь контакта больше за счет ширины шин или снижения давления в них. На твердом покрытии проходимость выше при большом удельном давлении — меньшей площади контакта — за счет узких шин или высокого давления в них.

На льду желательно снижать удельное давление для увеличения площади контакта шины с дорогой. Шины с крупным рисунком протектора на мягких грунтах имеют большую площадь контакта и меньшее удельное давление; на твердых грунтах площадь контакта этой шины меньше, и удельное давление увеличивается.

Для движении по мягким, песчаным, торфяным грунтам, тундре и снегу применяют широкие или арочные шины либо шины с регулируемым давлением. При совпадении колеи передних и задних колес проходимость автомобиля повышается — меньше сопротивление движению. Оба вида проходимости определяются также соотношением между тяговой силой и силой сопротивления движению,

возможностью использования тяговой силы,

зависящей от силы сцепления ведущих колес с дорогой.

В статье использованы материалы из открытых источников: Автор: Волгин Владислав Васильевич – Книга: “Новейший справочник автомобилиста”

По материалам: avto-opel.com

Поделиться «Силы действующие на автомобиль – кто управляет автомобилем?»

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Динамика автомобиля

Под динамикой автомобиля понимают его свойство перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью при заданных дорожных условиях. Чем лучше динамика автомобиля, тем выше его производительность. Кроме того, динамика автомобиля в полной мере определяет безопасность его эксплуатации. Динамика автомобиля зависит от его тяговых и тормозных свойств.

Читайте также:  Звуковые сигналы при движении поездов, как расшифровать гудки

Динамика прямолинейного движения

Общее сопротивление движению

Сопротивление движению вычисляется как (рис. «Силы сопротивления движению» ):

Мощность, которая должна поступить на ве­дущие колеса автомобиля для преодоления сопротивления движению (силы сопротивле­ния движению), равна:

PW = FW v или PW = FWV /3600

Сопротивление качению

Сопротивление качению является следствием возникающих процес­сов деформации в зоне контакта шины с до­рогой. При этом применимо следующее:

Fro =f G cosa — fmg cosa

Приближенный расчет сопротивления каче­нию может быть выполнен путем использо­вания коэффициентов, представленных в приведенной ниже таблице «Коэффициенты сопротивления качению» и на рис. «Сопротивление качению радиальных шин по ровной, горизонтальной дороге при нормальных нагрузке и внутреннем давлении».

Увеличение коэффициента сопротивления качению f прямо пропорционально уровню деформации и обратно пропорционально ра­диусу шины. Следовательно, коэффициент будет увеличиваться при увеличении нагрузки, скорости и при снижении давления в шине.

При прохождении поворотов сопротивле­ние качению увеличивается за счет добавоч­ного сопротивления повороту:

Fk=fкG

Коэффициент сопротивления повороту fк является функцией скорости движения авто­мобиля, радиуса поворота, геометрических характеристик подвески автомобиля, типа шин, давления в шинах и поведения автомо­биля под действием поперечного ускорения.

Таблица.«Коэффициент аэродинамического сопротивления и мощность, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления, для различных типов кузова»

Аэродинамическое сопротивление

Определяется по формуле:

FL = 0,5 p⋅ cw⋅ А (v + v) 2

FL =0,0386⋅ р⋅ cw⋅ А (v + v) 2 ,

где: v в км/ч, FL в Н, р в кг/м 3 , А в м 2 , плотность воздуха р = 1,202 кг/м 3 на высоте 200 м.

PL = FL = 0,5 р cw Av (v + v) 2

PL = 12,9-10 -6 cw A v (v + v) 2

Максимальное поперечное сечение автомобиля: А ≈0,9 х ширина колеи х высота.

Эмпирическое определение коэффициентов аэродинамического сопротивления и сопротивления качению

Автомобиль движется накатом на нейтральной передаче в условиях безветрия по ровной до­роге. Для двух заданных значений скоростей движения, v1 (высокая скорость) и v2 (малая скорость), замеряется время, необходимое, чтобы автомобиль при этих условиях замед­лил свое движение. Эта информация исполь­зуется для расчета средних замедлений a1 и а2. Формулы и примеры из табл. «Эмпирические определения коэффициентов аэродинамического сопротивления и сопротивления качению» приведены для автомобиля массой m = 1450 кг с площадью поперечного сечения А = 2,2 м 2 .

Этот метод применим для скоростей дви­жения автомобиля до 100 км/ч.

Сопротивление движению автомобиля на подъем и силы, действующие на автомобиль при движении под уклон

Сопротивление движению на подъем (Fst со знаком плюс) и силы, действующие на автомо­биль при движении под уклон (Fst со знаком минус) рассчитываются следующим образом:

Fst = G sinа = m g sina

Fst ≈ 0,01 m g p

Эти уравнения применимы с уклонами до р ⩽ 20%, поскольку при малых углах применимо следующее:

sina ≈ tana (погрешность менее 2 %).

Мощность, затрачиваемая на преодоление подъема, равна:

Pst = Fst v или если Pst измеряется в кВт, Fst в Н и v в км/ч:

Pst = Fst v/3600 = m g v sina/3600

Pst = m g p v / 3600

Продольный уклон дороги равен:

р = (h/l)⋅100 % или р = (tanа) ⋅100 %

где h соответствует проекции наклонной поверхности l на вертикальную ось.

В англоязычных странах продольный уклон определяется отношением 1 в 100/р .

Например, при р =50% отношение 1 к 2.

Пример вычисления силы тяги и мощности, затрачиваемой на преодоление подъема

Для преодоления подъема с уклоном р = 21 %, автомобилю массой 1500 кг потре­буется сила тяги на колесах приблизительно 1,5 x 2000 Н = 3000 Н (значение из табл. «Угол уклона и сопротивление движению на подъем» ) и при v = 40 км/ч мощность, затрачиваемая на преодоление подъема, приблизительно 1,5 х 22 кВт = 31 кВт (значение из табл. «Сопротивление движению на подъем и мощность, затрачиваемая на преодоление подъема» ).

Сила тяги

Чем больше крутящий момент двигателя М и общее передаточное число трансмиссии i между двигателем и ведущими колесами, и чем ниже потери мощности в трансмиссии, тем выше сила тяги F на ведущих колесах автомобиля.

F = (Mi/r)⋅η или F = P η / v

η — КПД привода. Для двигателя про­дольного расположения η ≈ 0,88 — 0,92, для двигателя поперечного расположения η ≈ 0,91 -0,95.

Сила тяги частично затрачивается на преодо­ление сопротивления движению. При боль­шом сопротивлении движению, имеющем место на подъемах, следует включать в ко­робке передач пониженную передачу (т. е. увеличивать передаточное число трансмис­сии).

Частота вращения коленчатого вала двигателя и скорость автомобиля

Частота вращения коленчатого вала вычисляется как:

n = 60vi / 2 πr

или при v в км/ч:

n = 1000vi / 2π·60r

Ускорение

Избыточная сила F-Fw вызывает ускорение автомобиля. Или замедление, когда Fw превышает F

a = (F-Fw) / km m

a = (P η — Pw) / v km m

Коэффициент учета вращающихся масс km (рис. «Определение коэффициента учета вращающихся масс km» ) позволяет учесть дополнительное увеличение инерционных масс автомобиля из-за наличия вращающихся частей (колеса, маховик, коленчатый вал и т. п.).

Сила тяги и скорость автомобилей с автоматической трансмиссией

Когда уравнение силы тяги применяется для автомобилей с автоматической трансмиссией с гидротрансформатором или гидромуфтой, крутящий момент двигателя заменяется крутящим моментом турбины гидротранс­форматора, а частота вращения коленча­того вала двигателя — частотой вращения турбины гидротрансформатора. Используя кривую характеристики гидротрансформа­тора, можно определить зависимость между

и скоростной характеристи­кой двигателя

Силовой баланс для отдельных передач в функции скорости движения может быть определена из диаграммы силы тяги/сопротивления движению. На диаграмме можно увидеть точки излома, типичные для гидротрансформатора, возникающие вслед­ствие мультипликации крутящего момента. Максимальную скорость в каждом случае для данной передачи можно определить по точкам пересечения линий тягового усилия с линиями сопротивления движению.

Читайте также:  Установка и перенос магнитолы шевроле нивы (ваз 2123) автозвук в шевроле нива (ваз 2123) Ремонт ав

Силы, действующие на автомобиль при движении

Разные силы, действующие на автомобиль, существуют при езде, главная из них – сила тяжести. Причем эта сила действует на автомобиль вне зависимости от того, находится ли он в движущемся состоянии или же нет. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз и распространяется равномерно по всему корпусу автомобиля, действуя при этом на все транспортные оси и колеса. Благодаря этому влиянию силы тяжести на автомобиль, увеличивается вес транспортного средства и сам автомобиль давит при этом на дорожное покрытие. Тем самым увеличивается сцепление транспортного средства с дорожным покрытием, сцепление увеличивается прямо пропорционально. В бытовом плане воздействие силы тяжести особенно заметно тогда, когда автомобиль трогается с места и при последующем движении колес. Равной силе тяжести является сила реакции дорожного покрытия. Равнодействующая этих сил располагается точно в центре тяжести. От расположения центра тяжести в автомобиле зависит распределение веса всех транспортных осей автомобиля. Чем выше располагается центр тяжести в автомобиле, тем неустойчивее он. Если центр тяжести располагается близко к какой-либо оси автомобиля, то это значит, что нагрузка на эту ось будет максимальной. Если автомобиль находится в ровном горизонтальном положении, то сила тяжести давит непосредственно вертикально вниз. Если же автомобиль при движении меняет свое положение с горизонтального на положение под углом к горизонтальной поверхности, то в таком случае сила тяжести отделяется от силы реакции. В данном случае происходит следующее: одна из сил все еще продолжает прижимать колеса к дорожному полотну, а другая стремится опрокинуть корпус автомобиля. Соответственно во время движения автомобилист должен соблюдать определенные нормы эксплуатации технического средства с учетом расположения центра тяжести машины. При этом необходимо соблюдать установленные рамки возможного наклона автомобиля, правила разгона и т. д.

К силам, действующим на автомобиль при движении, относится также и сила инерции движения.

Это сила состоит из следующих факторов:

· сила, необходимая для ускорения,

· сила, необходимая для углового ускорения вращающихся элементов автомобиля.

Вообще само перемещение автомобиля возможно только в том случае, если сила сцепления достаточно велика для того, чтобы удерживать автомобиль в этом состоянии. Если же сила сцепления мала, то в таком случае происходит пробуксовка колес автомобиля. Инерционные силы возникают в том случае, если изменяется угол или направление движения автомобиля. Сила инерции мешает разгону автомобиля и его торможению. А это значит, что при движении также необходимо учитывать действие этой силы. Необходимо правильно рассчитывать расстояние до возможного препятствия и производить торможение или же разгон в соответствии с действием этой силы.

Сила сцепления – это еще одна физическая сила, действие которой оказывает существенное влияние на движение автомобиля и на поведение его во время движении. Эта сила зависит от качества дорожного покрытия, вернее, от его гладкости. Кроме того, на силу сцепления также оказывает непосредственное влияние вес каждого отдельного колеса, который складывается из веса автомобиля, равномерно распределенному по всем транспортным осям автомобиля. Наиболее лучшее сцепление обеспечивает асфальт, причем коэффициент сцепления уменьшается, если на дорожном полотне имеется грязь, пыль, песок и т. д. Наиболее низкой силой сцепления обладает обледеневшая дорога. Также стоит помнить о том, что мокрая дорога обеспечивает более низкую степень сцепления автомобиля с дорогой. Кроме того, сила сцепления уменьшает свое воздействие при движении автомобиля по сухому асфальтовому покрытию на большой скорости (сцепление уменьшается в два раза).

Также на автомобиль во время движения оказывает определенное воздействие сила сопротивления качению. Эта сила оказывает непосредственное влияние на физический износ колес и всех элементов автомобиля, которые с ними соприкасаются.

Также происходит влияние силы сопротивления воздуха. Эта сила и ее уровень воздействия зависит от качества корпуса автомобиля и от его обтекаемости. Чем более обтекаемая форма у автомобиля, тем более низкая возникает сила сопротивления, а значит, тем более высокую скорость может развивать автомобиль. Изменить эти параметры можно только в случае полной замены корпуса кузова автомобиля. Так еще следует помнить о том, что установка багажника на крышу автомобиля также влияет на обтекаемость корпуса автомобиля. К слову сказать, чем больше сила сопротивления воздуха, тем больше расход топлива на 100 километров. Обтекаемость корпуса можно временно изменить (правда, в худшую сторону) во время движения автомобиля. Так, например, если во время быстрого движения резко открыть, а потом закрыть дверь, то весьма вероятно, что автомобиль может потерять необходимый уровень устойчивости. Это очень опасно, особенно на оживленных дорогах.

Кроме вышеперечисленных фических сил, на автомобиль также оказывают влияние следующие действующие силы:

· сила сопротивления подъему,

· разворачивающая сила и т. д.

Необходимо помнить о том, что во время резкого торможения также резко уменьшается сила сцепления задних колес с дорожным полотном. При таком торможении колеса более всего подвержены блокировке, а значит, увеличивается вероятность возникновения на дороге аварийной ситуации.

Ссылка на основную публикацию
Сигнализация Томагавк — особенности, виды автосигнализации Tomahawk с автозапуском, фото брелков, ин
Сигнализация Томагавк 9030 инструкция по эксплуатации Автор: Максим Марков Дата: 2017-07-08 Надежная защита собственного автомобиля – мечта любого прогрессивного водителя....
Сделай Сам Собираем Подавитель Мобильных Телефонов
Глушилка радиосигнала; Сделай сам своими руками Полезный сайт .РУ Главная Для чего нужна вытяжка на кухню «Антишансон» — индивидуальное устройство...
Сделано в космосе» 4 продукта, которые имеет смысл производить на орбите
Что происходит с металлом в космосе ПроТочка Общеизвестный факт – металл в атмосфере нашей планеты подвержен окислению (реакция взаимодействия с...
Сигнализация Томагавк не закрывает или открывает двери устранение неисправности
Сигнализация срабатывает сама по себе на машине фото и видео, почему постоянно самопроизвольно без п Практически все иномарки, а также...
Adblock detector