Уравнение движения автомобиля выражает связь между движущими силами и силами сопротивления движению. Оно позволяет определить режим движения автомобиля в любой момент.
РТ – РК – РП – РВ – РИ = 0
Безостановочное равномерное движение автомобиля без буксования ведущих колёс возможно при соблюдении условия:
РСЦ РТ = РК + РП + РВ,
где РСЦ – сила сцепления колёс с дорогой.
1.1. Сила и коэффициент сцепления колёс автомобиля с дорогой.
Значение тяговой силы, необходимой для движения, ограничено вследствие действия силы сцепления колёс с дорогой. Под силой сцепления понимают силу, противодействующую скольжению колеса относительно поверхности дороги.
РСЦ = G2,
где - коэффициент сцепления колёс с дорогой;
G2 – вес автомобиля, приходящийся на ведущие колёса, Н.
Средние значения для различных дорог и состояний их поверхности:
Сухое Мокрое
Асфальтобетонное шоссе …………………0,7 – 0,8 0,35 – 0,45
Дорога с щебенчатым покрытием ………..0,6 – 0,7 0,3 – 0,4
Грунтовая дорога ………………………… 0,5 – 0,6 0,2 – 0,4
Снег ………………………………………... 0,2 0,3
Лёд …………………………………………. 0,1 0,2
На основании уравнения движения автомобиля строится график силового баланса (рис. 6), позволяющий оценивать тягово-скоростные свойства автомобиля. С помощью графика можно решать следующие задачи:
§ Определение максимальной скорости;
§ Определение максимальной силы сопротивления дороги;
§ Определение максимального преодолеваемого подъёма;
§ Определение ускорения движения;
§ Определение возможности буксования ведущих колёс.
Р TI, P T II, P T III, P T IV – тяговые силы на I, II, III, IV передачах;
Р Д - сила сопротивления дороги (Р Д = Р К + Р П );
Р В – сила сопротивления воздуха;
Р З - запас силы тяги для преодоления повышенного сопротивления дороги или для разгона автомобиля;
G 2 = Р сц - сила сцепления колёс автомобиля с дорогой;
2 – скорость автомобиля при движении без буксования ведущих колёс при полной нагрузке двигателя;
max – максимальная скорость автомобиля
У автомобиля различают динамический фактор по тяге и динамический фактор по сцеплению. Это безразмерные величины, выражаемые в долях единицы или процентах.
Динамическим фактором по тяге называется отношение разности тяговой силы и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:
Значения динамического фактора по тяге позволяют судить о тягово-скоростных свойствах конкретного автомобиля при различных нагрузках и сравнивать тягово-скоростные свойства различных автомобилей. При этом чем больше динамический фактор по тяге, тем лучше тягово-скоростные свойства и выше проходимость автомобиля: он способен развивать большие ускорения, преодолевать более крутые подъёмы и буксировать прицепы большей массы.
Максимальные значения динамического фактора по тяге:
§ Автомобили ограниченной проходимости – 0,3…0,45
§ Автомобили высокой проходимости – 0,6…0,8
Значение динамического фактора ограничено вследствие наличия сцепления колёс с дорогой. Для безостановочного движения автомобиля без пробуксовки ведущих колёс необходимо выполнение условия:
,
где D СЦ – динамический фактор по сцеплению;
- коэффициент сопротивления дороги.
Динамическим фактором по сцеплению называется отношение разности силы сцепления и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:
Так как буксование ведущих колёс происходит при малой скорости движения и большой тяговой силе, то влиянием силы сопротивления воздуха можно пренебречь.
,
где G2 – вес, приходящийся на ведущие колёса;
- коэффициент сцепления колёс с дорогой.
Динамической характеристикой автомобиля называется зависимость динамического фактора по тяге от скорости на различных передачах. Динамическая характеристика свидетельствует о том, что динамический фактор по тяге на низших передачах имеет большую величину, чем на высших. Это связано с тем, что на низших передачах тяговая сила увеличивается, а сила сопротивления воздуха уменьшается.
С помощью динамической характеристики можно решать различные задачи по определению тягово-скоростных свойств автомобиля:
1. Определение максимальной скорости движения автомобиля при заданном коэффициенте сопротивления дороги.
2. Определение максимального подъёма, преодолеваемого на дороге с заданным коэффициентом сопротивления качению f.
3. Определение максимального ускорения автомобиля при заданном коэффициенте сопротивления дороги:.
4. Определение возможности буксования ведущих колёс.
Для оценки тягово-скоростных свойств автомобиля при различных нагрузках используется динамический паспорт автомобиля. Динамическим паспортом автомобиля называется его динамическая характеристика с номограммой нагрузок и графиком контроля буксования
На тягово-скоростные свойства автомобиля влияют конструктивные факторы:
1. Тип двигателя. Бензиновый двигатель обеспечивает лучшие тягово-скоростные свойства автомобиля, чем дизель, при аналогичных условиях и режимах движения (рис. 9). Автомобиль с бензиновым двигателем может развивать большие ускорения, преодолевать более крутые подъёмы и буксировать прицепы большей массы, чем с дизелем.
2. КПД трансмиссии. Снижение КПД, вызванное ростом потерь мощности на трение вследствие ухудшения технического состояния механизмов трансмиссии в процессе эксплуатации, приводит к уменьшению тяговой силы на ведущих колёсах автомобиля.
3. Передаточные числа трансмиссии. От передаточного числа главной передачи зависит максимальная скорость автомобиля.
4. Дополнительные коробки передач. Делитель (мультипликатор) расширяет диапазон передаточных чисел. Демультипликатор и раздаточная коробка увеличивают значения передаточных чисел.
5. Гидропередача. ГМП обеспечивает лёгкость управления, плавность разгона и высокую проходимость автомобиля. Но она ухудшает тягово-скоростные свойства автомобиля, т.к. её КПД ниже, чем у механической ступенчатой коробки передач.
6. Масса автомобиля. Увеличение массы автомобиля приводит к возрастанию сил сопротивления качению, подъёму и разгону.
7. Обтекаемость автомобиля (рис. 10). При ухудшении обтекаемости автомобиля уменьшается запас тяговой силы, который может быть использован на разгон автомобиля, преодоление подъёмов и буксировку прицепов, возрастают потери мощности на сопротивление воздуха и снижается максимальная скорость автомобиля.