Содержание
Силы, действующие на автомобиль во время его движения
Во время движения, на автомобиль действуют разные силы. Внешними силами, на преодоление которых расходуется тяговое усилие, полученное от двигателя на ведущих колесах автомобиля при его движении по горизонтальной плоскости с равномерной скоростью, являются силы сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении на подъем дополнительно надо преодолевать силу сопротивления вертикальному перемещению центра тяжести автомобиля, при ускоренном движении – силу сопротивления инерции автомобиля.
На автомобиль, как при движении, так и в неподвижном состоянии действует сила тяжести. Силой тяжести автомобиля является его масса, измеряется она в килограммах и действует параллельно по вертикали вниз, прижимая колеса к дороге (рис.1).
Рис.1. Силы, действующие на автомобиль при движении на подъем.
Сила тяжести автомобиля, стоящего неподвижно на горизонтальной плоскости, направлена вертикально вниз и распределяется по осям и колесам. Эти составляющие силы по своей величине обратно пропорциональны расстояниям между точками их приложения и точкой приложения силы тяжести автомобиля (центра тяжести). Определим центр тяжести автомобиля ЗИЛ-130. Собственная масса автомобиля ЗИЛ-130 составляет 4300 кг и распределяется по его осям: на переднюю – 2120 кг, заднюю – 2180 кг, при расстоянии между осями 3,8 м. Расстояние от центра тяжести до передней оси будет равно 2120×3,8/430 = 1,8 м, до задней оси: 2180×3,8/4300 = 2 м.
Для того чтобы узнать, как распределяется масса автомобиля на колеса, надо силу тяжести, приходящуюся на каждую ось, разделить на количество колес. Следовательно, на каждое переднее колесо будет действовать сила тяжести, равная 2120/2 = 1010 кг, на каждое заднее колесо: 2180/4 = 540,5 кг.
Как видно, колеса автомобиля могут быть прижаты к дороге с различной силой, что зависит от массы груза и его распределения в кузове. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее автомобиль против опрокидывания. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может сместиться вперед, назад или в сторону, при этом нарушается устойчивость и управляемость автомобиля. Положение центра тяжести некоторых автомобилей приведено в таблице:
Марка автомобиля | Высота расположения центра тяжести, мм | Расстояние от центра тяжести до передней оси, мм | |
без нагрузки | с полной | ||
«Москвич-412» ГАЗ-24 «Волга» ГАЗ-51А ГАЗ-53А ЗИС-130 МАЗ-500 Урал-375 ЗИЛ-157 ЗИЛ-131 КрАЗ-219 КрАЗ-222 | 475 | 445 | 1287 |
Сила сцепления колес с дорогой возникает между ведущими колесами автомобиля и дорогой. Она равна произведению коэффициента сцепления на сцепную массу, то есть на массу автомобиля, приходящуюся на его ведущие колеса. В автомобиле со всеми ведущими осями сцепной массой является полная масса автомобиля.
Коэффициент сцепления – это отношение силы сцепления колеса с дорогой к массе, приходящейся на данное колесо, и он будет равен:
φ = Рсц / Gк,
где φ – коэффициент сцепления;
Рсц – сила сцепления колеса с дорогой;
Gк – масса, которая прижимает колесо к дороге.
Коэффициент сцепления имеет решающее значение при торможении автомобиля. Чем выше коэффициент сцепления, тем больше может быть интенсивность торможения автомобиля.
Величина коэффициента сцепления колес автомобиля с дорогой имеет существенное значение для эксплуатации транспортных средств и безопасности дорожного движения. При низком коэффициенте сцепления – в этом случае трогание автомобиля с места очень затруднено, так как оно будет сопровождаться пробуксовкой, а в свою очередь торможение – скольжением колес. В результате автомобиль не всегда удается тронуть с места, а при необходимости торможения происходят резкое значительное увеличение тормозного пути и не исключено возникновение заноса. Среднее значение коэффициента сцепления шин, имеющих неизношенный дорожный рисунок протектора, с дорогой приведено в таблице:
Покрытие дороги | Коэффициент сцепления | |
на сухой поверхности | на мокрой поверхности | |
Цементобетон и асфальтобетон Щебеночное шоссе Каменные торцы Грунтовая дорога Утрамбованный шлак Глина Песок Уплотненный снег Обледеневая дорога Гололедица | 0,7-0,8 | 0,3-0,4 |
Особенно сильно снижается коэффициент сцепления на дороге после первого дождя, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснеженная или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность проезжей части подтаивает.
При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы рисунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги. Здесь важно исправное состояние рисунка протектора шины.
Повышенное давление воздуха в шинах уменьшает их опорную поверхность, вследствие чего давление возрастает настолько, что при трогании с места и при торможении сцепление колес с дорогой уменьшается.
В связи с тем, что много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, водители при управлении автомобилем должны уметь оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с дорожными и погодными условиями.
Тяговая сила на ведущие колеса (Рт) расходуется на отдельные виды сопротивления движению и может быть выражена следующей формулой:
Рт = Рк + Рв ± Рп + Ри,
где Рк – сила сопротивления качения автомобиля, кг;
Рв – сила сопротивления воздуха, кг;
Рп – сила сопротивления подъему, кг;
Ри – сила инерции автомобиля, кг.
Сила сопротивления качению колес автомобиля складывается из деформации шин и грунта, трения шин о дорогу, трения в подшипниках передних колес, в рессорах и рессорных серьгах или в амортизаторах подвески автомобиля. Определение всех этих сил в различных условиях движения автомобиля очень сложно. Поэтому все эти сопротивления учитываются общим коэффициентом, установленным экспериментальным путем. Этот коэффициент называется коэффициентом сопротивления качению автомобиля.
Коэффициент сопротивления качению шин на асфальтированном покрытии равен 0,019-0,020; на гравийном покрытии – 0,02-0,025; на песке – 0,1-0,3.
Сила сопротивления воздуха слагается из любого движения встречного воздуха, разрежения за движущимся автомобилем, трения частиц воздуха о поверхность кузова автомобиля. Силу сопротивления воздуха можно определить приближенно перемножением площади проекции автомобиля на коэффициент сопротивления воздуха и скорость движения автомобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется в килограммах на 1 м2 площади проекции автомобиля при скорости движения 1 м/сек. Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой поверхности автомобиля, его формы, а также скорости движения. С увеличением скорости автомобиля сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения, то есть если скорость возрастает в два раза, то сопротивление воздуха увеличивается в четыре раза.
Мощность, затрачиваемая на сопротивление воздуха, с увеличением скорости движения автомобиля возрастает пропорционально кубу скорости. Из этого следует, что груз на грузовых автомобилях надо распределять равномерно по поверхности платформы, а также не развивать высоких скоростей.
Сила, затрачиваемая автомобилем на преодоление подъема, равна массе автомобиля, умноженной на величину угла подъема.
Чем круче подъем, тем больше сила, затрачиваемая на его преодоление. При движении автомобиля под уклон, наоборот, возникает сила, способствующая ускорению движения автомобиля. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможность преодоления подъема. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее в начале подъема. При движении автомобиля под уклон, наоборот, возникает сила, способствующая ускорению движения автомобиля. Вследствие этого на крутых спусках рекомендуется включить ту передачу, на которой можно осуществить подъем.
автомобиль, движение, дорога, колесо, коэффициент, сила, сопротивление, сцепление
Смотрите также:
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 транспортное средство
Силы, действующие на транспортное средство — Проекты учащихся
Цель- Понять различные силы, действующие на транспортное средство. Найти максимальную скорость двигателя электросамоката, способного развивать скорость 90 км/ч, при фиксированном передаточном числе 7 и размере шин 90/100 R10 53J. Тот же расчет с шиной 90/90 R18 51P Подготовьте простой калькулятор Excel для идентификации автомобиля…
Детали проекта
Идет загрузка. ..
Оставить комментарий
Спасибо, что решили оставить комментарий. Пожалуйста, имейте в виду, что все комментарии модерируются в соответствии с нашей политикой комментариев, и ваш адрес электронной почты не будет опубликован по соображениям конфиденциальности. Пожалуйста, оставьте личный и содержательный разговор.
Пожалуйста, войдите, чтобы добавить комментарий
Другие комментарии…
Комментариев пока нет!
Оставьте первый комментарий
Подробнее Проекты Сриниваса Рао Т (11)
Проект 1 — Анализ термодинамических данных НАСА
Цель:
ЦЕЛЬ: Написать код в MATLAB для разбора термодинамического файла НАСА. ЦЕЛЬ-1. Написать функцию, которая извлекает 14 коэффициентов для данного вида из данной информации.2. Написать функции, которые вычисляют энтальпию, энтропию и удельную теплоемкость, используя полиномы НАСА для данного вида.3. Чтобы написать функцию…
18 ноября 2020 г. 12:16 IST
Подробнее
Неделя-6 Задача: трансмиссия электромобиля
Цель:
1. Какие типы цепей преобразователя мощности используются в электрических и гибридных электрических транспортное средство? Ответ- В электрических и гибридных электромобилях используются 4 типа цепей преобразователя мощности: Основная цель преобразователя — вырабатывать кондиционирующую мощность с…
29 октября 2020 г. 12:29 IST
Подробнее
Неделя 4. Генетический алгоритм
Цель:
функционируют и объясняют концепцию генетического алгоритма своими словами, а также объясните синтаксис ga в MATLAB в своем отчете. Введение в генетический алгоритм Генетический алгоритм — это метод…
09 сентября 2020 г. 16:13 IST
Подробнее
Неделя-3 Задача: Инструмент ADVISOR
Цель:
Цель- 1. Для файла EV_defaults_in, если масса груза составляет 500 кг со всеми остальными условиями по умолчанию, может ли автомобиль проехать 45 км с ездовым циклом FTP? Завершите свои наблюдения. 2. В приведенном выше случае попробуйте изменить емкость аккумулятора и повторить моделирование. 3. Выполните тест на преодоление подъема с помощью…
25 августа 2020 г. 07:11 IST
Подробнее
Производство биотоплива из отработанного пальмового масла
Цель:
020 06:47 IST
Читать дальше
Силы, действующие на транспортное средство
Цель:
Цель- Понять различные силы, действующие на транспортное средство. Найти максимальную скорость двигателя электросамоката, способного развивать скорость 90 км/ч, при фиксированном передаточном числе 7 и размере шин 90/100 R10 53J. Тот же расчет с шиной 92. L=длина маятника в метрах. m=масса мяча. b=коэффициент демпфирования. Данные для расчета …
07 мая 2020 03:23 IST
- MATLAB
Подробнее
PV Визуализатор диаграмм с программой Matlab
Задача: 9000 4
Задание Aim-Matlab на создание диаграммы зависимости давления от объема и показать выход тепловой эффективности двигателя. …
07 мая 2020 03:19AM IST
Подробнее
Программа в Matlab для моделирования прямой кинематики манипулятора робота 2R
Цель:
Манипулятор 2R имеет 2 звена и 2 вращательных шарнира. Эти типы манипуляторов в основном используются для роботов, которые используется для обеспечения движения, необходимого в производственных процессах, таких как захват и перемещение, сборка, покраска, фрезерование, резка, сварка, сверление и т. д. Он имеет 2 степени свободы, которые можно использовать для…
07 May 2020 03:18 AM ИСТ
Подробнее
Коды и графики Matlab для подбора кривой для заданных данных Cp.
Цель:
Код для подгонки линейного и кубического многочлена для данных Cp ограничения. Аппроксимация кривой — один из самых мощных и широко используемых методов анализа…
07 мая 2020 г. 0:57 IST 92. Единицы плотности…
07 мая 2020 г. 12:14 AM IST
Подробнее
с показателем 1 из 11 проектов
Попробуйте наши главные инженерные курсы, проекты и семинары сегодня! Забронируйте живую демонстрацию
Ньютона — что сила действует на автомобиль?
спросил
Изменено
4 года, 2 месяца назад
Просмотрено
635 раз
$\begingroup$
Мы говорим, что тело получает ускорение, когда на него действует сила в каком-то направлении. Когда автомобиль движется с ускорением, а я являюсь наблюдателем на земле. Какая сила действует на автомобиль?
- ньютоновская механика
- силы
- трение
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Двигатель передает крутящий момент на шины, и они передают направленную вперед силу на ось автомобиля за счет трения о дорогу.
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Дорога прикладывает силу трения к шинам на линии* контакта. Эта сила переносится на оси и на шасси за счет их жесткости (примерно).
Использование активного языка для дороги может немного сбивать с толку, но применение силы дорогой является просто результатом принципа «действие-противодействие». Шины хотят ускориться из-за их соединения с двигателем. Но это прикладывает силу к дороге. Таким образом, дорога воздействует на шины с равной, но противоположной силой.
*Если контакт между шинами и дорогой представляет собой линию (идеальную), то возникает статическое трение, так как относительного движения между дорогой и шинами на линии контакта нет.