Силы, действующие на автомобиль при движении

При движении на автомобиль действует целый ряд сил, кото­рые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяже­сти G, силы взаимодействия между колесами автомобиля и доро­гой (реакции дороги) R_x1, R_x2, R_z1, R_z2и сила взаимодействия ав­томобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р_в.

Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а — на горизонтальной дороге; б — на подъеме; в — на спуске

Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие — против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила R_x2на тяговом режи­ме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы R_x1и Р_в— про­тив движения. Сила Р_п— составляющая силы тяжести — может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависи­мости от условий движения автомобиля — на подъеме или на спуске (под уклон).

Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R_x2на ведущих колесах. Она возникает в результа­те подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.

Мощность и момент, подводимые к ведущим колесам

Автомобиля

В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на раз­личных режимах. К этим режимам относятся установившееся дви-

рис. 3.2. Схема для определения мощ­ности и крутящего момента, подво­димых от двигателя к ведущим ко­лесам автомобиля:

Д — двигатель; М — маховик; Т — транс­миссия; К — ведущие колеса

жение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение (замед­ленное) и накат (по инерции). При этом в условиях города про­должительность движения составляет приблизительно 20 % для ус­тановившегося режима, 40 % — для разгона и 40 % — для тормо­жения и наката.

При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощ­ность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмот­рим схему, представленную на рис. 3.2. Здесь N_e — эффективная мощность двигателя; N_тр — мощность, подводимая к трансмис­сии; N_кол— мощность, подводимая к ведущим колесам; J_м — мо­мент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмис­сии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).

При разгоне автомобиля определенная доля мощности, пере­даваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскру­чивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти зат­раты мощности

, (3.1)

где А — кинетическая энергия вращающихся частей.

Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид

Тогда затраты мощности

(3.2)

Исходя из уравнений (3.1) и (3.2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде

(3.3)

Часть этой мощности теряется на преодоление различных со­противлений (трения) в трансмиссии. Указанные потери мощно-

сти оцениваются коэффициентом полезного действия трансмис­сии η_тр.

С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к веду­щим колесам мощность

(3.4)

Угловая скорость коленчатого вала двигателя

ω_е = ω_к и_т , (3.5)

где ω _к — угловая скорость ведущих колес; и_т— передаточное число трансмиссии.

Передаточное число трансмиссии

u _т= u _к u _д u _г

где и_к — передаточное число коробки передач; и_д— передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); и_г— передаточное число главной передачи.

В результате подстановки ω_е из соотношения (3.5) в формулу (3.4) мощность, подводимая к ведущим колесам:

(3.6)

При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (3.6) равен нулю. В этом случае мощ­ность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина

(3.7)

С учетом соотношения (3.7) формула (3.6) преобразуется к виду

(3.8)

Для определения крутящего момента М_к,подводимого от дви­гателя к ведущим колесам, представим мощности N_коли N_т в вы­ражении (3.8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим

(3.9)

Подставим в формулу (3.9) выражение (3.5) для угловой ско­рости коленчатого вала и, разделив обе части равенства на ω_к, получим

(3.10)

При установившемся движении автомобиля второй член в пра­вой части формулы (3.10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величи­на

М_Т= Меu_Тη_Т(3.11)

С учетом соотношения (3.11) момент, подводимый к ведущим колесам:

(3.12)