Динамическое преодоление подъемов

Автомобиль может преодолевать подъем под действием только тяговой силы, двигаясь равномерно (длина подъема в этом случае неограниченна), а также с разгона, используя кроме тяговой силы накопленную при разгоне кинетическую энергию. В этом случае преодолеваемый подъем может быть круче того подъема, который автомобиль проходит при равномерном движении, но его длина ограниченна.

Прохождение подъема с разгона и называется динамическим преодолением подъема.

Рассмотрим схему движения автомобиля при динамическом преодолении подъема (рис. 3.34). На участке дороги АБ, перед подъе­мом, автомобиль движется с постоянной скоростью v. На участке

Рис. 3.34. Схема движения автомобиля при динамическом преодолении

подъема:

А — Д — точки изменения режима движения автомобиля; ψ₁ — коэффициент сопротивления дороги на участке АГ; ψ₂, ψ₃ — коэффициенты сопротивления

дороги на участке ГД

БВ происходит разгон до максимально возможной скорости v_max. На участке ВГ автомобиль движется с максимальной скоростью v_max,и на этой скорости он выходит на подъем. На участке ГД,на подъеме, скорость автомобиля уменьшается и движение стано­вится замедленным.

Кривую динамического фактора (рис. 3.35) для передачи, на которой автомобиль преодолевает подъем с разгона, разбивают на интервалы скоростей и по тем же формулам, что и для случая разгона, находят ускорение, время и путь движения на подъеме. При этом если коэффициент сопротивления дороги ψ₂ на подъе­ме меньше, чем максимальный динамический фактор по тяге D_mахна данной передаче, то точка пересечения D₂ кривой с горизонта­лью ψ₂ определяет скорость v₂,по достижении которой автомо­биль движется равномерно. Если же на подъеме коэффициент со­противления дороги ψ₃ больше, чем D_max на данной передаче, то скорость движения автомобиля быстро падает. Чтобы не произо­шло его остановки, необходимо перейти на низшую передачу. Дли­на подъема, проходимая автомобилем до достижения критиче-

Рис. 3.35. Динамическая характеристика

автомобиля, соответствующая передаче,

выбранной для преодоления подъема:

ψ₁ — коэффициент сопротивления дороги на гори­зонтальном участке (перед подъемом), где автомо­биль разгоняется до максимальной скорости v_max; ψ₂,ψ₃ — коэффициенты сопротивления дороги на подъеме (ψ₁ < ψ₂ < ψ₃); v₂— скорость, по достиже­нии которой автомобиль движется на подъеме рав­номерно; D₁, D₂ — значения динамического факто­ра по тяге при скорости, равной v_mах и v₂

ской скорости по тяге v_т,может считаться равной длине пути, в конце которого движение автомобиля прекращается (останавли­вается двигатель).

Движение накатом

На дорогах с чередующимися подъемами и спусками, при подъезде к остановкам и проезде одиночных препятствий (трам­вайные рельсы, крышки канализационных люков и др.) часто применяется движение автомобиля накатом. При таком режиме движения двигатель отсоединяется от ведущих колес, мощность и крутящий момент к ним не подводятся и тяговая сила на ведущих колесах отсутствует.

В процессе движения автомобиля накатом по горизонтальной дороге силы сопротивления движению преодолеваются главным образом за счет накопленной ранее кинетической энергии. По­этому движение автомобиля накатом по горизонтальной дороге может быть только замедленным.

Во время движения автомобиля накатом на спуске преодоле­ние сил сопротивления движению происходит за счет силы со­противления подъему, которая в данном случае является движу­щей. При этом чем больше сила тяжести автомобиля и круче спуск, тем больше сила сопротивления подъему.

Если сила сопротивления подъему меньше сил сопротивления движению, то автомобиль движется замедленно. При равенстве указанных сил движение автомобиля становится равномерным. Если же сила сопротивления подъему больше сил сопротивления движению, то движение автомобиля ускоренное.

Таким образом, в зависимости от соотношения силы сопро­тивления подъему и сил сопротивления движению движение ав­томобиля на спуске может быть равномерным, ускоренным или замедленным.

Соотношение между движущей силой и силами сопротивле­ния выражается уравнением движения автомобиля при накате:

,

где приведенная к ведущим колесам сила трения в

трансмиссии при работе на холостом ходу; М_тр — момент силы трения в трансмиссии; δ_н — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при накате:

.

Рис. 3.36. График силового баланса автомобиля при движении накатом:

Р_п1 — Р_п4 — силы сопротивления подъе­му для различных значений уклона до­роги; v_maх – максимальная скорость ав­томобиля, соответствующая силе сопро­тивления подъему Р_п2; А — характер­ная точка построения

При расчетах силу трения в трансмиссии для автомобиля с колесной формулой 4×2 можно определить по эмпирической фор­муле

Найденное значение Р_тр, увеличенное в 2 раза, будет соответ­ствовать автомобилям с колесными формулами 4×4 и 6×4, а уве­личенное в 3 раза — с колесной формулой 6×6. Коэффициент учета вращающихся масс δ_н можно принять равным 1,05.

На основании уравнения движения автомобиля при накате стро­ится график силового баланса в координатах Р – v (рис. 3.36).

Сначала на график наносят кривые сил сопротивления движе­нию — Р_тр, Р_ки Р_в,откладывая вверх значение каждой последую­щей силы от значения предыдущей. Затем проводят горизонталь­ные линии силы сопротивления подъему Р_пдля различных значе­ний уклона дороги, причем для крутых спусков (i > 0) — выше оси абсцисс, а для пологих спусков, прямолинейных участков дороги и подъемов (i < 0) — ниже оси абсцисс.

С помощью графика силового баланса автомобиля при движе­нии накатом можно решать различные задачи по определению показателей тягово-скоростных свойств, аналогичные задачам, рассмотренным в подразд. 3.13. Так, например, максимальная ско­рость движения автомобиля при накате определяется точкой А пересечения суммарной кривой сил сопротивления движению Р_тр + Р_к + Р_в сгоризонтальной прямой силы Р_пдля соответствую­щего уклона. Если эта прямая проходит выше суммарной кривой, то автомобиль движется ускоренно, если ниже ее, то замедленно.

Из уравнения движения автомобиля накатом можно опреде­лить замедление по следующим формулам:

, или .

На рис. 3.37 представлен график ускорений автомобиля при движении накатом для различных значений уклона дороги. Кри­вые ускорений при движении накатом на подъемах, горизонталь­ных участках дороги и пологих спусках проходят ниже оси абс­цисс, и скорость автомобиля на таких участках пути уменьшается. Кривые ускорений, соответствующих движению автомобиля на­катом на крутых спусках, расположены над осью абсцисс.

В точках пересечения кривых ускорений с осью абсцисс дви­жущие силы автомобиля равны силам сопротивления движению, вследствие чего автомобиль движется равномерно. Так, например, кривая, соответствующая уклону i₃, пересекает ось абсцисс при скорости, равной v₃.

Если начальная скорость больше скорости v₃, то движение на­катом на этом уклоне замедленное, в противном случае оно уско­ренное. Как замедленное, так и ускоренное движение автомобиля накатом продолжается только до скорости, равной v₃,по дости­жении которой начинается равномерное движение.

По известным значениям ускорения при накате по тем же фор­мулам, по которым определяются время и путь разгона автомоби­ля, можно рассчитать время и путь движения автомобиля нака­том.

При движении автомобиля накатом с небольшой скоростью силы сопротивления движению Р_ви P_трможно не учитывать вслед­ствие их незначительной величины. Тогда замедление автомобиля при накате

, или .

Движение автомобиля накатом целесообразно применять в том слу­чае, когда этот режим обеспечивает длительное движение. В условиях го­рода движение накатом следует ис­пользовать при преодолении одиноч-

Рис. 3.37. График ускорений автомобиля при движении накатом:

i₁ – i₃ — значения уклона, соответствующие спуску; i₄ — горизонтальному участку; i₅ – i₇ — подъему дороги; v₃ — скорость равномерного движения на участке дороги, характеризуе­мом значением уклона i₃

ных препятствий для исключения рывков и ударов в трансмиссии автомобиля и предотвращения повреждения шин. Однако движе­ние накатом на обледенелых и снежных укатанных дорогах недо­пустимо из-за возможности аварий.

Для оценки тягово-скоростных свойств автомобиля при дви­жении накатом можно использовать путь, который проходит ав­томобиль при накате со скорости 50 км/ч до полной остановки, т.е. путь выбега. Измерения пути выбега автомобиля проводят на горизонтальном участке дороги с асфальтобетонным покрытием.

Путь выбега позволяет также оценить техническое состояние шасси автомобиля. Чем больше путь выбега автомобиля, тем луч­ше техническое состояние его шасси. Любая неисправность шасси (неправильная регулировка тормозных механизмов, затяжки под­шипников главной передачи или углов установки управляемых колес, снижение давления воздуха в шинах и др.) вызывает суще­ственное уменьшение пути выбега. Так, например, пониженное давление воздуха в шине одного колеса сокращает путь выбега на десятки метров, а неправильно отрегулированные тормозные ме­ханизмы колес — на сотни метров. Каждая техническая неисправ­ность шасси вызывает при накате увеличение сопротивления дви­жению автомобиля.