На подъем (a - угол продольного наклона дороги)

Кроме того, можно записать выражение для определения опорных реакций R_z1 и R_z2

R_z1 + R_z2 = G_н = G_a сos a , (41)

где G_н – составляющая силы тяжести автомобиля G_a , перпендикулярная поверхности дороги.

Для рассматриваемой ситуации сила сопротивления качению F_f равна

F_f = f_ср G_н = f_ср G_a сosa . (42)

Если величина подъема определена в процентах, это значит (см. рис. 13)

100 tga = ( H / L ) 100% . (43)

Для a£5 -7⁰ sina@tga @ a , поэтому для благоустроенных дорог

F_a = G_a sina@ G_a tga@ G_a a . (44)

Сила сопротивления дороги.При движении автомобиля по практически любой дороге наблюдается одновременное действие силы сопротивления качению автомобиля и силы сопротивления движению на подъем. Поэтому сила сопротивления дороги F_y представляет собой сумму векторов этих сил, причем при движении на подъем эта сумма имеет вид

F_y = F_f + F_a,

а при движении с горы, соответственно

F_y = F_f - F_a .

Пользуясь формулами (38), (40) и (42) , найдем обобщенное выражение для F_y

F_y = f_ср G_a cosa ± G_a sina = ( f cosa ± sina ) G_a = y G_a , (45)

где y = (f cosa ± sina ) – коэффициент сопротивления дороги.

Частные случаи:

1. Ровная горизонтальная дорога , a = 0; y = f .

2. Движение на подъем y = f cosa+ sina , т.е. y > f .

3. Движение на спуске y = f cosa- sina, т.е. y < f .

Для спуска можно еще сделать несколько заметок

а) если f cosa > sina , то y > 0 ;

б) если f cosa = sina , то y = 0 ;

в) если f cosa < sina , то y < 0.

Сила сопротивления воздуха. Эта сила существенно влияет на тягово-скоростные качества автомобиля при движении на высоких скоростях (более 70-80 км/ч). Основной составляющей сопротивления воздуха является лобовое сопротивление, которое достигает 60-65% общих аэродинамических затрат. Оно вызывается различием давления воздуха спереди и сзади движущегося автомобиля, поскольку спереди создается зона повышенного давления, а сзади – зона разрежения (см. рис. 14). Кроме того, на силу сопротивления воздуха влияет добавочное сопротивление выступающих за основные контуры автомобиля деталей (зеркал заднего вида, щеток стеклоочистителей и др.), сопротивление трения воздуха о наружные поверхности кузова (чисто вымытый кузов способствует уменьшению этой составляющей), сопротивление внутренних воздушных потоков (через подкапотное пространство или салон) и др.

Рис. 14. Распределение давления воздуха по поверхности

движущегося легкового автомобиля:

+ избыточное давление; - разрежение

В общем случае действие на автомобиль элементарных аэродина-мических сил в каждой точке поверх-ности автомобиля может быть заме-нено равнодействующей силой F_w , которую можно разложить на состав-ляющие F_wx , F_wy и F_wz поосям системы координат с центром О, совпадающим с центром парусности автомобиля, и осями ОХ, ОУ и ОZ , направленными соответственно по продольной, попе-речной и вертикальной осямавто-мобиля (рис. 15).

Равнодействующую F_w называют полной аэродинамической силой и опре-

деляют с помощью соотношений

F_w = c_w q A = 0,5 c_w r_в А_еV_w² , (46)

где с_w – безразмерный коэффициент полной аэродинамической силы ;

q = 0,5r_в V_w² – скоростной напор, кг/м·с² , равный кинетической энергии 1 м³ воздуха, движущегося со скоростью V_w относительно автомобиля (r_в – плотность воздуха, кг/м³ ); А_е – эффективная площадь действия скоростного напора воздуха на автомобиль, м².

Полная аэродинамическая сила F_w в общем случае действует на автомобиль на расстоянии В от его центра масс (см. рис. 15), тем самым создавая так называемый полный аэродинамический момент, который с учетом (46) можно записать как

Т_w = 0,5 с_w r_в А_е В V_w² . (47)

Этот момент представляет собой векторную сумму составляющих его моментов Т_wx (аэродинамического момента крена), Т_wy (аэродинамического опрокидывающего момента) и Т_wz (аэродинамического поворачивающего момента), действующих на автомобиль относительно его продольной, поперечной и вертикальной осей, сходящихся в центре масс автомобиля.

С точки зрения анализа сопротивления воздуха поступательному движению автомобиля, наибольший интерес представляет действующая в его продольной плоскости составляющая F_wx . Ее величина определяется по аналогии с полной аэродинамической силой по выражению

F_wx = 0,5 с_х r_в А_х V_wx² , (48)

где с_х – коэффициент обтекаемости автомобиля (иногда называют коэффи-циентом лобового сопротивления, но это определение не совсем точное); r_в – плотность воздуха, кг/м³ (обычно для равнинных условий принимается r_в = 1,225 кг/м³ ); А_х – площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля (так называемая «площадь миделя»), м² ; V_wx = V_а ± V_в– скорость продольного воздушного потока относительно автомобиля, где V_а – скорость движения автомобиля, м/с; V_в – скорость встречного ( знак +) или попутного (знак -) ветра, м/с.

Коэффициенты обтекаемости с_х определяются путем продувки полно- размерных автомобилей или их масштабных моделей в специальных аэродинамических трубах. Эти замеры относятся к дорогостоящим, поэтому не все модели автомобилей проходят такую продувку. В табл. 3 собраны данные из технической литературы и периодической печати о величинах коэффициентов обтекаемости легковых автомобилей основных мировых производителей.

Таблица 3