Тяговая сила используемая для движения автомобиля: ᐉ Силы действующие на автомобиль при движении

Содержание

ᐉ Силы действующие на автомобиль при движении

Схема сил действующих на ведущее колесо

На движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.

Рис. Схема сил действующих на ведущее колесо.
а — состояние неподвижности; б — состояние движения

Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.

На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:

тяговая сила
сила сопротивления воздуха
сила сопротивления качению

При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля—сила сопротивления разгону (сила инерции).

Тяговая сила

Развиваемый двигателем автомобиля крутящий момент передается на ведущие колеса. В передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колесам участвуют механизмы трансмиссии. Крутящий момент на ведущих колесах зависит от крутящего момента двигателя и передаточных чисел коробки передач и главной передачи. В точке касания колес с поверхностью дороги крутящий момент вызывает окружную силу. Противодействие дороги этой окружной силе выражается реактивной силой, передаваемой от дороги на ведущее колесо. Эта сила направлена в сторону движения автомобиля и называется толкающей или тяговой силой. Тяговая сила от колес передается на ведущий мост и далее на раму, заставляя автомобиль двигаться. Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Тяговая сила на ведущих колесах достигает наибольшей величины при движении автомобиля на низшей передаче, поэтому низшую передачу используют при трогании с места автомобиля с грузом, при движении автомобиля по бездорожью. Величина тяговой силы на ведущих колесах автомобиля ограничивается сцеплением шин с поверхностью дороги.

Сила сцепления колес с дорогой

Трение, возникающее между ведущими колесами автомобиля и дорогой, называется силой сцепления. Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес, т. е. вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля. Величина коэффициента сцепления шин с дорогой зависит от качества и состояния дорожного покрытия, формы и состояния рисунка протектора шины, давления воздуха в шине.

У легковых автомобилей полный вес распределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомобилей при полной их нагрузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60—70% полного веса.

Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначительном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места сопровождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.

На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверхность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скользкой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.

При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы рисунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.

Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь шины уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.

Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает настолько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.

Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.

Сила сопротивления воздуха

При движении автомобиль преодолевает сопротивление воздуха, которое складывается из нескольких сопротивлений:

лобового сопротивления (около 55—60% всего сопротивления воздуха)
создаваемого выступающими частями—подножками автобуса или автомобиля, крыльями (12—18%)
возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10—15%) и др.

Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигается, в то время как в задней части автомобиля создается разрежение, которое вызывает образование завихрений.

Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движения. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возрастает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а выступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомобилей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузовую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.

Сила сопротивления качению

На каждое колесо автомобиля постоянно действует вертикальная нагрузка, которая вызывает вертикальную реакцию дороги. При движении автомобиля на него действует сила сопротивления качению, которая возникает вследствие деформации шин и дороги и трения шин о дорогу.

Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:

для асфальтобетонного покрытия— 0,014—0,020
для гравийного покрытия—0,02—0,025
для песка—0,1—0,3

Сила сопротивления подъему

Автомобильная дорога состоит из чередующихся между собой подъемов и спусков и редко имеет горизонтальные участки большой длины.

При движении на подъем автомобиль испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к горизонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.

При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.

Сила сопротивления разгону

Часть тяговой силы при разгоне затрачивается на ускорение вращающихся масс, главным образом маховика коленчатого вала двигателя и колес автомобиля. Для того чтобы автомобиль начал двигаться с определенной скоростью, ему необходимо преодолеть силу сопротивления разгону, равную произведению массы автомобиля на ускорение. При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения эта сила направлена в сторону движения автомобиля. Бывают случаи, когда при резком разгоне груз или пассажиры падают из открытого кузова, с сидений мотоцикла, а при резком торможении пассажиры ударяются о лобовое стекло или о передний борт автомобиля. Для того чтобы таких случаев не было, необходимо, плавно увеличивая частоту вращения коленчатого вала двигателя, преодолевать силу сопротивления разгону и плавно осуществлять торможение автомобиля.

Центр тяжести

На автомобиль, как и на любое другое тело, действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Центром тяжести автомобиля называют такую точку автомобиля, от которой вес автомобиля распределяется равномерно во всех направлениях. У автомобиля центр тяжести располагается между передней и задней осью на высоте около 0,6 м для легковых и 0,7—1,0 м для грузовых. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее автомобиль против опрокидывания. При загрузке автомобиля грузом центр тяжести поднимается у легковых автомобилей примерно на 0,3—0,4 м, а у грузовых на 0,5 м и более в зависимости от рода груза. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может также сместиться вперед, назад или в сторону, при этом будут нарушаться устойчивость автомобиля и легкость управления.

Ошибка

Автомобиль — модели, марки
Устройство автомобиля
Ремонт и обслуживание
Тюнинг

Аксессуары и оборудование
Компоненты
Безопасность
Физика процесса

Новичкам в помощь
Приглашение
Официоз (компании)
Пригородные маршруты

Персоны
Наши люди
ТЮВ
Эмблемы

Личные инструменты

Представиться системе

Инструменты

Спецстраницы

Пространства имён

Служебная страница

Просмотры

Перейти к: навигация, поиск

Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название.

Возврат к странице Заглавная страница.

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

— DesignJudges.com

IC PowertrainEV Powertrain

28 мая

Автор: Skitter Yaeger

Это логический путь для понимания характеристик ускорения по прямой.

Тридцатисекундное объяснение мощности, крутящего момента и передачи:

Представьте себе Civic и Corvette, движущиеся с одинаковой скоростью.
30 миль в час.
Civic на 2-й передаче, 3000 об/мин.
При таких оборотах при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель Honda может развивать мощность 105 фунт-футов и 60 л.с. на коленчатом валу.
Корвет на 6-й передаче, 1000 об/мин.
При таких оборотах на полном газу малый блок может производить 315 фунт-футов и 60 л.с. на коленчатом валу.

Представьте, что обе машины имеют одинаковый вес, одинаковое сцепление с дорогой, одинаковое аэродинамическое сопротивление.
Когда вы даете обоим полный газ, они ускоряются с одинаковой скоростью, пока у них одинаковая мощность.
Учитывая довольно плоские кривые крутящего момента, они будут идти ноздря в ноздрю до 60 миль в час, когда Honda должна переключиться на 3-ю передачу.

Как сделать Корвет быстрее?
Для этого предназначены остальные пять передач.

Включите 1-ю передачу Корвета, 3000 об/мин.
То же, что и Civic.
При таких оборотах при полностью открытой дроссельной заслонке малый блок может развивать крутящий момент 315 фунт-футов (плоская кривая крутящего момента) и мощность 180 л.с.
3-кратное механическое преимущество на 1-й передаче по сравнению с 6-й, 3-кратное усиление усилия на шины.
И Civic не увидит, куда он поехал.

Все это намного проще сделать в метрических единицах.

Выполняйте все расчеты в метрической системе.

Как инженеры, мы разрешаем споры с помощью математики.
На все ваши вопросы нужно отвечать с помощью математики.
Я не буду давать вам уравнения.
Только понятия.
Но поверьте мне, вы можете сделать все это легко.
Независимо от того, используете ли вы электронную таблицу, MATLAB или другой язык, повторите инструмент и параметры.

Когда вы проведете анализ, вот что вы обнаружите:
Автомобиль с большей мощностью при заданной скорости имеет более положительную движущую силу на колесах.
Неважно:

Пиковая мощность или крутящий момент.
Будь то большой тихоходный двигатель или маленький высокооборотный двигатель.
Размер колес 10, 13 или любого другого размера.
Передаточное число главной передачи.

Автомобиль с большей мощностью при заданной скорости имеет большую положительную движущую силу на колесах.

На графике показаны кривые мощности, пересекающиеся точно при той же скорости, что и кривые крутящего момента на колесах.
Это гарантируется для любой кривой мощности математическим соотношением между мощностью и крутящим моментом.
Это не совпадение.
При заданной скорости передачи с большей мощностью является передача с большим крутящим моментом колеса.
Оптимальный момент переключения немного отличается для каждой передачи.

Давайте поговорим о плоских кривых крутящего момента и плоских кривых мощности.

Я использую их для упрощения, чтобы сделать концепции проще.

Единственная разница между мощностью двигателя и мощностью колеса заключается в эффективности трансмиссии (потери).

Я предположил, что это низкий показатель, но эталонная плоская кривая мощности достаточно хорошо согласуется с примерной плоской кривой крутящего момента.
Пример с фиксированной мощностью имеет преимущество после того, как пример с фиксированным крутящим моментом переключается на 2-ю, 3-ю, 4-ю и 5-ю.
Пример с плоским крутящим моментом имеет преимущество перед все более широким диапазоном верхних оборотов на каждой передаче.
Этот пример с плоским крутящим моментом будет трогаться с места на большей части 5-й передачи, где он имеет большую мощность.

На графике показано, что при идеально ровной кривой крутящего момента:
1. Удерживайте каждую передачу на максимальных оборотах.
2. Используйте как можно больше передач.

График показывает, что при идеально плоской кривой мощности:
3. Буквально не имеет значения, какая передача используется.
4. С таким же успехом можно использовать одну скорость, если диапазон оборотов в минуту при постоянной мощности достаточно велик.

Обязательно докажите это в своем инструменте анализа, если вы не уверены.

Информация, необходимая для построения графика тягового усилия:

Полезные дополнения:

Оценка продольной оси шины
Оценка коэффициента площади сопротивления (CdA)
Оценка высоты центра давления (COP) для сопротивления
Оценка площади коэффициента подъемной силы (ClA) и CoP, если применимо

Тяговое усилие является результатом умножения суммы нормальных сил на шину mu.
В этом примере предполагается задний привод (RWD).
(Race Car Vehicle Dynamics, Milliken, рис. 15.10, стр. 504, 14-е издание)
Подробное обсуждение см. в разделе Критические характеристики балансировки.
Передача нагрузки ускорения может быть смоделирована на основе плоской мощности, ступенчатой или рекурсивной.
Все модели неверны.
Сделайте модель полезной.

Относительная шкала этих факторов будет зависеть от ваших коэффициентов.

На графике тягового усилия показано, как плоская кривая мощности касается каждой кривой тягового усилия.
Пиковая мощность обладает самым высоким потенциалом ускорения.
Это также может быть кривая вариатора с таким же механическим КПД, как и у стандартной коробки передач.

Разница между силой тяги и сопротивлением заключается в доступной силе ускорения.
Я нахожу это простым для понимания, как показано, но другой подход состоит в том, чтобы вычесть сопротивление из каждой кривой на передаче.
Диапазон рабочих характеристик вашего автомобиля по прямой линии ограничен пределом тягового усилия, площадью под кривыми тягового усилия для каждой передачи и лобовым сопротивлением.

Вы можете использовать графики тягового усилия, чтобы определить:

Общее передаточное число
Сколько скоростей ваша команда хочет использовать0003
Какую форму ваша команда хотела бы видеть в диапазоне мощности в этом регионе

Возможно, тот или иной вариант не является явно лучшим.
Или прирост незначительный.
Особенно по сравнению с объемом работы.
Им можно присвоить более низкий приоритет, чем другим решениям.
Я всегда рекомендую стремиться к большим преимуществам, которые легко реализовать.
Далее следуют большие преимущества, которые трудны, но оправданы.
Для этого требуются призывы к суду.
Не упускайте маленькие преимущества, которые легко получить.
Оставьте самые трудные мелкие дела на потом.
Может быть, исключить их из плана.

Данные необходимы.
Если у вас сложная система сбора данных с десятками датчиков, заставьте их работать.
Секундомер на парковке тоже отличные данные.
Так же, как и стяжки на амортизаторах, чтобы показать максимальный ход.
Настройте свои тесты, чтобы исключить переменные и провести несколько измерений.

Покажите нам, как можно применить новые технологии к прошлогодней машине, оптимизировать ее характеристики.
Тогда покажите нам, насколько машина этого года лучше прошлогодней.
Делайте это по прямой линии.
Сделайте это вокруг трамплина.
Сделайте это через слалом.
Сделайте это через событие торможения.

DO

Выясните уравнения, по которым построены эти графики.
Расчет, измерение, улучшение и оптимизация сцепления.
Подумайте о картах и настройках для каждого отдельного события.
Максимальное ускорение, возможно, только во время выносливости для экономии топлива.
Взять данные, сверить расчеты с данными, пересмотреть, повторить.

НЕ ДЕЛАТЬ

Не используйте гистограммы оборотов для определения наиболее важных оборотов.
Не думайте, что переключение передач на максимальных оборотах гарантирует максимальное ускорение.
Не развивайте большую мощность, не работая над тягой.
Не полагайтесь на объяснения, не проверив математику самостоятельно.
Не забудьте обновить свои расчеты, используя самые последние запланированные или измеренные изменения производительности.

Критические характеристики для FSAE Electric Powertrain

Максимальное ускорение определяется тяговым усилием mu (зависит от шины, на всех четырех колесах) и ограничением 80 кВт.
Аккумулятор, инвертор/контроллер и двигатель имеют предел пиковой мощности, доступный для короткого импульса.
У каждого из них есть непрерывный предел мощности, который они могут поддерживать неопределенно долго при достаточном охлаждении.
Непрерывный предел лучше всего выражается как среднеквадратическая (RMS) мощность, включая регенерацию.
Эффективность компонентов зависит от нагрузки.
Любая разница между КПД компонента и 100 % связана с выделением тепла.
Тепло должно отводиться в систему охлаждения и из автомобиля.
Теплопередача и накопление тепла определяют предел непрерывной мощности и предельные значения пикового времени компонентов.

При условии, что аккумулятор и инвертор/контроллер могут обеспечивать достаточное напряжение и ток:
Упрощенная модель двигателя электромобиля представляет собой пиковый крутящий момент от 0 до начала пиковой мощности при частоте вращения кроссовера.
Затем пиковая мощность от оборотов кроссовера до максимальных оборотов.
Непрерывный крутящий момент часто составляет примерно 50 % пикового крутящего момента.
Непрерывная мощность часто составляет примерно 50 % пиковой мощности.
Непрерывная кривая крутящего момента может иметь или не иметь одинаковые обороты кроссовера.

Передаточное число определяет, насколько близко пиковый и постоянный крутящий момент может приблизиться к пределу сцепления колес.
Передача также может ограничивать максимальную скорость ниже предела сопротивления.
Если обороты кроссовера близки к максимальным оборотам, двигатель определяется плоской кривой крутящего момента.
Он будет реагировать на увеличение скорости передачи, чтобы оставаться вблизи пиковой мощности до тех пор, пока сила на колесе не превысит предел сцепления.
Если существует большой диапазон между оборотами кроссовера и максимальными оборотами, различная передача не будет иметь значения, пока мощность одинакова.

IC PowertrainEV PowertrainDrivetrainAccelerationGearingРасчет/Моделирование/Анализ

Скиттер Йегер

Что такое тяга, трение и сцепление с дорогой?

Независимо от того, управляете ли вы маленьким картингом или тяжелым самосвалом, вам необходимо иметь сцепление с дорогой, чтобы двигаться вперед. На самом деле, вы даже не можете ходить без него. Слово «тяга» часто используется, и многие считают, что это просто еще одно слово, обозначающее трение. Но так ли это на самом деле? Давайте подробнее рассмотрим трение и сцепление — что это такое и почему это так важно для безопасного вождения.

Всем нам знакомо чувство, когда шины теряют сцепление с дорогой и автомобиль начинает заносить. Контролируемое заносы на картинге могут быть забавными, но неожиданное заносы тяжелого автомобиля на дороге могут привести к очень опасной ситуации. Занос происходит из-за того, что автомобиль теряет сцепление с дорогой, и, очевидно, это связано с шинами и дорожным покрытием.

Во-первых, давайте углубимся в физику трения и добавим немного резины и асфальта. Трение как таковое не двигает автомобиль вперед. Трение — это сила сопротивления , которая сопротивляется относительному движению двух поверхностей. Проще говоря, при движении двигатель создает усилие на ведущие колеса, которое двигает автомобиль вперед. Трение – это сила, препятствующая скольжению резины шины по дорожному покрытию. Однако на самом деле все не так просто — нам нужно рассмотреть два разных трения; статическое и кинетическое трение.

Статическое трение – сила трения между поверхностями, которые НЕ движутся относительно друг друга.

Кинетическое трение – сила трения между поверхностями, которые движутся относительно друг друга.

Но когда колеса катятся, разве это не кинетическое трение? Нет. При движении по сухой дороге, независимо от скорости автомобиля, статическое трение удерживает автомобиль на курсе. Если вы посмотрите на это в микроскоп — и в очень замедленной съемке — пятно контакта шины не двигается относительно дорожного покрытия. Просто постоянно новые части шины соприкасаются с дорогой, когда колесо катится.

Трение имеет решающее значение для маневрирования автомобиля

Теперь вы знаете, что статическое трение удерживает автомобиль на правильном курсе при движении с постоянной скоростью. Но есть и другие ситуации, когда трение имеет основополагающее значение для того, чтобы заставить автомобиль вести себя так, как вы хотите:

При ускорении
Когда тебе исполнится
При торможении

В таких ситуациях очень важно, чтобы статическая сила трения превышала другие силы, например, кинетической энергии, которая может вывести автомобиль из-под контроля. В противном случае вы потеряете сцепление с дорогой. Итак, что повлияет на ваше сцепление с дорогой?

Сцепление с дорогой представляет собой сумму переменных

На самом деле существует несколько факторов, влияющих на сцепление с дорогой. Некоторые из них являются критическими.

Материал контактирующих поверхностей, т.е. качество резины и материал дорожного покрытия.
Текстура этих материалов, то есть чем грубее текстура, тем лучше сцепление с дорогой.
Сила, прижимающая поверхности друг к другу, т. е. вес автомобиля.
Другие материалы между контактными поверхностями, напр. водой, льдом, гравием или разливом нефти.

В типичной дорожной ситуации первые три фактора довольно постоянны; наша машина имеет определенный вес и определенные шины, и мы едем по длинной дороге. Соответственно, мы адаптируем наш стиль вождения к этим заданным факторам. Но вдруг может пойти сильный дождь, и все изменится…

Статика может стать кинетикой

В определенных условиях между шиной и поверхностью дороги может появиться что-то еще, например, дождевая вода. Вода действует как смазка между резиной и асфальтом, в результате чего снижается статическое трение. Хуже того, дорога может быть ледяной.

Если при ускорении на льду приложенная сила (движущая сила на колесах) превышает трение покоя, колеса теряют сцепление с дорогой и начинают пробуксовывать.

Если при повороте или повороте центробежная сила превышает статическую силу трения, колеса теряют сцепление с дорогой, а кинетическая энергия заставляет автомобиль скользить прямо вперед, несмотря на то, что вы поворачиваете рулевое колесо.

На самом деле здесь происходит то, что когда статическое трение превышено, начинает действовать другое трение; кинетическое трение, также известное как динамическое трение или трение скольжения. Транспортное средство будет скользить до тех пор, пока это кинетическое трение не заставит его остановиться.

В случае вращающихся колес они будут крутиться до тех пор, пока сила статического трения не превысит кинетическую силу трения (достигается дросселированием) – тогда шины будут сцепляться.

Коэффициент трения

Насколько далеко будет скользить автомобиль и насколько скользкой будет дорога, определяется коэффициентом трения.

Различные материалы и текстуры обеспечивают разное трение. Коэффициент трения является мерой того, какое трение обеспечивает материал или текстура. Этот коэффициент пригодится ученым при разработке новых материалов для шин и дорожных покрытий, но для обычного водителя достаточно сделать вывод, что желательно высокое трение — оно устойчиво удерживает нас на дороге.