Теория движения автомобиля основные элементы

Силы действующие на автомобиль при движении Теория

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

Сила сцепления колес с дорогой

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

  • 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

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

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.

Как автомобиль поворачивает

Последнее обновление: 31.05.2020
Комментариев нет

В этой статье речь пойдет не о том, как устроено рулевое управление автомобиля, а о том, как автомобиль ведет себя на дороге во время поворота. О том, как в этот момент распределяются силы по колесам, и как весь этот процесс движения автомобиля на повороте, когда автомобиль поворачивает, влияет на безопасность его движения на дуге поворота.

Читайте также:  Недостатки Тойота Ленд Крузер 2018-2019 в новом кузове - отзывы владельцев (все минусы и плюсы)

Это необходимо знать в первую очередь для того, чтобы понять по каким причинам автомобиль может произвольно «уйти» с заданной траектории движения. Произвольно – это когда водитель этого не хотел, но так получилось, вопреки всем стараниям удержать автомобиль на дороге.

Что такое поворот автомобиля

Что такое поворот автомобиля (из области физических понятий). Поворот автомобиля – это изменение направления его движения отличного от прямолинейного. Что это означает?

Когда передние колеса находятся в положении «прямо», то автомобиль движется прямолинейно, т.е. по прямой. Если передние колеса повернуть на любой, самый незначительный угол, то автомобиль начнет поворачивать. Радиус поворота автомобиля зависит от величины угла поворота передних колес. Чем больше повернуты колеса, тем меньше радиус поворота.

Поскольку поворот колес осуществляется механизмом рулевого управления, то рассуждая о движении автомобиля в повороте, принято говорить не об углах поворота передних колес, а повороте рулевого колеса. Даже незначительный поворот руля «уведет» автомобиль с прямолинейной траектории.

Если повернуть руль, зафиксировать его в одном положении и приступить к движению, то автомобиль опишет окружность. Центр окружности, вдоль которой поворачивает автомобиль, всегда лежит на «продолжении» задней оси автомобиля, а радиус поворота автомобиля изменяется вращением рулевого колеса (углом поворота передних колес).

Итак, ответ на вопрос, что такое поворот автомобиля – это изменение направления его движения, осуществляемое путем вращения рулевого колеса на некоторый угол в определенную сторону (влево или вправо) в процессе движения. Это не официальное определение, но оно вполне понятно для осмысления процесса движения автомобиля на повороте.

Силы, действующие на автомобиль в повороте

Машина остается управляемой, когда колеса имеют контакт с дорогой достаточный для того, чтобы колеса, цепляясь за дорогу, катились, а не скользили. С увеличением скорости этот контакт несколько ослабевает, и в зависимости от качества (состояния) дорожного покрытия может исчезнуть совсем. Это свойство заметно проявляется на скользкой поверхности дороги (песок, мокрая глина, дождь, слякоть, снег, гололед).

Автомобиль опирается на дорогу четырьмя колесами (для упрощения понимания действия сил рассмотрим легковой автомобиль). Сложная система подвески помогает преодолевать неровности дороги и обеспечивает водителю и пассажирам определенный комфорт, но важно понять, что сцепление с дорожным покрытием автомобилю обеспечивают только четыре пятна контакта его колес.

В состоянии покоя, когда автомобиль стоит на месте, вес автомобиля равномерно распределен по всем его колесам. Можно сказать, что вес равномерно «давит» на все четыре колеса автомобиля.

В момент начала движения (старта) и набора скорости (разгона) вес автомобиля перемещается назад. В момент замедления автомобиля (торможения, в т.ч. используя двигатель, или сброс газа) и его остановки, вес перемещается вперед. Этот механизм загрузки-разгрузки по осям описан в статье Осторожно скользкая дорога.

Когда автомобиль наберет скорость и движется прямолинейно на постоянной тяге (число оборотов двигателя остается неизменным), вес автомобиля почти равномерно распределяется по всем колесам. И если полотно дороги более-менее ровное и сцепление колес с дорожным полотном хорошее, тогда автомобиль на дороге устойчив и управляем – он легко слушается руля.

Но реальность такова, что дорога не всегда прямолинейна и не без изъянов. Приходится все время корректировать линию движение поворотом руля, как на прямой дороге, так и на ее изгибах.

Поворачивать приходится и на перекрестках, и на дорожных развязках, которые могут оказаться достаточно крутыми, и на естественных изгибах дороги. Вращение руля приходится использовать везде и в разных условиях: хотя бы для того чтобы выехать из двора (прилегающей территории), повернуть на дорогу, объехать яму и пр.

Что происходит с автомобилем, когда он поворачивает? Поскольку любой автомобиль имеет вес и обладает инерцией, то когда автомобиль приступает к повороту, его вес как бы продолжает двигаться по прямой, т.е. центр массы автомобиля стремится за пределы окружности поворота с силой, которую дает ему ускорение (чтоб было понятнее — скорость). Вектор силы направлен перпендикулярно радиусу поворота.

Это стремление «вырваться» за пределы дуги поворота тем сильнее, чем меньше радиус поворота (чем больше выкручен руль) и чем выше скорость автомобиля в повороте. Именно по этой причине скорость необходимо снизить еще до входа в поворот, а непосредственно дугу поворота необходимо пройти на постоянной (неизменной) скорости (на ровной «тяге»).

Последствия перемещения веса в процессе поворота автомобиля неминуемо сказываются на качестве сцепления колес с дорожным покрытием. Во время движения автомобиля в повороте происходит перераспределение его веса на каждом! из его четырех колес. Что это значит?

Это значит, что при повороте автомобиля сцепление с дорогой у всех колес неравномерное. Самым нагруженным колесом становится «внешнее» переднее колесо относительно дуги поворота. На правом повороте этим колесом становится переднее левое, а на левом повороте – переднее правое.

Соответственно, у этих колес на повороте будет самое сильное сцепление с дорожным полотном. У остальных колес сцепление с дорогой на поворотах в разной степени ослабевает. Этот процесс изменения качества сцепления происходит непрерывно с каждым поворотом рулевого колеса!

Автомобиль остается управляемым и слушается поворота руля только благодаря хорошему сцеплению колес с дорожным покрытием. Хорошее сцепление – это когда колеса автомобиля катятся и цепляются за дорогу, а не скользят. Причем, не важно, автомобиль движется в повороте или он едет по прямой дороге, и неважно, действие происходит летом на сухой дороге или зимой, во время гололеда.

Читайте также:  Почему вылетают скорости на МКПП

Решающий фактор – скорость. Если автомобиль начинает терять сцепление с дорогой, значит его скорость в данных дорожных условиях высокая. Следовательно, нужно снизить скорость и не доводить ситуацию до критических обстоятельств.

Разница между особенностями движения на летней и зимней дороге состоит лишь в том, что на зимней скользкой дороге автомобиль потеряет сцепление с дорогой (заскользит) на значительно меньшей скорости, чем на летней сухой дороге при прочих равных условиях движения!

На одном и том же полотне дороги во время движения автомобиля на повороте его колеса заскользят быстрее, чем на прямолинейном движении. Чем выше скорость на дуге поворота, тем выше вероятность срыва колес в скольжение (и как следствие, это снос или занос). Это правило необходимо учитывать во время движения на скользкой дороге.

Перераспределение веса по колесам автомобиля происходит при каждом повороте руля, в том числе и при корректировке движения на прямой дороге. Поэтому руль всегда необходимо поворачивать плавно. Быстро, но плавно, не делая резких движений.

В таких ситуациях хорошую помощь оказывают электронные системы стабилизации, но не стоит полностью полагаться только на автомобильную электронику.

Электронные помощники, коими оснащаются современные машины, безусловно, очень сильно облегчают вождение. Они способны исправить многие ошибки водителя в технике управления автомобилем, и способствуют выходу из критических ситуаций, но лучше эти ситуации не допускать. Есть пределы, за которыми электроника бессильна.

Главный за рулем – это водитель, а электронный помощник – это всего лишь умный помощник в умелых руках.

В дополнение изложенному материалу предлагаю ознакомиться с содержанием следующих статей:

Автор: Сергей Довженко
Последняя редакция: 31.05.2020

Силы действующие на автомобиль – кто управляет автомобилем?

Не только ты управляешь автомобилем — законы физики и механики исправно работают при движении автомобиля, и следует представлять себе действие различных сил, чтобы использовать их для управления или препятствовать их нарастанию.

Расположение центра тяжести

автомобиля зависит от компоновки узлов и агрегатов, и распределение веса по осям указывается в технических характеристиках. Высота груза и его размещение на автомобиле влияют на новое положение центра тяжести и новые нагрузки на оси.

Нагрузку на ось

следует уметь рассчитать для определения возможности проезда по некоторым мостам, понтонам и временным покрытиям.

На наклонной поверхности сила тяжести

раскладывается на две составляющие — одна прижимает автомобиль к дороге, а другая старается опрокинуть его вдоль дороги или поперек, в зависимости от направления уклона. Чем выше центр тяжести и чем больше угол наклона автомобиля, тем больше опрокидывающая сила.

Кроме силы тяжести и опрокидывающей силы, на автомобиль действуют другие:

сила сопротивления качению

— возникает при деформировании шины и дороги, трении шины о дорогу, трении в подшипниках колес;

сила сопротивления подъему

— определяется массой автомобиля и углом подъема;

сила инерции покоя

— при трогании и разгоне направлена против движения;

сила инерции движения

— направлена по ходу движения;

центробежная сила

— направлена по радиусу от центра кривой поворота и стремится снести автомобиль с дороги;

сила сопротивления воздуха –

направлена против движения, величина зависит от обтекаемости автомобиля и скорости его движения;

сила давления

сильного бокового ветра или аэродинамического влияния потоков воздуха от большого обгоняющего или обгоняемого автомобиля — стремится снести машину с дороги; зависит от парусности — боковой площади кузова.

подъемная сила

— возникает при движении с большой скоростью от давления потока воздуха, попадающего под передок автомобиля, стремится оторвать колеса от дороги, ухудшая сцепление колес с дорогой и управляемость;

— возникает при заносе задних или сносе передних колес;

сила сцепления

— зависит от нагрузки на ведущие колеса, состояния и качества дорожного покрытия, давления в шинах, скорости, степени износа протектора;

— определяется величиной крутящего момента, переданного от трансмиссии на колеса, вызывает движение автомобиля за счет отталкивания колес от дороги;

сила торможения

— возникает при торможении двигателем или тормозными колодками;

должна быть больше

силы инерции покоя,

силы сцепления

ведущих колес с дорогой — тогда движение автомобиля возможно. Если сила тяги на ведущих колесах больше

силы сцепления

этих колес с дорогой, колеса буксуют.

сила сцепления

колес с дорогой будет больше тормозной силы, то автомобиль затормаживается, если меньше — скользит юзом.

инерции движения

автомобиль может двигаться на высокой скорости с незначительной подачей топлива (вот почему движение на постоянной скорости 80–90 км/ч наиболее экономично), а также некоторое время с отключенным двигателем — накатом.

Рис. 1. Силы, действующие на автомобиль

Силе торможения помогают силы сопротивления качению, подъему, сопротивления воздуха, центробежная сила. Затрудняет торможение сила инерции движения, особенно растущая на уклоне.

При торможении и при движении с уклона сила тяжести переносится вперед и создает продольный опрокидывающий момент, дополнительно нагружающий переднюю ось. Эту нагрузку используют для улучшения сцепления управляемых колес с дорогой на повороте, тормозя двигателем и поворачивая колеса.

Величина центробежной силы зависит от скорости и веса автомобиля, а также радиуса поворота. Значит, уменьшить эту силу можно снижением скорости или увеличением радиуса поворота.

Снос передних и занос задних колес — боковое скольжение колес. Они могут привести к закручиванию автомобиля вокруг вертикальной оси, как волчка.

Причины заноса и сноса:

при движении — разные тяговые силы на колесах;

при торможении — разные тормозные силы на колесах одной оси, разные силы сцепления колес с дорогой, неправильное размещение груза относительно продольной оси автомобиля;

Читайте также:  Как снять электродвигателя шкив стиральной машины Индезит и LG

на повороте — торможение, резкий поворот управляемых колес; сила инерции превышает силу сцепления колес с дорогой.

При заносе автомобиль может опрокинуться по следующим причинам в случаях:

— поперечный уклон направлен в сторону, противоположную повороту;

— резкое прекращение заноса при упоре заднего колеса в препятствие;

— резкий поворот руля на большой скорости;

— неравномерное распределение груза или его смещение на повороте.

Упругость узлов подвески частично и кратко препятствует действию центробежной силы, допуская крен автомобиля.

Чем выше центр тяжести и уже колея, тем больше вероятность опрокидывания.

Рис. 2. Силы, действующие на автомобиль

Эксплуатационные качества: тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, маневренность, проходимость, — определяются способностями автомобиля использовать или преодолевать соответствующие физические силы.

Тягово-скоростные параметры определяют диапазон изменений скорости и интенсивности разгона автомобиля в различных условиях. При испытаниях замеряют семь показателей тягово-скоростных свойств: скоростная характеристика разгон — разбег, скоростная характеристика на высшей и предшествующей передачах, скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем, максимальная скорость, условная максимальная скорость, время разгона на определенных участках и время разгона до заданной скорости.

На топливную экономичность оказывают влияние аэродинамические параметры автомобиля, характеристики

шин, передаточное число главной передачи,

количество передач и их передаточные числа в коробке передач.

Тормозной путь

— расстояние, которое проходит автомобиль от

начала торможения

до полной остановки.

Замедление автомобиля

— величина, на которую уменьшается скорость автомобиля за единицу времени.

Управляемость автомобиля — его способность отзываться на самые малые команды руля, а также стабилизировать направление движения после влияния небольших неровностей дорожного покрытия. Управляемость и стабилизация обеспечиваются конструктивно рулевым механизмом и установкой управляемых колес под определенными углами: продольный и поперечный угол наклона шкворня, углы развала и схождения колес. Стабилизирующие свойства имеют и шины легковых автомобилей, благодаря небольшому давлению воздуха и гибким боковинам.

Но они склонны к

при боковом прогибе шины под влиянием поперечной силы. Увод передних колес увеличивает радиус поворота, задних — уменьшает. Если угол увода задних колес больше, чем передних — автомобиль виляет, и водителю приходится корректировать направление движения.

Рис. 3. Силы, действующие на автомобиль

Для выравнивания степени увода передних и задних колес рекомендуется давление воздуха в шинах передних колес поддерживать ниже, чем в задних.

Устойчивость движения характеризуется критической скоростью криволинейного движения по опрокидыванию и заносу под воздействием поперечной составляющей силы инерции.

Поворачиваемость автомобиля — одна из их характеристик. Переднеприводные автомобили имеют недостаточную поворачиваемость, что помогает им более уверенно проходить закругления на обычных скоростях, без заноса. Заднеприводные автомобили с двигателем сзади имеют избыточную поворачиваемость.

Заднеприводные автомобили с двигателем впереди и полноприводные автомобили в обычных условиях имеют недостаточную поворачиваемость, но при изменении режимов движения, перегрузке задних колес или снижении давления в них — избыточную.

Маневренность характеризуется минимальным и габаритным радиусами поворота, а также габаритной полосой движения. Чем меньше эти радиусы, тем выше маневренность.

Габаритная полоса характеризует ширину коридора, необходимую при крутых поворотах, а также возможность движения автомобиля с прицепом или без него в проездах заданной формы и размеров. Она определяется траекторией автомобиля и сдвигом траектории прицепа к центру поворота.

Профильная проходимость — способность автомобиля преодолевать неровности и препятствия, а также вписываться в габариты дороги.

Она зависит от габаритных размеров, высоты центра тяжести, переднего и заднего углов свеса, радиуса горизонтальной проходимости, продольного и поперечного радиуса проходимости, наименьшего расстояния между низшими точками автомобиля и дорогой, продольной и поперечной устойчивости к опрокидыванию — наибольших углов преодолеваемых подъема и поперечного откоса, диаметра колес, а для автомобиля с прицепом также и углов гибкости автопоезда.

Опорная проходимость определяет способность автомобиля двигаться по мягким поверхностям. Важным условием опорной проходимости является соотношение между наибольшей силой тяги и силой сопротивления движению.

Рис. 4. Параметры проходимости

В большинстве случаев проходимость автомобиля с прицепом ограничивается недостаточной

силой сцепления

колес с дорогой и в связи с этим невозможностью использовать максимальную силу тяги. Опорная проходимость определяется

сцепной массой

— массой, приходящейся на ведущие колеса: чем она ниже, тем выше проходимость. Очевидно, что у внедорожников сцепная масса ниже, так как все колеса ведущие.

Сила сцепления

ведущих колес с дорогой определяется давлением массы, приходящейся на одно колесо, на площадь контакта шин с дорогой –

удельным давлением.

На рыхлых грунтах проходимость лучше, если удельное давление меньше — площадь контакта больше за счет ширины шин или снижения давления в них. На твердом покрытии проходимость выше при большом удельном давлении — меньшей площади контакта — за счет узких шин или высокого давления в них.

На льду желательно снижать удельное давление для увеличения площади контакта шины с дорогой. Шины с крупным рисунком протектора на мягких грунтах имеют большую площадь контакта и меньшее удельное давление; на твердых грунтах площадь контакта этой шины меньше, и удельное давление увеличивается.

Для движении по мягким, песчаным, торфяным грунтам, тундре и снегу применяют широкие или арочные шины либо шины с регулируемым давлением. При совпадении колеи передних и задних колес проходимость автомобиля повышается — меньше сопротивление движению. Оба вида проходимости определяются также соотношением между тяговой силой и силой сопротивления движению,

возможностью использования тяговой силы,

зависящей от силы сцепления ведущих колес с дорогой.

В статье использованы материалы из открытых источников: Автор: Волгин Владислав Васильевич – Книга: “Новейший справочник автомобилиста”

По материалам: avto-opel.com

Поделиться «Силы действующие на автомобиль – кто управляет автомобилем?»

Ссылка на основную публикацию
Температура горения бензина когда происходит вспышка и кипение топлива
Температура кипения, горения и вспышки бензина АвтоЖидкость Любой, кто решит отыскать информацию о температуре кипения, горения или вспышки бензина обнаружит...
Таможенные пошлины на электромобили в России с 2020 года
Растаможка электромобилей в Киеве, растаможить электрокар, цена на растаможку Растаможка электромобилей в Киеве, растаможить электрокар, цена на растаможку Завоз в...
Таможенные правила Эстонии в 2019 году что можно и что нельзя провозить
Очередь на границе Эстонии с Россией в 2020 году как забронировать онлайн Граждане России, планирующие путешествие в Эстонскую Республику на...
Температура горения дров таблицы сравнительных характеристик
Как правильно топить дровами 9 способов продлить горение дров, увеличить теплоотдачу и экономить дро Одно и то же количество дров...
Adblock detector