Сцепление колес автомобиля с поверхностью дороги

Движение автомобиля по дороге будет происходить без проскальзывания и буксования, если сила тяги будет равна или меньше силы трения (сцепления) между ведущими колесами и поверхностью дороги Т. Максимальная сила сцепления (или реакции дороги) Т пропорциональна нагрузке на ведущие колеса автомобиля

где φ –коэффициент сцепления колеса с дорогой.

Условие движения автомобиля без проскальзывания и буксования имеет вид (рис. 2.1):

Различают два вида коэффициента сцепления (рис. 2.6) при движении автомобиля на кривой в плане:

· коэффициент продольного сцепления φ₁, соответствующий началу пробуксовывания колеса при его качении в плоскости движения без боковой силы;

· коэффициент поперечного сцепления φ₂, при движении колеса под углом к плоскости движения, когда колеса одновременно вращаются и скользят вбок то есть автомобиль движется по криволинейной траектории.

Рис. 2.6. Силы, действующие на автомобиль в плоскости дороги при движении по криволинейной траектории

От величины продольного коэффициента сцепления φ₁ зависит безопасность движения при торможении автомобиля, от величины поперечного коэффициента сцепления φ₂ безопасность от заноса в бок. Величина коэффициента сцепления зависит от типа и состояния поверхности покрытия, В табл. 2.3 приведены значения коэффициентов сцепления для различных типов покрытий.

Минимальные значения коэффициентов сцепления на дорогах I – III категорий при увлажненной поверхности покрытия и скорости движения 60 км/ч не должны быть менее:

· для легких условий движения (R > 1000 м, i

Поэтому наряду с динамическими характеристиками по мощности используются динамические характеристики по условию сцепления.

Если принять, что G = G_сц (что справедливо, если на все колеса автомобиля передается вращающийся момент), то максимальная сила тяги должна быть меньше силы сцепления

· Сила тяги должна быть меньше или равна максимально возможной силе сцепления Р_р ≤ Т = φG_cц..

Торможение автомобиля

В процессе торможения автомобиля вместо вращающего момента на ведущие колеса автомобиля подается тормозной момент (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Силы, действующие на колесо при торможении:

1 – тормозные цилиндры, прижимающие тормозные колодки к барабану;

2 – тормозная колодка; 3 – тормозной барабан; М_вр – крутящий момент; Р_т – тормозная сила; М_т – тормозной момент; G_к – вес автомобиля, приходящийся на колесо

В уравнение движения при торможении вместо тягового усилия Р_р подставляют тормозную силу Р_т, направленную в сторону, обратную движению. Уравнение движения при торможении имеет вид:

Величина тормозной силы определяется из выражения:

где γ_т – коэффициент удельной тормозной силы, равный отношению суммы тормозных сил, возникающих на всех тормозныхколесах, к весу автомобиля.

Решим уравнение движения относительно отрицательного ускорения j:

В современных автомобилях с тормозами на всех колесах при аварийном торможении, предельная величина γ_т равна коэффициенту сцепления шины с покрытием φ при движении по прямолинейному участку дороги и φ₁ – при движении по кривой в плане.

Поскольку при торможении скорость автомобиля резко снижается сопротивлением воздуха можно пренебречь, тогда при δ = 1(прямая передача)

При назначении геометрических элементов дорог нормируется величина пути, на которой водитель может остановить автомобиль, движущийся с расчетной скоростью. Путь полного торможения можно найти по формуле равнозамедленного движения

,

где а –абсолютное отрицательное ускорение, м/с 2

Итак, тормозной путь при v в м/с

где К_э – коэффициент эффективности торможения, учитывающий эксплуатационное состояние тормозов, равен 1,2 для легковых автомобилей и 1,3 – 1,4 для грузовых автомобилей.

Сила сцепления колес автомобиля с дорог

Величина тяговой силы Р_к на ведущих колесах автомобиля, необходимая для его движения, ограничивается сцеплением шин с поверхностью дороги.

Сцепление шины с дорогой оценивается коэффициентом сцепления φ, который равен отношению наибольшей величины реакции Х_к (см. рис. 2) к величине реакции Z_K :

Под силой сцепления P_φ понимают силу, противодействующую скольжению колес относительно дороги. Она равна силе трения, возникающей в месте контакта шины с дорогой. Величина силы сцепления зависит от нормального давления ведущих колес на дорогу и коэффициента сцепления φ:

φ — коэффициент сцепления шин ведущих колес автомобиля с дорогой;

2 Z_{k 2} — радиальная реакция ведущих колес.

Для обеспечения движения автомобиля необходимо, чтобы тяговая сила Р_к на ведущих колесах была меньше силы сцепления колес с дорогой, или в крайнем случае равна ей, в противном случае колеса автомобиля будут буксовать:

В зависимости от направления скольжения колес различают коэффициенты продольного (φ_ж) и поперечного (φ_у) сцепления. Для упрощения расчетов обычно принимают коэффициент поперечного сцепления φ_у равным φ _x и обозначают его φ.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния дорожного покрытия, рисунка протектора и степени изношенности шины, давления воздуха в шине, скорости движения автомобиля, вертикальной нагрузки на колесо.

Численное значение коэффициента сцепления φ значительно уменьшается при движении автомобиля по мокрому асфальтобетонному или обледенелому покрытию, особенно с увеличением скорости движения автомобиля.

Чаще всего колеса буксуют при резком трогании автомобиля и при движении по скользкой дороге.

На твердых сухих дорожных покрытиях с увеличением давления воздуха в шине, вертикальной нагрузки и скорости движения величина коэффициента сцепления снижается.

Некоторые значения коэффициентов сцепления приведены в табл. 2.

Значения коэффициента сцепления

Теория и конструкция автомобиля. Кленников В. М., Кленников Е. В. — 1967

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

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.

В чем отличия силы сцепления шин с дорогой от коэффициента сцепления и зачем вам это нужно знать

Здравствуйте! Я Арсений Фролов, мастер спорта по автоспорту, Чемпион России по авторалли, тренер по безопасному и контраварийному вождению международного класса. Добро пожаловать в мой блог «Осознанное вождение»!

Сила сцепления, главным образом, зависит от конструкции и состояния шины, площади ее контакта с дорогой (ширина и давление) и силы давления на поверхность.

Идеальная величина силы сцепления каждой шины штука расчетная, лабораторная. На практике, она зависит еще от характеристик поверхности с которой соприкасается. Для этого и нужен коэффициент сцепления, чтобы скорректировать величину силы сцепления для каждой конкретной поверхности.

В лабораторных условиях его величину приравнивают к 1. Формульный трек — 0,95. Российский сухой асфальт и бетон, примерно, 0,55-0,75. Это означает, что при торможении, ускорении, маневрировании и прохождении поворотов реальная сила сцепления, которую сможет обеспечить ваша шина будет всего 55-75% от расчётного максимума. Поясню на примерах.

Если вы съехали с асфальта на грунт (коэфф.

0,3) то при максимально интенсивном, торможении на одинаковых скоростях ваш тормозной путь на грунте будет, минимум, в 2 раза длиннее — неровности и гравий тоже добавляют лишние метры в общую копилку.

Если под колесами чистый лед (коэфф.

0,1), тормозной путь будет в 7-8 раз длиннее, чем на асфальте.⠀

Есть и другие факторы, которые влияют на коэффициент сцепления, длину тормозного пути и маневренность автомобиля и об этом вы узнаете из следующих постов.

А вы знаете, как скорость влияет на тормозной путь? Пишите ваше мнение в комментарии, обсудим)

Понравилась статья — ставьте лайк, подписывайтесь, комментируйте, делитесь ей в соцсетях и читайте другие мои материалы — здесь еще много интересного 🙂