Силовой баланс автомобиля

Из уравнения движения автомобиля (см. формулу 4.3) следует, что при прямолинейном движении автомобиля на подъем тяговая сила на ведущих колесах автомобиля расходуется на преодоление сил сопротивления дороги, воздуха и на его разгон:

(4.7)

Такая форма записи называется уравнением силового баланса автомобиля и выражает соотношение между тяговой силой на ведущих колесах и силами сопротивления движению.

На основании уравнения (4.7) строится график силового баланса (рис.4.2), позволяющий оценивать тягово-скоростные свойства автомобиля.

При построении графика силового баланса сначала строится тяговая характеристика автомобиля. Затем наносят зависимость силы сопротивления дороги от скорости. Если коэффициент сопротивления дороги – постоянная величина, то указанная зависимость представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс, а при непостоянном коэффициенте сопротивления дороги – кривую параболической формы.

После этого от кривой, характеризующей силу сопротивления дороги, откладывают вверх значения силы сопротивления воздуха при различных скоростях движения.

Р_тI, Р_тII, Р_тIII, - тяговые силы на I,II,III передачах,

Р^'_тI – тяговая сила на I передаче при уменьшенной подаче топлива;

v₁- одно из возможных значений скорости автомобиля.

Рисунок 4.2 – График силового баланса автомобиля

Кривая суммарного сопротивления дороги и воздуха P_д + Р_в определяет тяговую силу P_т, необходимую для движения автомобиля с постоянной скоростью. При любой скорости движения отрезок P_з, заключенный между кривыми P_т и (P_д + Р_в ), характеризует запас силы по тяге. Этот запас может быть использован при данной скорости для разгона, преодоления дополнительного дорожного сопротивления (например, подъема) или перевозки дополнительного груза (буксировка прицепа).

Запас силы по тяге на низших передачах больше, чем на высших. Именно поэтому движение в тяжелых дорожных условиях осуществляется на низших передачах.

С помощью графика силового баланса можно решать различные задачи по оценке тягово-скоростных свойств автомобиля: определение максимальной скорости, определение максимальной силы сопротивления дороги, определение максимального преодолеваемого подъема, определение ускорения движения, определение возможности буксования ведущих колес.

Максимальная скорость v_max движения автомобиля определяется точкой пересечения кривой тяговой силы Ρ_т на высшей передаче и суммарной кривой сил сопротивления Р_д + Р_в. В этой точке запас силы по тяге и ускорение автомобиля j равны нулю, а скорость движения максимальна, так как ее дальнейшее увеличение невозможно.

Максимальная сила сопротивления дороги, преодолеваемая автомобилем при движении равномерно с любой скоростью, определяется как: P_{д max} = P_т – Р_в = P_д + P_з.

Для нахождения максимального подъема, преодолеваемого автомобилем при постоянной скорости на любой передаче, необходимо нанести на график суммарную кривую сил сопротивления качению и воздуха Р_к + P_в и определить максимальную силу сопротивления подъему: Р_{п max}=P_т – (Р_к +P_в).

Зная эту силу, можно найти максимальный угол подъема α_max.

Для нахождения ускорения, которое может развить автомобиль на заданной дороге при любой скорости, нужно определить силу сопротивления разгону Р_и = P_т – (Р_д + P_в) = Р_з, а затем можно найти ускорение, которое способен развить автомобиль при выбранной скорости движения

Для оценки возможности буксования находят силу сцепления Р_сц колес с дорогой при известном коэффициенте φ_х и значение силы сцепления откладывают на оси ординат, а на этом уровне проводят горизонталь.

При Р_сц < Р_т (область выше Р_сц, рис. 4.2) трогание автомобиля с места на I передаче невозможно, а при движении неизбежна остановка.

При Р_сц > Р_т (область ниже Р_сц) выполняется условие отсутствия буксования. Следовательно, при полной нагрузке двигателя безостановочное движение автомобиля без пробуксовки ведущих колес невозможно лишь на I передаче. Для движения без буксования на I передаче необходимо уменьшить подачу топлива, т.е. – тяговую силу на ведущих колесах.