При движении на автомобиль действует целый ряд сил, которые называются внешними. К ним относятся (рис. 1) сила тяжести G ,силы взаимодействия между колесами автомобиля и дорогой (реакции дороги) Rx1, Rx2 , Rz1, Rz2 и сила взаимодействия автомобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Рв.
Рис. 1 Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а — на горизонтальной дороге; б — на подъеме; в — на спуске
Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие — против движения и относятсяк силам сопротивления движению. Так, сила RX2 на тяговом режиме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы RXl и Рв — против движения. Сила Ри — составляющая силы тяжести — может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависимости от условий движения автомобиля — на подъеме или на спуске (под уклон).
Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дорогиRX2на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.
В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на различных режимах. К этим режимам относятся установившееся движение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение (замедленное) и накат (по инерции). При этом в условиях города продолжительность движения составляет приблизительно 20 % для установившегося режима, 40 % — для разгона и 40 % — для торможения и наката.
При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмотрим схему, представленную на рис. 2.
Д — двигатель; М — маховик; Т — трансмиссия; К — ведущие колеса
Рис. 2 Схема для определения мощности и крутящего момента, подводимых от двигателя к ведущим колесам автомобиля:
ЗдесьNe— эффективная мощность двигателя; N^ — мощность, подводимая к трансмиссии; NKол — мощность, подводимая к ведущим колесам; Jм — момент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмиссии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).
При разгоне автомобиля определенная доля мощности, передаваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти затраты мощности
dA/dt=N_e-N_TP (1)
где А — кинетическая энергия вращающихся частей.
Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид
A=(J_m 〖ω^2〗_e)/2
Тогда затраты мощности
dA/dt=J_m 〖ω^2〗_e (dω_e)/dt (2)
Исходя из уравнений (1) и (2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде
N_TP=N_e-J_m 〖ω^2〗_e (dω_e)/dt
Часть этой мощности теряется на преодоление различных сопротивлений (трения) в трансмиссии. Указанные потери мощности оцениваются коэффициентом полезного действия трансмиссии η_TP.
С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к ведущим колесам мощность
N_кол=N_TP η_TP (N_e-J_M 〖ω^2〗_e (dω_e)/dt) η_TP (4)
Угловая скорость коленчатого вала двигателя
ω_e=ω_к ω_т(5)
где ω к — угловая скорость ведущих колес; ut — передаточное число трансмиссии.
Передаточное число трансмиссии
u_т=u_к u_д u_т
где uк — передаточное число коробки передач; uд — передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); ut — передаточное число главной передачи.
В результате подстановки ω е из соотношения (5) в формулу (4) мощность, подводимая к ведущим колесам:
N_кол=N_e η_TP-J_M ω_к (dω_к)/dt 〖u_т〗^2 η_TP (6)
При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (3.6) равен нулю. В этом случае мощность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина
N_T=N_e η_TP (7)
С учетом соотношения (3.7) формула (3.6) преобразуется к виду
N_кол=N_т-J_M ω_к (dω_к)/dt 〖u_т〗^2 η_TP (8)
Для определения крутящего момента Мк, подводимого от двигателя к ведущим колесам, представим мощности NKОЛ и NT в выражении (3.8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим
M_к ω_к=〖M_e ω_e η_TP-J_M ω 〗_к (dω_к)/dt 〖u_т〗^2 η_TP (9)
Подставим в формулу (9) выражение (5) для угловой скорости коленчатого вала и, разделив обе части равенства на юк, получим
M_к=〖M_e u_т η_TP-J〗_( м) (dω_к)/dt 〖u_т〗^2 η_TP (10)
При установившемся движении автомобиля второй член в правой части формулы (10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величина
М_γ=M_e u_γ η_TP (11)
С учетом соотношения (3.11) момент, подводимый к ведущим колесам:
M_к=〖M_т-J〗_( м) (dω_к)/dt 〖u_т〗^2 η_TP
