На автомобіль, незалежно від того, рухається він чи нерухомий, діє сила тяжіння (вага), спрямована прямовисно вниз.

Сила тяжіння притискає колеса автомобіля до дороги. Рівнодіюча цієї сили, розміщена в центрі ваги. Розподіл ваги автомобіля по осях залежить від розташування центру тяжіння. Чим ближче до однієї з осей розташований центр ваги, тим більше буде навантаження на цю вісь. На легкових автомобілях навантаження на осі розподіляється приблизно порівну.

Велике значення на стійкість і керованість автомобіля має розташування центру тяжіння не тільки по відношенню до поздовжньої осі, але і по висоті. Чим вище центр тяжіння, тим менш стійким буде автомобіль. Якщо автомобіль знаходиться на горизонтальній поверхні, то сила тяжіння спрямована прямовисно вниз. На похилій поверхні вона розкладається на дві сили (див. Малюнок): одна з них притискає колеса до поверхні дороги, а інша прагне перекинути автомобіль. Чим вище центр тяжіння і чим більше кут нахилу автомобіля, тим швидше порушиться стійкість і автомобіль може перекинутися.

Під час руху, крім сили тяжіння, на автомобіль діє і ряд інших сил, на подолання яких витрачається потужність двигуна.

На малюнку показана схема сил, що діють на автомобіль під час руху. До них відносяться:

• сила опору коченню, що витрачається на деформування шини і дороги, на тертя шини об дорогу, тертя в підшипниках ведучих коліс і ін .;
• сила опору підйому (на малюнку не показана), що залежить від ваги автомобіля і кута підйому;
• сила опору повітря, величина якої залежить від форми (обтічності) автомобіля, відносної швидкості його руху і щільності повітря;
• відцентрова сила, що виникає під час руху автомобіля на повороті і спрямована в протилежний від повороту сторону;
• сила інерції руху, величина якої складається з сили, необхідної для прискорення маси автомобіля в його поступальному русі, і сили, необхідної для кутового прискорення обертових частин автомобіля.

Рух автомобіля можливо тільки за умови, що його колеса будуть мати достатнє зчеплення з поверхнею дороги.

Якщо сила зчеплення буде недостатньою (менше величини сили тяги на ведучих колесах), то колеса пробуксовують.

Сила зчеплення з дорогою залежить від ваги, що припадає на колесо, від стану покриття дороги, тиску повітря в шинах і малюнка протектора.

Для визначення впливу стану дороги на силу зчеплення служить коефіцієнт зчеплення, який визначають діленням сили зчеплення ведучих коліс автомобіля на вагу автомобіля, що припадає на ці колеса.

Коефіцієнт зчеплення залежить від виду покриття дороги і від його стану (наявності вологи, бруду, снігу, льоду); величина його приведена в таблиці (див. малюнок).

На дорогах з асфальтобетонним покриттям коефіцієнт зчеплення різко зменшується, якщо на поверхні є волога бруд і пил. В цьому випадку бруд утворює плівку, різко зменшує коефіцієнт зчеплення.

На дорогах з асфальтобетонним покриттям в жарку погоду з'являється на поверхні масляниста плівка з виступаючого бітуму, що знижує коефіцієнт зчеплення.

Зменшення коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою спостерігається також при збільшенні швидкості руху. Так, при зростанні швидкості руху на сухій дорозі з асфальтобетонним покриттям з 30 до 60 км / ч коефіцієнт зчеплення зменшується на 0,15.

Розгін, прискорення, накат

Потужність двигуна витрачається на приведення в обертання ведучих коліс автомобіля і подолання сил тертя в механізмах трансмісії.

Якщо величина зусилля, з яким обертаються провідні колеса, створюючи тягову силу, буде більше ніж сумарна сила опору руху, то автомобіль буде рухатися з прискоренням, тобто з розгоном.

Прискоренням називається приріст швидкості за одиницю часу. Якщо тягове зусилля одно силам опору руху, то автомобіль буде рухатися без прискорення з рівномірною швидкістю. Чим вище максимальна потужність двигуна і менше величина сумарних сил опору, тим швидше автомобіль досягне заданої швидкості.

Крім того, на величину прискорення впливає вага автомобіля, передавальне число коробки передач, головної передачі, кількість передач і обтічність автомобіля.

Під час руху накопичується певний запас кінетичної енергії, і автомобіль набуває інерцію. Завдяки інерції автомобіль може рухатися деякий час з відключеним двигуном - накатом. Рух накатом використовують для економії палива.

гальмування автомобіля

Гальмування автомобіля має велике значення для безпеки руху і залежить від його гальмівних якостей. Чим краще і надійніше гальма, тим швидше можна зупинити автомобіль, що рухається і тим з більшою швидкістю можна рухатися, а отже, і більше буде його середня швидкість.

Під час руху автомобіля накопичена кінетична енергія поглинається при гальмуванні. Гальмування допомагають сили опору повітря, опору коченню і опору підйому. На ухилі сили опору підйому відсутні, а до інерції автомобіля додається складова сила тяжіння, яка ускладнює гальмування.

При гальмуванні між колесами і дорогою виникає гальмівна сила, протилежна напрямку сили тяги. Гальмування залежить від співвідношення між гальмівною силою і силою зчеплення. Якщо сила зчеплення коліс з дорогою буде більше гальмівної сили, то автомобіль загальмовується. Якщо гальмівна сила буде більше сили зчеплення, то при загальмованих колесах відбудеться їх ковзання щодо дороги. У першому випадку при гальмуванні колеса котяться, поступово сповільнюючи обертання, а кінетична енергія автомобіля перетворюється в теплову енергію, що нагріває гальмівні колодки і диски (барабани). У другому випадку колеса перестають обертатися і будуть ковзати по дорозі, тому більша частина кінетичної енергії буде перетворюватися в тепло тертя шин об дорогу. Гальмування з зупиненими колесами погіршує керованість автомобіля, особливо на слизькій дорозі, і призводить до прискореного зносу шин.

Найбільшу гальмівну силу можна отримати тільки тоді, коли гальмівні моменти на колесах будуть пропорційні навантаженням, а саме в них. Якщо така пропорційність не буде дотримана, то гальмівна сила на одному з коліс не буде повністю використана.

Ефективність гальмування оцінюється з гальмівного шляху і величиною уповільнення.

Гальмівний шлях - це відстань, яку проходить автомобіль від початку гальмування до повної зупинки. Уповільнення автомобіля - це величина, на яку зменшується швидкість автомобіля за одиницю часу.

керованість автомобіля

Під керованістю автомобіля розуміють його здатність змінювати напрямок руху.

Під час руху автомобіля по прямій дуже важливо, щоб керовані колеса не поверталися довільно і водієві не потрібно було б витрачати зусилля для утримання коліс в потрібному напрямку. На автомобілі передбачена стабілізація керованих коліс в положенні руху в прямому напрямку, яка досягається поздовжнім кутом нахилу осі повороту і кутом між площиною обертання колеса і вертикаллю. Завдяки подовжньому нахилу колесо встановлюється так, що його точка опори по відношенню осі повороту знесена назад на величину а і його робота подібна ролику (див. малюнок).

При поперечному нахилі повернути колесо завжди важче, ніж повернути його у вихідне положення - руху по прямій. Це пояснюється тим, що при повороті колеса передня частина автомобіля піднімається на величину б (Водій докладає порівняно більше зусилля до керма).

Для повернення керованих коліс в положення, відповідне руху по прямій, вага автомобіля допомагає повертання коліс і водій прикладає до керма невелике зусилля.

На автомобілях, особливо у тих, де тиск повітря в шинах невелика, виникає бічне відведення. Бічне відведення виникає в основному під дією поперечної сили, що викликає бічний прогин шини; при цьому колеса котяться не по прямій, а зміщуються в сторону під дією поперечної сили (див. малюнок).

Обидва колеса передньої осі мають однаковий кут відведення. При відведенні коліс змінюється радіус повороту, який збільшується, зменшуючи обертальність автомобіля, а стійкість руху при цьому не змінюється.

При відведенні коліс задньої осі радіус повороту зменшується, особливо це помітно, якщо кут відведення задніх коліс більше, ніж у передніх, стабільність руху порушується, автомобіль починає "нишпорити" і водієві весь час доводиться підправляти напрям руху. Для зменшення впливу відведення на керованість автомобіля тиск повітря в шинах передніх коліс має бути трохи менше, ніж у задніх. Відведення коліс буде тим більше, чим більшою буде бічна сила, що діє на автомобіль, наприклад, на крутому повороті, де виникають великі відцентрові сили.

занос автомобіля

Занесенням називається бічне ковзання задніх коліс при триваючому поступальному русі автомобіля. Іноді занос може привести до повороту автомобіля навколо своєї вертикальної осі.

Занесення може виникати в результаті ряду причин. Якщо різко повернути керовані колеса, то може виявитися, що інерційні сили стануть більше, ніж сила зчеплення коліс з дорогою, особливо часто це трапляється на слизьких дорогах.

При неоднакових тягових або гальмівних силах, прикладених на колеса правої і лівої сторін, що діють в поздовжньому напрямку, виникає повертає момент, що приводить до занесення. Безпосередньою причиною заносу при гальмуванні є неоднакові гальмівні сили на колесах однієї осі, неоднакове зчеплення коліс правої або лівої сторони з дорогою або неправильне розміщення вантажу відносно поздовжньої осі автомобіля. Причиною занесення автомобіля на повороті може бути також гальмування його, так як при цьому до поперечної силі додається поздовжня сила і їх сума може перевищити силу зчеплення, що перешкоджає заносу (див. Малюнок).

Щоб запобігти почався занос автомобіля, необхідно: припинити гальмування, не вимикаючи зчеплення (на автомобілях з МКПП); повернути колеса в сторону заносу.

Ці прийоми виконують відразу ж, як тільки почався занос. Після припинення занесення потрібно вирівняти колеса, щоб занос не почався в іншому напрямку.

Найчастіше занос виходить при різкому гальмуванні на мокрій або зледенілій дорозі, особливо швидко наростає занос на великій швидкості, тому при слизькій або вкритій льодом і на поворотах потрібно зменшувати швидкість, не застосовуючи гальмування.

прохідність автомобіля

Прохідністю автомобіля називається його здатність рухатися по поганих дорогах і в умовах бездоріжжя, а також долати різні перешкоди, що зустрічаються на шляху. Прохідність визначається:

• здатністю долати опір коченню, використовуючи тягові сили на колесах;
• габаритними розмірами транспортного засобу;
• здатністю автомобіля долати перешкоди, що зустрічаються на дорозі.

Основним фактором, що характеризує прохідність, є співвідношення між найбільшою тягової силою, використовуваної на провідних колесах, і силою опору руху. У більшості випадків прохідність автомобіля обмежується недостатньою силою зчеплення коліс з дорогою і в зв'язку з цим неможливістю використовувати максимальну тягову силу. Для оцінки прохідності автомобіля по грунту користуються коефіцієнтом зчіпного ваги, визначаються розподілом ваги, що припадає на провідні колеса, на загальну вагу автомобіля. Найбільшу прохідність мають автомобілі, у яких все колеса є ведучими. У разі застосування причепів, що збільшують загальну вагу, але не змінюють зчіпний вагу, прохідність різко знижується.

На величину зчеплення ведучих коліс з дорогою сильно впливає питомий тиск шин на дорогу і малюнок протектора. Питомий тиск визначається тиском ваги, що припадає на колесо, на площу відбитка шини. На пухких грунтах прохідність автомобіля буде краще, якщо питомий тиск буде менше. На твердих і слизьких дорогах прохідність поліпшується при більшому питомому тиску. Шина з великим малюнком протектора на м'яких грунтах матиме відбиток більшої площі і має меншу питомий тиск, а на твердих грунтах відбиток цієї шини буде меншою площі і питомий тиск збільшується.

Прохідність автомобіля по габаритним розмірам визначається по:

• подовжньому радіусу прохідності;
• поперечному радіусу прохідності;
• найменшій відстані між нижчими точками автомобіля і дорогою;
• переднього і заднього кута прохідності (кути в'їзду і з'їзду);
• радіусу поворотів горизонтальної прохідності;
• габаритним розмірам автомобіля;
• висоті центра ваги автомобіля.

Одним з найважливіших показників динамічних якостей автомобіля є інтенсивність розгону - прискорення.

При зміні швидкості руху виникають сили інерції, які автомобілю необхідно подолати для забезпечення заданого прискорення. Ці сили викликані як поступально рухомими масами автомобіля m, Так і моментами інерції обертових деталей двигуна, трансмісії і коліс.

Для зручності проведення розрахунків користуються комплексним показником - наведеними силами інерції:

де δ вр - коефіцієнт обліку обертових мас.

величина прискорення j \u003d dv / dt, Яке може розвинути автомобіль при русі по горизонтальній ділянці дороги на заданій передачі і з заданою швидкістю, знаходиться в результаті перетворення формули для визначення запасу потужності, яка витрачається на розгін:

,

або по динамічної характеристиці:

D \u003d f +
.

Звідси: j \u003d
.

Для визначення прискорення на підйомі або спуску користуються формулою:

Здатність автомобіля до швидкого розгону особливо важлива в умовах міської їзди. Збільшені прискорення для автомобіля можуть бути отримані за рахунок збільшення передавального числа u 0 головної передачі і відповідного вибору характеристики зміни крутного моменту двигуна.

Максимальне прискорення при розгоні знаходиться в межах:

Для легкових автомобілів на першій передачі 2,0 ... 3,5 м / с 2 ;

Для легкових автомобілів на прямій передачі 0,8 ... 2,0 м / с 2 ;

Для вантажних автомобілів на другій передачі 1,8 ... 2,8 м / с 2 ;

Для вантажних автомобілів на прямій передачі 0,4 ... 0,8 м / с 2 .

Час і шлях розгону автомобіля

Величина прискорення в ряді випадків не є достатньо наочним показником здатності автомобіля до розгону. Для цієї мети зручно застосовувати такі показники, як час і шлях розгонудо заданої швидкості і графіки, що відображають залежність швидкості від часу і шляху розгону.

Так як j \u003d, то dt \u003d.

Звідси шляхом інтегрування отриманого рівняння знаходимо час розгону tв заданому інтервалі зміни швидкостей від v 1 до v 2 :

.

Визначення шляху розгону Sв заданому інтервалі зміни швидкостей здійснюють наступним чином. Так як швидкість є першою похідною шляху по часу, то диференціал шляху dS \u003d v · dt, Або шлях розгону в інтервалі зміни швидкостей від v 1 до v 2 дорівнює:

.

В умовах реальної експлуатації автомобіля витрати часу на операції перемикання передач і буксування зчеплення збільшують час розгону в порівнянні з теоретичним (розрахунковим) його значенням. Час, що витрачається на перемикання передач, залежить від конструкції коробки передач. При застосуванні автоматичної коробки передач цей час практично дорівнює нулю.

Крім того, розгін не весь час відбувається при повної подачі палива, Як це передбачається в викладеному методі. Це також збільшує реальне час розгону.

При застосуванні механічної коробки передач важливим моментом є правильний вибір найбільш вигідних швидкостей перемикання передач v 1-2 , v 2-3 і т.д. (Див. Розділ «Тяговий розрахунок автомобіля»).

Для оцінки здатності автомобіля до розгону в якості показника використовують також час розгону після зрушення з місця на шляху в 100 і 500 м.

Побудова графіків прискорень

У практичних розрахунках приймають, що розгін відбувається на горизонтальній дорозі з твердим покриттям. Зчеплення включено і не пробуксовує. Орган управління режимом роботи двигуна знаходиться в положенні повної подачі палива. При цьому забезпечено зчеплення коліс з дорогою без пробуксовування. Передбачається також, що зміна параметрів двигуна відбувається по зовнішній швидкісній характеристиці.

Вважають, що розгін для легкових автомобілів починається з мінімально стійкої швидкості на нижчій передачі порядку v 0 = 1,5…2,0м / сдо значень v т = 27,8м / с(100км / год). Для вантажних автомобілів приймають: v т = 16,7м / с(60км / год).

Послідовно, починаючи зі швидкості v 0 = 1,5…2,0м / сна першій передачі і подальших передачах, на динамічної характеристиці (рис.1) для обраних по осі абсцис vрозрахункових точок (не менше п'яти) визначають запас динамічного фактора при розгоні як різниця ординат ( D - f)на різних передачах. Коефіцієнт обліку обертових мас ( δ вр) Для кожної передачі підраховують за формулою:

δ вр \u003d 1,04 + 0,05 · i кп 2 .

Прискорення автомобіля визначають за формулою:

j \u003d
.

За отриманими даними будують графіки прискорень j \u003d f (v)(Рис.2).

Рис.2. Характеристика прискорень автомобіля.

При правильному розрахунку і побудові крива прискорень на вищій передачі перетне абсциссу в точці максимальної швидкості. Досягнення максимальної швидкості відбувається при повному використанні запасу динамічного фактора: D - f \u003d 0.

Побудова графіка часу розгонуt \u003d f (v)

Цей графік будують, використовуючи графік прискорення автомобіля j \u003d f (v)(Рис.2). Шкалу швидкостей графіка розгону розбивають на рівні ділянки, наприклад, через кожен 1 м / с, І з початку кожної ділянки проводять перпендикуляри до перетину з кривими прискорення (рис.3).

Площа кожної з отриманих елементарних трапецій в прийнятому масштабі дорівнює часу розгону для даної ділянки швидкості, якщо вважати, що на кожній дільниці швидкості розгін відбувається з постійним (середнім) прискоренням:

j ср \u003d (J 1 + j 2 )/2 ,

де j 1 , j 2 - прискорення відповідно на початку і в кінці розглянутого ділянки швидкостей, м / с 2 .

В даному розрахунку не враховується час на перемикання передач і інші чинники, що призводять до завищення часу розгону. Тому замість середнього прискорення приймають прискорення j i на початку довільно взятого ділянки (визначають за шкалою).

З урахуванням зробленого припущення час розгонуна кожній дільниці збільшення швидкості Δvвизначиться як:

t i \u003d Δv / j i ,з.

Мал. 3. Побудова графіка часу розгону

За отриманими даними будують графік часу розгону t \u003d f (v). Повний час розгону від v 0 до значень v т визначають як суму часу розгону (з наростаючим підсумком) по всіх ділянках:

t 1 =Δv / j 1 , t 2 =t 1 + (Δv / j 2 ) ,t 3 \u003d t 2 + (Δv / j 3 ) і так далі до t т кінцевого часу розгону:

.

При побудові графіка часу розгону зручно користуватися таблицею і прийняти Δv= 1м / с.

	ділянки швидкості v i , М / с
№ ділянок
j i , М / с 2
t i , з
Брешемо розгону з наростаючим підсумком

Нагадаємо, що побудований (теоретичний) графік розгону (рис.4) відрізняється від дійсного тим, що не враховано реальний час на перемикання передач. На рис.4 час (1,0 з) На перемикання передач відображено умовно для ілюстрації моменту перемикання.

При використанні механічної (ступінчастою) трансмісії на автомобілі дійсний графік часу розгону характеризується втратою швидкості в моменти перемикання передач. Це також збільшує час на розгін. У автомобіля з коробкою передач з синхронізаторами інтенсивність розгону вище. Найбільша інтенсивність у автомобіля з автоматичною безступінчатим трансмісією.

Час розгону вітчизняних легкових автомобілів малого класу з місця до швидкості 100 км / год(28м / с) Становить близько 13 ... 20 з. Для автомобілів середнього і великого класу воно не перевищує 8 ... 10 з.

Мал. 4. Характеристика розгону автомобіля за часом.

Час розгону вантажних автомобілів до швидкості 60 км / год(17м / с) Становить 35 ... 45 зі вище, що свідчить про недостатню їх динамічності.

км / годстановить 500 ... 800 м.

Порівняльні дані по часу розгону автомобілів вітчизняного та зарубіжного виробництва наведені в табл. 3.4.

Таблиця 3.4.

Час розгону легкових автомобілів до швидкості 100 км / год (28 м / с)

автомобіль	час, з	автомобіль	час, з
ВАЗ-2106 1,6 (74)		Alfa Romeo-156 2,0 (155)
ВАЗ-2121 1,6 (74)		Audi A6 Tdi 2,5 (150)
Москвич 2,0 (113)		BMW-320i 2,0 (150)
		Cadillac Sevilie 4,6 (395)
ГАЗель-3302 D 2,1 (95)		Mercedes S 220 CD (125)
ЗАЗ-1102 1,1 (51)		Peugeot-406 3.0 (191)
ВАЗ-2110 1,5 (94)		Porsche-911 3,4 (300)
Ford Focus 2,0 (130)		VW Polo Sdi 1,7 (60)
Fiat Marea 2,0 (147)		Honda Civic 1,6 (160)

Примітка: Поруч з типом автомобіля вказано робочий об'єм ( л) І потужність (в дужках) двигуна ( л.с.).

Побудова графіка шляху розгону автомобіляS \u003d F (v)

Аналогічним чином проводиться графічне інтегрування раннє побудованої залежності t = f(V) для отримання залежності шляху розгону S від швидкості автомобіля. В даному випадку крива графіка часу розгону автомобіля (рис. 5) розбивається на інтервали по часу, для кожного з яких знаходяться відповідні значення V c р k .

Рис.5. Схема, яка пояснює використання графіка часу розгону автомобіля t = f ( V ) для побудови графіка шляху розгонуS \u003d F ( V ) .

Площа елементарного прямокутника, наприклад, в інтервалі Δ t 5 є шлях, який проходить автомобіль від позначки t 4 до позначки t 5 , Рухаючись з постійною швидкістю V c р 5 .

Величина площі елементарного прямокутника визначається наступним чином:

Δ S k = V c р k (t k - t k -1 ) = V c р k · Δ t k .

де k \u003d L ... m - порядковий номер інтервалу, m вибирається довільно, але вважається зручним для розрахунку, коли m = n.

Наприклад (рис. 5), якщо V ср5 =12,5 м / с; t 4 =10 з; t 5 =14 з, то Δ S 5 = 12,5(14 - 10) = 5 м.

Шлях розгону від швидкості V 0 до швидкості V 1 : S 1 = Δ S 1 ;

до швидкості V 2 : S 2 = Δ S 1 + Δ S 2 ;

до швидкості V n : S n = Δ S 1 + Δ S 2 + ... + Δ S n =
.

Результати розрахунку заносяться в таблицю і представляються у вигляді графіка (рис. 6).

Шлях розгону для легкових автомобілів до швидкості 100 км / годстановить 300 ... 600 м. Для вантажних автомобілів шлях розгону до швидкості 50 км / годдорівнює 150 ... 300 м.

Рис.6. графікашляху розгонуавтомобіля.

Червоне світло світлофора змінився жовтим, потім зеленим. З напруженою ревом зриваються з місця машини, потім звук двигунів на мить вщухає - це водії відпустили педаль подачі палива і перемикають передачі, знову розгін, знову момент затишшя і знову розгін. Тільки метрів через 100 після перехрестя потік машин як би заспокоюється і плавно котить до наступного світлофора. Лише один старий автомобіль «Москвич» пройшов перехрестя рівно і безшумно. На малюнку видно, як він обігнав всі автомобілі і вирвався далеко вперед. Цей автомобіль під'їхав до перехрестя якраз в той момент, коли загорілося зелене сигнал світлофора, водієві не довелося гальмувати і зупиняти машину, не довелося після цього знову брати розгін. Як же виходить, що один автомобіль (та ще малопотужний «Москвич» старого випуску) легко, без напруги рухається зі швидкістю близько 50 км / год, в той час як інші з явним напругою поступово набирають швидкість і досягають швидкості 50 км / год далеко після перехрестя, коли «Москвич» вже наближається до наступного світлофора? Очевидно, що для рівномірного руху потрібно значно менше зусиль і витрат потужності, ніж при розгоні або, як кажуть, при прискореному русі.

Мал. Порівняно слабкий автомобіль може обігнати більш потужні, якщо він підходить до перехрестя в момент включення зеленого світла і не витрачає зусиль на зрушення з місця і розгін.

Але перш ніж вивчати розгін автомобіля, потрібно згадати деякі поняття.

прискорення автомобіля

Якщо автомобіль проходить в кожну секунду однакове число метрів, рух називається рівномірним або сталим. Якщо пройдений автомобілем шлях в кожну секунду (швидкість) змінюється, рух називається:

• при збільшенні швидкості - прискореним
• при зменшенні швидкості - уповільненим

Приріст швидкості в одиницю часу називають прискоренням, Зменшення швидкості в одиницю часу - негативним прискоренням, Або уповільненням.

Прискорення вимірюють приростом або спадання швидкості (в метрах в секунду) за 1 сек. Якщо за секунду швидкість збільшується на 3 м / сек, прискорення дорівнює 3 м / сек в секунду або 3 м / сек / сек або 3 м / с 2.

Прискорення позначають буквою j.

Прискорення, яке дорівнює 9,81 м / с 2 (або округлено, 10 м / с 2), відповідає прискоренню, яке, як відомо з досвіду, має вільно падаюче тіло (без урахування опору повітря), і називається прискоренням сили тяжіння. Його позначають буквою g.

розгін автомобіля

Розгін автомобіля зазвичай зображують графічно. На горизонтальній осі графіка відкладають шлях, а на вертикальній - швидкість і наносять точки, що відповідають кожному пройденому відрізку шляху. Замість швидкості на вертикальній шкалі можна відкладати час розгону, як це показано на графіку розгону вітчизняних автомобілів.

Мал. Графік шляху розгону.

Графік розгону є кривою з поступово вибувають кутом нахилу. Уступи кривої відповідають моментам перемикання передач, коли прискорення на якийсь момент падає, проте їх часто не показують.

інерція

Автомобіль не може з місця розвинути відразу велику швидкість, тому що йому доводиться долати не тільки сили опору руху, а й інерцію.

інерція - це властивість тіла зберігати стан спокою або стан рівномірного руху. З механіки відомо, що нерухоме тіло може бути приведено в рух (або швидкість рухомого тіла змінена) тільки під дією зовнішньої сили. Долаючи дію інерції, зовнішня сила змінює швидкість тіла, інакше кажучи, надає йому прискорення. Величина прискорення пропорційна величині сили. Чим більше маса тіла, тим більшою повинна бути сила для додання цьому тілу потрібного прискорення. маса - це величина, пропорційна кількості речовини в тілі; маса т дорівнює вазі тіла G, поділеній на прискорення сили тяжіння g (9,81 м / с 2):

m \u003d G / 9,81, кг / (м / с 2)

Маса автомобіля пручається розгону з силою Pj, цю силу називають силою інерції. Щоб розгін міг статися, на провідних колесах потрібно створити додатково силу тяги, що дорівнює силі інерції. Значить, сила, необхідна для подолання інерції тіла і для додання тілу певного прискорення j, виявляється пропорційною масі тіла і прискорення. Ця сила дорівнює:

Pj \u003d mj \u003d Gj / 9,81, кг

Для прискореного руху автомобіля потрібна додаткова витрата потужності:

Nj \u003d Pj * Va / 75 \u003d Gj * Va / 270 * 9,81 \u003d Gj * Va / 2650, к.с.

Для точності розрахунків в рівняння (31) і (32) слід включити множник б ( «дельта») - коефіцієнт обертових мас, що враховує вплив обертових мас автомобіля (особливо маховика двигуна і коліс) на розгін. тоді:

Nj \u003d Gj * Va * б / 2650, к.с.

Мал. Графіки часу розгону вітчизняних автомобілів.

Вплив обертових мас полягає в тому, що, крім подолання інерції маси автомобіля, необхідно «розкрутити» маховик, колеса і інші обертові частини машини, витративши на це частина потужності двигуна. Величину коефіцієнта б можна вважати приблизно рівною:

б \u003d 1,03 + 0,05 * ik ^ 2

де ik - передавальне число в коробці передач.

Тепер, взявши для прикладу автомобіль з повним вагою 2000 кг, неважко порівняти сили, необхідні для підтримки руху цього автомобіля по асфальту зі швидкістю 50 км / год (поки без урахування опору повітря) і для зрушення його з місця з прискоренням близько 2,5 м / с 2, звичайним для сучасних легкових автомобілів.

Відповідно до рівняння:

Pf \u003d 2000 * 0,015 \u003d 30, кг

Для подолання опору інерції на вищій передачі (ik \u003d 1) буде потрібно сила:

Pj \u003d 2000 * 2,5 * 1,1 / 9,81 \u003d 560, кг

Такої сили на вищій передачі автомобіль не може розвинути, потрібно включити першу передачу (з передавальним числом ik \u003d 3).

Тоді отримаємо:

Pj \u003d 2000 * 2,5 * 1,5 / 9,81 \u003d 760, кг

що для сучасних легкових автомобілів цілком можливо.

Отже, сила, необхідна для зрушення з місця, виявляється в 25 разів більше сили, необхідної для підтримки руху з постійною швидкістю 50 км / год.

Щоб забезпечити швидкий розгін автомобіля, потрібно встановлювати двигун великої потужності. При русі з постійною швидкістю (крім максимальної) двигун працює не на повну потужність.

Зі сказаного вище зрозуміло, чому при рушанні з місця потрібно включати нижчу передачу. Принагідно зауважимо, що на вантажних автомобілях звичайно треба починати розгін на другій передачі. Справа в тому, що на першій передачі (ik приблизно дорівнює 7.) дуже великий вплив обертових мас і тягової сили не вистачить, щоб повідомити автомобілю велике прискорення; розгін вийде дуже повільним.

На сухій дорозі при коефіцієнті зчеплення ф, рівному близько 0,7, рушання з місця на нижчій передачі не викликає ніяких труднощів, так як сила зчеплення все ще перевищує тягову силу. Але на слизькій дорозі може часто виявитися, що тягова сила на нижчій передачі більше сили зчеплення (особливо при ненавантаженому автомобілі), і колеса починають буксувати. З цього положення є два виходи:

1. зменшити силу тяги зворушенням з місця при малій подачі палива або на другій передачі (для вантажних автомобілів - на третій);
2. збільшити коефіцієнт зчеплення, т. е. підсипати під ведучі колеса пісок, підкласти гілки, дошки, ганчірки, надіти на колеса ланцюги і т. д.

При розгоні особливо позначається розвантаження передніх коліс і додаткове навантаження задніх. Можна спостерігати, як в момент зрушення з місця автомобіль помітно, а іноді і дуже різко «присідає» на задні колеса. Це перерозподіл навантаження відбувається і при рівномірному русі автомобіля. Воно пояснюється протидією обертального моменту. Зуби провідної шестерні головної передачі тиснуть на зуби відомої (коронної) і як би притискають задню вісь до землі; при цьому виникає реакція, відразлива провідну шестерню вгору; відбувається невелике повертання всього заднього моста в напрямку, протилежному напрямку обертання коліс. Закріплені на картері моста ресори своїми кінцями піднімають передню частину рами або кузова і опускають задню. Між іншим відзначимо, що саме внаслідок розвантаження передніх коліс їх легше повернути під час руху автомобіля з включеною передачею, ніж під час руху накатом, а тим більш ніж на стоянці. Це знає кожен водій. Однак повернемося до додатково навантаженим задніх коліс.

Додаткова, додаткова навантаження на задні колеса Zd від переданого моменту тим більше, чим більше момент Мк, підведений до колеса і чим коротше колісна база автомобіля L (в м):

Природно, що це навантаження особливо велика при русі на нижчих передачах, так як підводиться до коліс момент збільшений. Так, на автомобілі ГАЗ-51 додаткове навантаження на першій передачі дорівнює:

Zd \u003d 316 / 3,3 \u003d 96, кг

Під час зрушення з місця і розгону на автомобіль діє сила інерції Pj, прикладена в центрі ваги автомобіля і спрямована назад, т. Е. В бік, протилежний прискоренню. Так як сила Pj прикладена на висоті hg від площини дороги, вона буде прагнути як би перекинути автомобіль навколо задніх коліс. При цьому навантаження на задні колеса збільшиться, а на передні - зменшиться на величину:

Мал. При передачі зусиль від двигуна навантаження на задні колеса збільшується, а на передні - зменшується.

Таким чином, при рушанні з місця на задні колеса і шини доводиться навантаження від ваги автомобіля, від переданого збільшеного крутного моменту і від сили інерції. Це навантаження діє на підшипники заднього моста і головним чином на шини задніх коліс. Щоб зберегти їх, потрібно троганье з місця здійснювати якомога більш плавно. Слід нагадати, що на підйомі задні колеса ще більш навантажені. На крутому підйомі при рушанні з місця, та ще при високому розташуванні центра ваги автомобіля, може створитися така розвантаження передніх коліс і перевантаження задніх, яка призведе до пошкодження шин і навіть до перекидання автомобіля назад.

Мал. Крім навантаження від тягового зусилля, при розгоні на задні колеса діє додаткова сила від інерції маси автомобіля.

Автомобіль рухається з прискоренням, і швидкість руху його збільшується, поки тягова сила більше сили опору руху. Зі збільшенням швидкості опір руху зростає; коли встановиться рівність тягової сили і опору, автомобіль набуває рівномірний рух, швидкість якого залежить від величини тиску на педаль подачі палива. Якщо водій вщерть натискає на педаль подачі палива, ця швидкість рівномірного руху є одночасно і найбільшою швидкістю автомобіля.

Робота щодо подолання сил опору коченню і повітря не створює запасу енергії - енергія витрачається на боротьбу з цими силами. Робота щодо подолання сил інерції при розгоні автомобіля переходить в енергію руху. Цю енергію називають кінетичної енергією. Створюваний при цьому запас енергії можна використовувати, якщо після деякого розгону від'єднати провідні колеса від двигуна, встановити важіль перемикання коробки передач в нейтральне положення, т. Е. Дати можливість автомобілю рухатися за інерцією, накатом. Рух накатом відбувається до тих пір, поки запас енергії не витратиться на подолання сил опору руху. Доречно нагадати, що на одному і тому ж відрізку шляху витрата енергії на розгін набагато більше витрати на подолання сил опору руху. Тому за рахунок накопиченої енергії шлях накату може бути в кілька разів більше шляху розгону. Так, шлях накату зі швидкості 50 км / год дорівнює для автомобіля «Перемога» близько 450 м, для автомобіля ГАЗ-51 - близько 720 м, в той час як шлях розгону до цієї швидкості дорівнює відповідно 150-200 м і 250-300 м якщо водій не прагне їхати на автомобілі з дуже великою швидкістю, він може значну частину шляху вести автомобіль «накатом» і економити таким чином енергію і, тим самим, паливо.

З якоїсь особливої \u200b\u200bпричини в світі велика увага приділяється саме швидкості розгону автомобіля з 0 до 100 км / год (в США з 0 до 60 миль в годину). Експерти, інженери, любителі спортивних автомобілів а також і прості автолюбителі з якоюсь одержимістю постійно стежать за технічною характеристикою автомобілів, яка як правило розкриває динаміку розгону автомобіля з 0 до 100 км / год. Причому весь цей інтерес спостерігається не тільки до спортивних автомобілів для яких динаміка розгону з місця є дуже важливим значенням, але і до зовсім звичайним автомобілям економ-класу.

В наші дні найбільший інтерес до динаміки розгону спрямований на електричні сучасні автомобілі, які почали потихеньку витісняти з авто ніші спортивні суперкари з їх неймовірною швидкістю розгону. Ось наприклад, ще кілька років тому здавалося просто фантастикою, що автомобіль може розганятися до 100 км / год чуть-більш ніж за 2 секунди. Але сьогодні деякі сучасні вже впритул наблизилися до цього показника.

Це природно змушує задуматися: А яка швидкість розгону автомобіля з 0 до 100 км / год небезпечна для здоров'я самої людини? Адже чим швидше розганяється автомобіль, тим більше навантаження випробовує водій, що знаходиться (сидить) за кермом.

Погодьтеся з нами, що людський організм має свої певні межі і не може витримати нескінченні наростаючі навантаження, які діють і чинять на нього при швидкому розгоні транспортного засобу, певним чином впливати. Давайте разом з нами дізнаємося, а який граничний розгін автомобіля може теоретично ну і практично витримати людина.

Прискорення, як всі ми напевно знаємо, це проста зміна швидкості руху тіла за одиницю взятого часу. Прискорення будь-якого об'єкта знаходиться на землі залежить, як правило, від сили тяжіння. Сила тяжіння - це сила, що діє на будь-яке матеріальне тіло, яке знаходиться поблизу до поверхні землі. Сила тяжіння на поверхні землі складається з гравітації і відцентрової сили інерції, яка виникає через обертання нашої планети.

Якщо ми хочемо бути зовсім вже точними, то перевантаження людини в 1g сидить за кермом автомобіля утворюється при прискоренні машини з 0 до 100 км / год за 2,83254504 секунди.

І так, ми знаємо, що при перевантаженні в 1g людина не відчуває на собі ніяких проблем. Наприклад, серійний автомобіль Tesla Model S (дорога спецверсия) з 0 до 100 км / год може розганятися за 2,5 секунди (згідно специфікації). Відповідно, водій знаходиться за кермом цього автомобіля при розгоні буде відчувати перевантаження в 1.13g.

Це вже як ми бачимо, більше ніж перевантаження, яка випробовується людиною в звичайному житті і яка виникає через гравітації а також через рух планети в просторі. Але це зовсім небагато і перевантаження не представляє для людини ніякої небезпеки. Але, якщо ми сядемо за кермо потужного драгстера (спортивного автомобіля), то картина тут уже виходить зовсім інша, так як ми з вами спостерігаємо вже інші цифри перевантаження.

Наприклад, найшвидший може розганятися з 0 до 100 км / год всього за 0,4 секунди. У підсумку виходить, що це прискорення викликає перевантаження всередині машини в 7.08g. Це вже, як ви бачите, чимало. За кермом такого божевільного транспорту ви будете почувати себе не дуже-то комфортно, і все через те, що ваша вага збільшиться в порівнянні з колишнім майже в сім разів. Але не дивлячись на таке не дуже-то комфортний стан при такій динаміці розгону, ця (дана) перевантаження не здатна вас вбити.

Так як же тоді автомобіль повинен розігнатися, щоб вбити людину (водія)? Насправді відповісти однозначно на таке питання не можна. Справа тут в наступному. Кожен організм у будь-якої людини суто індивідуальний і природно, що наслідки впливу на людину певних сил будуть теж абсолютно різними. Для кого-то перевантаження в 4-6g навіть на кілька секунд вже буде (є) критичною. Таке перевантаження може призвести до втрати свідомості і навіть до загибелі цієї людини. Але зазвичай подібна перевантаження для багатьох категорій людей не є небезпечною. Відомі випадки, коли перевантаження в 100g дозволяла людині вижити. Але правда, це дуже велика рідкість.