На подъем ( a - угол продольного наклона дороги)

 

Кроме того, можно записать выражение для определения опорных реакций R_{z 1} и R_{z 2}

                                     R_{z 1} + R_{z 2} = G _н = G_a сos a,                               (41)

где G _н – составляющая силы тяжести автомобиля G_a, перпендикулярная поверхности дороги.

     Для рассматриваемой ситуации сила сопротивления качению F_f равна

                                      F_f = f _ср G _н = f _ср G_a сosa.                               (42)

Если величина подъема определена в процентах, это значит (см. рис. 13)

                                      100 tga = (H / L) 100%.                              (43)

Для  a£5 -7⁰    sina@tga @ a,  поэтому для благоустроенных дорог

                                  F _a = G_a sina@ G_a  tga@  G_a a.                        (44)

Сила сопротивления дороги.  При движении автомобиля по практически любой дороге наблюдается одновременное действие силы сопротивления качению автомобиля и силы сопротивления движению на подъем. Поэтому сила сопротивления дороги F _y представляет собой сумму векторов этих сил, причем при движении на подъем эта сумма имеет вид

                                  F _y = F_f + F _a,

а при движении с горы, соответственно

                                               F _y = F_f - F _a.

Пользуясь формулами (38), (40) и (42), найдем обобщенное выражение для F _y

           F _y = f _ср G_a cosa ± G_a sina = (f cosa ± sina) G_a = y G_a,         (45)

где  y = (f cosa ± sina) – коэффициент сопротивления дороги.

     Частные случаи:

     1. Ровная горизонтальная дорога,  a = 0; y = f.

     2. Движение на подъем   y = f cosa + sina,  т.е. y > f.

     3. Движение на спуске   y = f cosa- sina, т.е. y < f.

Для спуска можно еще сделать несколько заметок

      а) если f cosa > sina,  то y > 0;

      б) если f cosa = sina,  то y = 0;

      в) если f cosa < sina,  то y < 0.

Сила сопротивления воздуха. Эта сила существенно влияет на тягово-скоростные качества автомобиля при движении на высоких скоростях (более 70-80 км/ч). Основной составляющей сопротивления воздуха является лобовое сопротивление, которое достигает 60-65% общих аэродинамических затрат. Оно вызывается различием давления воздуха спереди и сзади движущегося автомобиля, поскольку спереди создается зона повышенного давления, а сзади – зона разрежения (см. рис. 14). Кроме того, на силу сопротивления воздуха влияет добавочное сопротивление выступающих за основные контуры автомобиля деталей (зеркал заднего вида, щеток стеклоочистителей и др.), сопротивление трения воздуха о наружные поверхности кузова (чисто вымытый кузов способствует уменьшению этой составляющей), сопротивление внутренних воздушных потоков (через подкапотное пространство или салон) и др.

Рис. 14. Распределение давления воздуха по поверхности

                                 движущегося легкового автомобиля:

                              + избыточное давление; - разрежение

     В общем случае действие на автомобиль элементарных аэродина-мических сил в каждой точке поверх-ности автомобиля может быть заме-нено равнодействующей силой F_w, которую можно разложить на состав-ляющие F_wx, F_wy и F_wz поосям системы координат с центром О, совпадающим с центром парусности автомобиля, и осями ОХ, ОУ  и О Z, направленными соответственно по продольной, попе-речной и вертикальной осямавто-мобиля (рис. 15).

     Равнодействующую F_w называют полной аэродинамической силой  и опре-

деляют с помощью соотношений

F_w = c_w q A = 0,5 c_w r_в А_е V_w ²,     (46)

где   с _w –  безразмерный  коэффициент полной     аэродинамической       силы; 

q = 0,5r_в V_w ²   – скоростной напор, кг/м · с², равный кинетической энергии 1 м³ воздуха, движущегося со скоростью V_w относительно автомобиля (r_в – плотность воздуха, кг/м³); А_е – эффективная площадь действия скоростного напора воздуха на автомобиль, м².

Полная аэродинамическая сила F_w в общем случае действует на автомобиль на расстоянии В от его центра масс (см. рис. 15), тем самым создавая так называемый полный аэродинамический момент, который с учетом (46) можно записать как

 

                          Т _w = 0,5 с _w r_в А_е В V_w ².                                (47)

Этот момент представляет собой векторную сумму составляющих его моментов Т _wx (аэродинамического момента крена), Т _wy (аэродинамического опрокидывающего момента) и Т _wz (аэродинамического поворачивающего момента), действующих на автомобиль относительно его продольной, поперечной и вертикальной осей, сходящихся в центре масс автомобиля.

     С точки зрения анализа сопротивления воздуха поступательному движению автомобиля, наибольший интерес представляет действующая в его продольной плоскости составляющая F_wx. Ее величина определяется по аналогии с полной аэродинамической силой по выражению

                                       F_wx = 0,5 с_х r_в А_х V_wx ²,                                   (48)

где с_х – коэффициент обтекаемости автомобиля   (иногда называют коэффи-циентом лобового сопротивления, но это определение не совсем точное);                   r_в – плотность  воздуха, кг/м³ (обычно для равнинных условий принимается   r_в = 1,225 кг/м³); А_х – площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля (так называемая «площадь миделя»), м²; V_wx = V _а ± V _в– скорость продольного воздушного потока относительно автомобиля, где V _а – скорость движения автомобиля, м/с; V _в – скорость встречного (знак +) или попутного (знак  -)   ветра, м/с.

     Коэффициенты обтекаемости с_х определяются путем продувки полно- размерных автомобилей или их масштабных моделей в специальных аэродинамических трубах. Эти замеры относятся к дорогостоящим, поэтому не все модели автомобилей проходят такую продувку. В табл. 3 собраны данные из технической литературы и периодической печати о величинах коэффициентов обтекаемости легковых автомобилей основных мировых производителей.

                                                                                 

                                                                                                                                Таблица 3