Взаимодействие автомобиля и дороги

При движении автомобиля по дороге возникают нормальные к поверхности проезжей части касательные продольные и поперечные силы взаимодействия между колесами и покрытием. К этим силам относятся (рис. 4.1): сила, перпендикулярная покрытию и равная ей, но противоположная по знаку, нормальная реакция дорожной одежды на колесо R ₁; окружная сила Р_к, приложенная к площади контакта ведущих колес с покрытием, направленная в сторону, противоположную движению, - это сила воздействия ведущих колес на одежду в плоскости проезжей части.

Рис. 4.1. Силы, действующие на движущийся автомобиль и дорогу

Тангенциальная (касательная) реакция Т_к, практически равная окружной силе Р_к и направленная в сторону движения, возникает в результате взаимодействия ведущих колес и покрытия. Эту реактивную силу, вызывающую поступательное перемещение автомобиля, называют тяговой:

Т_к = Р_к = Р_f ± Р_i ± Р_F ± Р_j, где (4.1)

Р_f = G × f - сила сопротивления качению на относительно ровном участке;

G - вес автомобиля, даН;

f - коэффициент сопротивления качению, доли единицы;

Р_i = G × i - сила сопротивления движению на подъеме (спуске);

i - продольный уклон дороги, доли единицы;

- сила сопротивления воздуха движению;

k - коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), даНс²/м⁴;

F - площадь лобовой проекции автомобиля, м²;

V - скорость автомобиля, км/ч;

Р_j = G × j - сопротивление инерционных сил, даН;

j - относительное ускорение.

Сила сопротивления качению зависит от характеристик шины (эластичности, внутреннего трения в шине, давления воздуха и т.д.), вида и состояния покрытия, от скорости движения. Значения коэффициента сопротивления качению при скорости до 20 км/ч приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Значения коэффициента сопротивления качению (данные проф. А.П. Васильева)

Покрытие	Состояние покрытия	На покрытии ровный слой плотного снега	Рыхлый снег толщиной, мм	Гололед
эталонное (сухое)	влажное чистое	мокрое загрязненное	до 10	10-20	20-40	40-60
Цементо- и асфальтобетонное	0,01-0,02	0,02-0,03	0,03-0,035	0,04-0,10	0,03-0,04	0,04-0,09	0,08-0,12	0,09-0,15	0,015-0,03
То же, с поверхностной обработкой	0,02	0,02-0,03	0,03-0,035	0,04-0,10	0,03-0,04	0,04-0,09	0,08-0,12	0,09-0,15	0,02-0,04
Холодный асфальтобетон, черное щебеночное (гравийное)	0,02-0,025	0,025-0,035	0,03-0,045	0,04-0,10	0,03-0,05	0,04-0,09	0,08-0,12	0,09-0,15	0,02-0,04
Гравийное и щебеночное	0,035	0,035-0,05	0,04-0,06	0,04-0,10	0,04-0,06	0,04-0,10	0,03-0,12	0,09-0,15	0,03-0,04
Грунтовая дорога	0,03	0,04-0,05	0,05-0,15	0,06-0,10	0,06-0,08	0,06-0,12	0,08-0,12	0,09-0,15	0,03-0,05

С увеличением скорости сопротивление качению повышается и может быть определено по формуле:

F_v = f ₂₀+ K_f (V - 20), где (4.2)

f ₂₀ - коэффициент сопротивления качению при скорости до 20 км/ч;

K_f - коэффициент повышения сопротивления качению со скоростью

(для легковых автомобилей K_f = 10,00025, для грузовых - 0,0002).

Во всех расчетных формулах принимают значение коэффициента сопротивления качению, строго соответствующее виду и состоянию покрытия, скорости движения. Сопротивление качению колеса на грунтовой дороге зависит от глубины образующейся колеи, вида и состояния грунта, диаметра колеса и вертикальной нагрузки на него.

Коэффициент обтекаемости, используемый при определении силы сопротивления воздуха, зависит от формы автомобиля и качества отделки его поверхности (табл. 4.2). Более подробные данные о лобовой площади и коэффициенте обтекаемости для автомобилей и автобусов различных марок, обращающихся по дорогам, приведены в литературе по автомобилям. При отсутствии данных о лобовой площади автомобиля ее можно определить по приближенной формуле

F @ m × В_г × Н_г, где (4.3)

т = 0,8 для автомобиля со стандартным кузовом и т = 0,9 для автобуса и грузового автомобиля с кузовом в виде фургона или с тентом;

В_г, Н_г - габаритная ширина и высота автомобиля, м.