Wprowadzenie. Ogólne podstawy.

1. Pojęcia ogólne. Klasyfikacja pojazdów

2. Ogumienie, opór toczenia
3. Kinematyka i Poślizg.
Przyczepność, aquaplaning
4. Siły na kole i ich wpływ na ruch pojazdu

Ruch samochodu w zasadniczej części
jest odpowiedzią na działanie kierowcy.
Jednak nie zawsze odpowiedź ta jest zgodna
z zamiarem kierowcy, ponieważ możliwości
ruchowe pojazdu podlegają wielu
ograniczeniom

(poślizg, zarzucenie lub

wywrócenie),

które wynikają z budowy

samochodu i praw fizyki.

Podstawowe pojęcia w

mechanice ruchu

samochodu

Pojęcia ogólne. Klasyfikacja

Podano poprawne nazwy, aby wyeliminować żargon

Samochody, to
główny obiekt
rozważań w tym
przedmiocie

Kategorie pojazdów wg. Europejskiej

Komisji Gospodarczej ONZ (EKG ONZ).

Samochody do przewozu ludzi

• M1 – samochody osobowe, posiadające nie więcej niż

osiem miejsc oprócz miejsca dla kierowcy;

• M2 – małe autobusy, masa nie przewyższa 5 ton;
• M3 – duże autobusy, masa całkowita przekracza 5 ton;

Samochody do transportu ładunków

• N1 – samochody ciężarowe o masie całkowitej < 3,5t
• N2 – samochody ciężarowe o masie całkowitej <12 t;
• N3 –  samochody ciężarowe o masie całkowitej

większej niż 12 ton.

Przenoszenie momentu obrotowego od

silnika do kół jezdnych

Budowa układu napędowego decyduje o sposobie

przeniesienia energii od silnika do kół napędowych.

Moc

[rad/s]

i

[Nm]

gdy

[W],

[m/s]

i

[N]

gdy

[W],







M

ω

M

N

F

F

N





Pierwsze wyrażenie opisuje moc w ruchu
postępowym, a drugie w ruchu obrotowym. Moc
silnika i na kołach napędowych

można obliczyć

sil

sil

sil

M

N





K

K

K

M

N





Klasyczny układ napędowy i jego

charakterystyczne parametry

Sprawność, moc na kołach

napędowych

N

K

– moc na kołach samochodu

N

K

= Nsil - Nstrat

sprawność układu napędowego

sil

K

WE

WY

UN

N

N

N

N







moc na kołach samochodu

UN



sil

K

N

N 

Siła na obwodzie kół napędowych

Wcześniej zapisano

v

F

N

N

K



UN







sil

sil

N

M

F 

60

2

sil

sil

n







Zatem









UN

N

sil

sil

UN

sil

K

F

M

N

N







Stąd
mamy

gdzie

Obliczanie prędkości jazdy

Obliczanie prędkości jazdy.

Przełożenie

K

K

r







60

2

K

K

n







lecz

60

2

K

K

n

r







Stąd mamy

Przełożenie układu napędowego

K

sil

UN

n

n

i 

Wykorzystując przełożenie można
obliczyć

UN

S

K

K

K

i

n

r

n

r

60

2

60

2











To pozwala na obliczanie prędkości jazdy samochodu (przy
pominięciu poślizgu kół)

DD

PG

SB

SP

UN

i

i

i

i

i 

PG

SB

UN

i

i

i 

Ponownie: siła na kołach i prędkość

jazdy

Wartość przełożenia układu napędowego wpływa na prędkość

jazdy i siłę na kołach napędowych. Zatem podstawiając

PG

SB

S

K

i

i

n

r

60

2







PG

SB

UN

i

i

i 

do zależności

UN

S

K

i

n

r

60

2







mamy

K

UN

UN

sil

N

r

i

M

F





Hamownia podwoziowa,, Motor 30/2007r

Siłę i moment na kołach
napędowych mierzymy na
hamowni podwoziowej

Koła
napędowe

Rolki
oporowe,
połączone
z
urządzenie
m
pomiarowy
m

DIAGNOSTYKA

Przykładowe wartości siły napędowej i

prędkości jazdy samochodu

Obliczenia wykonano wykorzystując parametry samochodu Suzuki Grand Vitara (4x4), ogumienie 235/60 R16

Numer

biegu

Przełożenie

układu

napędoweg

o

Siła

napędowa

na kołach,

kN

Prędkość

jazdy

1

29,0

15,97

7,8

3

10,7

5,89

21,2

5

6,3

3,47

36,0

Kinematyka koła. Obliczanie

poślizgu

Ogumienie i jego właściwości

Ogumienie: uniwersalne, kierunkowe, asymetryczne,
zimowe, błotno- śniegowe, na koła kierowane itd..

Ogumienie i jego właściwości

Wymiary ogumienia i promienie koła

Zasadnicze właściwości ogumienia, jego przeznaczenie
i nominalne warunki eksploatacji można ustalić na podstawie

informacji, umieszczonej na boku opony.

Zachowanie średnicy zewnętrznej, powiększanie średnicy
obręczy

Wymiary, cd

• Istotne do dalszych rozważań są

następujące właściwości opon:

- nośność ogumienia

0

Q

- dopuszczalna prędkość

DOP

v

- średnica zewnętrzna
opony

d

z

d

d

H d

B

Z

W

 

 

2

2





W

H

B



Promienie ogumienia

• Podczas jazdy siły działające na ogumienie

powodują jego odkształcenia. Zatem
ogumienie nie ma stałego promienia.
Wyróżnia się następujące promienie:

- nominalny,
- statyczny,
- dynamiczny,

- toczny.

Promienie, cd

Promień nominalny

Z

N

d

r

)

48

,

0

...

45

,

0

(



Promień statyczny ,

patrz rysunek

Promień dynamiczny

Promień toczny

K

T

n

r

2

L







Stąd promień toczny oblicza się

K

T

n

2

L

r







r

r

K

N



Poślizg koła

Siły działające od

pojazdu i drogi na koło
powodują poślizg
ogumienia. Zatem

K

K

n

r

2

L







Odkształcenia obwodowe i promieniowe opony są
źródłem poślizgu występów bieżnika. Poślizg opony
narasta wraz ze wzrostem momentu i sił
obwodowych, działających na koło.

UN

S

K

K

K

i

n

r

n

r

60

2

60

2











Poślizg to różnica prędkości

0





K

S

v

v

Poślizg podczas napędzania oblicza się

K

S

K

v

v

v

s





0



K

v

, gdy

0



S

v

1



s

K

S

v

v 

0



s

przy

mamy

Natomiast przy

jest

Poślizg podczas hamowania

Wówczas oblicza się

S

K

S

v

v

v

s





0



S

v

gdy

S

K

v

v 

0



s

Jeśli

to mamy

0



K

v

1



s

a przy

zachodzi

Poślizg koła zmienia się w granicach od 0
do 1

Diagnostyka prędkości jazdy oraz
poślizgu

kół przednich i tylnych

Czujnik
prędkości
obrotowej koła
przedniego,

Czujnik prędkości
obrotowej koła
tylnego,

Miernik
prędkości jazdy
samochodu

V

SAM

V

SAM

–prędkość obrotowa koła
przedniego

–prędkość obrotowa koła tylnego

V

SAM

– rzeczywista prędkość jazdy sam.

t

POM

-

czas pomiaru

1

N

n

2

N

n

1

N

n

2

N

n

DIAGNOSTYKA

Obliczenia na podstawie
pomiarów

Prędkość
koła przedniego

pom

N

pomiaru

N

N

t

n

r

t

S

Czas

Droga

v

1

1

1

1

2









Prędkość
koła tylnego

pom

N

pomiaru

N

N

t

n

r

t

S

v

2

2

2

2

2







Poślizg
kół przednich

1

1

1

N

SAM

N

K

S

K

v

v

v

v

v

v

S









Poślizg
kół tylnych

2

2

2

N

SAM

N

K

S

K

v

v

v

v

v

v

S









DIAGNOSTYKA

Siły i momenty działające na

koło samochodu

Siły i momenty działające na koło.

Nacisk koła na drogę i położenie reakcji
normalnej

a-koło nieruchome, b- koło toczone, c- koło
napędowe;

Tylko podczas postoju na drodze poziomej

Z

K

jest równe części ciężaru
samochodu

Opór toczenia

Opór toczenia na nieodkształcalnej

nawierzchni

Siłą oporu toczenia nazwano opór stawiany przez
koło podczas toczenia. Siła ta została pokazana
podczas analizy sytuacji koła swobodnie toczonego.
Zatem mamy

T

K

D

K

F

Z

r

e

F





Opór toczenia wyraża sumę strat energii…

Współczynnik oporu toczenia

f

e

r

D



Siła oporu toczenia

F

fZ

T

K







Ki

i

T

Z

f

F

opór toczenia
samochodu

Wartości współczynnika oporu

toczenia

- rośną ze wzrostem ugięcia opony, które jest

tym większe im ciśnienie w kole jest
mniejsze;

- rośną wraz ze zwiększeniem prędkości

jazdy;

- zwiększają się przy przekazywaniu dużego

momentu napędowego (rosną wówczas
obwodowe odkształcenia opony);

-

maleją przy obniżaniu wysokości

występów bieżnika.

Wartości oporu toczenia zależą w dużym
stopniu od rodzaju i stanu nawierzchni
drogowej

Przyczepność ogumienia

Reakcja styczna obwodowa wyraża

wzajemne powiązanie pomiędzy oponą a drogą.
Zdolność ogumienia do wytworzenia reakcji
jest ograniczona. Wartość tej reakcji zależy od
stanu drogi i stopnia poślizgu koła.

X

K

K

X

F

X

K

Największe wartości sił

stycznych

Największe wartości sił stycznych

można osiągać przy poślizgu

K

X

30

,

0

10

,

0





s

lub
inaczej

%

30

10



s

Maksymalną (graniczną) wartość reakcji
nazwano siłą przyczepności obwodowej

K

X



F

X

MAX

K



,

Pełny poślizg, czyli s=100%, to koło nie
obraca się a przesuwa. Jest zablokowane.

Przyczepność, a siła

boczna

Działanie siły powoduje,
że w obszarze styku opony z
drogą pojawia się reakcja
styczna boczna

Y

F

K

Y

Wartość maksymalna reakcji
jest ograniczona przyczepnością
ogumienia w kierunku bocznym
(poprzecznym).

K

Y

Wypadkowa siła

styczna

K

Y

K

X

K

X

Przy złożonym stanie obciążenia
koła samochodowego, w obszarze
jego styku z drogą, występuje siła
styczna W. W celu ułatwienia
prowadzonych rozważań jest ona
zwykle rozkładana na dwie
składowe

i

Zatem siła przyczepności ogranicza
wartość siły wypadkowej W, a tym
samym ogranicza wartości obu jej
składowych, czyli stycznych reakcji
nawierzchni i



F

K

Y

K

X

W

Y

X

K

K





2

2



F

W 

Siła przyczepności i jej

składowe

Obliczanie przyczepności

Obliczenia siły

przyczepności

K

Z

F







Na podstawie badań
ustalono

Jeśli w czasie jazdy na kołach
samochodu wystąpi duża siła
napędowa lub hamowania
(odpowiada jej znaczna wartość
reakcji obwodowej ), to



F

X

X

MAX

K

K





,

0



K

Y

Wówczas

i koło nie przeniesie żadnej
siły

bocznej

Y

F

Cała przyczepność została
wyczerpana w kierunku
obwodowym.

Siła przyczepności, obliczanie

Siła przyczepności jest obliczana jako iloczyn
współczynnika przyczepności i nacisku koła na drogę.
Zwykle wyróżnia się dwie wartości współczynnika
przyczepności, a mianowicie

MAX



0



-

współczynnik przyczepności

przylgowej,

-

współczynnik przyczepności

poślizgowej

K

MAX

MAX

Z

X





K

Z

X

0

0





Z

K

=1000

N

Przyczepność na mokrej nawierzchni

Aquaplaning





Na nawierzchni mokrej występuje
szczególny spadek
przyczepności.

Gwałtowne obniżenie przyczepności na odcinku 2 –
3 wynika z faktu, że na samym początku opadów
deszczu na jezdni tworzy się warstewka poślizgowa
(kurz, glina, piasek, zużyta guma z opon, smary i
oleje zwilżone wodą).





Asfalt suchy

mokry

Bruk suchy

mokry

0,
7

0,45

0,
5

0,3
5

Przyczepność, nawierzchnia

mokra

J. Reimpell, J. Betzler,

Podwozia
samochodów,

WKiŁ, Warszawa
2001r

Aquaplaning

Przy warstwie wody przekraczającej 1-2 mm i wysokiej
prędkości jazdy przepustowość kanałów bieżnika może
być zbyt mała, aby usunąć wodę ze strefy styku. Wówczas
pojawia się klin wodny pod oponą

Klin wodny Fala
spiętrzenia

Powstawanie aquaplaningu:

- im wysokość występów bieżnika jest większa, a
gęstość rzeźby mniejsza tym ogumienie jest bardziej
odporne na aquaplaning;
- wysoka prędkości jazdy oraz stosowanie opon o
szerokim profilu sprzyjają powstawaniu aquaplaningu;
- im grubsza warstwa wody jest na jezdni tym
aquaplaning wystąpi przy niższej prędkości jazdy;
- podwyższenie ciśnienia powietrza w oponie zmniejsza
jego skłonność do aquaplaningu.

Wartości prędkości jazdy, przy której pojawia się
aquaplaning we współczesnych oponach, wynoszą
ogumienie standardowe, letnie 75 – 90 km/h,
ogumienie wysokiej jakości 85 – 100 km/h,
przystosowane do nawierzchni mokrych 95 – 120
km/h

.