A vonóerő és az ellenállás a két fő erő, amelyek egymással szemben állnak, és meghatározzák a közúti járművek teljesítményét. A vonóerő az úttest felületére kifejtett erő, amely lehetővé teszi a jármű előrehaladását. Az ellenállás magában foglal minden olyan erőt, amely visszahúzza és akadályozza a mozgást. Mindkettő erőegységben van megadva. Ennek általános képlete az alábbiakban vázolva:
F t = m a + R a + R r l + R g {\displaystyle F_{t}=ma+R_{a}+R_{rl}+R_{g}+R_{g}\,\!}
Hol:
- F t {\displaystyle F_{t}\,\!}
= Tractive Effort
- m {\displaystyle m\,\!}
= Jármű tömege
- a {\displaystyle a\,\!}
= Gyorsulás
- R a {\displaystyle R_{a}\,\!}
= Aerodinamikai ellenállás
- R r l {\displaystyle R_{rl}\,\!}
= Gördülési ellenállás
- R g {\displaystyle R_{g}\,\!}
= Nívóellenállás
Ezeket a komponenseket a következő szakaszok tárgyalják részletesebben.
Aerodinamikai ellenállásSzerkesztés
A légellenállás olyan erő, amelyet a járműtest körüli turbulens légáramlás hoz létre. Ez a turbulencia a jármű alakjától, valamint a jármű felületén áthaladó levegő súrlódásától függ. Ennek az ellenállásnak egy kis része a jármű alkatrészein, például a belső szellőzésen keresztül áramló levegőből származik. Ez az ellenállás a következő képlettel becsülhető meg:
R a = ρ 2 A C D V 2 {\displaystyle R_{a}={\frac {\rho }{2}}AC_{D}V^{2}\,\!}
Hol:
- ρ {\displaystyle \rho \,\!}
= Levegő sűrűsége
- A {\displaystyle A\,\!}
= A jármű homlokfelülete
- C D {\displaystyle C_{D}\,\!}
= légellenállási együttható
- V {\displaystyle V\,\!}
= A jármű sebessége
A légsűrűség a magasság és a hőmérséklet függvénye. A homlokfelület és a légellenállási együttható általában minden járműre vagy járműtípusra egyedi.
Gördülési ellenállásSzerkesztés
A gördülési ellenállás a gumiabroncsok és az útfelület kölcsönhatásából adódik. Három fő ok létezik, amely ezt az ellenállást létrehozza. Az első a gumiabroncs és az útfelület merevsége. A második a gumiabroncs nyomása és hőmérséklete. A harmadik a jármű üzemi sebessége. A gördülési súrlódás értéke egy nagyon leegyszerűsített, itt metrikusan megadott képletből számítható ki. V {\displaystyle V}
méter per másodpercben van megadva.
f r l = 0,01 ( 1 + V 44,73 ) {\displaystyle f_{rl}=0,01(1+{\frac {V}{44,73}})\,\!}
Az e súrlódás által okozott ellenállás a jármű tömegének növekedésével nő. Ezért a gördülési ellenállás kiszámítható.
R r l = f r l W {\displaystyle R_{rl}=f_{rl}W\,\!}
Hol:
- W {\displaystyle W\,\!}
= Jármű súlya
- f r l {\displaystyle f_{rl}\,\!}
= Gördülési súrlódás
Grade ResistanceEdit
A Grade Resistance az ellenállás legegyszerűbb formája. Ez a járműre ható gravitációs erő. Ez az erő nem biztos, hogy pontosan merőleges az útfelületre, különösen olyan helyzetekben, amikor emelkedő van jelen. Így a lejtésellenállás a következő képlettel számítható ki:
R g = W G {\displaystyle R_{g}=WG\,\!}
Hol:
- W {\displaystyle W\,\!}
= jármű súlya
- G {\displaystyle G\,\!}
= Fokozat (hossz/hossz)
VonóerőSzerkesztés
A vonóerő az az erő, amely lehetővé teszi a jármű előrehaladását az előző három erő ellenállása mellett. A képlet levezetése a különböző gumiabroncsok körül ható erők és nyomatékok megértéséből származik. Ez egy egyszerű fogalomban foglalható össze, amelyet itt szemléltetünk.
Hátsókerékhajtású autó esetén:
F m a x = μ W ( l f – f r l h ) / L 1 – μ h / L {\displaystyle F_{max}={\frac {\mu W(l_{f}-f_{rl}h)/L}{1-\mu h/L}}\,\!}
Elöl hajtott autó esetén:
F m a x = μ W ( l r + f r l h ) / L 1 + μ h / L {\displaystyle F_{max}={\frac {\mu W(l_{r}+f_{rl}h)/L}{1+\mu h/L}}}\,\!}
Hol:
- F m a x {\displaystyle F_{max}\,\!}
= Maximum Tractive Effort
- μ {\displaystyle \mu \,\!}
= Az út tapadási együtthatója
- W {\displaystyle W\,\!}
= Jármű súlya
- l r {\displaystyle l_{r}\,\!}
= A hátsó tengely távolsága a jármű súlypontjától
- l f {\displaystyle l_{f}\,\!}
= Távolság az első tengelytől a jármű súlypontjáig
- f r l {\displaystyle f_{rl}\,\!}
= Gördülési súrlódási együttható
- h {\displaystyle h\,\!}
= A súlypont magassága az útfelület felett
- L {\displaystyle L\,\!}
= A tengelytáv hossza
NívószámításSzerkesztés
A vonóerővel kapcsolatos legtöbb munka egy adott útpálya megengedett szintemelkedésének meghatározására irányul. Egy bizonyos ismert járműtípussal, amely ezt az utat használja, könnyen kiszámítható a meredekség. A vonóerőre vonatkozó erőegyensúlyi egyenletet használva, az emelkedés értéke elválasztható, így az alábbi képletet kapjuk:
G = F t – F a – F r l W {\displaystyle G={\frac {F_{t}-F_{a}-F_{rl}-F_{rl}}{W}}\,\\!}
