Lo sforzo di trazione e la resistenza sono le due forze principali che si oppongono l’una all’altra e determinano le prestazioni dei veicoli stradali. Lo sforzo di trazione è la forza esercitata contro la superficie della strada per permettere al veicolo di avanzare. La resistenza comprende tutte le forze che respingono e impediscono il movimento. Entrambi sono in unità di forza. La formula generale per questo è delineata di seguito:
F t = m a + R a + R r l + R g {\displaystyle F_{t}=ma+R_{a}+R_{rl}+R_{g},\\\fad(1)
dove:
- F t {displaystyle F_{t},\i}
= Sforzo di trazione
- m {displaystyle m\i,\i}
= Massa del veicolo
- a {displaystyle a\i}!
= Accelerazione
- R a {displaystyle R_{a},\a}!}
= Resistenza aerodinamica
- R r l {displaystyle R_rl},\code(TM)}
= Resistenza al rotolamento
- R g {displaystyle R_{g},\i}!
= Resistenza al rotolamento
Questi componenti sono discussi in maggior dettaglio nelle sezioni seguenti.
Resistenza aerodinamicaModifica
La resistenza aerodinamica è una forza che è prodotta dal flusso d’aria turbolento intorno al corpo del veicolo. Questa turbolenza dipende dalla forma del veicolo, così come dall’attrito dell’aria che passa sulla superficie del veicolo. Una piccola parte di questa resistenza deriva dal flusso d’aria attraverso i componenti del veicolo, come la ventilazione interna. Questa resistenza può essere stimata attraverso la seguente formula:
R a = ρ 2 A C D V 2 {displaystyle R_{a}={frac {rho }{2}}AC_{D}V^{2},\\\\
dove:
- ρ {displaystyle \rho \,\!
= Densità dell’aria
- A {displaystyle A\,\aquinta!}
= Area frontale del veicolo
- C D {\displaystyle C_{D}\,\!}
= Coefficiente di resistenza
- V {displaystyle V\i},\i}
= Velocità del veicolo
La densità dell’aria è una funzione dell’altezza e della temperatura. L’area frontale e il coefficiente di resistenza sono generalmente unici per ogni veicolo o tipo di veicolo.
Resistenza al rotolamentoModifica
La resistenza al rotolamento è causata dall’interazione degli pneumatici con la superficie della strada. Esistono tre cause principali che creano questa resistenza. La prima è la rigidità del pneumatico e la superficie della strada. La seconda è la pressione e la temperatura del pneumatico. La terza è la velocità di funzionamento del veicolo. Questo valore di attrito volvente può essere calcolato da una formula molto semplificata, qui riportata in termini metrici. V {displaystyle V}
è in metri al secondo.
f r l = 0,01 ( 1 + V 44,73 ) {displaystyle f_{rl}=0,01(1+{frac {V}{44,73}})\\frac!}
La resistenza causata da questo attrito aumenterà man mano che si aggiunge peso al veicolo. Pertanto, la resistenza al rotolamento può essere calcolata.
R r l = f r l W {displaystyle R_{rl}=f_{rl}W,\\\!}
dove:
- W {displaystyle W\,\!}
= Peso del veicolo
- f r l {\i}{displaystyle f_{rl},\i}!}
{displaystyle f_{rl}\\\code(TM)}
= attrito volvente
Resistenza di gradoEdit
La resistenza di grado è la forma più semplice di resistenza. È la forza gravitazionale che agisce sul veicolo. Questa forza può non essere esattamente perpendicolare alla superficie della strada, specialmente in situazioni in cui è presente una pendenza. Quindi, la resistenza alla pendenza può essere calcolata con la seguente formula:
R g = W G {\displaystyle R_{g}=WG,\\\\i}
dove:
- W {displaystyle W\i,\i}
= Peso del veicolo
- G {displaystyle G\i}
= Grado (lunghezza/lunghezza)
Sforzo di trazioneModifica
Lo sforzo di trazione è la forza che permette al veicolo di muoversi in avanti, soggetto alle resistenze delle tre forze precedenti. La derivazione della formula deriva dalla comprensione delle forze e dei momenti che gravitano intorno ai vari pneumatici. Può essere riassunta in un semplice concetto, illustrato qui.
Per un’auto a trazione posteriore:
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}}},\\frac!}
Per un’auto a trazione anteriore:
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}},\\!}
dove:
- F m a x {\displaystyle F_{max},\i}!
{displaystyle F_{max}{8823>
= Maximum Tractive Effort
- μ {displaystyle \mu \mu,\mu!}
= Coefficiente di aderenza della strada
- W {displaystyle W\,\!}
= Peso del veicolo
- l r {displaystyle l_{r},\i}!}
{{displaystyle l_{r}{6016>
= Distanza dall’asse posteriore al centro di gravità del veicolo
- l f {\displaystyle l_{f},\\i}!}
= Distanza dall’asse anteriore al centro di gravità del veicolo
- f r l {\i}displaystyle f_{rl},\i}!}
{displaystyle f_{rl}{6743>
= Coefficiente di attrito volvente
- h {displaystyle h\\!}
= Altezza del centro di gravità sopra la superficie della carreggiata
- L {displaystyle L\code(TM)}
= Lunghezza del passo
Calcolo della pendenzaModifica
La maggior parte del lavoro che riguarda lo sforzo di trazione è orientato a determinare la pendenza ammissibile di una determinata strada. Con un certo tipo di veicolo noto che utilizza questa strada, la pendenza può essere facilmente calcolata. Usando l’equazione di equilibrio delle forze per lo sforzo di trazione, un valore per la pendenza può essere separato, producendo la formula seguente:
G = F t – F a – F r l W {\displaystyle G={\frac {F_{t}-F_{a}-F_{rl}}{W}},\frac}
