Siła pociągowa i opór to dwie główne siły, które przeciwstawiają się sobie i decydują o osiągach pojazdów drogowych. Siła ciągnąca to siła wywierana na powierzchnię jezdni, która umożliwia pojazdowi poruszanie się do przodu. Opór obejmuje wszystkie siły, które odpychają i utrudniają ruch. Obie te siły wyrażone są w jednostkach siły. Ogólny wzór na to jest przedstawiony poniżej:
F t = m a + R a + R r l + R g { {{t}=ma+R_{a}+R_{rl}+R_{g}} }
Where:
- F t {{displaystyle F_{t}},}
= Wysiłek trakcyjny
- m {{displaystyle m}}.
= Masa pojazdu
- a {{displaystyle a}}
= Przyspieszenie
- R a {displaystyle R_{a}},}
= Opór aerodynamiczny
- R r l { {displaystyle R_{rl}}}
= Opór toczenia
- R g {displaystyle R_{g}}}
= Opór toczenia
Składowe te są omówione bardziej szczegółowo w następujących rozdziałach.
Opór aerodynamicznyEdit
Opór aerodynamiczny jest siłą, która jest wytwarzana przez turbulentny przepływ powietrza wokół nadwozia pojazdu. Turbulencja ta zależy od kształtu pojazdu, jak również od tarcia powietrza przechodzącego nad powierzchnią pojazdu. Niewielka część tego oporu pochodzi z przepływu powietrza przez elementy pojazdu, takie jak wentylacja wnętrza. Opór ten można oszacować za pomocą następującego wzoru:
R a = ρ 2 A C D V 2 {{displaystyle R_{a}={{frac {{rho }{2}}AC_{D}V^{2}}}.
Gdzie:
- ρ {{displaystyle {rho }}.
= Gęstość powietrza
- A {{displaystyle ™rho ™}
= Powierzchnia czołowa pojazdu
- C D { {displaystyle C_{D}}}
= Współczynnik oporu
- V {{displaystyle V}}
= Prędkość pojazdu
Gęstość powietrza jest funkcją wysokości nad poziomem morza i temperatury. Powierzchnia czołowa i współczynnik oporu są na ogół unikatowe dla każdego pojazdu lub typu pojazdu.
Opór toczeniaEdit
Opór toczenia jest spowodowany interakcją opon z powierzchnią jezdni. Istnieją trzy główne przyczyny powstawania tego oporu. Pierwszą z nich jest sztywność opony i nawierzchni drogi. Drugą jest ciśnienie i temperatura w oponach. Trzecią jest prędkość jazdy pojazdu. Wartość tarcia tocznego można obliczyć z bardzo uproszczonego wzoru, podanego tutaj w układzie metrycznym. V {\i0}
jest w metrach na sekundę.
f r l = 0,01 ( 1 + V 44,73 ) {displaystyle f_{rl}=0,01(1+{frac {V}{44,73}})}
Opór spowodowany tym tarciem będzie wzrastał wraz ze zwiększaniem masy pojazdu. Dlatego też można obliczyć opór toczenia.
R r l = f r l W { {styl R_{rl}=f_{rl}W}}.
Gdzie:
- W {{displaystyle W},}
= Masa pojazdu
- f r l {{displaystyle f_{rl}}}
= Tarcie toczne
Opór gradientowyEdit
Opór gradientowy jest najprostszą formą oporu. Jest to siła grawitacyjna działająca na pojazd. Siła ta może nie być dokładnie prostopadła do powierzchni jezdni, zwłaszcza w sytuacjach, gdy występuje spadek. W związku z tym opór spadku można obliczyć według następującego wzoru:
R g = W G { {displaystyle R_{g}=WG} }
Gdzie:
- W {{displaystyle W{g}}}
= Masa pojazdu
- G {{displaystyle G}}
= Nachylenie (długość/długość)
Wysiłek pociągowyEdit
Wysiłek pociągowy to siła, która pozwala pojazdowi poruszać się do przodu, z zastrzeżeniem oporów poprzednich trzech sił. Pochodzenie wzoru pochodzi ze zrozumienia sił i momentów, które wokół różnych opon. Można go streścić w prostej koncepcji, zilustrowanej tutaj.
Dla samochodu z napędem na tylne koła:
F m a x = μ W ( l f – f r l h ) / L 1 – μ h / L { {frac {mu W(l_{f}-f_{rl}h)/L}{1- μ h/L}}}.
Dla samochodu z napędem na przednie koła:
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}}}}},^}.
Where:
- F m a x {{displaystyle F_{max}}},\}
= Maximum Tractive Effort
- μ {{displaystyle F_{max}}}
= Współczynnik przyczepności drogi
- W {{displaystyle W\u002600}
= Masa pojazdu
- l r {{displaystyle l_{r}}}
= Odległość od tylnej osi do środka ciężkości pojazdu
- l f {{displaystyle l_{f}}}}
= Odległość od osi przedniej do środka ciężkości pojazdu
- f r l {{displaystyle f_{rl}}}}
= Współczynnik tarcia tocznego
- h {{displaystyle h}}
= Wysokość środka ciężkości nad powierzchnią jezdni
- L {{displaystyle L,}
= Długość rozstawu osi
Grade ComputationEdit
Większość pracy związanej z siłą pociągową jest ukierunkowana na określenie dopuszczalnego nachylenia danej drogi. Przy pewnym znanym typie pojazdu korzystającym z tej drogi, nachylenie może być łatwo obliczone. Korzystając z równania równowagi sił dla siły pociągowej, można wyodrębnić wartość pochylenia, otrzymując poniższy wzór:
G = F t – F a – F r l W {{displaystyle G={frac {F_{t}-F_{a}-F_{rl}}{W}}}.
.