Trängkraft och motstånd är de två huvudkrafter som motsätter sig varandra och som bestämmer vägfordonens prestanda. Dragkraft är den kraft som utövas mot vägbanan för att ett fordon ska kunna röra sig framåt. Motstånd omfattar alla krafter som trycker tillbaka och hindrar rörelsen. Båda dessa är uttryckta i kraftenheter. Den allmänna formeln för detta beskrivs nedan:
F t = m a + R a + R a + R r l + R g {\displaystyle F_{t}=ma+R_{a}+R_{rl}+R_{g}\,\!}
Var:
- F t {\displaystyle F_{t}\,\!}
= Traktiv ansträngning
- m {\displaystyle m\,\!}
= Fordonsmassa
- a {\displaystyle a\,\!}
= Acceleration
- R a {\displaystyle R_{a}\,\!}
= Aerodynamiskt motstånd
- R r l {\displaystyle R_{rl}\,\!}
= Rullmotstånd
- R g {\displaystyle R_{g}\,\!}
= Gradmotstånd
Dessa komponenter diskuteras närmare i följande avsnitt.
Aerodynamiskt motståndRedigera
Aerodynamiskt motstånd är en kraft som produceras av turbulenta luftflöden runt fordonskarossen. Denna turbulens är beroende av fordonets form samt friktionen hos luften som passerar över fordonets yta. En liten del av detta motstånd kommer från luftflödet genom fordonskomponenter, t.ex. inomhusventilation. Detta motstånd kan uppskattas med hjälp av följande formel:
R a = ρ 2 A C D V 2 {\displaystyle R_{a}={\frac {\rho }{2}}}AC_{D}V^{2}\,\!}
Var:
- ρ {\displaystyle \rho \,\!}
= Lufttäthet
- A {\displaystyle A\,\!}
= Fordonets frontyta
- C D {\displaystyle C_{D}\,\!}
= Dragkoefficient
- V {\displaystyle V\,\!}
= Fordonets hastighet
Luftdensitet är en funktion av höjd och temperatur. Frontalarea och luftmotståndskoefficient är i allmänhet unika för varje fordon eller fordonstyp.
RullmotståndRedigera
Rullmotstånd orsakas av däckens interaktion med vägbanans yta. Det finns tre huvudorsaker som skapar detta motstånd. Den första är däckets och vägbanans styvhet. Den andra är däcktryck och temperatur. Den tredje orsaken är fordonets hastighet. Detta värde för rullfriktionen kan beräknas med hjälp av en mycket förenklad formel, som här anges i metriska mått. V {\displaystyle V}
är uttryckt i meter per sekund.
f r l = 0,01 ( 1 + V 44,73 ) {\displaystyle f_{rl}=0,01(1+{\frac {V}{44,73}})\,\!}
Motståndet som orsakas av denna friktion kommer att öka med ökad vikt på fordonet. Därför kan rullmotståndet beräknas.
R r l = f r l W {\displaystyle R_{rl}=f_{rl}W\,\!}
Var:
- W {\displaystyle W\,\!}
= Fordonsvikt
- f r l {\displaystyle f_{rl}\,\!}
= Rullfriktion
Grade ResistanceEdit
Grade resistance är den enklaste formen av motstånd. Det är gravitationskraften som verkar på fordonet. Denna kraft kanske inte är exakt vinkelrät mot vägytan, särskilt i situationer där det finns en lutning. Därför kan lutningsmotståndet beräknas enligt följande formel:
R g = W G {\displaystyle R_{g}=WG\,\!}
Var:
- W {\displaystyle W\,\!}
= Fordonsvikt
- G {\displaystyle G\,\!}
= Grad (längd/längd)
DragkraftRedigera
Tragkraft är den kraft som gör det möjligt för fordonet att röra sig framåt, med förbehåll för motståndet från de tre föregående krafterna. Formeln härstammar från förståelsen av de krafter och moment som på runt de olika däcken. Den kan sammanfattas i ett enkelt begrepp, som illustreras här:
För en bakhjulsdriven bil:
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}}}\,\!}
För en framhjulsdriven bil:
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}}\,\!}
Var:
- F m a x {\displaystyle F_{max}\,\!}
= Maximal dragkraft
- μ {\displaystyle \mu \,\!}
= Vägadhållningskoefficient
- W {\displaystyle W\,\!}
= Fordonsvikt
- l r {\displaystyle l_{r}\,\!}
= Avstånd från bakaxeln till fordonets tyngdpunkt
- l f {\displaystyle l_{f}\,\!}
= Avstånd från framaxeln till fordonets tyngdpunkt
- f r l {\displaystyle f_{rl}\,\!}
= Rullfriktionskoefficient
- h {\displaystyle h\,\!}
= Tyngdpunktens höjd över vägbanan
- L {\displaystyle L\,\!}
= Hjulbasens längd
Beräkning av lutningRedigera
Det mesta av det arbete som rör dragkraft är inriktat på att bestämma den tillåtna lutningen på en viss vägbana. Med en viss känd fordonstyp som använder vägen kan lutningen lätt beräknas. Med hjälp av kraftbalansekvationen för dragkraft kan ett värde för lutningen separeras, vilket ger följande formel:
G = F t – F a – F r l W {\displaystyle G={\frac {F_{t}-F_{a}-F_{rl}}{W}}\,\!}
