Коэффициент сопротивления качению автомобиля

Что такое сопротивление качению шины?

Что такое сопротивление качению шины?
Все про сопротивление качению шин, топливная экономичность резины

Сопротивление качению — это совокупность сил, которые воздействуют на шину и препятствуют её свободному движению вперёд. На его преодоление необходима дополнительная энергия, поэтому 5-15% топлива автомобиль расходует лишь на то, чтобы просто катиться вперёд.

Чтобы понять как это работает на практике, представьте: вы разгоняете автомобиль, затем отпускаете педаль газа и просто катитесь вперёд. Спустя какое-то время машина останавливается. На одних шинах это произойдет через 15 метров, на других через 18м, на третьих через 20м. Шины, которые проедут дальше всех, обладают самым низким сопротивлением качению и лучшей топливной экономичностью. Класс экономичности обычно указан на этикетке шины и обозначается латинскими буквами от A до G, где A — лучшая экономичность, G — худшая.

Разберём, что влияет на экономичность шины и производители работают над её улучшением.

Содержание
От чего зависит сопротивление качению шины
Как производители снижают сопротивление качению
У топливоэкономичных шин худшее сцепление с дорогой?
От чего зависит сопротивление качению шины
Есть два основных фактора, которые влияют на сопротивление качению покрышки:

Во время движения боковины и блоки протектора постоянно деформируются и возвращаются в исходное положение. На такие короткие, но регулярные циклы приходится до 90% потери энергии.
Также на шину также воздействует аэродинамическое сопротивление, которое отнимает ещё от 0 до 15% энергии.
Как производители снижают сопротивление качению
Изменение практически каждого элемента шины имеет потенциал к повышению её топливной экономичности. Вот что делают производители:

Облегчают массу шины, без ущерба для её прочности.
Уменьшают высоту протектора, чтобы снизить деформации блоков во время движения. Но при этом важно сохранить устойчивость шины к аквапланированию и её ресурс.
Оптимизируют боковину, расположение и форму блоков протектора таким образом, чтобы они меньше деформировались при езде.
Улучшают состав резиновой смеси за счет специальных добавок и соединений, которые снижают нагрев покрышки и её силу трения.
Оптимизируют рисунок протектора, чтобы ему оказывалось меньшее аэродинамическое сопротивление.
У топливоэкономичных шин худшее сцепление с дорогой?
Есть мнение, что высокая топливная экономичность шины вредит её тормозным качества. Ведь с одной стороны покрышка должна испытывать меньшую силу трения, чтобы легко катиться и потреблять меньше топлива. С другой стороны, сила трения должна быть большой, чтобы у шины было надежное сцепление с асфальтом. Это подтверждают и многие тесты, в которых «зелёные» шины занимают первые места по расходу топлива, но слабо тормозят на асфальте.

Это справедливо лишь в отношении дешевых шин или старых моделей. Ежегодно компании вроде Michelin, Continental, Goodyear и другие премиум-производители вкладывают огромные деньги в разработку новых шин. Современные материалы и технологии моделирования позволяют выпускать максимально сбалансированные покрышки, которые обладают высокой топливной экономичностью и отличными сцепными качествам. Но и являются такие шины самыми дорогими в своём классе.

Источник

Сопротивление качению

Сопротивление качению зависит от массы автомобиля и коэффициента трения качения. Масса автомобиля при этом оказывает первостепенное влияние на величину сопротивления качению. Большая масса проявляется неблагоприятно в любом случае, если мы стремимся к экономии энергии, то уменьшение массы автомобиля является одной из первостепенных задач.

Масса проявляется в виде силы, прижимающей автомобиль к земле. Передвижению препятствует сила, которая зависит от коэффициента трения качения между автомобилем и поверхностью дороги. Здесь имеется возможность экономить определенную энергию. Сила сопротивления качению автомобиля P_f рассчитывается по формуле

где Q – нормальная нагрузка; f – коэффициент трения качения.

Коэффициент сопротивления качению

Значения коэффициента трения качения f для различных движителей

Покрытие	Значение f
Колесо с шиной
Асфальтобетон	0,01
Бетон, мелкая брусчатка	0,015
Гравийное укатанное с дёгтевой пропиткой	0,02
Щебёночное	0,025
Грунтовое укатанное	0,05
Грунтовое размокшее	0,1
Пахота	0,15-0,35
Гусеничный движитель
Пахота	0,07-0,15
Укатанный снег	0,15
Рыхлый снег	0,3
Стальное колесо на рельсе	0,001-0,002
Примечание. Значения первых семи коэффициентов зависят также от давления в шине и ее типа, о чем будет сказано ниже.

В приближенных расчетах можно допускать, что коэффициент сопротивления качению с изменением скорости автомобиля не меняется. Наименьшее сопротивление качению имеет стальное колесо на рельсе, наибольшее – гусеничный движитель на рыхлом снегу. Чем меньше деформация поверхности, тем меньше сопротивление качению.

Сопротивление качению на неровной дороге

При движении по неровной дороге сопротивление качению зависит от жесткости амортизирующего элемента.

Наезд колеса на препятствие

Время подъема определяется скоростью автомобиля, а форма препятствия определяет процесс изменения скорости и ускорения. На вершине твердого препятствия скорость массы М не будет равна нулю, и колесо отскочит от препятствия. Однако гравитационная сила остановит массу М и вернет ее на землю путем свободного падения. Энергия горизонтальной силы Н будет затрачена на перемещение колеса на высоту препятствия, но при отскоке колеса эта сила уже не действует и, следовательно, не влияет на увеличение сопротивления качению автомобиля [2].

Сопротивление качению на деформируемом покрытии

На дороге с хорошим покрытием действует правило: жесткое колесо на твердом, малодеформируемом покрытии обеспечивает наименьшие потери, обусловленные сопротивлением качению. Если неровности имеют большой размер, то увеличение жесткости колеса и амортизирующих элементов вызывает рост сопротивления качению. В этом случае выгодным является использование мягкой шины больших размеров и нежестких амортизаторов. Шина больших размеров с мягкой боковой поверхностью и низким давлением сама амортизирует мелкие неровности, так что и неподрессоренная масса будет испытывать колебания весьма малой амплитуды, которые хорошо гасятся мягкой подвеской. Небольшое давление в шине увеличивает площадь ее контакта с поверхностью дороги, что уменьшает глубину погружения колеса в мягкое покрытие и соответственно образует колею меньшей глубины.

Коэффициент трения качения жёсткого колеса на деформируемом покрытии имеет иной характер, чем на твердой поверхности, и определяется по формуле

где h – глубина погружения колеса в покрытие, мм; D – диаметр колеса, мм.

В этом случае давление воздуха в шине может влиять противоположно тому, как это имеет место на твердом покрытии, поскольку из-за малого погружения колеса в покрытие при низком давлении в шине коэффициент сопротивления качению будет меньше, чем при высоком. После того как автомобиль с такими шинами выйдет с бездорожья на шоссе, в них необходимо увеличить давление, иначе боковые поверхности шин при большом прогибе будут сильно разогреваться. На некоторых автомобилях используется специальное оборудование, позволяющее изменять давление в шинах, не прекращая движения.

Читайте также

«Ford Focus Electric» практически не отличить от бензиновой версии. Одно незначительное (но чертовски крутое) изменение в кузове «Focus» — это голубой индикатор, который окружает заправочную дверцу на левой стороне.

Большая статья о наддуве и турбонаддуве двигателя, о принципе действия и конструкции различных нагнетателей.

Сноски

Комментарии

Спасибо!Ваша информация очень помогла.

Источник

Коэффициент сопротивления качению

Рис 3.15. Зависимости коэффициента сопротивления качению от

скорости движения (а), давления воздуха в шине (б) и момента,

передаваемого через колесо (в)

Рассмотрим влияние различных факторов на коэффициент со­противления качению.

Скорость движения.При изменении скорости движения в ин­тервале 0. 50 км/ч коэффициент сопротивления качению изме­няется незначительно и его можно считать постоянным в указан­ном диапазоне скоростей.

При повышении скорости движения за пределами указанного интервала коэффициент сопротивления качению существенно уве­личивается (рис. 3.15, а)вследствие возрастания потерь энергии в шине на трение.

Коэффициент сопротивления качению в зависимости от ско­рости движения можно приближенно рассчитать по формуле

где v — скорость автомобиля, км/ч.

Тип и состояние покрытия дороги.На дорогах с твердым по­крытием сопротивление качению обусловлено главным образом деформациями шины.

При увеличении числа дорожных неровностей коэффициент сопротивления качению возрастает.

На деформируемых дорогах коэффициент сопротивления ка­чению определяется деформациями шины и дороги. В этом случае он зависит не только от типа шины, но и от глубины образую­щейся колеи и состояния грунта.

Значения коэффициента сопротивления качению при рекомен­дуемых уровнях давления воздуха и нагрузки на шину и средней скорости движения на различных дорогах приведены ниже:

Асфальто- и цементобетонное шоссе:

в хорошем состоянии. 0,007. 0,015

в удовлетворительном состоянии. 0,015. 0,02

Гравийная дорога в хорошем состоянии. 0,02. 0,025

Булыжная дорога в хорошем состоянии. 0,025. 0,03

Грунтовая дорога сухая, укатанная. 0,025. 0,03

Обледенелая дорога, лед. 0,015. 0,03

Укатанная снежная дорога. 0,03. 0,05

Тип шины.Коэффициент сопротивления качению во многом зависит от рисунка протектора, его износа, конструкции каркаса и качества материала шины. Изношенность протектора, уменьше­ние числа слоев корда и улучшение качества материала приводят к падению коэффициента сопротивления качению вследствие снижения потерь энергии в шине.

Давление воздуха в шине.На дорогах с твердым покрытием при уменьшении давления воздуха в шине коэффициент сопро­тивления качению повышается (рис. 3.15, б). На деформируемых дорогах при снижении давления воздуха в шине уменьшается глу­бина колеи, но возрастают потери на внутреннее трение в шине. Поэтому для каждого типа дороги рекомендуется определенное давление воздуха в шине, при котором коэффициент сопротивле­ния качению имеет минимальное значение.

Нагрузка на колесо.При увеличении вертикальной нагрузки на колесо коэффициент сопротивления качению существенно возрастает на деформируемых дорогах и незначительно — на до­рогах с твердым покрытием.

Момент, передаваемый через колесо.При передаче момента через колесо коэффициент сопротивления качению возрастает (рис. 3.15, в)вследствие потерь на проскальзывание шины в месте ее контакта с дорогой. Для ведущих колес значение коэффициента сопротивления качению на 10. 15 % больше, чем для ведомых.

Коэффициент сопротивления качению оказывает существен­ное влияние на расход топлива и, следовательно, на топливную экономичность автомобиля. Исследования показали, что даже не­большое уменьшение этого коэффициента обеспечивает ощути­мую экономию топлива. Поэтому неслучайно стремление конст­рукторов и исследователей создать такие шины, при использова­нии которых коэффициент сопротивления качению будет незна­чительным, но это весьма сложная проблема.

Сила сопротивления подъему

Вес автомобиля, который движется на подъеме, можно разло­жить на две составляющие (см. рис. 3.12): параллельную и перпен­дикулярную поверхности дороги. Составляющая силы тяжести, параллельная поверхности дороги, представляет собой силу со­противления подъему, Н:

где G — вес автомобиля, Н; α — угол подъема, °.

Рис. 3.16. Зависимости силы сопро­тивления подъему Р_пи мощности N_п, необходимой для его преодоле­ния, от скорости автомобиля

В качестве характеристики кру­тизны подъема наряду с углом α используют величину i, называе­мую уклоном и равную i = Н_п/B_п , где Н_п — высота подъема; В_п — длина его проекции на горизон­тальную плоскость. Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сто­рону движения, так и против него. В процессе подъема она дей­ствует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направлен­ная в сторону движения, становится движущей.

Зная силу сопротивления подъему, можно определить мощ­ность, кВт, необходимую для преодоления этого сопротивления:

,

где v — скорость автомобиля, м/с.

Зависимости силы сопротивления подъему Р_пи мощности N_п,необходимой для преодоления этого сопротивления, от скорости автомобиля v приведены на рис. 3.16.

Сила сопротивления дороги

Сила сопротивления дороги представляет собой сумму сил со­противления качению и сопротивления подъему:

Выражение в скобках, характеризующее дорогу в общем слу­чае, называется коэффициентом сопротивления дороги:

При малых углах подъема (не превышающих 5°), характерных для большинства автомобильных дорог с твердым покрытием, ко­эффициент сопротивления дороги

Сила сопротивления дороги в этом случае

Зная силу сопротивления доро­ги, можно определить мощность, кВт, необходимую для его преодо­ления:

,

где скорость автомобиля v выражена в м/с, вес G – в Н, мощ­ность N_д — в кВт.

Зависимости силы сопротивления дороги Р_ди мощности N_д, затрачиваемой на его преодоление, от скорости автомобиля v представлены на рис. 3.17.

Сила сопротивления воздуха

При движении действие силы сопротивления воздуха обуслов­лено перемещением частиц воздуха и их трением о поверхность автомобиля. Если он движется при отсутствии ветра, то сила со­противления воздуха, Н:

тогда как при наличии ветра

где k_в — коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент об­текаемости), Н·с 2 /м 4 ; F_a— лобовая площадь автомобиля, м 2 ; v — скорость автомобиля, м/с; v_в — скорость ветра, м/с (знак «+» со­ответствует встречному ветру, знак «–» — попутному).

Коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества поверхности автомобиля, определяется эксперимен­тально при продувке в аэродинамической трубе.

Рис. 3.18. Площади лобового сопротивления легкового (а) и грузового

чом и прицепами. При этом каждый прицеп вызывает увеличение коэффициента k_вв среднем на 15. 25 %.

F_a= BH_a— для грузовых автомобилей и автобусов;

где В — колея колес автомобиля, м; Н_а — наибольшая высота автомобиля, м; В_а — наибольшая ширина автомобиля, м.

Мощность, кВт, затрачиваемая на преодоление сопротивле­ния воздуха:

– при отсутствии ветра;

– при отсутствии ветра.

Зависимости силы сопротивления воздуха Р_ви мощности N_в,необхо­димой для преодоления этого сопро­тивления, от скорости автомобиля v приведены на рис. 3.19.

Сила сопротивления разгону

Сила сопротивления разгону воз­никает вследствие затрат энергии на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии, а также колес при движении автомобиля с ускорением.

Сила сопротивления разгону, Н:

,

Мощность, кВт, затрачиваемая на разгон:

Зависимости силы сопротивления разгону Р_ии мощности N_и,необходимой для преодоления этого сопротивления, от скорости автомобиля v представлены на рис. 3.20.

Источник

К вопросу об определении коэффициента сопротивления качению

Технические науки

Похожие материалы

При изучении тягово-скоростных свойств автомобиля рассматривается сила сопротивления качению, которая, в зависимости от условий и режима движения, не остается постоянной.

Практически во всех работах отмечается, что сопротивление качению зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов: конструкции шины, давления и ней воздуха, температуры, нагрузки и передаваемого шиной момента, скорости движения автомобиля, состояния дорожной поверхности. Колеса автомобиля работают в различных условиях: разная нагрузка, передаваемый момент, состояние опорной поверхности. Так как невозможно учесть особенности работы каждого колеса, используют осредненные значения коэффициентов сопротивления качению, а общую силу сопротивления качению автомобиля определяют по выражению:

где Gf — вес автомобиля (сила тяжести), f — коэффициент сопротивления качению.

В наибольшей степени коэффициент сопротивления качению зависит от таких конструктивных параметров шин, как число слоев и расположение нитей корда, толщина и состояние протектора. Уменьшение числа слоев корда, толщины протектора, применение синтетических материалов с малыми гистерезисными потерями способствуют снижению сопротивления качению. В зависимости от конструкции шины и давления воздуха в ней коэффициент сопротивления качению меняется довольно значительных пределах (2,5 — 4,5 раза) [6].

При движении автомобиля до скорости до 60 — 80 км/ч [1] сопротивление качению можно считать постоянным. Интенсивное увеличение сопротивления качению наблюдается при скорости свыше 100 км/ч. Объясняется это увеличением затрат энергии при ударах и колебательных процессах, происходящих в шине при высоких скоростях движения. Предложено несколько эмпирических зависимостей для определения коэффициента сопротивления качению при высокой скорости движения:

Для различных дорожных условий приводятся рекомендуемые для расчетов экспериментально определенные значения коэффициентов сопротивления качению [3,5,6]. Однако объективная характеристика этих условий, как правило, не приводится или представлена в общем виде типа — хорошем, удовлетворительном состоянии.

Конструктивные характеристики пневматической шины, особенности конструкции ходовой части автомобиля и состояние опорной поверхности — это основные факторы, влияющие на величину сопротивления движению. Исходя из этого, следует подходить к выбору аналитической зависимости по определению коэффициента сопротивления качению.

Сложная зависимость между всеми факторам, влияющими на величину коэффициента сопротивления качению, не позволяет получить точного аналитического расчета. Поэтому его определение почти полностью основывается на экспериментальных данных.

На дорогах с твердой опорной поверхностью сопротивление качению во многом зависит от размеров и характера неровностей дороги, которые приводят к повышенной деформации шин и подвески и, как следствие, к дополнительным затратам энергии.

Дорожное покрытие не является абсолютно ровным даже после сдачи дороги в эксплуатацию. Под действием динамических нагрузок от движущихся транспортных средств неровности быстро увеличиваются, создавая дополнительное сопротивление движению. Так, например, мощность, затрачиваемая на колебания автомобиля, может доходить до 15 л. с. [3].

Аналитическая зависимость определения коэффициента сопротивления качению с учетом ровности опорной поверхности предложена А.К. Бируля

f =0,01+\lambda _<\Pi>\cdot S\cdot V_^<2>\cdot 10^

где λ_п — коэффициент, зависящий от конструкции ходовой части автомобиля (легковой — 4,0, грузовой — 5,5); S — показатель ровности покрытия; Va — скорость движения автомобиля, км/ч.

Показатель ровности s приводится для трех типов покрытия (асфальто- и цементно-бетонные, щебеночное и гравийное, булыжное) в отличном, хорошем и неудовлетворительном состояниях.

В настоящее время для оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорожного покрытия используется методика инструментальных обследований с использованием передвижной дорожной лаборатории КП-514 МП. Подвижная лаборатория выпускается Саратовским НПЦ «Росдортех» на базе автомобиля ГАЗ-33021 «Газель» и комплектуется:

Прицепное устройство ПКРС-2У позволяет выполнять измерение неровностей дорожного покрытия, основанное на определении вертикальных перемещений колесного узла относительно инерционной массы приора, движущегося с постоянной скоростью 50 км/ч. Показания датчика ровности обрабатываются в ЭВМ и регистрируются в виде показателя ровности «сантиметры на километр пройденного пути». Этот показатель может вычисляться на участке с заданным шагом (5, 10, 20….100) метров, в зависимости от целей измерения. Таким образом, каждый обследуемый километровый участок дороги может содержать информацию от 10 до 200 значений, привязанных к определенной контрольной отметке.

На обследованных дорогах различной категории и состояния могут быть выделены участки с однородным состоянием ровности дорожного полотна, с известным продольным и поперечным уклонами, которые могут быть использованы для экспериментального определения величины коэффициента сопротивления качению.

Экспериментальное определение коэффициента сопротивления качению с учетом конструктивных особенностей шин, конструкции ходовой части автомобиля и режима движения, следует считать метод выбега с установившейся скорости, поскольку он наиболее информативен и не требует сложных измерительно-регистрирующих приборов.

Список литературы

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник