Oporami ruchu nazywamy wszystkie siły działające na pojazd będący w ruchu, przeciwdziałające temu ruchowi.
Do oporów ruchu zaliczamy następujące siły:
- Opory toczenia
- Opory aerodynamiczne (powietrza)
- Opory wzniesienia
- Opory bezwładności
Opory wynikające z warunków drogowych nazywamy oporami drogowymi i należą do nich opór toczenia i wzniesienia.
Opory toczenia.
Opory toczenia Ft są następstwem współpracy ogumionych kół samochodu z nawierzchnią drogi i zależą od siły ciężkości G samochodu i współczynnika oporów toczenia ft:
Na wartość współczynnika oporów toczenia ma wpływ wiele czynników, z których najważniejsze to:
- stan i rodzaj nawierzchni drogi,
- konstrukcja i wymiary ogumienia,
- ciśnienie w ogumieniu.
Trochę teorii:
Współpraca ogumionego koła z nawierzchnią drogi jest zjawiskiem bardzo złożonym, przede wszystkim ze wględu na odkształcanie się opony pod wpływem sił zewnętrznych.
Analizując współpracę koła z nawierzchnią możemy stwierdzić, że wskutek nierównomiernego rozkładu nacisków na powierzchni styku opony z nawierzchnią jezdni reakcja pionowa przesuwa się o wielkość „e”. Stosunek wielkości przesunięcia „e” i promienia dynamicznego „rd” nazywamy współczynnikiem oporów toczenia.
Promień dynamiczny koła jest to promień koła będącego w ruchu i ma on wartość nieco większą niż promień statyczny dla pojazdu nieporuszającego się.
Z praktyki:
Ze względu na wzrost oporów toczenia przy zbyt niskim ciśnieniu w oguminiu, należy bezwzględnie pamiętać o okresowej kontroli ciśnienia. Skutkiem długotrwałej jazdy ze zbyt niskim ciśnieniem jest wzrost zużycia paliwa i niewłaściwe zużywanie bieżnika opony.
Opory wzniesienia.
Jak sama nazwa wskazuje – opory wzniesienia występują w czasie poruszania się po górkę. Za powstanie tego oporu odpowiada omawiana w poprzednim rozdziale składowa siły ciężkości, która jest równoległa do jezdni i skierowana w dół.
Co oczywiste, im większe nachylenie drogi tym większy opór. Gdy poruszamy sie po terenie płaskim wówczas opór wzniesienia nie występuje (bo sin0o=0).
W praktyce naychlenie drogi podaje się w procentach. Przyjmuje się, że nachylenie 100%=45o
Opory aerodynamiczne.
Opór powietrza związany jest z poruszaniem się pojazdu w środowisku gazowym (atmosferze). Wynika z parcia powietrza na powierzchnie nadwozia samochodu.
Decydujące znaczenie dla wartości oporu powietrza ma prędkość pojazdu. Przy prędkościach rzędu kilku czy kilkunastu km/h opór powietrza jest niewielki i nie ma istotnego wpływu na poruszający się pojazd. Sytuacja zmienia się gdy prędkość wzrasta – wówczas gwałtownie rośnie opór aerodynamiczny znacząco utrudniając pouruszanie się pojazdu.
Ponieważ gęstość powietrza zmienia się w stosunkowo niewielkim zakresie (zależnie od temperatury i ciśnienia) powyższy wzór można przekształcić do postaci:
Fp= 0,047 ⋅ v2⋅ A ⋅ Cx
zakładając, że gęstość ρ=1,293 [kg/m3] w temperaturze T= 273 [K] i ciśnieniu p=0,1 [MPa] oraz podstawiając prędkość w [km/h], a powierzchnię czołową w [m2].
Im większa powierzchnia czołowa tym większy opór, dlatego ten parametr ma szczególne znaczenie w przypadku autobusów i samochodów ciężarowych.
Współczynnik Cx zależny od kształtu nadwozia charakteryzuje „opływowość” nadwozia. Im bardziej opływowe tym niższy Cx, a zatem również niższa wartość oporów powietrza.
W pojazdach samochodowych wartość Cx wynika najczęściej z kompromisu pomiędzy możliwie małym współczynnikiem, a funkcjonalnością i wymiarami nadwozia.
Więcej informacji na temat aerodynamiki pojazdów znajdziecie w zakładce dotyczącej aerodynamiki nadwozi samochodowych.
Opory bezwładności.
Opory bezwładności przeciwdziałają zmianom prędkości ruchu – występują przy przyspieszaniu (a) lub hamowaniu (opóźnianiu, przyspieszaniu ujemnym -a). Opór bezwładności zależy od iloczynu masy pojazdu i przyspieszenia.
We wzorze uwzględnia się także bezwładność wszystkich wirujących mas pojazdu (np. wału napędowego, kół) w postaci bezwymiarowego współczynnika mas wirujących.
Szczególnie niebezpieczna jest bezwładność pojazdu w czasie hamowania, która „pcha” samochód do przodu wydłużając drogę hamowania.
Opór bezwładności może być przyczyną utraty przyczepności kół pojazdu, a także niekontrolowanego przemieszczania się obiektów wewnątrz samochodu. Z tego względu należy pamiętać o zapinaniu pasów bezpieczeństwa i właściwym zabezpieczeniu przewożonych towarów.
Siła odśrodkowa
Siła odśrodkowa (bo trudno ją nazwać oporem) występuje w czasie jazdy po torze krzywoliniowym. Ruch po torze krzywoliniowym można rozpatrywać jako ruch po okręgu – zakładając że każda krzywa jest zbiorem wycinków okręgów. Siła odśrodkowa działa w kierunku na zewnątrz zakrętu i powoduje „wypychanie” pojazdu z toru jazdy.
Wartość siły zależy od masy pojazdu, jego prędkości i promienia zakrętu. Im wyższa prędkość pojazdu tym większa siła odśrodkowa, zwiększenie promienia łuku drogi powoduje zmniejszenie siły odśrodkowej. Ponieważ prędkość występuje „w kwadracie” to ona ma największy wpływ na wartość siły odśrodkowej.
Siła odśrodkowa może spowodować poślizg lub wywrócenie się pojazdu.
Konstruktorzy w różny sposób radzą sobie z ograniczaniem wpływu siły odśrodkowej m.in. poprzez obniżanie środka ciężkości, zwiększenie rozstawu kół oraz odpowiednią konstrukcję zawieszenia. Również drogowcy budując łagodne i odpowiednio wyprofilowane zakręty mają istotny wpływ na zmniejszenie wartości siły odśrodkowej.
Od kilkunastu lat w większości samochodów stosuje się różnego typu systemy wspomagające (np. ESP, ABS, BAS itp.), których celem jest ograniczenie wpływu „niepożądanych” sił na bezpieczeństwo jazdy. Należy bezwzględnie podkreślić, że wszystkie te systemy ograniczają wpływ tych sił, ale nie eliminują ich występowania. Niestety, praw fizyki nie da się oszukać i przy przekroczeniu pewnych granicznych wartości nawet najlepszy układ elektroniczny nie zadziała prawidłowo.