Dinamika vozila (10): otpori vožnje, kako nastaju, što ih povećava?

Pogon automobila (benzinski, dizelski, hibridni, električni) mora svladati otpore vožnje i osigurati potrebnu brzinu vožnje u konkretnim uvjetima…

Na automobil u vožnji djeluju:

a) vanjske sile, odnosno otpori vožnje (kotrljanja, zraka, svladavanja uspona, ubrzanja)
b) unutarnje sile, prvenstveno nastale otporima u prijenosu snage (transmisiji)

U vožnji automobil najprije treba svladati ukupne sile, koje u normalnim uvjetima iznose 7 do 12 posto ukupnih (kod terenaca, uz uključen dodatni reduktor i 20 posto), a s ostatkom svladava vanjske sile..

Otpor kotrljanja nije vezan za otpore u ležajevima kotača, jer oni iznose samo 1 posto otpora kotrljanja. Riječ je o energetskim gubicima uslijed deformacijama na kontaktnom mjestu kotača i podloge.

Kod automobila to se prvenstveno odnosi na model tvrda podloga – mekani kotač, a kod terenaca je model mekana podloga – tvrdi kotač, koji je prvenstveno mjerodavan kod terenaca, traktora, vojnih vozila…

Što se događa na usponu, odnosno kosini , kad logično ne treba tražiti da vozilo ubrzava niti postiže najveću brzinu?

Na kosini se ukupna težina automobila, u N (njutnima, a ne kilogramima!) razdvaja na komponentu okomitu na (nagnutu) podlogu, koja umnoškom s faktorom kotrljanja stvara otpor kotrljanja, i komponentu paralelnu s (nagnutom) podlogom, koja je otpor penjanja.

Komponenta koja stvara otpor kotrljanja (množenjem s faktorom kotrljanja), okomita na nagnutu cestu, jednaka je umnošku težine i cosinusa kuta uzdužnog nagiba ceste, odnosno kuta penjanja.

Kako se kut penjanja povećava, cosinus se smanjuje (na 0 stupnjeva iznosi 1, pa se do 90 stupnjeva smanjuje na nulu), s povećanjem kuta penjanja proporcionalno se smanjuje otpor kotrljanja (logično, kad bi se automobil penjao vertikalno, otpor kotrljanja bio bi nula, jer ne bi bilo sile pritiska na uspravnu podlogu).

Komponenta koja stvara otpor penjanja, paralelna s nagnutom cestom, jednaka je umnošku težine automobila i sinusa kuta uzdužnog nagiba ceste (kuta penjanja).

Kako se kut penjanja povećava, sinus se povećava (na 0 stupnjeva iznosi 0, pa nema otpora penjanja, a do 90 stupnjeva raste do 1), s povećanjem nagiba proporcionalno se povećava otpor penjanja (logično, kad bi se automobil penjao vertikalno, otpor penjanja bio bi jedan puta težina automobila (vučna sila bila bi jednaka težini).

Otpor ubrzanja je u vožnji, pogotovo sportskoj, dinamičnoj, dominantan. Zbog toga se u sportskoj vožnji znatno povećava potrošnja goriva.

Po 2. Newtonovom zakonu sila u N (njutnima) jednaka je umnošku mase u kg (kilogramima) i ubrzanja u m/s2 (metrima u sekundi na kvadrat).

Dakle, kako bi se proizvelo određeno ubrzanje (a), treba djelovati aktivna sila (dio vučne sile na kotačima), jednaka umnošku ostvarenog ubrzanja i mase automobila.

Toj aktivnoj sili, sada po 3. Newtonovom zakonu, suprotstavlja se reaktivna – inercijska sila, istog iznosa, ali suprotnog smjera. Otpor ubrzanja!

No, kod automobila to je samo prvi dio otpora ubrzanja. Za razliku od ovog prvog, vanjskog dijela otpora ubrzanja, postoji i drugi, unutarnji, posljedice momenata inercije svih dijelova u rotaciji, koljenastog vratila (radilice), zamašnjaka, spojke, pogonskih vratila…

Što je veći stupanj redukcije u prijenosu snage, ti su otpori veći. Zbog toga veliki kamioni, tegljači, autobusi, pogotovo stariji, kod kojih je zbog razmjerno manje snage bio potreban veći prijenosni omjer (stupanj redukcije), brže ubrzavaju ako startaju u drugom, nego prvom stupnju!

Ovo je kompleksna problematika, koju ćemo temeljito (a ipak razumljivo za sve) razjasniti u jednom od sljedećih članaka.

Zbog toga se, u proračunima, odnosno procjenama otpora ubrzanja, uzima proračunska masa, zbroj primarne (realne mase vozila) i sekundarne (fiktivne), koja se dodaje kako bi se ekvivalentno i jednostavnije, po 2. Newtonovom zakonu, izračunao ukupni otpor ubrzanja.

ZAKLJUČAK

1. Na izlaznom vratilu motora, odnosno radilici, nastaje efektivna snaga, umnožak kutne brzine (omega) i okretnog momenta. Taj se okretni moment šalje na kotače.

2. Pritom se, u mehanizmu prijenosa snage, okretni moment motora množi s ukupnim prijenosnim omjerom, umnoškom prijenosnog omjera u konkretnom stupnju mjenjača i prijenosnog omjera u završnom reduktoru (uz diferencijal).

3. Ali, ne može se računati s momentom nastalim množenjem okretnog momenta motora s cijelim tim umnoškom. Moramo, naime, ‘platiti mehanički PDV’ – odnosno od toga oduzeti iznos unutarnjih mehaničkih gubitaka u prijenosu snage.

4. Tek tada taj se netto okretni moment na kotačima dijeli se s promjerom kotača (i to dinamičkim) i nastaje vučna sila u N (njutnima).
E, ta vučna sila mora svladati otpore vožnje, odnosno, u ravnoteži je s njima.

U sljedećem ćemo nastavku to objasniti detaljnije i konkretno za jedan benzinski i jedan dizelski automobil…

Dinamika vozila (1): Što se događa u tri glavne osi (x, y, z)?

Dinamike vozila (2): Otpor kotrljanja kotača: kako nastaje, o čemu ovisi, na što utječe?

Dinamika vozila (3): ASR, ASC+T, Traction Control

Dinamika vozila (4): Krug trenja (elipsa), temelj prianjanja, voznih svojstava i stabilnosti

Dinamika vozila (5): Upravljački trapez, što je to, čemu služi?

Dinamika vozila (6): Upravljačke značajke, podupravljivost, preupravljivost, neutralnost

Dinamika vozila (7): Upravljanje pomoću četiri kotača, 4 Wheel Steering (4WS)

Dinamika vozila (8): Test izbjegavanja losa

Dinamika vozila (9): otpori vožnje, temelj za performanse i štedljivost…

Autor je 1997., na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu, doktorirao iz područja dinamike vozila (Vehicle Dynamics), s naglaskom na utjecaj sustava upravljanja na dinamičku stabilnost automobila. Istraživanja iz tog područja nastavio je postdoktorskim programom, sljedeće tri godine, u Fordovom razvojnom centru John Andrews u Kölnu i testnom poligonu Lommel Proving Ground u Belgiji. To je zaključio koautorstvima u stručnim knjigama Subjektive Fahreindrücke sichtbar machen I i Subjektive Fahreindrücke sichtbar machen II.


Komentari

loading...