Сопротивление качению

Другой значимой силой сопротивления движению транспортного средства по горизонтальной поверхности является сопротивление качению шин. На низких скоростях и твёрдом покрытии сопротивление качению является основной силой сопротивления движению. В самом деле, аэродинамическое сопротивление становится равным сопротивлению качения только при скоростях 50 - 60 миль/ч. При движении вне дороги по горизонтальной поверхности сопротивление качению является единственным значимой препятствующей движению силой.

В то время, как другие силы сопротивления действуют только при определённых условиях движения, сопротивление качению присутствует с момента начала вращения колеса. Кроме того, сопротивление качению имеет ещё одно нежелательное свойство - большая часть энергии, расходуемая в катящемся колесе, преобразуется в тепло внутри шины. Последующее повышение температуры снижает как стойкость к истиранию, так и усталостную прочность материала шин при изгибе, и может стать ограничивающим фактором характеристик шины.

Есть, по крайней мере, семь механизмов, ответственных за сопротивление качению:

1) Потери энергии из-за прогиба боковины шины вблизи области контакта

2) Потери энергии из-за прогиба элементов протектора

3) Трение сдвига в пятне контакта

4) Скольжение шины в продольном и поперечном направлениях

5) Прогиб поверхности дороги

6) Аэродинамическое сопротивление внутри и снаружи шины

7) Потери энергии на удары

Рассматривая транспортное средство в целом, общее сопротивление качению является суммой сопротивлений от всех колёс:

Rx = Rxf + Rxr = fr W

(4-12)

где:

Rxf = Сопротивление качению передних колёс

Rxr = Сопротивление качению задних колёс

fr = Коэффициент сопротивления качению

W = Вес транспортного средства

Для теоретически правильных расчётов используется динамический вес транспортного средства, включающий эффекты ускорения, силы буксировки прицепа и вертикальную составляющую сопротивления воздуха. Тем не менее, для оценки характеристик транспортного средства такое изменение величины динамического веса усложняет расчёты, не давая значительного улучшения точности. Более того, динамический перенос веса между осями оказывает минимальное влияние на общее сопротивление качению (аэродинамическая подъёмная сила незначительна). По этим причинам в большинстве случаев для расчёта сопротивления качения использование статического веса автомобиля даёт достаточно точный результат.

Все эти соображения относятся в строгом смысле только для прямолинейного движения. Для автомобилей, которые подвергаются боковым силам (на поворотах или из-за аэродинамической нагрузки), направление сопротивления качению меняет направление от направления фактического движения, и тяговое усилие должно преодолеть равнодействующий вектор боковой силы и сопротивления качению.