Заморочившись решил посчитать влияние не подрессоренного веса + инерции колеса…
Наткнулся на очень познавательную статью по физике.
Читать всем кто хочет хоть что-то соображать.
Конечно, нельзя, основываясь на школьном курсе физики, обсчитать и описать все поведение автомобиля в меняющихся дорожных условиях. Но некоторые моменты могут быть рассчитаны довольно точно при минимальных упрощениях и допущениях. Просто большинство автолюбителей не задумывается над этим, а если и понимает описанные процессы на интуитивном уровне, то до расчетов у них как правило дело не доходит.
Самые сложные условия внедорожников предназначены для полноценного электродного колеса с центральным колесом, который имеет наибольшее значение крутящего момента и позволяет преодолеть все подводные камни в решающий момент. Электрика, которую мы предлагаем вам, имеет исключительно проверенные центральные приводы с отличным соотношением мощности, веса и аккумулятора. Мы кратко расскажем о них более подробно.
При весе менее 4 кг, одном из самых легких центральных двигателей, он оснащен встроенным блоком управления, датчиком кривошипа и силой педали для оптимальной помощи. Активный диапазон подходит для езды на велосипеде или ежедневного транспорта. Водные двигатели доставляют энергию из источников воды. Количество воды, протекающей через реку, может быть измерено на практике либо переполнением, либо скоростью воды и поперечным сечением.
Эта статья - попытка простым языком описать некоторые моменты физики взаимодействия автомобиля с дорогой. А тех, кому на первый взгляд в начале изложении все показалось знакомым и примитивным, стоит все-таки просмотреть статью до конца: здесь есть некоторые неочевидные выводы или, по крайней мере, интересные цифры и ссылки.
Исходные положения и допущения
Для точного определения скорости течения воды используется так называемое водное крыло, работающее по принципу водяной турбины, где типична кинетическая энергия. 
Рис. 2: Резание водяной турбины. 
Рисунок 3: Принцип расположения водяной турбины для измерения расхода воды. Скорость турбины зависит от расхода проточной воды. Расход водного двигателя обычно представляет собой объемный расход за единицу времени. Это количество воды, необходимое для запуска двигателя, включая потерю количества.
Приводимые ниже определения вполне сознательно немного упрощены - их нестрогость не повлияет на точность дальнейших рассуждений, но облегчит понимание процессов и закономерностей. Кроме того, будем считать, что в узлах трансмиссии нет трения - оно невелико по сравнению с действующими в них силами. Эти потери будут оценены отдельно.
Водные двигатели используют энергию воды, то есть положение, давление и кинетическую энергию. Водяной двигатель изменяет механическую энергию воды на механическую энергию вращающегося вала или движущегося поршня. Водные двигатели - это гидротехнические сооружения. Их можно разделить на две основные группы: водяные колеса и водяные турбины. Таким образом, он относится к роторным водяным двигателям. Существует значительная разница в работе этих двух типов машин.
Для первой группы водоносных вод вода на колесе в основном действует по своему весу, тем самым изменяя позиционную энергию воды в механической работе. Изюминкой развития водных колес был век. Во второй группе водяных турбин позиционная энергия в кинетической энергии изменяется полностью или в значительной степени или изменяется на энергию давления, которая все еще выполняет механическую работу.
Радиус колеса R для простоты везде и всегда будем считать равным внешнему радиусу покрышки, допуская, что деформация колеса в зоне контакта с дорогой невелика. При расчете размеров колеса удобно пользоваться шинным калькулятором. Для штатной резины Нивы (175/80R16) радиус колеса R=0,343 м.
Скорость автомобиля V, ускорение a. Еще нам потребуются угловая скорость вращения колес w=V/R и угловое ускорение e=a/R.
Общие характеристики водяных колес
Несмотря на то, что водяные колеса исторически обогнаны, они становятся более привлекательными с точки зрения проблем с микроисточниками. И только при этих падениях водяные колеса становятся более выгодными по следующим причинам. Они должны быть очень большими по размеру, чтобы иметь достаточную мощность, а стоимость 1 кВт установленной мощности была бы непропорционально высокой. Конструкция и конструкция водяного колеса в современных условиях относительно просты и финансово менее требовательны, чем турбина. Используя низкие градиенты, они не требуют конструкции более высоких отклоняющих устройств. Неоспоримым преимуществом водных колес является то, что движение не мешает листьям, траве, льду и т.д. 
- Для очень низких осадков турбины не производятся.
- Водные колеса также используются на относительно больших водотоках.
Крутящий момент (момент силы) M равен произведению силы F на плечо. В формулах вращательного движения крутящий момент занимает то же место, что и сила при прямолинейном движении. Для нашего случая данного определения вполне достаточно, причем плечо будет равно радиусу колеса R:
Передаточное отношение i в механике определяется, как отношение угловых скоростей входного и выходного валов передачи. Применительно к автомобилю угловые скорости принято считать в оборотах в минуту n:
Плотный желоб был создан вокруг колеса, так что вода по краям лопастей не переполнилась. Это были в основном колеса с более низким или средним пробегом. 
Рис. 11: Клинок для воды со средним боссом. 
Рис. 12: Водоворот с верхним притоком. 
Рис. 14: Клинок для воды со средним боссом.
Рис. 15: Различные конструкции формы лопастей водяного колеса. Для лучшей практики так называемый. 
Рис. 17: Типичный пример лопастного водяного колеса с нижним впускным отверстием. Типичный пример лопастного водного колеса с верхним притоком, построенным во Фрайбурге диаметром 2, 9 м и шириной 4 м с электрической мощностью 26 кВт.
i=nвх/nвых.
Здесь действует так называемое "золотое правило механики": во сколько раз мы проигрываем в скорости и пути, во столько же раз выигрываем в силе, и соотношение крутящих моментов на валах передачи обратно соотношению скоростей:
i=Mвых/Mвх.
При нескольких передачах общее передаточное отношение равно произведению передаточных отношений.
Ваш браузер не поддерживает тег видео. 
Рис. 18: Водный велосипед во Фрайбурге с верхним бассейном. Эти велосипеды используют преимущественно потенциальную энергию, так называемую среднюю и верхнюю воду. Вода течет в ведра с определенной кинетической энергией, и этот энергетический компонент также должен использоваться для достижения максимально возможной гидравлической эффективности водяного колеса. Поэтому на практике наиболее предпочтительными являются гладкие изогнутые ведра с оловянными или чугунными лезвиями, которые уменьшают потери, вызванные воздействием воды.
Сила трения возникает как реакция при попытке смещения одного тела относительно поверхности другого сдвигающей силой, приложенной параллельно этой поверхности. Рассмотрим процесс трения последовательно - по мере роста сдвигающей силы.
При небольших значениях сдвигающей силы движению тела препятствует сила трения (реакция поверхности). Она равна приложенной силе, но действует в противоположном направлении. В результате тело остается в покое. По мере роста сдвигающей силы будет расти и сила трения. И это будет продолжаться до тех пор, пока сдвигающая сила не превысит порог Fтр max, после которого тело начнет двигаться. Величину Fтр max определяют через коэффициент трения kт, равный отношению Fтр max к перпендикулярной поверхности прижимающей силе, точнее, равной ей по величине силе реакции N:
Для того, чтобы проточная вода обладала определенной кинетической энергией и чтобы препятствовать торможению колеса водой, для направления струи воды используется борт. При больших круговых скоростях действуют центробежные силы, и вода преждевременно выливается. Эффективность также ухудшается, когда водяное колесо опускается в нижней воде, особенно при повороте колес против нижнего потока воды.
Их эффективность составила до 80%. 
Рис. 19: Пещера Вольбот в Шри-Ланке. Водяные турбины - это гидравлические машины, которые установлены на гидроэлектростанциях с точки зрения преобразования энергии. В отличие от водяных колес в гидроэлектрических турбин изменяет потенциальную энергию воды в первой кинетической энергии, которая затем преобразуется в турбине в механическую работу, а также гораздо более сложным, чем водяные колеса. Теоретические предпосылки о движении воды и функции турбины были разработаны за несколько десятилетий до того, как была построена первая турбина.
kт=Fтр max/N.
Обязательно нужно отметить, что при переходе к скольжению сила трения скачком уменьшается. Это знает каждый автомобилист: тормозной путь с заблокированными колесами больше, чем в случае, когда колеса тормозят, но вращаются со скоростью автомобиля "на пределе". Именно поэтому самый короткий тормозной путь обеспечивает система ABS, контролирующая вращение колес при торможении и не позволяющая им заблокироваться.
Вода практически несжимаема. Когда определенное количество воды протекает по трубопроводу с определенной скоростью, а поперечное сечение трубы изменяется, скорость воды также должна изменяться. Например, когда сечение сужается, скорость воды возрастает. Сечение и скорость продукта постоянны; это выражается уравнением непрерывности Эйлера.
Рис. 20: Принцип вращательного движения посредством реакций на поток воды. Ниже приведены схематические иллюстрации машин, ведущих к разработке первых технически используемых водяных турбин. 
Силовое действие легко представить в следующем эксперименте. Если круглый контейнер заполнен водой, поток воды внутри контейнера сбалансирован во всех направлениях. Если мы сделаем отверстие в нижней части контейнера, водная сила появится в противоположном месте к отверстию. Он начинает действовать в противоположном направлении, чем поток воды.
Нас будет интересовать только сила трения между колесом и поверхностью дороги. Коэффициент трения сильно зависит от состояния трущихся поверхностей. Для сухого асфальта коэффициент трения доходит до 0,8, а при наличии пленки воды он падает до 0,1…0,2, на обледеневшей поверхности - еще меньше.
Момент инерции J материальной точки массой m, вращающейся по окружности радиусом r, равен:
Если контейнер стоит на водяной кровати, результирующая сила заставляет контейнер двигаться. Размер этой силы равен давлению воды, умноженному на площадь поперечного сечения отверстия. На этом принципе работы гидротурбин и ротационный распылитель сегодня, которые обычно имеют только два диска сопла. Но мы можем представить себе ротор с дюжинами сопел.
Тогда развитая сила и крутящий момент будут пропорциональны их числу. 
Эта небольшая турбина по-прежнему сохраняется, и в то время это было техническое чудо. 
Основной особенностью этой турбины является то, что она напрямую не использует потенциальную энергию, то есть вес и давление воды. Вся эта потенциальная энергия, или большая ее часть, сначала преобразуется в энергию скорости. Поток воды ускоряется в нисходящем трубопроводе, а затем превращается в механическую работу в турбине. Либо прямо, либо косвенно водой.
Ниже нас будет интересовать только момент инерции колеса Jк. Точно рассчитать момент инерции такого сложного по форме тела затруднительно. На основании приближенного расчета, приведенного в Приложении, будем считать, что момент инерции колеса, складывающийся из моментов инерции покрышки (п) и диска (д), определяется формулой:
Путь воды уже упрощен. Во-первых, он параллелен оси вращения, затем он перемещается от центра к окружности. Для промышленной турбины это неуместно, поскольку центробежная сила ускоряет движение воды, но не вращение турбины. Когда турбинная нагрузка уменьшается и турбина начинается несколько, она увеличивается с ее центробежной силой и ее мощностью.
В более позднем разработанной турбине была выбран потому, что направление потока воды от периферии к центру, где центробежная сила, действующей на потоке воды в обратном направлении, а также помогает поддерживать постоянную скорость турбины. Но сам двигатель не будет делать много. Мы знаем, как точно запрограммированные и контролируемые взрывы в камере сгорания приводят к перемещению поршня, который с помощью шатуна вращает вал. Но не сразу производимый двигателем с крутящим моментом перемещает наш автомобиль.
Jк=Jп+Jд=0,85mп.R2+0,78mд.Rд2.
Второй закон Ньютона определяет зависимость между приложенной к телу силой F, массой тела m и ускорением a:
Для вращательного движения этот закон имеет вид:
Принцип суперпозиции позволяет отдельно рассматривать и рассчитывать составляющие сложного движения. Применительно к настоящей статье будем рассматривать отдельно поступательное движение автомобиля (включая колеса) и вращательное движение колес. Допущением здесь будет то, что мы будем применять принцип суперпозиции в том числе и при ускоренном движении автомобиля.
По пути он столкнется с несколькими механизмами, простыми, но незаменимыми для плавной передачи вращения и минимизации потерь. Этот мини-мир передач, фрикционных пластин, валов, стяжек и рычагов так называют. системы передачи. Здесь много командных решений. Однако, независимо от используемой концепции, всегда присутствуют следующие компоненты: - коробка передач с муфтой - передатчики крутящего момента - основная передача с колесами с дифференциальным зубчатым колесом.
Целью первой секции передачи является достижение желаемого коэффициента уменьшения скорости вращения коленчатого вала и изменение направления движения. Это позволяет коробке передач, в которой набор зубчатых колес, сочетающихся в разных конфигурациях, достигает постепенного, изменяемого диапазона скоростей и движения вперед и назад. Переключение передач может выполняться вручную - с использованием механической рычажной системы или автоматически. В последнем случае он контролирует давление масла в двигателе.
Расчет скорости и крутящего момента
Передаточные отношения трансмиссии iт для ВАЗ-21213/214 с пятиступенчатой коробкой передач, двухступенчатой раздаткой и редукторами 3,9 (точнее, 43/11) сведены в таблицу:
Передача
в раздатке
Передача в КПП
нормальная
17,216
9,851
6,380
4,691
3,847
16,559
пониженная
30,629
17,526
11,350
8,346
6,844
Чтобы узнать крутящий момент на одном (каждом!) колесе Mк, нужно взять крутящий момент двигателя Mдв, умножить его на значение iт из таблицы и разделить на количество ведущих колес (для Нивы - на четыре).
Скорость автомобиля V [км/час] по оборотам двигателя nдв [об/мин] и радиусу колеса R [м] можно рассчитать по формуле:
V=0,377nдвR/iт.
Коэффициент 0,377 учитывает все остальные параметры, включая размерность. Подчеркну, что допущение об отсутствии деформации колеса на точность расчета скорости не влияет: здесь все определяет длина окружности колеса, которая рассчитывается по радиусу как 2pR.
Почему машина едет
Парадоксально, но факт: машину "толкает" дорога. Покажем, почему это так.
Двигатель создает крутящий момент Mдв. После преобразования трансмиссией этот момент передается на каждое ведущее колесо машины в виде Mк и заставляет колесо вращаться, т. е. создает сдвигающую силу Fкт=Mк/R в точке контакта колеса с дорогой, причем эта сила через колесо приложена к дороге. Поверхность дороги препятствует вращению колеса силой трения Fрт той же величины, но приложенной к колесу и направленной противоположно. Чтобы показать, что силы действуют на разные объекты, точки приложения сил на рисунке условно немного разнесены по вертикали:
Эта сила реакции трения Fрт, умноженная на число ведущих колес, и движет машину. Применительно к Ниве разгоняющим усилием будет величина 4Fрт. Определим эту величину.
Максимальный крутящий момент Mдв=127 Н.м двигатель ВАЗ-21213 развивает при 3200-3400 об/мин (это паспортные данные двигателя 1,7). Значит, на первой передаче в КПП при пониженной в раздатке суммарный крутящий момент на колесах будет равен:
4Mк=Mдв.iт=127.30,629= 3890 Н.м.
При колесах штатного размера тяговое усилие всех четырех колес составит:
4Fрт=Mдв.iт/R=3890/0,343=11335 Н=1155 кГ.
Больше тонны!
При нормальной передаче в раздатке сила станет в 1,78 раза меньше и будет уменьшаться дальше при повышении передач в КПП. При тех же оборотах двигателя на пятой передаче тяговое усилие составит всего 152 кГ.
В узлах трансмиссии неизбежно существует трение. Согласно "Деталям машин" Д. Н. Решетова КПД закрытой среднескоростной цилиндрической одноступенчатой зубчатой передачи составляет около 98%, конической - около 97%. В коробке передач мы имеет две ступени (от первичного вала к промежуточному и от промежуточного к вторичному). Аналогично - две ступени в раздатке. Все эти передачи - цилиндрические. А в мостах - гипоидные передачи, близкие к коническим. Поэтому КПД трансмиссии будет приблизительно равен:
КПДт=0,984.0,97=0,89.
К этому добавятся еще потери на трение в карданах, ШРУСах и подшипниках. Поэтому из-за трения в узлах трансмиссии реальные значения усилий будут примерно на 10-15% меньше рассчитанных.
Вспомним о силе трения и коэффициенте трения между колесом и поверхностью дороги. Если Fкт=Mк/R меньше максимальной силы трения Fрт max, машина будет нормально разгоняться силой 4Fрт. Если же Mк/R>Fрт max, то избыток крутящего момента пойдет просто на раскручивание ведущих колес - они начнут буксовать.
О силах, противодействующих разгону автомобиля на горизонтальной дороге, можно почитать статьи, скопированные с сайта autotheory.by.ru : "Момент сопротивления качению" и "Аэродинамическое сопротивление автомобиля".
Особое внимание обратим на последний фактор - сопротивление воздуха растет пропорционально квадрату скорости и после 100 км/час на горизонтальном участке дороги оно превышает все иные противодействующие движению силы, взятые вместе. В результате именно сопротивление воздуха определяет максимальную скорость автомобиля.
Разгон и торможение
По второму закону Ньютона суммарная сила Fрт всех ведущих колес разгоняет автомашину массой mа с ускорением a. Но часть крутящего момента расходуется на раскручивание колес. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
По принципу суперпозиции движение колеса можно рассматривать как сумму двух движений: прямолинейное вместе со всей машиной со скоростью V и вращение вокруг оси:
Если колесо не проскальзывает относительно поверхности (нет заноса), мгновенная скорость в зоне контакта (самой нижней точке колеса) должна быть равна нулю - там прямолинейная скорость движения машины (и оси колеса) V компенсируется такой же по величине, но противоположно направленной скоростью вращения назад. А в самой верхней точке скорость вращения колеса складывается с прямолинейной скоростью и оказывается равной 2V. При таком вращении угловая скорость колеса равна w=V/R.
При равномерном движении ускорение автомобиля a и угловое ускорение колеса e равны нулю. Весь момент 4Mк идет на создание тягового усилия 4Fрт=4Mк/R и преодоление сопротивления движению автомобиля. Но на этапе разгона, когда ускорение a>0, помимо разгона автомобиля массой mа нужно еще обеспечить колесам с моментом инерции Jк угловое ускорение e=a/R>0 . Поэтому Fрт 4Mк=4Fрт.R+4Jк.e=mа.a.R+4Jк.a/R. Здесь большая часть момента (первое слагаемое) разгоняет автомобиль силой 4Fрт, а второе слагаемое - раскручивает колеса. Если разделить второй член суммы на первый, мы получим долю момента, приходящуюся на раскручивание колес: (4Jк.a/R)/(mа.a.R)= 4Jк/(mа.R2). Масса штатного колесного диска 16" mд=9,3 кг, масса штатной покрышки ВлИ-10 с камерой mп=12 кг. Тогда: Jк=0,78mдRд2+0.85mпR2=0,78.9,3.0,2032+0,85.12.0,3432=0,30+1,20=1,50 кг.м2. Массу Нивы с одним водителем примем равной mа=1300 кг. Тогда: 4Jк/(mа.R2)=4.1,50/(1300.0,3432)=0,039=3,9%. Итак, доля крутящего момента, расходуемая на раскрутку колес штатного размера, равна 3,9%. В дальнейшем эта цифра нам пригодится. Строго говоря, раскрутить нужно не только колеса, но и все вращающиеся элементы трансмиссии. Но доля колес в общем моменте инерции вращающихся деталей на один-два порядка больше, чем у любой другой вращающейся детали трансмиссии. Поэтому их вращением будем пренебрегать. Процессы при торможении аналогичны разгону, только колеса затормаживаются тормозными колодками, которые создают момент, противодействующий вращению колес. Этот момент тоже делится на две неравные части. На снижение скорости движения автомобиля расходуется та часть момента, за счет которой колеса тормозятся о поверхность дороги. Но часть тормозного момента пойдет на снижение скорости вращения колес. И чем больше момент инерции колес, тем меньшая часть момента пойдет на снижение скорости собственно автомобиля. Колесо стало больше Пусть на Ниву вместо колес штатного размера поставили колесо бОльшего диаметра, например, Я-569 (235/75R15). Как это сделать (проставки под шаровые, резка арок и проч.) - не является предметом настоящей статьи. Нас интересует, как изменится динамика машины, и под этим мы будем понимать изменение ускорения при разгоне машины. Радиус Я-569 0,369 м, т. е. дорожный просвет (клиренс) увеличится на 369-343=26 мм (примерно на дюйм). Посчитаем, чем придется заплатить за это повышение проходимости. Радиус колеса увеличился относительно штатного размера колеса на 7,6%. Это означает, что при прежнем крутящем моменте на колесе Mк из-за увеличения радиуса R силы Fкт=Fрт=Mк/R будут меньше на 7.6%, т. е. динамика машины будет хуже. Общая масса автомобиля возросла на величину: 4[(14+20)-(9,3+12)]=50,8 кг. Из-за этого масса автомобиля стала равной mа=1300+50,8=1350,8 кг, т. е. больше на 50,8/1300=3,9%. Из-за этого при прежней силе Fрт ускорение a=Fрт/mа уменьшится на те же 3,9%. А теперь определим влияние момента инерции этих колес. Масса бескамерной покрышки Я-569 20 кг. Масса штампованного диска 15" от УАЗа около 14 кг (данные Nivandy). Считаем: Jк=0,78mдRд2+0,85mпR2=0,78.14.0,192+0,85.20.0,3692=0,39+2,31=2,70 кг.м2 4Jк/mа.R2=4.2,70/1350,8.0,3692=0,059=5,9%. Вспомним, что при штатных колесах на их раскрутку тратилось 3,9% крутящего момента. Из-за необходимости раскрутить более массивные колеса на разгон автомобиля пойдет часть момента еще на 2,0% меньшая. Посчитаем общее ухудшение динамики при установке колес большого диаметра: 1,076.1,039.1,020=1,140. Итого из-за установки колес Я-569 на дисках от УАЗа динамика ухудшается на 14,0%. В формуле, связывающей крутящий момент, радиус колеса и силу, мы пока изменили только один член - радиус. Чтобы сохранить динамику прежней, нужно увеличить крутящий момент на колесах. Это означает, что нужно либо поставить двигатель с бОльшим крутящим моментом (дорого, да и выбор мал), либо переделать трансмиссию так, чтобы при том же моменте двигателя момент на колесах стал больше, т. е. изменить ее передаточное отношение. КПП для Нивы выпускается только с одним набором передаточных отношений, раздатка - тоже. Остается одновременная замена редукторов переднего и заднего моста, и этот выбор не так уж и мал. Производятся серийно и есть в обычных магазинах запчастей передние и задние редукторы с передаточными отношениями 3,9, 4,1 и 4,3 . Ранее выпускались редукторы 2102 (передаточное отношение 4,44). Существуют тюнинговые главные пары редукторов с передаточными отношениями 5,25 и др. Штатно в 21213/214 ставятся редукторы с передаточным отношением 3,9 (точнее, 43/11=3,91). Если поменять их на редукторы 4,1, момент на колесах вырастет на 4,9%, а если на 4,3 - то на 10%. Но даже в последнем случае при резине Я-569 динамика все-таки будет хуже, чем на резине штатного размера. Немного улучшить положение могут легкосплавные диски с меньшей массой. Но выигрыш не так велик, как хотелось бы. Для иллюстрации по той же методике пересчитаем изменение динамики (относительно штатных колес) для Я-569 на легкосплавных дисках "Эллада" с массой 5,2 кг. Радиус покрышки тот же, что и в предыдущем расчете, поэтому Fкт=Fрт=Mк/R будут меньше на 7.6%, чем при штатных колесах. Общая масса машины (опять относительно штатных колес) увеличилась на: 4[(5,2+20)-(9,3+12)]=15,6 кг; mа= 1312,6 кг. Из-за этого при прежней силе Fрт ускорение a уменьшится на 15,6/1300=1,2%. Момент инерции колеса: Jк=0,78mдRд2+0,85mпR2=0,78.5,2.0,192+0,85.20.0,3692=0,15+2,31=2,46 кг.м2. Доля крутящего момента, расходуемого на раскрутку колес: 4Jк/mа.R2=4.2,46/1315,6.0,3692=0,055=5,5%. Относительно 3,9% для штатных колес проигрыш 1,6%. Общее ухудшение динамики: 1,076.1,012.1,016=1,106. Следовательно, при Я-569 на легкосплавных дисках динамика ухудшится на 10,6%. Цена вопроса: 100 ₽
Мы рассмотрели понятия мощности и момента двигателя. Теперь же посмотрим что происходит на колесах. Как зависит момент на колесах от текущей передачи. На каких оборотах двигателя лучше переключаться для наибольшей топливной экономичности и для интенсивного разгона. Посмотрим видео разгона VW Polo GTI с коробкой DSG7 до максимальной скорости.
VW Polo GTI с коробкой DSG7. Максимальная скорость 229 км/ч
Рассмотрим момент, передаваемый на колеса, в зависимости от передачи.
Коробка передач имеет передаточное число для первой передачи равное 15,53. Это означает что момент на оси колеса будет умножен почти в 15 раз. Для момента на двигателе в 250 Н·м момент на колесах будет равен 3880 Н·м. Но при этом максимальная угловая скорость колеса будет составлять 419 об/мин при оборотах двигателя 6500 и этим будет обусловлена максимальная скорость на первой передачи.
Рассмотрим зависимость момента от скорости. Для диска с параметрами 7Jx17 и покрышек с профилем 215/40 радиус колеса составляет 0,3 м. Зная угловую скорость колеса легко вычислить скорость автомобиля.
Обратим внимание на то, что на первой передаче момент на колесах при оборотах двигателя в 6500 об/мин больше, чем для всего диапазона второй передачи. Хотя момент на двигателе меньше, чем если бы мы переключились на вторую передачу. Это означает что для сохранения максимального момента на колесах переключаться с первой на вторую стоит лишь тогда, когда двигатель упрется в ограничитель оборотов, несмотря на то, что мы прошли уже и максимум момента и максимум мощности на двигателе.
Тоже самое справедливо и для второй передачи, а начиная с третьей, передаточные отношения передач подобраны так, что момент для переключения передач (для сохранения максимального момента на колесах) смещается на более ранние обороты и проходит где-то в районе максимума мощности.
Рассмотрим зависимость скорости автомобиля в зависимости от оборотов двигателя на разных передачах в режиме экономии топлива.
Очень кстати приходится наличие «двойного» наддува, позволяющего получить максимум момента начиная с 2000 об/мин. А наличие семиступенчатой коробки DSG позволяет в полной мере реализовать тяговитость низов. Автоматы с двойным сцеплением имеют очень быстрое время переключения передач, а благодаря плавной передачи момента с одной передачи на другую, делают переключение очень плавным (без рывков). Все это позволяет двигаться на скорости 90 км/ч при 2000 об/мин (максимальные обороты при разгоне при этом не превышают 3000 об/мин). Этим достигается крайне эффективный с точки зрения топливной экономичности режим передвижения. Большое количество ступеней нужно для экономичного передвижения на невысоких оборотах. Заявленный расход в смешанном цикле составляет 6л/100км.
В заключении посмотрим видео с разгоном автомобиля до максимальной скорости. DSG7 в режиме Sport не включает седьмую передачу.
Возьмем автомобиль VW Polo GTI с рядной четверкой объемом 1,4 л с непосредственным впрыском и наддувом от нагнетателя и турбокомпрессора. Двигатель развивает 180 л.с. (на 6200 об/мин) и за счет «двойного» наддува имеет полку момента в 250 Н·м в диапазоне с 2000 до 4500 об/мин.
Момент и мощность на колесах
Мощность на оси колес примерно равна мощности выдаваемой двигателем за вычетом КПД трансмиссии и всех вращающихся компонентов между колесами и двигателем. Момент же может сильно отличаться в зависимости от выбранной передачи. Момент на оси колес равен моменту на двигателе, умноженному на произведение передаточного числа передачи в коробке и главной пары в дифференциале. Каждая передача характеризуется своим передаточным числом, равным отношению количества зубцов на шестернях. Высшие передачи могут иметь передаточное число меньше единицы, но из-за понижающей пары в дифференциале на колеса все равно передается больший момент. Скорость же вращения колес падает прямо пропорционально росту момента. Также нужно принимать во влияние радиус колес. Чем он больше, тем меньше крутящего момента с двигателя будет прикладываться для движения автомобиля, но тем быстрее он будет ехать.
Зависимость момента на колесах от их угловой скорости на разных передачах. Для сравнения приведен момент на коленвале двигателя в зависимости от его угловой скорости
Зависимость момента на колесах от скорости автомобиля
Режим экономии топлива
Режим максимальной экономии топлива характеризуется движением на малых оборотах. Ведь для поднятия оборотов нужно больше открыть дроссельную заслонку, впуская больше воздуха в двигатель. А пропорционально росту воздуха будет расти и потребление топлива. При этом, чтобы езда была уверенной необходимо ехать на максимальном моменте. (Кроме того двигатель развивая максимальный момент будет работать экономичнее чем даже на меньших оборотах, но идя «внатяг»). Для этого нужно переключать передачи так, чтобы обороты двигателя на следующей передачи попадали в зону (начала полки) максимального момента.
Красной стрелкой отмечена скорость на разных передачах
Режим интенсивного разгона
Интенсивный разгон характеризуется переключением передач таким образом, чтобы на колесах был наибольший момент. Причем, как мы уже выяснили, в зависимости от передаточных чисел передач может быть так, что момент на колесах на текущей передаче больше чем на следующей, хотя момент на двигателе наоборот меньше.
Зависимость скорости от оборотов двигателя на разных передачах в режиме интенсивного разгона. Пунктиром приведены характеристики двигателя - момент и мощность