บทที่ 2 พื้นฐานยานยนต์
รูปยานยนต์
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
พื้นฐานการทำงานของยานยนต์ ในทางวิศวกรรมจะใช้การพิจารณาทางคณิตศาสตร์ โดยใช้หลักการทางกลศาสตร์เข้ามาอธิบาย รถยนต์คันหนึ่งจะมีชิ้นส่วนประกอบกันเป็นรถมีมากกว่าพันชิ้น เป็นระบบที่มีความซับซ้อน
ในการที่จะอธิบายในเรื่องของการทำงานที่มีความซับซ้อนได้อย่างเต็มที่ มีความจำเป็นที่จะต้องมีความรู้ในเรื่องทางกล และความรู้ทางคณิตศาสตร์เสียก่อน ซึ่งถ้าให้ลึกซึ้งจริง ๆ จะมีจำนวนมาก แต่ในหนังสือเล่มนี้จะได้อธิบายเพียงเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับยานยนต์สมัยใหม่แค่นั้น
การอธิบายของพื้นฐานยานยนต์จะอธิบายเพียงการเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ เพื่อความเข้าใจง่าย และสามารถประยุกต์เอาไปใช้งานได้ โดยในบทนี้เราจะได้อธิบายในเรื่อง ประสิทธิภาพทางความเร็วของยานยนต์, การไต่ทางลาดชัน (Gradeability), ความเร่ง, การเผาผลาญเชื้อเพลิง และประสิทธิภาพการเบรก
2.1 ลักษณะโดยทั่วไปของยานยนต์ที่เคลื่อนที่
รูปแรงต่าง ๆ ที่กระทำกับรถยนต์
จากรูปด้านบน แสดงให้เห็นถึงแรงต่าง ๆ ที่กระทำต่อรถยนต์ ขณะเคลื่อนที่ขึ้นทางชัน แรงดึง หรือความพยายามดึง (Tractive effort: Ft) จะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่ยางรถยนต์สัมผัสกับพื้นผิวถนน เพื่อผลักดันรถยนต์ไปข้างหน้า ล้อจะถูกสร้างแรงบิดที่ได้มาจากเครื่องยนต์ ถ่ายทอดแรงบิดด้วยระบบส่งกำลัง แล้วสุดท้ายก็ไปจบที่รถยนต์ล้อหมุน
รูปล้อสัมผัสกับพื้นเมื่อล้อหมุนจะผลักรถยนต์เคลื่อนที่
ขณะที่รถยนต์เคลื่อนที่ จะมีความต้านทานเกิดขึ้นตลอดเวลา พยายามที่จะหยุดการเคลื่อนที่ของรถยนต์ ความต้านทานที่เกิดขึ้นนั้น มักจะมาจากความต้านทานต่อการหมุนของล้อรถยนต์, มาจากแรงฉุดของรูปร่างตัวถังรถยนต์ที่เรียกว่า อากาศพลศาสตร์ (Aerodynamics)
รูป รูปทรงของตัวถังรถยนต์มีผลที่จะทำให้รถมีความพยายามที่จะหยุด
และความต้านทานจากการที่ขึ้นเขา หรือทางลาดชัน
รูปรถยนต์ไต่ทางชัน มีความพยายามที่จะให้รถยนต์หยุด
ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน (Newton’s second law) การเร่งของรถยนต์สามารถเขียนได้ดังนี้
อนุพันธ์ความเร็ว/อนุพันธ์เวลา = (แรงพยายามโดยรวม – ความต้านทานโดยรวม) / ปัจจัยมวล´มวลรถยนต์
dV/dt = (SFt - SFtr)/dMv (2.1)
กำหนดให้ V = ความเร็วของรถยนต์
SFt = แรงพยายามดึงโดยรวมของรถยนต์
SFtr = ความต้านทานโดยรวม
Mv = มวลทั้งหมดของรถยนต์
d = ปัจจัยของมวล
จากสมการ (2.1) แสดงให้เห็นว่า ความเร็ว และความเร่ง ขึ้นอยู่กับแรงพยายามลากดึง, ความต้านทาน และมวลของรถยนต์
2.2 ความต้านทานของรถยนต์
ดังแสดงในรูป ความต้านทานของรถยนต์จะมีทิศตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของรถยนต์ รวมไปถึงการหมุนของล้อ ที่เรียกว่า แรงบิดความต้านทานการกลิ้ง (Rolling resistance torque) ทั้งล้อหน้า (Trf) และล้อหลัง (Trr)
รูปความต้านทานต่อการกลิ้ง
แรงฉุดจากอากาศพลศาสตร์ (Aerodynamic drag: Fw)
รูปอากาศพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นกับรถจนเกิดแรงฉุด
และความต้านทานต่อการขึ้นทางชัน (จะมีมวล, ความโน้มถ่วงของโลก และมุมความเอียง เข้ามาเกี่ยวข้อง)
รูปความลาดชันที่มีผลต่อการฉุดรถให้หยุด
ความต้านทานทั้งหมดจะได้อธิบายเรียงลำดับในหัวข้อต่อ ๆ กันไป
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“คนอื่นช่วยเรา เราจะจำไว้ชั่วชีวิต
เราช่วยคนอื่น จงอย่าจำใส่ใจ”
ฮั่วหลัวเกิง