زوايا السيارة والطريق- Car & Road Angles

مواصفات السيارة (الزوايا)- Car specifications (angles)

هي من المواصفات الهامة للسيارات التي تسير خارج الطرق (الطرق الوعرة) off-road vehicle ORV لتحديد أقصى زاوية ميل يمكن للسيارة صعودها, وكذلك التغلب على العوائق الأرضية:

1- زاوية الاقتراب approach angle, تعتمد على الجزء المعلق الامامي front over hang, الخلوص الأرضي ground clearance.

2- زاوية المغادرة departure angle, تعتمد على الجزء المعلق الخلفي rear over hang, الخلوص الأرضي ground clearance.

3- زاوية عبور عائق beak-over angle, تعتمد على المسافة بين المحاور  wheel base, الخلوص الأرضي ground clearance.

4- زاوية الميل الجانبي side-slope angle, تعتمد على المسافة بين العجلات الأثر track, وارتفاع مركز الثقل CG height.

شكل ا: أبعاد السيارة (الزوايا) ϕf = زاوية الاقتراب (Approach Angle) , ϕr = زاوية المغادرة  (Departure Angle), ϕ زاوية عبور عائق (Break-over Angle)

زاوية الاقتراب approach angle (ϕ_f)

وهي زاوية أقصى ميل يمكن للسيارة صعوده من المستوى الأفقي دون إتلاف الجزء الأمامي للسيارة. وهي الزاوية, عند النظر للسيارة من الجنب, تتكون من تقاطع الخط الطولي المماس للأرض والخط المماس للإطار الأمامي والذي يصل أدنى نقطة في الجزء المعلق الأمامي.

ويمكن التعرف على مقدار زاوية الاقتراب عن طريق مواصفات السيارة. أو يمكن تحديدها عمليا بواسطة استخدام لوح بعرض السيارة, وإيقاف السيارة على مستوى أفقي مستوي, جعل اللوح يلامس أدني نقطة بمقدمة السيارة وكذلك مقدمة الإطارات الأمامية وجعل حافة اللوح السفلية تلامس سطح الأرض. الزاوية التي يصنعها اللوح عند النظر إلى السيارة من الجنب هي زاوية الاقتراب. ويمكن تحديد مقدارها عن طريق قياس طول حافة اللوح من نقطة تلامس أدني نقطة بمقدمة السيارة ونقطة التلامس مع الارض L₁, ثم قياس ارتفاع أدني نقطة عن الأرض (التي عندها التلامس) h₁. وتحسب زاوية الاقتراب من المعادلة ϕ_f = sin^-1 (h₁/L₁)

زاوية المغادرة departure angle (ϕ_r)

وهي زاوية أقصى ميل يمكن للسيارة صعوده من المستوى الأفقي دون إتلاف الجزء الخلفي للسيارة. وهي الزاوية, عند النظر للسيارة من الجنب, تتكون من الخط الطولي المماس للأرض والخط المماس للإطار الخلفي الذي يصل أدنى نقطة في الجزء المعلق الخلفي.

ويمكن التعرف على مقدار زاوية المغادرة عن طريق مواصفات السيارة. أو يمكن تحديدها عمليا بواسطة استخدام لوح بعرض السيارة, وإيقاف السيارة على مستوى أفقي مستوي, جعل اللوح يلامس أدني نقطة بمؤخرة السيارة وكذلك خلفية الإطارات الخلفية وجعل حافة اللوح السفلية تلامس سطح الأرض. الزاوية التي يصنعها اللوح عند النظر إلى السيارة من الجنب هي زاوية المغادرة. ويمكن تحديد مقدارها عن طريق قياس طول حافة اللوح من نقطة تلامس أدني نقطة بمؤخرة السيارة ونقطة التلامس مع الارض L₂, ثم قياس ارتفاع أدني نقطة عن الأرض (التي عندها التلامس) h₂. وتحسب زاوية المغادرة من المعادلةϕ_f = sin^-1 (h₂/L₂)

زاوية عبور عائق, break over (ramp) angle (ϕ)

هذه الزاوية هي مقياس لمقدرة السيارة للسير فوق حواف حادة بدون لمس أسفل السيارة للأرض. أي أقصى زاوية يمكن للسيارة عبورها دون حدوث تلامس أسفل (بطن) السيارة مع الأرض.

الطريقة المتبعة لإيجاد زاوية ميل المنحدر للسيارة تتم باستخدام قياس أبعاد السيارة والاستعانة بحساب المثلثات.
إثناء وقوف السيارة على مستوى افقي مستوي يتم الأتي:

-  تقاس مسافة أقل خلوص أرضي بين الاجزاء السفلية للسيارة الواقعة بين محوري السيارة, كما في شكل 2, هذه المسافة يرمز لها بالرمز h.

- تقاس المسافة الأفقية بين الخط العمودي الواصل بين هذه النقطة والأرض ونقطة تلامس العجلة الأمامية بالأرض a.

- كما تقاس المسافة الأفقية بين الخط العمودي الواصل بين هذه النقطة والأرض ونقطة تلامس العجلة الخلفية بالأرض b.

- تحسب زاوية A = tan^-1 (h/a)

- تحسب زاوية B = tan^-1 (h/b)

- وتكون الزاوية المحصورة بين الخط الواصل من نقطة تلامس العجلة الأمامية ونقطة أقل خلوص أرضي بجسم السيارة (أو منتصف جسم السيارة السفلي) مع الخط الواصل من نقطة تلامس العجلة الخلفية ونقطة أقل خلوص أرضي بجسم السيارة (أو نقطة منتصف جسم السيارة السفلي). هذه الزاوية: زاوية قمة المنحدرcrest angle  تساوي  = 180 – (A+B)ψ.

- زاوية عبور عائق للسيارة هي الزاوية المكملة للزاوية ψ أي   (ϕ = 180 – ψ)وتكون= (A+B)  ϕ.

لضمان مرور السيارة على الحد الأعلى للمنحدر بدون حدوث تلف لأرضية السيارة, يجب أن تكون زاوية عبور عائق للسيارة ϕ أكبر من زاوية ميل المنحدر α شكل 2 جـ.

السيارات التي لها قاعدة عجلات (المسافة بين المحاور) صغيرة, ولها خلوص أرضي كبير وعجلات كبيرة سيكون لها أحسن (أكبر) زاوية ميل منحدر للسيارة.

شكل 2: زاوية قمة المنحدر وزاوية الميل

شكل 3: مثال لزوايا السيارة

لزيادة مقدرة السيارة على السير على الطرق الغير ممهدة (خارج الطرق  off road) يجب مراعة التالي عند تصميم السيارة:

- زيادة ارتفاع السيارة عن الارض (زيادة الخلوص الأرضي  ground clearance)

- تقليل الجزء المعلق الأمامي front over hang والجزء المعلق الخلفي rear over hang

- استخدام إطارات زات قطر أكبر.

الصفة السائدة في تصميم سيارات الركوب هو تقليل الجزء المعلق الأمامي وزيادة الخلوص الارضي الخلفي.

زاوية الميل الجانبي side-slope angle:

لوقوف سيارة على أرض مائلة banked road (road tilting) هناك عدة عوامل تتحكم في تلك الزاوية حيث يمكن زيادتها عن طريق: تقليل ارتفاع مركز ثقل السيارة, زيادة المسافة بين العجلات من الأمام track width.

شكل 4 يمثل سيارة تقف على طريق ذو ميل جانبي. أقصى ميل هو عند مرور الخط الرأسي (من مركز الثقل) الذي يمثل الوزن بمنتصف أثر العجلة الداخلية, بعدها تنقلب السيارة (حالة أن تلاصق الطريق يمنع انزلاقها). كما أن السير بسرعة على الميل الجانبي خلال منعطف يولد قوة طرد مركزية تساعد السيارة على البقاء على منحنى أكثر ميلا.

شكل 4: زاوية الميل الجانبي θ

 الأثر track (t), ارتفاع مركز الثقل H_CG, وزن السيارة W

لتحسين أداء السيارة خارج الطرق, فإن ذلك يتم عن طريق تصميم السيارة: زيادة زوايا السيارة عن طريق زيادة مسافة الخلوص الأرضي ground clearance, تقليل مسافة الجزء المعلق الأمامي/ الخلفي front/rear over hang. وتقليل المسافة بين العجلات wheel base. بالإضافة إلى زيادة قوة الجر للسيارةtractive effort , وزيادة تلاصق الإطار tire adhesion.

ميل الطريق

Road gradient

يعبر عن ميل الطريق (الارتفاع أو الهبوط) بعدة طرق:

- زاوية ميل الطريق بالدرجات (α^o) angle, وهي الزاوية المقابلة للارتفاع (المسافة الرأسية) في المثلث القائم الزاوية بين المسافة المقطوعة أفقيا والارتفاع.  = tan^-1 (Δh/d) = tan^-1 (k/100) = tan^-1 (x/1000) = tan^-1 (1/n)   α

- النسبة المئوية للميل percentage (k%), وهي تساوي الارتفاع مقسوم على المسافة الأفقية (ظل الزاوية) مضروبة في 100. وهي الأكثر استخداما. = (Δh/d) *100 = x/10 = 1/n k = (tan α) *100

- الارتفاع لكل 1000 per mille (1/1000) (x), وهي تساوي الارتفاع مقسوم على المسافة الأفقية (ظل الزاوية) مضروبة في 1000.

- x = (tan α) * 1000 = (Δh/d) * 1000  = k *10 = 10/n

- نسبة الميل (1:n), 1 in n, وهي النسبة بين مقدار واحد للارتفاع إلى مقدار المسافة الافقية المقطوعة

n = 1/tan α = d/Δh = 100/k = 1000/x

شكل 5: ميل الطريق زاوية الميلangle of inclination (α) , المسافة الأفقية المقطوعة run (d), الارتفاع rise (Δh), المسافة المقطوعة slope length (l)

شكل 6: العلاقة بين الطرق المختلفة لوصف ميل الطريق road inclination expressions (α, ψ, k, x, n)

* حاسب (محول) ميل الطريق Road inclination calculator

صعود السيارة طريق مائل- Climbing (goes up hill) a slope

صعود طريق منحدر يعتمد على وزن السيارة car weight,  أبعاد السيارة (الزوايا)car dimensions (angles)^# , وعلى قوة الجر عند العجلاتtractive effort , وعلى تلاصق العجلاتtire adhesion .

# لصعود طريق مائل يجب أن تكون زاوية الاقتراب وزاوية المغادرة للسيارة أكبر من زاوية ميل الطريق α. وفي حالة أن الطريق المائل ينتهي بطريق أفقي فيجب أن تكون زاوية عبور عائق ϕ أكبر من زاوية ميل الطريق α .

ويستخدم ميل الطريق في حساب مقاومة الصعود التي تزيد مع زيادة وزن السيارة, وميل الطريق. مقاومة الصعود تساوي مركبة وزن السيارة الموازية للطريق, ويكون اتجاهها لأسفل: GR = W sin α حيث أن: GR = مقاومة الصعود W = وزن السيارة α = زاوية الصعود * يمكن الحصول على مقدار α من ميل الطريق حسب المعطيات ومنها يتم حساب قيمة الزاوية.

* في حالة هبوط طريق مائل تصبح مقاومة الطريق W sin α قوة دفع في اتجاه حركة السيارة لأسفل.