Rollwiderstand und Reibungskraft in FBDs

Ich versuche, ein genaues Verständnis des Rollwiderstands und der Reibungskraft in FBDs zu bekommen.

Rollwiderstand

Können wir sagen, dass der Rollwiderstand (Rollreibung / Rollwiderstand) in Bezug auf ein rollendes Rad (aufgrund der führenden resultierenden Kraft) in einer Aufwärtsrichtung wirkt und ein Widerstandsmoment / -drehmoment verursacht, das der Drehrichtung des Rads entgegenwirkt, aber von der Aus Sicht eines FBD wirkt es als Gegenkraft zur Zugkraft oder Schubkraft, die das Rad / Fahrzeug in eine bestimmte Richtung beschleunigt?

Beispielsweise wirkt in der FBD für ein Auto die Rollwiderstandskraft in die entgegengesetzte Richtung zur Antriebskraft/Bewegung des Autos. Oder ist die Reibungskraft, die der Fahrtrichtung des Autos entgegenwirkt, eine Kombination aus Rollwiderstand und Haftreibung ?

FBD eines Autos

Mir ist klar, dass Haftreibung in die entgegengesetzte Richtung zur Drehmomentkraft der Hinterräder wirkt und eine Zugkraft / Bewegung in diese Richtung liefert. Aber sobald sich das Auto bewegt (Räder rollen), erfahren alle Räder Haftreibung und Rollwiderstand in der entgegengesetzten Richtung zur Bewegung der Räder/des Autos?

Können Sie mir bitte sagen, ob ich das richtig verstehe, danke.

Hast du den Wikipedia-Artikel zum Rollwiderstand gelesen ?
@sammy gerbil - Ja, und ich verstehe immer noch nicht ganz. Ich weiß, dass es "eine der Kräfte ist, die der Bewegung eines Fahrers entgegenwirken". Ich habe meinen Beitrag aktualisiert, können Sie (oder jemand anderes) bitte meine Frage beantworten. Wenn Sie weitere Details benötigen, lassen Sie es mich bitte wissen.
Wenn Sie Gas geben, ist die Haftreibung in der gleichen Richtung wie die Bewegung, aber ansonsten wirkt sie der Bewegung entgegen. Der Rollwiderstand liefert technisch gesehen nur ein Gegenmoment; es verringert den Drehimpuls der Räder und verlangsamt somit die Rotation. Es verlangsamt jedoch nicht die lineare Geschwindigkeit. Der Rutschwiderstand – Haftreibung – macht aus der verlangsamten Rotation eine verlangsamte lineare Geschwindigkeit. Also, ja, beide treten gleichzeitig in die gleiche Richtung auf, wenn das Rad ausrollt
@ Jim - Ok, wenn die Hinterräder angetrieben werden, erfahren sie nur Haftreibung / Traktion in Bewegungsrichtung und Rollwiderstand entgegen der Bewegungsrichtung. Und die angetriebenen Räder erfahren Haftreibung und Rollwiderstand entgegen der Bewegungsrichtung. Bewegt sich das Auto jedoch nur aus eigenem Schwung / Ausrollen, erfahren Antriebs- und angetriebene Räder sowohl Haftreibung als auch Rollwiderstand entgegen der Fahrtrichtung. Habe ich dich richtig verstanden?
@Jim - Da der Rollwiderstand ein Gegendrehmoment zur Raddrehung liefert, warum wird er in FBDs als Gegenkraft zur Bewegung des Rads / Fahrzeugs dargestellt? Liegt es daran, dass das Gegenmoment das Radmoment und damit die Zugkraft reduziert, die Rad und Untergrund aufbringen können? dh die Rollwiderstandskraft wird grundsätzlich von der Zugkraft abgezogen?
@somers hier geraten die Dinge in eine Grauzone. Technisch ist die Art und Weise, wie ich es beschrieben habe, korrekt. Der Rollwiderstand wird als Gegenkraft zur Bewegung in einem FBD dargestellt, weil der Rollwiderstand beim Rollen die Haftreibungskraft beeinflusst, die die Räder erfahren. Ein ideales Rad im Vakuum ohne Rollwiderstand würde ohne Haftreibung ewig rollen. Da der Rollwiderstand statische Reibung erzeugt, die der Bewegung entgegenwirkt, bezeichnen wir diese Reibung in FBDs einfach als Rollwiderstand, um sie von der statischen Reibung zu trennen, die das Auto zum Fahren bringt.

Antworten (1)

Der Wikipedia-Artikel zum Rollwiderstand weist darauf hin, dass mehrere Mechanismen am Werk sind. Während das in Ihrem Diagramm dargestellte Szenario (verformbarer Reifen auf einer harten Straße) als Drehmoment modelliert werden kann, das der Drehung des Rads (auch Reibung an der Achse) entgegenwirkt, sind andere Szenarien (z. B. hartes Rad auf einer verformbaren Straße) möglicherweise nicht möglich.

Die Unterscheidung zwischen Reibungskraft, normaler Reaktion und Rollwiderstand ist eine künstliche, der Natur nicht innewohnende, daher ist es nicht sinnvoll, mit den Unterschieden zwischen ihnen pedantisch umzugehen, es sei denn, die Unterscheidung wird in der Frage getroffen.

Wie die Reibung hängt der Rollwiderstand durch ein empirisches Gesetz mit Parametern wie der normalen Reaktion zwischen den Oberflächen, dem Durchmesser des Rads, dem Reifendruck oder der linearen Geschwindigkeit des Fahrzeugs zusammen. Das Gesetz kann mehrere Koeffizienten enthalten und bezieht sich auf eine bestimmte Kombination von Materialien. Der Wikipedia-Artikel enthält Beispiele.

Sofern es keinen besonderen Grund gibt, etwas anderes zu tun, schlage ich vor, dass die einfachste Lösung darin besteht, alle Formen des Rollwiderstands (unabhängig vom Mechanismus) als eine einzige Kraft zu modellieren, die der Rollbewegung entgegenwirkt .

Um Ihre letzte Frage zu beantworten: Abhängig von den Umständen können an jedem Reifen eines fahrenden Fahrzeugs unterschiedliche Kombinationen von Rollwiderstand und statischer / kinetischer Reibung auftreten.

Im Idealfall (kein Rollwiderstand) erfordert eine konstante Geschwindigkeit keine Kraft, es entsteht also keine Haftreibung. Wenn der Rollwiderstand nicht Null ist, muss eine Antriebskraft und daher eine gewisse Haftreibung auf alle Räder wirken, um sie bei konstanter Geschwindigkeit zu halten. Wenn das Fahrzeug beschleunigt/abbremst, ist Haftreibung erforderlich, um es zu beschleunigen. Wenn das Fahrzeug bremst, kann an den Bremsrädern eine gewisse Gleitreibung (Gleitreibung) auftreten.

Wenn alle Räder gleich sind und die gleiche Last tragen, dann wird angenommen, dass der Rollwiderstand auf allen gleich ist, egal ob sie fahren oder bremsen oder beides nicht. Einige Räder können stärker belastet werden, zB weil der schwere Motor näher an ihnen steht oder das Auto stark beschleunigt oder bremst. Bei diesen Rädern ist der Rollwiderstand höher.

Rollwiderstand und Reibungskraft in FBDs
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