Автомобиль — сложная механическая система, состоящая из множества взаимодействующих элементов — функциональных механизмов: двигателя, сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи, движителя, механизмов подвески, тормозных механизмов и др. Движение автомобиля происходит в результате взаимодействия с другой системой — внешней средой, в которую входят опорная поверхность дороги или грунта и воздушная среда. Взаимодействие автомобиля с внешней средой осуществляется посредством двух его элементов — движителя и корпуса. Под корпусом понимается тело, конфигурацию которого образуют наружные поверхности автомобиля. Движитель — это механизм, осуществляющий взаимодействие автомобиля с дорогой. На большинстве автомобилей применяется колесный движитель с пневматическими шинами. С одной стороны, колеса взаимодействуют с поверхностью дороги, а корпус — с воздушной средой. В результате этого взаимодействия внешняя среда оказывает сопротивление движению автомобиля и может нарушать устойчивое управляемое движение. С другой стороны, колесо как элемент системы «автомобиль — внешняя среда» может взаимодействовать с механизмами автомобиля (трансмиссией, подвеской, тормозными механизмами), что существенно влияет на характер его взаимодействия с опорной поверхностью дороги. Преодоление сопротивлений движению автомобиля требует затраты энергии. Источником энергии в автомобиле является его двигатель. Он преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию на коленчатом валу. Поток энергии от двигателя передается через механизмы трансмиссии к ведущим колесам и в результате их взаимодействия с дорогой затрачивается на выполнение работы по преодолению сопротивлений движению автомобиля. Факторы, характеризующие взаимодействие механизмов автомобиля между собой и с внешней средой, обусловлены потоком передаваемой через них энергии. Поток механической энергии характеризуется мощностью, которую можно выразить через два векторных параметра — потенциал и скорость. Вид этих параметров зависит от характера движения элементов системы. Потенциалы взаимодействий элементов системы, совершающих поступательные движения, представляют собой силы (реакции), вращательные — моменты. Скорости элементов в первом случае линейные, во втором — угловые. Составление и анализ баланса мощности потока энергии, определение потенциалов и скоростей механизмов позволяют оценить многие важнейшие эксплуатационные свойства автомобиля и установить их зависимости от конструктивных параметров. Приведем общие выражения для определения мощности и работы. Мощность — скалярная алгебраическая величина, а потенциалы и скорости — векторные величины. Поэтому мощность определяется как скалярное произведение векторов потенциалов и скоростей. Скалярное произведение векторов равно произведению их модулей, умноженному на косинус угла между этими векторами. Мощность PF силы F вычисляется по формуле PF = Fv=Fvcos(F,v), (6.1) где v — вектор скорости точки приложения вектора силы F; F, v — модули векторов F и v. Мощность Рм момента М Рм = Af со = Mo cos (M,со), (6.2) где — вектор угловой скорости. При передаче потока энергии через механизмы автомобиля на входе каждого механизма направление вектора потенциала М (или F) совпадает с направлением вектора скорости со (или v), поэтому мощность положительна. На выходе механизма мощность отрицательна, так как направления векторов потенциала и скорости противоположны. Объясняется это тем, что потенциал на выходе механизма представляет собой реакцию следующего за ним механизма, которая характеризует его сопротивление. Потери мощности обусловлены трением в механизмах автомобиля, прокачкой и разбрызгиванием масла, необходимого для смазывания трущихся поверхностей, преобразованием вида передаваемой энергии. Например, в гидротрансформаторе происходит двукратное преобразование вида энергии: сначала механическая энергия, передаваемая от двигателя, преобразуется в кинетическую энергию потока жидкости, а затем происходит обратное преобразование и на выходе гидротрансформатора опять получается механическая энергия. Процесс преобразования потока энергии сопровождается потерями, что приводит к снижению КПД гидротрансформатора. Мощность Рпт всегда отрицательна. Это легко показать на примере силы трения. Вектор силы трения противоположен вектору относительной скорости трущихся деталей. В результате, согласно формуле (6.1), получаем отрицательное значение мощности силы трения. Работа силы или момента также скалярная алгебраическая величина, равная скалярному произведению векторов потенциала и перемещения.