Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 21.3

Значения коэффициента сцепления при

различных

скоростях

движения автомобиля

Тип покрытия

Цементобетон

Асфальтобетон

Щебень

Коэффициент сцепления

ср*,

от его начального

значения при скорости, км/ч

100

В табл. 21.2 и 21.3 приведены значения коэффициента продоль-

ного сцепления

в зависимости от состояния поверхности (по

данным ВНИИС).

С увеличением скорости автомобиля коэффициент

обычно

уменьшается, и при скорости

150

км/ч он может быть в несколько

раз меньше, чем при скорости 30 км/ч.

21.3. Силы сопротивления движению автомобиля

Взаимодействие автомобиля с дорогой и окружающей средой

сопровождается затратами энергии, которые можно разделить на

несколько групп:

затраты на сопротивление качению (теоретические основы ко-

торого рассмотрены выше);

затраты на преодоление подъемов при движении в горной или

холмистой местности;

затраты на преодоление сопротивления воздушной среды.

Сила сопротивления подъему. Автомобильная дорога обычно

имеет много чередующихся подъемов и спусков. Крутизну подъе-

ма характеризуют углом

град, или уклоном дороги

который

выражается как отношение превышения Н к заложению

(рис. 21.3).

Вес автомобиля G, Н, может быть представлен в виде двух со-

ставляющих: силы

(/зшсхд,

параллельной дороге, и силы

Gcoscx

перпендикулярной ей.

Силу

Gsina

называют силой сопротивления подъему и обознача-

ют

На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъема

невелики (не превышают

4—5°).

Для таких углов можно принять,

что 1/100 уклона соответствует

35'

угла

сс

При этом уклон

tga

sina

Тогда сила сопротивления при движении на подъем

При движении на спуске сила

направлена в сторону движе-

ния автомобиля и является движущей. Угол

и уклон дороги

260

Рис. 21.3. Сила сопротивления подъему:

G — вес автомобиля; Н — высота уклона;

— база отсчета (обычно

100

м);

—

угол уклона

считают положительными при движении автомобиля на подъеме

и отрицательными при его движении на спуске.

Суммарная сила сопротивления дороги. При движении автомо-

биля на подъеме и спуске составляющая силы

тяжести,

перпен-

дикулярная дороге, равна

(7cosa

Вследствие этого сила сопро-

тивления качению

при движении на этих участках дороги рав-

на

<jr/cosa

т.е.

она несколько меньше, чем при движении по

горизонтальному участку. Однако для малых углов

со8а

1, что

позволяет определить силу

по формуле (21.3) также для него-

ризонтальных участков дороги.

Коэффициент

и уклон

дороги в совокупности характеризу-

ют качество дороги, поэтому введено понятие о силе сопротивле-

ния дороги

равной сумме сил

(/со8(х

sincOG

(/+

i)G.

Выражение в скобках называют коэффициентом сопротивления

дороги и обозначают буквой

\|/.

Тогда сила сопротивления дороги

х|/(?.

(21.11)

Сила сопротивления воздуха. Автомобиль во время движения пе-

ремещает частицы окружающего воздуха, и в каждой точке поверх-

ности автомобиля в результате соприкосновения ее с окружающей

средой возникают элементарные

силы,

перпендикулярные к поверх-

ности и касательные к ней. Касательные силы являются силами тре-

ния. Нормальные силы создают давление на поверхность автомобиля.

Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воз-

духа заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха

Опытным путем установлено, что сила сопротивления воздуха, Н,

ад*;

где

— коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент об-

текаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхнос-

ти автомобиля,

Н-с

/м

;

— лобовая площадь автомобиля,

261

Таблица 21.4

Значения параметров сопротивления воздуха

Автомобиль

Легковые автомобили с кузовом:

закрытым

открытым

Грузовой автомобиль

Автобус с кузовом вагонного типа

Гоночный автомобиль

Н-с

/м

0,2.

..0,35

0,4.

..0,5

0,6.

..0,7

0,24.

..0,4

0,13.

..0,15

/в,

1,6...2,8

1,5 ...2

3...5

4,5... 6

1...1.3

Лобовой называют площадь проекции автомобиля на плоскость,

перпендикулярную его продольной оси. Определить точное значение

лобовой площади довольно трудно, так как для этого нужно прове-

сти обмер автомобиля и вычертить его наружный контур. Поэтому

при определении

пользуются приближенными формулами:

для грузового автомобиля и автобуса

где В — колея, м;

— наибольшая высота автомобиля, м;

для легкового автомобиля

0,78Я

где

— наибольшая ширина автомобиля, м.

Средние значения коэффициента сопротивления воздуха и ло-

бовой площади автомобиля приведены в табл. 21.4.

При взаимодействии автомобиля и воздуха также возникает

вертикальная сила. У серийных автомобилей эта сила обычно на-

правлена вверх и называется подъемной. У скоростных автомоби-

лей (гоночных, спортивных) благодаря специальной форме кузо-

ва эта сила направлена вниз и увеличивает силу сцепления шин с

дорогой. При скоростях до 120 км/ч вертикальная сила невелика,

и ее можно не учитывать в расчетах.

21.4. Коэффициент полезного действия трансмиссии

Мощность от двигателя к ведущим колесам передается агрега-

тами трансмиссии. Часть мощности при этом затрачивается на

преодоление трения в зацеплениях зубчатых колес коробки пере-

дач и главной передачи ведущего моста, в карданных шарнирах,

подшипниках и манжетах, на преодоление трения зубчатых колес

о масло и на его разбрызгивание. Поэтому тяговая мощность

7У

подводимая к ведущим колесам, при равномерном движении ав-

томобиля меньше эффективной мощности

двигателя на значе-

ние мощности

7V,p,

теряемой в трансмиссии

(N?

262

Т)

Н-м

150

100

10 15 20

v, м/с

Часто потери энергии в транс-

миссии оценивают по моменту

тр

Н-м,

приведенному к ве-

дущим колесам:

с, (21.12)

где

со

— угловая скорость веду-

щих колес, рад/с.

Величины

тр

7V,p

учитыва-

ют гидравлические потери и по-

тери, вызванные наличием тре-

ния в зубчатых зацеплениях и в

карданных шарнирах.

Гидравлические потери обус-

ловлены перемешиванием и раз-

брызгиванием масла в картерах

коробки передач и ведущих мо-

стов. Они почти не зависят от передаваемого момента, но меня-

ются с изменением угловой скорости, вязкости и количества масла,

залитого в картеры. Гидравлические потери оценивают моментом

Л/

который нужно приложить к вывешенным ведущим колесам

автомобиля, чтобы вращать валы трансмиссии вхолостую, т.е. без

нагрузки (рис. 21.4).

При отсутствии экспериментальных данных для автомобилей с

колесной формулой 4x2 используют эмпирическую формулу

Рис. 21.4. Зависимости (экспери-

ментальные) момента

от ско-

рости движения v автомобилей

некоторых марок:

ГАЗ-3102

«Волга»; 2 - ГАЗ-3307;

5-ЗИЛ-431410

где v — скорость автомобиля, м/с;

— вес автомобиля с полной

нагрузкой.

Потери энергии на преодоление трения в зубчатых зацеплени-

ях и шарнирах пропорциональны моменту, передаваемому транс-

миссией. Они не зависят от частоты вращения деталей. Эти потери

оценивают моментом

где

{/т,,

— передаточное число трансмиссии; х =

0,98*

•

0,97'

•

0,99

(здесь k и / — число соответственно цилиндрических и конических

зубчатых пар; m — число карданных шарниров, передающих на-

грузку).

Таким образом, момент сопротивления трансмиссии, приве-

денный к ведущим колесам,

тр

U^(\

х).

(21.13)

В зависимости от режима работы автомобиля используют раз-

личные способы оценки потерь. Так, если трансмиссия передает

энергию от двигателя к ведущим колесам (активный режим), то

263

Лтр

Подставив в последнюю формулу значение

потерю мощности в ней оценивают по прямому КПД трансмис-

сии, представляющему собой отношение тяговой мощности к

эффективной мощности или отношение соответствующих момен-

тов:

(21.14)

, получаем

(21.15)

В случае движения автомобиля по хорошей дороге с неболь-

шой нагрузкой и малой скоростью эффективный момент двигате-

ля невелик, и второй член выражения

(21.15)

приобретает суще-

ственное значение. КПД трансмиссии при этом может снизиться

до

..0,

При работе двигателя с полной нагрузкой момент

значительно меньше

и^,

поэтому их отношением можно пре-

небречь и считать

Лтр

= const

При торможении автомобиля двигателем трансмиссия переда-

ет энергию от ведущих колес к двигателю, и потери энергии оце-

нивают

по

мощности

ЛГ

ТД

моменту

тд

трения

двигателе,

на

основании которых рассчитывают обратный КПД трансмиссии:

Лобр

где

— мощность и момент, развиваемые при торможе-

нии двигателя.

При расчетах чаще используют

-п^,

а не

г^

для сокращения сло-

во «прямой» в определении КПД трансмиссии обычно опускают.

Во время движения автомобиля накатом, когда двигатель от-

ключен от трансмиссии и

г)^

= 0, выражение

(21.14)

теряет смысл,

и потери энергии в трансмиссии оценивают по абсолютному их

значению,

т.е.

по величинам

М^

или

N^.

Приблизительные значения прямого (при работе двигателя с

полной нагрузкой) и обратного (при принудительном холостом

ходе) КПД трансмиссии автомобилей и автобусов приведены в

табл. 21.5.

Значения КПД трансмиссии

Таблица 21.5

Автомобиль

Гоночный и спортивный

Легковой

Грузовой и автобус

Повышенной проходимости

Лтр

0,9...0,95

0,9.

..0,92

0,82.

..0,85

0,8..

.0,85

Лобр

0,8.

..0,85

0,8.

..0,82

0,75.

..0,78

0,73... 0,76

264

Коэффициент полезного действия трансмиссии не остается

постоянным в течение всего срока службы автомобиля. После вы-

пуска автомобиля с завода в период обкатки детали трансмиссии

и ходовой части прирабатываются, и КПД в это время увеличива-

ется. Затем довольно длительное время

г)^

остается приблизитель-

но постоянным, после чего в результате изнашивания деталей и

образования чрезмерных зазоров начинает уменьшаться. После ка-

питального ремонта автомобиля и последующей приработки де-

талей КПД трансмиссии снова возрастает, но уже не достигает

прежнего значения.

21.5. Тяговая характеристика и уравнения движения

автомобиля

Сила тяги. Отношение тягового момента на полуосях к радиусу

ведущих колес при равномерном движении автомобиля

(Р

/г)

называется силой тяги. Таким образом, понятие «сила тяги» не учи-

тывает затраты энергии на трение внутри шины, деформацию доро-

ги, а также на ускорение вращающихся деталей. Эти затраты учиты-

ваются отдельно. На ведомом колесе сила тяги отсутствует

(Р

0), и

при равномерном движении касательная реакция дороги численно

равна силе сопротивления качению ведомых колес

Тяговая характеристика автомобиля. График зависимости силы

тяги от скорости автомобиля на различных передачах называется

его тяговой характеристикой.

Угловые скорости

со

соответственно ведущих колес и ко-

ленчатого вала связаны между собой равенством

со,,=

со

£/

тр

со

ад,

(21.16)

где

— передаточные числа соответственно коробки пере-

дач и главной передачи.

Скорость автомобиля v -

со

оу/С/ц,.

При передаче момента

агрегатами трансмиссии его значе-

ние изменяется пропорционально передаточным числам агрега-

тов. Момент,

Н-

м, подводимый к полуосям при равномерном дви-

жении автомобиля,

Учитывая формулу

(21.14),

тяговый момент можно определить

также по выражению

а силу тяги по формуле

(21.17)

265

Определив

г)^

(или

Л/ф)

и v

для нескольких значений

и>

мож-

но, пользуясь формулой

(21.17),

найти зависимость силы тяги от

скорости автомобиля во всем диапа-

зоне изменения угловой скорости

со

и момента

и построить тяго-

вую характеристику автомобиля

(рис. 21.5). Число кривых на этом гра-

фике

(Р

т1

ц,

тШ

)

соответствует

числу ступеней в коробке передач.

Шкалы угловых скоростей

(о)

WH,

(Ощ)

соответствуют движению

автомобиля на различных переда-

чах. Задавшись размерами графика,

по значению максимальной скоро-

сти

max

автомобиля определяют

длину

шкалы скорости. Такой же

длины должна быть и шкала угловой скорости на высшей передаче.

При постоянной угловой скорости вала двигателя скорости авто-

мобиля на различных передачах обратно пропорциональны переда-

точным числам коробки передач (римские цифры в индексе озна-

чают передачу в коробке):

Рис.

21.5.

Тяговая характеристи-

ка автомобиля

т.д.

Вследствие этого размер одного деления шкалы по оси, на

которой отложены значения угловой скорости, например, для

первой передачи, должен быть в

раз меньше размера деления

для прямой передачи.

Уравнение движения автомобиля. Это уравнение связывает все

силы, действующие на автомобиль, и позволяет определить ха-

рактер движения автомобиля в любой момент времени. При изу-

чении динамичности автомобиля считают, что его возможности

ограничены лишь мощностью двигателя и сцеплением ведущих

колес с дорогой. Остальные ограничения, накладываемые, напри-

мер, требованиями безопасности движения или комфортабельно-

сти, не учитывают. В связи с этим рассмотрим лишь прямолиней-

ное движение автомобиля. Особенности криволинейного движе-

ния автомобиля изложены в главах, посвященных устойчивости и

управляемости автомобиля.

Рассмотрим силы, действующие на автомобиль на подъеме во время

разгона (рис. 21.6). К центру тяжести автомобиля приложены сила

тяжести G =

mg,

а также сила инерции

Р'

Н, поступательно движу-

щихся масс, направленная противоположно ускорению. Сила инерции

РН

= та,

266

Рис.

21.6.

Силы и моменты, действующие на автомобиль, движущийся

на подъем

где т — масса автомобиля, кг; а — ускорение автомобиля,

м/с

К колесам автомобиля приложены моменты сопротивления

качению

к1

Л/

к2

Со стороны дороги на шины действуют нор-

мальные реакции

и касательные реакции

Сила

сопротивления воздуха

приложена на высоте

Кроме того, к

тяговому крюку автомобиля может быть приложена сила

пр

со-

противления движению прицепа.

Спроектируем все силы на плоскость дороги:

= 0.

(21.18)

При движении одиночного автомобиля

-Л-

-/»-/»

(21.19)

При неравномерном вращении деталей возникает инерцион-

ный момент /е (где

/—

момент инерции, а е — угловое ускорение

детали). Наибольшее влияние на движение автомобиля оказывают

моменты инерции маховика и колес.

Касательные реакции при разгоне автомобиля

(21.20)

(21.21)

где

— соответственно момент инерции маховика,

кг-м

его

угловое ускорение,

рад/с

;

к2

соответственно момен-

ты инерции ведомых и ведущих колес,

кг-м

и их угловое уско-

рение,

рад/с

Согласно соотношению между угловым и линейным ускоре-

ниями

а/г,

= e

£L, =

267

Подставив значения

в формулу (21.19), имеем

-Р

=0.

Объединив все члены этого выражения, содержащие а, и учи-

тывая формулу

(21.17),

получим

где

/к2

— суммарный момент инерции всех колес,

кг-м

Второй член уравнения (21.22) характеризует силу, которую

можно приложить к автомобилю, чтобы сообщить ему ускорение а.

Выражение в скобках показывает, во сколько раз энергия, затра-

чиваемая при разгоне автомобиля, больше энергии, необходимой

для разгона автомобиля, все детали которого движутся только

поступательно. Таким образом, это выражение характеризует вли-

яние вращающихся масс на движение автомобиля. Поэтому его

называют коэффициентом учета вращающихся масс:

-r

т-

2 |

'Л

Второй член уравнения (21.23) называется приведенной силой

инерции автомобиля и обозначается

Причем

= та\

(21.24)

где

9,81

м/с

— ускорение свободного падения.

Энергия, затрачиваемая на разгон деталей двигателя, на пря-

мой передаче в

2—3

раза, а на низших передачах в

8—10

раз боль-

ше энергии, расходуемой на разгон колес.

Если точное значение моментов инерции

неизвестно,

то коэффициент

вр

определяют по эмпирической формуле

/G,

(21.25)

где

0,03.

..0,05;

— вес автомобиля с полной нагрузкой.

Для случая движения автомобиля с двигателем, отсоединен-

ным от трансмиссии,

ВР

= 1 +

1 +

0,05<7

/а

(21.26)

Последние два члена в формуле (21.22) представляют собой

силу сопротивления дороги

)f+

поэто-

268

му уравнение движения автомобиля в общем виде можно напи-

сать следующим образом:

р-Р_

р _ р - о

•и-

*п

~ъ

—

(21.27)

Условие возможности движения автомобиля. Согласно выраже-

нию

(21.18),

длительное безостановочное движение автомобиля

возможно лишь при условии:

>Р

(21.28)

Это неравенство связывает конструктивные параметры авто-

мобиля с сопротивлением движению. Выполнение его необходи-

мо, но недостаточно для безостановочного движения автомоби-

ля, так как оно возможно лишь при отсутствии буксования веду-

щих колес. Учитывая формулу

(21.10),

условие безостановочного

движения можно выразить следующим образом:

Д,

(21.29)

Если суммарная сила сопротивления движению больше силы

тяги, то останавливается двигатель. Если сила тяги больше силы

сцепления — пробуксовывают ведущие колеса.

Для автомобиля с передними ведущими колесами в формулу

(21.29) вместо

подставляют

а для автомобиля со всеми

ведущими колесами —

Gcosa

21.6. Нормальные реакции дороги

Определим нормальные реакции, действующие на колеса ав-

томобиля, стоящего на горизонтальной дороге. Вектор веса авто-

мобиля проходит через центр тяжести, который расположен на

расстоянии

от оси переднего моста и на расстоянии

от оси

заднего. Нормальные реакции

R$,

действующие на колеса

соответственно переднего и заднего мостов, равны составляющим

веса автомобиля, приходящимся на колеса этих мостов

(рис. 21.7).

Из условий равновесия имеем:

= G,

(21.30)

где L — расстояние между осями мостов (база автомобиля), м.

Следовательно, в статическом состоянии автомобиля

}

{

/L-

GIJL.

(21.31)

При движении автомобиля нормальные реакции дороги не ос-

таются постоянными, а изменяются под действием сил и момен-

тов, приложенных к автомобилю (например, реактивного момен-

та ведущего моста автомобиля, моментов сил инерции колес при

269

Рис. 21.7. Силы, действующие на

неподвижный автомобиль:

G — вес автомобиля;

г1

— нор-

мальные реакции, действующие на

колеса переднего и заднего мостов; L —

база автомобиля;

/,,

— расстояния

центра тяжести до осей переднего и

заднего мостов

неравномерном движении, моментов сил сопротивления качению

и т.д.).

Определим нормальные реакции, действующие на колеса двух-

осного автомобиля при его разгоне на подъем. Составим уравне-

ние моментов сил относительно центра тяжести автомобиля и

уравнение проекций сил на вертикальную ось. Для упрощения

примем, что высота

равна высоте центра тяжести

пр

= 0.

В этом случае

-ад -

(21.32)

(21.33)

где

ск

— момент сопротивления качению всех колес автомоби-

ля, равный сумме моментов

к2

Формулы для определения

К$

могут иметь различный вид.

Если известна сила тяги, то, подставив в выражение (21.32)

вместо

их

значения согласно формулам (21.20) и

(21.21),

получим:

iJGcosa

[/,

Для равномерного движения

(л

= 0) автомобиля по горизон-

тальной дороге с хорошим покрытием можно

принять/-

Тогда

(G1

PM/L-

((?/,+

/>A)/I.

Часто нормальные реакции удобнее определять в функции сил

сопротивления. Подставив в уравнение (21.32) значение реакции

R =

получим:

270

Максимальные значения касательных реакций ограничены сцеп-

лением шин с дорогой. Подставив в формулу (21.33) вместо

предельное значение по условиям сцепления

(<p

Ra),

получаем пре-

дельные значения нормальных реакций (по условиям сцепления):

/01

,„

(21.34)

(21.35)

Для равномерного движения автомобиля по горизонтальной

дороге с хорошим покрытием формулы (21.34) и (21.35) можно

написать так:

Приведенные уравнения показывают, что нормальная реакция

дороги на передние колеса автомобиля уменьшается, а на зад-

ние — возрастает с увеличением крутизны подъема, интенсивно-

сти разгона автомобиля, а также с ростом сил сопротивления

или силы тяги

необходимой для их преодоления.

Коэффициент изменения нормальных реакций

представляет

собой отношение нормальной реакции к силе тяжести, действую-

щей на мост автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге

WPI

^i/G,;

(21.36)

Во время разгона автомобиля предельные значения коэффи-

циентов составляют

/л

р1

55.

..0,7;

р2

1,2.

..1,35.

Приведенные значения коэффициентов свидетельствуют о том,

что во время разгона нагрузка на передний мост автомобиля

умень-

271

шается, а на задний мост — возрастает по сравнению с нагрузка-

ми при статическом положении автомобиля. При торможении

происходит обратное явление. Этим объясняются подъем передней

части автомобиля при разгоне и наклон ее вниз («клевок») при

торможении.

Контрольные вопросы

От каких факторов зависит КПД трансмиссии и каковы его средние

значения для автомобилей разных типов?

2. Какие причины вызывают сопротивление качению, сопротивление

подъему и сопротивление дороги?

3. От чего зависит сила сопротивления воздуха?

4. Что такое коэффициент учета вращающихся масс?

5. От каких факторов зависит коэффициент сцепления, его средние

значения для дорог различных типов и как он меняется в зависимости от

скорости автомобиля?

6. Назовите условие возможности движения автомобиля.

7. Зачем нужно уравнение движения автомобиля и какие значения в

него входят?

Глава 22

ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ АВТОМОБИЛЯ

22.1. Силовой и мощностной балансы автомобиля

Аналитическое решение уравнения движения автомобиля в

общем виде невозможно, так как неизвестны точные функцио-

нальные зависимости, связывающие основные действующие силы

(Р

Ртр

)

со скоростью автомобиля. Поэтому уравнение дви-

жения обычно решают приближенно, используя графоаналити-

ческие методы. Наиболее распространены методы силового баланса,

мощностного баланса и динамической характеристики.

Силовой баланс. Переписав уравнение (21.27) следующим об-

разом:

Рт

Р>

(22.1)

получим уравнение силового баланса, которое можно решить гра-

фически (рис.

22.1).

Вначале строят тяговую характеристику автомобиля. В нижней

части графика наносят кривую

построенную для одного зна-

чения коэффициента сопротивления дороги

ц/.

Значение силы

откладывают вверх от соответствующих значений силы

Кривая

суммарного сопротивления

определяет силу тяги, необхо-

димую для движения автомобиля с постоянной скоростью. Если

кривая

(Р

в зависимости от числа передач) проходит

выше кривой

то отрезки

заключенные между этими

кривыми, представляют собой нереализованную часть (запас) силы

тяги, которую можно использовать для преодоления повышенно-

го сопротивления дороги или для разгона автомобиля.

С помощью графика силового

баланса можно определить ос-

новные показатели динамично-

сти автомобиля при равномер-

ном движении. Например, мак-

симальную скорость

max

опреде-

ляют по абсциссе точки пересе-

чения кривых

РТ

когда

запас силы тяги, а следователь-

но, и ускорение равны нулю.

Если кривая

проходит ниже

кривой

то автомобиль

может двигаться только замед-

ис

22.1. Силовой баланс автомо-

ленно.

биля

р +Р

273

Для определения максимального сопротивления дороги, кото-

рое может преодолеть автомобиль при равномерном движении,

например, со скоростью

и,,

нужно из ординаты

вычесть отре-

зок

Ь,

равный в выбранном масштабе силе

Сумма отрезков а и

Ъ в том же масштабе представляет собой силу

при максималь-

ном коэффициенте

\|/.

Для того чтобы учесть возможность буксования ведущих колес,

нужно, определив для заданного коэффициента сцепления силу

сцепления

сц

провести горизонтальную линию. В зоне,

расположенной ниже этой линии, соблюдается условие

сц

а в зоне выше нее длительное движение автомобиля невозможно.

Для рассматриваемого примера безостановочное движение ав-

томобиля на четвертой, третьей и второй передачах возможно во

всем интервале скоростей от минимальной до максимальной.

На первой передаче движение автомобиля без буксования ко-

лес при полной нагрузке двигателя возможно лишь со скоростью,

большей или равной скорости

Для движения на первой передаче со скоростью, которая мень-

ше скорости

необходимо прикрыть дроссельную заслонку, что-

бы уменьшить силу тяги.

В уравнении

(22.1)

все силы сопротивления условно имеют знак

плюс. Однако силы

могут быть или силами сопротивления,

или движущими силами. При движении на подъеме

(+а

а также

при разгоне автомобиля

(+а)

значения этих сил в уравнении

(22.1)

нужно подставлять со знаками плюс, а в случае движения на спуске

(-(х

)

и с замедлением

(-а)

— со знаком минус.

Мощностной баланс. Для анализа динамичности автомобиля

можно вместо соотношения сил использовать сопоставление тя-

говой мощности с мощностью, необходимой для преодоления

сопротивления движению. По аналогии с уравнением силового

баланса уравнение мощностного баланса можно записать в виде

N,=

-N

N»,

(22.2)

где

— мощность, затрачиваемая на преодоление силы

инерции автомобиля.

Рассмотрим вначале уравнение (22.2) для движения автомоби-

ля на одной передаче.

Построим в координатах

N-

v скоростную характеристику

(рис. 22.2, а). Вниз от кривой

отложим значения мощности

Л^,,

затрачиваемой на преодоление трения в трансмиссии, — получим

кривую NT Если мощность

ТУф

не известна, то мощность

7У

опре-

деляют

по

формуле

Л^Лтр-

Затем наносят кривую мощности

Лц,

значения которой определяют по формуле

Gyv.

Если принять коэффициент / постоянным, то график мощности

представляет собой прямую, проходящую через начало коор-

динат. Для скорости, большей 10... 15 м/с, следует учитывать за-

274

Nit

Рис. 22.2. Мощностной баланс автомобиля при движении:

а — на высшей передаче; б — на различных передачах

висимость

коэффициента/от

скорости и определять его, напри-

мер, по формуле (21.5).

Вверх от кривой

откладывают значения мощности

(см.

кривую

ТУд

Отрезки ординат между кривой

Л^

и осью

абсцисс представляют собой суммарную мощность, затрачиваемую

на преодоление сопротивлений дороги и воздуха. Отрезки мощно-

сти

заключенные между кривыми

характеризу-

ют запас мощности, который может быть использован для пре-

одоления повышенного сопротивления дороги или разгона авто-

мобиля.

При равномерном движении автомобиля мощность

расхо-

дуется только на преодоление сопротивлений дороги и воздуха.

Если дроссельная заслонка открыта полностью, то наибольшую

скорость

max

автомобиль развивает, когда мощность

ЛГ

равна сум-

ме мощностей

ТУд

(точка А). Для равномерного движения ав-

томобиля по той же дороге с меньшей скоростью водитель дол-

жен прикрыть дроссельную заслонку. Например, для движения со

скоростью

{

заслонку нужно прикрыть так, чтобы мощность

АГ

изменялась по кривой, показанной на рис. 22.2, а штриховой ли-

нией

(Л^).

График мощностного баланса для всех передач строят таким же

образом, только вместо одной пары кривых

наносят не-

сколько — в зависимости от числа передач в коробке (рис. 22.2, б).

При изменении передаточного числа коробки передач

изменя-

ется лишь скорость автомобиля, мощность же

а также мощ-

275

ность

если не учитывать изменения КПД трансмиссии на раз-

личных передачах, остаются без изменений.

Степенью использования мощности

//двигателя

называют отно-

шение мощности, необходимой для движения автомобиля, к мощ-

ности, которую может развить двигатель при полной нагрузке. Так,

при равномерном движении

(22.3)

но

Следовательно,

(22.4)

Из выражений (22.3) и (22.4) получим

)/N

Чем меньше коэффициент сопротивления дороги и скорость

автомобиля и чем больше передаточное число

£/ф,

тем хуже ис-

пользуется мощность двигателя, тем меньше степень использова-

ния мощности. Например, при скорости, v'\, суммарная мощность

сопротивлений дороги и воздуха равна

TV,,

а мощность на веду-

щих колесах при полной нагрузке двигателя равна

Л^щ

на прямой

передаче и

Л^п

— на второй. Степень использования мощности на

прямой передаче

И\

Л^/Л^пъ

на

второй передаче

{

но

TV^n

АТНЬ

следовательно,

И\.

22.2. Динамическая характеристика автомобиля

Практическое использование силового и мощностного балан-

сов затруднительно, так как для разных значений коэффициента

сопротивления дороги

на графиках приходится наносить не-

сколько кривых:

или

Кроме того, по

мощностному

и силовому балансам нельзя сравнивать динамичность автомоби-

лей, имеющих различные массы, так как при движении их в оди-

наковых условиях сила и мощность, необходимые для преодоле-

ния сопротивления дороги, различны. От этих недостатков свобо-

ден метод Е. А. Чудакова для решения уравнения при помощи ди-

намической характеристики.

Динамический фактор D. Этот фактор показывает значение сво-

бодной тяговой силы, необходимой для перемещения 1 кг массы

автомобиля. Это отношение разности сил тяги и сопротивления

воздуха к весу автомобиля:

D =

(Р

Рв)/(?

(22.5)

276

Величина D зависит только от конструктивных параметров ав-

томобиля, поэтому ее можно определить для каждой конкретной

модели. При движении автомобиля на низших передачах дина-

мический фактор больше, чем при движении на высших, из-за

увеличения силы тяги

и уменьшения силы сопротивления воз-

духа

Чтобы связать динамический фактор с условиями движения

автомобиля, перенесем в уравнении (22.1) силу

в левую часть

и разделим обе части на вес автомобиля G. В результате получим с

учетом формул

(21.11)

и (21.24):

D =

(Р

/».)/(?

(Р

)/G

i|/

a/g.

(22.6)

При равномерном движении а = О, следовательно, динамичес-

кий фактор определяет и коэффициент

\|/.

Например, динамичес-

кий фактор

Д,

при максимальной скорости определяет сопро-

тивление дороги (характеризуется коэффициентом

v|/

которое

автомобиль может при этой скорости преодолеть.

Максимальный динамический фактор

max

соответствует наи-

большему дорожному сопротивлению, характеризуемому коэф-

фициентом

\|/

тах

и преодолеваемому автомобилем при равномер-

ном движении на первой передаче. Величины

г^

тах

max

явля-

ются основными показателями динамичности автомобиля при

равномерном движении.

Согласно выражению (22.6) для длительного безостановочно-

го движения автомобиля необходимо соблюдение условия D

\|/.

Чтобы учесть также ограничение вследствие буксования веду-

щих колес, определим предельное значение силы тяги по услови-

ям сцепления:

Подставив найденное значение

в формулу (22.5) и пренеб-

регая/,

получим выражение для динамического фактора по сцеп-

лению:

Аи =

(т

р2

2Фх

/>„)/(?.

(22.7)

В случае буксования ведущих колес скорость автомобиля неве-

лика, и можно считать, что сила

0, а

р2

Тогда

Длительное движение автомобиля без буксования ведущих ко-

лес возможно при соблюдении условия

Ц-ц

Учитывая также условие D

, определим условие возмож-

ности движения автомобиля:

Д.

\j/.

Динамическая характеристика автомобиля. График зависимос-

ти динамического фактора D автомобиля с полной нагрузкой от

27?

Рис. 22.3. Общий вид динамической характеристики автомобиля

и использование ее для определения:

а — скорости; б — преодолеваемого подъема, коэффициентов сопротивления

движению и сцепления

скорости движения на различных передачах называется динамичес-

кой характеристикой (рис. 22.3). Для решения уравнения движения

сопоставляют значения динамических факторов, рассчитанных по

условиям тяги и по условиям сцепления, с коэффициентом

ху.

На-

пример, для определения максимальной скорости автомобиля

max

на участке дороги, который характеризуется постоянным коэффи-

циентом

ц/,

нужно по оси ординат динамической характеристики

отложить значение

\у

в том же масштабе, что и масштаб динамичес-

кого фактора, и провести прямую, параллельную оси абсцисс.

Если линия сопротивления движению (прямая 1 на рис. 22.3, а)

пересекает кривую динамического фактора, то максимальная ско-

рость равна

v\,

так как при этой скорости соблюдается условие D =

\|/.

Если кривая динамического фактора проходит выше линии сопро-

тивления движению (прямая 2), то равномерное движение автомо-

биля при полностью открытой дроссельной заслонке невозможно,

так как динамический фактор даже на высшей передаче во всем

диапазоне скоростей больше коэффициента

\|/,

т. е. происходит раз-

гон автомобиля. Чтобы обеспечить равномерное движение автомоби-

ля, водитель в этом случае должен прикрыть дроссельную заслонку.

Линия 3 соответствует случаю, когда

max

<ц/.

Движение с по-

стоянной скоростью при таком коэффициенте невозможно, авто-

мобиль может двигаться только замедленно. Если прямая пересе-

кает кривую в двух точках (линия 4), то автомобиль при полнос-

тью открытой

дроссельнор

заслонке может двигаться равномерно

278

как со скоростью

так и со скоростью

ля

движения со ско-

ростью, большей скорости

и меньшей скорости

г;

нужно умень-

шить мощность двигателя, прикрыв дроссельную заслонку.

С помощью динамической характеристики можно определить

коэффициент

\j/

при движении автомобиля с заданной скоростью.

Для этого по динамической характеристике находят значение D

при указанной скорости, а следовательно, и значение

\|/.

Так, при

скоростях

(рис.

22.3,

5) коэффициент сопротивления доро-

ги равен соответственно

\|/i

\|/

Если известен коэффициент сопротивления качению /, то,

определив значение

\|/,

можно найти максимальный угол подъе-

ма, преодолеваемого автомобилем. Например, если коэффициент

сопротивления качению принят постоянным и

равным/

то при

движении со скоростью v\ автомобиль преодолевает подъем, ук-

лон

которого равен

xj/j

f\.

Наибольшее значение коэффициент

\|/

имеет при максималь-

ном динамическом факторе D. Для определения коэффициента

\1/

тах

нужно провести прямую, параллельную оси абсцисс, и каса-

тельную к кривой динамического фактора на данной

передаче.

От-

резок, отсекаемый этой прямой на оси ординат, характеризует

тах

также

тах

Динамический паспорт автомобиля. Так называют совокупность

динамической характеристики, номограммы нагрузок и графика

контроля буксования. Динамический паспорт автомобиля позво-

ляет решать уравнение движения с учетом конструктивных пара-

метров автомобиля

(М„

U^,

TI^

и др.), основных характеристик

дороги (коэффициентов

\у

)

и нагрузки на автомобиль.

Динамическую характеристику строят для автомобиля с пол-

ной нагрузкой.

При изменении веса автомобиля от

(пустого) до

(с пол-

ной нагрузкой) динамический фактор изменяется, и его можно

определить по формуле

D=(P

-P

)/G=D

Для того чтобы не пересчитывать D при каждом изменении на-

грузки, динамическую характеристику дополняют номограммой на-

грузок, которую строят следующим образом. Ось абсцисс динамичес-

кой характеристики продолжают влево и на ней откладывают отре-

зок произвольной длины (рис. 22.4, а). На этом отрезке наносят шка-

лу нагрузки Я,

для грузовых автомобилей или указывают число

пассажиров для легковых автомобилей и автобусов. Через нулевую

точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллельную оси

Д,

и на

ней наносят шкалу динамического фактора

для автомобиля без

нагрузки. Масштаб для шкалы

Д>

определяют по формуле

Да

GO/б",

279