Васильев В.А. Автомобили. Тяговая динамичность автомобилей

Подождите немного. Документ загружается.

движении.

jwfiт

PPPPP

, (4.1)

где

- сила тяги на ведущих колесах; - сила сопротивления каче-

нию колес по опорной поверхности;

- сила сопротивления подъему

автомобиля;

- сила сопротивления воздуха при движении автомоби-

ля;

- сила инерции автомобиля.

Сила тяги на ведущих колесах

изменяется в зависимости от эф-

фективного крутящего момента двигателя, передаточного числа в

трансмиссии и КПД трансмиссии и может быть определена с исполь-

зованием внешней скоростной характеристики из выражения:

mpoдвkie

mpmpie

тi

iiiM

⋅

= , (4.2)

где

- сила тяги на ведущих колесах на -ой передаче;

тi

P i

- КПД

трансмиссии.

Сила сопротивления подъему автомобиля

зависит от угла про-

дольного уклона дороги

в градусах или уклоном дороги в %, и оп-

ределяется из выражения:

iGGP

⋅

sin , (4.3)

где

- фактический вес автомобиля, Н; - уклон дороги, % G i

Уклон дороги представляет собой отношение превышения

к за-

ложению

(рис 4.1).

Рис. 4.1.

Уклон дороги

На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъема

невелики и не превышают 5÷8°. Для таких углов можно принять, что

1% уклона (одна сотая доля) соответствует 35′ угла

подъема дороги.

При этом уклон

αα

sin≈== tg

Сила сопротивления качению колес по опорной поверхности зави-

сит в основном от типа и состояния опорной поверхности (дорожного

покрытия), конструкции шин и давления воздуха в них, а также от ско-

рости движения автомобиля, и может быть определена из выражения:

cos

⋅

fGP

, (4.4)

где

- коэффициент сопротивления качению; f

- угол продольного

уклона дороги, град.

Для практических расчетов в интервалах скоростей (км/ч), наибо-

лее распространенных при движении автомобилей, коэффициент со-

противления качению

может быть с достаточной точностью опре-

делен из выражения:

=⋅+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

20000

(4.5)

Коэффициент сопротивления качению и уклон дороги в сово-

купности характеризуют качество дороги. Поэтому введено понятие о

силе сопротивления дороги

, равной сумме сил и :

f i

(

)

(

)

fiGfGfGGPPP

⋅

cossincossin

Выражение называют коэффициентом сопротивления дороги

и обозначают буквой

)( fi +

. Тогда сила сопротивления дороги

⋅

. (4.6)

Сила сопротивления воздуха возникает во время движения ав-

томобиля вследствие перемещения частиц окружающего воздуха. В

каждой точке поверхности автомобиля в результате ее соприкоснове-

ния с воздушной средой возникают элементарные силы, касательные и

нормальные к ней. Касательные силы являются силами трения, а нор-

мальные создают давление на поверхность автомобиля. Для упрощения

расчетов элементарные силы сопротивления воздуха заменяют сосре-

доточенной силой сопротивления воздуха . Опытным путем уста-

новлено, что сила сопротивления воздуха (в Н)

136,3

aaa

VWVFk

⋅

⋅⋅

, (4.7)

где - коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемо-k

сти) автомобиля,

сН ⋅

, - лобовая площадь автомобиля, м

;

kFW = - фактор обтекаемости, характеризует аэродинамические

свойства автомобиля,

сН ⋅

Коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемо-

сти) зависит от формы кузова автомобиля и качества отделки его k

поверхностей и численно равен силе сопротивления воздуха, дейст-

вующей на один квадратный метр лобовой площади автомобиля при

его движении со скоростью 1 м/с.

Лобовая площадь автомобиля - это площадь проекции автомо-

биля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси. Точное

определение лобовой площади автомобиля довольно затруднительно,

так как для этого нужно произвести обмер автомобиля и вычертить его

наружный контур. Поэтому на практике пользуются эмпирическими

зависимостями, дающими небольшую погрешность. Для грузовых ав-

томобилей лобовую площадь определяют по формуле:

HBF

⋅

, (4.8)

а для легковых автомобилей:

HBF

⋅

78,0 , (4.9)

где

- колея автомобиля, м; - ширина автомобиля, м; B

- высо-

та автомобиля, м.

При наличии тента на грузовом автомобиле в результате увеличе-

ния, как его лобовой площади, так и коэффициента обтекаемости, фак-

тор обтекаемости существенно увеличивается, поэтому необходимо

увеличивать фактор обтекаемости на 25÷30%. При отсутствии данных

фактор обтекаемости можно определить по средним значениям

WFk

,, , приведенным в табл.4.2.

Таблица 4.2

Средние значения аэродинамических параметров автомобилей

Тип автомобиля

k , Н⋅с

/м

F , м

Легковые 0,2...0,35 1,6...2,8

Грузовые 0,6...0,7 3,0...5,0

Грузовые автопоезда 0,7...0,75 3,0...5,0

Автобусы 0,25...0,4 4,5...6,5

Гоночные 0,13...0,15 1,0...1,3

Сила инерции автомобиля

(в Н) представляет собой суммарную

силу инерции поступательно движущихся масс автомобиля и инерции

вращающихся деталей (маховика, деталей трансмиссии, колес и др.)

jmP

вi

вij

⋅

=⋅⋅=

, (4.10)

где

вi

– коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся

деталей автомобиля на различных передачах (коэффициент учета вра-

щающихся масс);

- поступательное ускорение автомобиля, м/с

;

Коэффициент учета вращающихся масс

вi

определяется из выра-

жения:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

++=

mpmpM

вi

, (4.11)

где

- соответственно моменты инерции маховика двигателя и

колес автомобиля, кг⋅м

JJ ,

Если точное значение моментов инерции неизвестно, то коэффи-

циент

вi

определяется по эмпирической формуле:

(

)

kkMвi

δδδ

++=

1 , (4.12)

где

05,0...03,0≈≈

; - передаточное число в коробке пере-

дач.

Развернутое уравнение силового баланса автомобиля имеет вид:

jGVFK

вia

⋅⋅

+⋅=

, (Н) (4.13)

Из-за отсутствия точных функциональных зависимостей, связы-

вающих основные действующие силы со скоростью автомобиля анали-

тическое решение данного уравнения движения автомобиля в общем

виде невозможно. Но можно представить в виде графика силового ба-

ланса автомобиля, т.е. решить графоаналитическим методом. Для этого

в координатах

−

необходимо построить тяговую характеристику

автомобиля

)(VfP

(зависимость силы тяги на ведущих колесах

от скорости автомобиля на различных передачах), и здесь же нанести

кривые и )(VfP =

)(VfPP

, т.е. кривую )(VfP

от-

кладывают вверх от соответствующих значений силы

(рис. 4.2)

Рис. 4.2.

Силовой баланс автомобиля

Кривая суммарного сопротивления

)(VfPP

определяет

силу тяги, необходимую для движения автомобиля с постоянной ско-

ростью. Если кривая

)(VfP

проходит выше кривой

, то отрезок , заключенный между этими кривыми,

представляет собой нереализованную часть (запас) силы тяги, которую

можно использовать для преодоления повышенного сопротивления

дороги или для разгона автомобиля.

)(VfPP

Таким образом, при помощи графика силового баланса автомобиля

можно определить основные показатели динамичности автомобиля при

равномерном движении.

4.2. Мощностной баланс автомобиля

Мощностной баланс автомобиля позволяет судить о затратах

мощности, развиваемой двигателем, потребной для преодоления сил

сопротивления при движении автомобиля (кВт):

jwfi

NNNN

ηη

== , (4.14)

где

- мощность на ведущих колесах; - соответст-

венно мощности, затрачиваемые на преодоление силы сопротивления

подъему автомобиля, силы сопротивления качению колес по опорной

поверхности, силы сопротивления воздуха при движении автомобиля,

силы инерции автомобиля.

jwfi

NNNN ,,,

Мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления

подъему автомобиля (кВт)

6,31000

sin

⋅

=⋅=

VPN

aii

(4.15)

Мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления ка-

чению колес по опорной поверхности (кВт)

6,31000

cos

⋅

=⋅=

fGV

VPN

aff

. (4.16)

Мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления

воздуха при движении автомобиля (кВт)

6,31000 ⋅

⋅

=⋅=

aww

VkF

VPN

. (4.17)

Мощность, затрачиваемая на преодоление силы инерции при дви-

жении автомобиля (в кВт)

6,31000 ⋅

⋅

=⋅=

aвр

ajj

VjG

VPN

. (4.18)

Мощность двигателя распределяется на потери энергии в транс-

миссии, силы сопротивления качения, подъема, воздуха и разгона, сле-

довательно, уравнение (4.14) в развернутом виде можно записать сле-

дующим образом:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⋅⋅⋅

⋅

⋅⋅⋅

⋅

⋅⋅

6,310006,310006,31000

cos

6,31000

sin

aвр

aaa

mpmp

VjG

VkFfGVGVN

αα

ηη

Данное уравнение можно представить в виде графика мощностного

баланса автомобиля, т.е. решить графоаналитическим методом (рис.

4.3). Для этого в координатах

−

необходимо построить:

- кривые

)(VfN

(зависимости мощности двигателя от скоро-

сти автомобиля на различных передачах);

- кривые

)(VfN

(зависимости мощности на ведущих колесах

от скорости автомобиля на различных передачах);

- кривые

)(VfN

и )(VfNN

(кривую

откладывают вверх от соответствующих значений мощ-

ности

)(VfN

Полученная кривая мощности, затрачиваемой на силы суммарного

сопротивления дороги и воздуха

)(VfNN

определяет мощ-

ность, необходимую для движения автомобиля с постоянной скоро-

стью.

Рис. 4.3.

Мощностной баланс автомобиля

Ординаты, заключенные между кривыми

)(VfN

характеризуют мощность , затрачиваемую на пре-

одоление сил трения в трансмиссии.

)(VfN

Если кривая

)(VfN

проходит выше кривой

, то отрезок , заключенный между этими кри-

выми, представляет собой нереализованную часть (запас мощности),

которую можно использовать для преодоления повышенного сопро-

тивления дороги или для разгона автомобиля.

)(VfNN

Отношение мощности, необходимой для движения автомобиля, к

мощности, которую развивает двигатель на данной скорости при пол-

ной подаче топлива называют степенью использования мощности дви-

гателя.

Так

при равномерном движении:

mpe

mpw

NNN

⋅

ψψψ

, (4.20)

где

- мощность, теряемая в трансмиссии.

Степенью использования мощности двигателя показывает степень

его загрузки в %.Чем меньше коэффициент

(чем лучше дорожные

условия), и чем больше передаточное число в трансмиссии, тем хуже

используется мощность двигателя, тем меньше

. И

Таким образом, при помощи мощностного баланса автомобиля

можно определить мощностные показатели динамичности автомобиля

при равномерном движении.

Порядок выполнения работы

1. Задавшись значением КПД трансмиссии, определить зависимость

(силы тяги на ведущих колесах от скорости автомобиля

на различных передачах). Результаты расчетов представить в виде таб-

лицы.

)(VfP

тi

2. Для дороги, характеризуемой значениям

и i определить

зависимо

)(V

сть

. Результаты расчетов представить в виде

таблицы.

3. Определить зависимость

)(VfP

для различных скоростей

движения автомобиля. Результаты расчетов представить в виде табли-

цы.

4. По результатам расчетов на миллиметровой бумаге в координа-

тах

построить график силового баланса автомобиля. VP −

5. Определить зависимость

)(VfN

на различных передачах.

Результаты расчетов представить в виде таблицы.

6. Определить зависимость

)(VfN

на различных передачах.

Результаты расчетов представить в виде таблицы.

7. Определить зависимость

)(VfN

. Результаты расчетов пред-

ставить в виде таблицы.

8. Определить зависимость

)(VfN

. Результаты расчетов пред-

ставить в виде таблицы.

9. По результатам расчетов на миллиметровой бумаге в координатах

построить график мощностного баланса автомобиля. VN −

10. Выводы и рекомендации.

Контрольные вопросы и задания

1. Как определить силу тяги на ведущих колесах?

2. Что такое тяговая характеристика автомобиля

3. Как определить суммарную силу сопротивления дороги?

4. Как определить силу сопротивления воздуха?

5. Как определить силу инерции (сопротивления разгону автомоби-

ля)?

6. Как определяется значение мощности на ведущих колесах?

7. Почему нельзя повысить мощность с помощью редуктора (коробки

передач)?

8. Как распределяется мощность двигателя при движении автомоби-

ля?

9. Уравнение движения автомобиля. Способы решения уравнения

движения автомобиля.

10. Условие возможности движения автомобиля?

Практическое занятие №5

ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ АВТОМОБИЛЯ

Цель занятия

1. Построить динамический

паспорт заданной модели автомобиля.

2. Научится решать уравнение движения автомобиля с помощью ди-

намического паспорта автомобиля.

Общие сведения

Динамический паспорт автомобиля – это динамическая характери-

стика автомобиля, совмещенная с номограммой нагрузок и графиком

контроля буксования. Динамический паспорт автомобиля приведен на

рис. 5.1.

Рис. 5.1.

Динамический паспорт автомобиля

Динамическая характеристика – это график зависимости динами-

ческого фактора автомобиля

с полной нагрузкой от скорости дви-

жения на различных передачах при полной подаче топлива.

Динамическим фактором

автомобиля называют отношение D

разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

−

= (5.1)

Данное выражение получено из уравнения движения автомобиля:

;

GPP

PPPP

вр

jwm

=+=

−

+=−

Величина

показывает удельную силу тяги автомобиля, она за-

висит только от конструктивных параметров автомобиля и поэтому

может быть определена для каждой конкретной модели.

Уравнение движения автомобиля, выраженное через динамиче-

ский фактор имеет вид:

вр

⋅

+= . (5.2)

При равномерном движении ( 0

j ) динамический фактор опре-

деляет коэффициент сопротивления дороги:

ifD

. (5.3)

Динамический паспорт автомобиля позволяет решать уравнение

движения с учетом конструктивных параметров автомобиля (

др.), основных характеристик дороги (

mie

PM ,

, ) и загрузки автомобиля.

Рис. 5.2.

Динамическая характеристика авто-

мобиля