Универсальная динамическая характеристика автомобиля

1.5.4. Универсальная динамическая характеристика автомобиля.

 

Динамическая характеристика автомобиля иллюстрирует его тягово-скоростные свойства при равномерном движении с разными скоростями на разных передачах и в различных дорожных условиях.

Из уравнения тягового баланса автомобиля при движении без прицепа на горизонтальной опорной поверхности, следует, что разность сил (касательной силы тяги и сопротивления воздуха при движении автомобиля) в этом уравнении представляет собой силу тяги, расходуемую на преодоление всех внешних сопротивлений движению автомобиля , за исключением сопротивления воздуха. Поэтому отношение характеризует запас силы тяги, приходящийся на единицу веса автомобиля. Этот измеритель динамических, в частности, тягово-скоростных, свойств автомобиля, называется динамическим фактором D автомобиля.

Таким образом, динамический фактор автомобиля.

.

Динамический фактор автомобиля определяется на каждой передаче в процессе работы двигателя с полной нагрузкой при полной подаче топлива.

Между динамическим фактором и параметрами, характеризующими сопротивление дороги (коэффициент ) и инерционные нагрузки автомобиля, существуют следующие зависимости:

-- при неустановившемся движении;

при установившемся движении.

Динамический фактор зависит от скоростного режима автомобиля – частоты вращения двигателя (его крутящего момента) и включенной передачи (передаточное число трансмиссии). Графическое изображение и называют динамической характеристикой. Её величина зависит также от веса автомобиля. Поэтому характеристику строят сначала для порожнего автомобиля без груза в кузове, а потом путем дополнительных построений преобразуют ее в универсальную, позволяющую находить динамический фактор для любого веса автомобиля.

Дополнительные построения для получения универсальной динамической характеристики.

Наносим на построенной характеристике сверху вторую ось абсцисс, на коэффициентторой откладываю значения коэффициента нагрузки автомобиля.

На крайней слева точке верхней оси абсцисс коэффициент Г=1, что соответствует порожнему автомобилю; на крайней точке справа откладываем максимальное значение, указанное в задании, величина которого зависит от максимального веса груженого автомобиля. Затем наносим на верхней оси абсцисс ряд промежуточных значений коэффициента нагрузки и проводим из них вниз вертикали до пересечения с нижней осью абсцисс.

Вертикаль, проходящую через точку Г=2, принимаю за вторую ось ординат характеристики. Поскольку динамический фактор при Г=2 вдвое меньше, чем у порожнего автомобиля, то масштаб динамического фактора на второй оси ординат должен быть в два раза больше, чем на первой оси, проходящей через точку Г=1. Соединяю однозначные деления на обеих ординатах наклонными линиями. Точки пересечения этих прямых с остальными вертикалями образуют на каждой вертикали масштабную шкалу для соответствующего значения коэффициента нагрузки автомобиля.

Результаты расчетов показателей заносятся в таблицу.

Таблица №3.

Передача	V, м/с.		Крутящий момент, Нм.	,Н.	,Н.	D
						Г=1	Г=2.5
1	1,22	800	164,50	12125	2,07	0,858		0,394
	2,29	1500	175,05	12903	7,29	0,912		0,420
	3,35	2200	176,91	13040	15,69	0,921		0,424
	4,72	3100	166,54	12275	31,15	0,866		0,398
	6,10	4000	141,81	10453	51,86	0,736		0,338
	6,91	4532	120,44	8877	66,27	0,623		0,286
	7,3	4800	107,78	7944	66,03	0,557		0,255
2	1,90	800	164,50	7766	5,06	0,549		0,291
	3,57	1500	175,05	8264	17,78	0,583		0,309
	5,23	2200	176,91	8352	38,24	0,588		0,312
	7,38	3100	166,54	7862	75,93	0,551		0,292
	9,52	4000	141,81	6695	126,41	0,464		0,246
	10,78	4532	120,44	5686	162,27	0,390		0,207
	11,45	4800	107,78	5088	182,03	0,346		0,184
3	3,44	800	164,50	4292	16,56	0,302		0,160
	6,46	1500	175,05	4567	58,26	0,317		0,168
	9,47	2200	176,91	4615	125,21	0,319		0,169
	13,35	3100	166,54	4345	248,61	0,289		0,154
	17,22	4000	141,81	3700	413,92	0,231		0,123
	19,51	4532	120,44	3142	531,34	0,183		0,098
	20,64	4800	107,78	2812	596,04	0,155		0,083
4	5,02	800	164,50	2943	35,21	0,206		0,094
	9,42	1500	175,05	3131	123,79	0,212		0,096
	13,81	2200	176,91	3165	266,29	0,204		0,090
	19,46	3100	166,54	2979	528,73	0,172		0,071
	25,11	4000	141,81	2537	880,30	0,144		0,04
	28,45	4532	120,44	2154	1130,03	0,069		0,015
	30,12	4800	107,78	1928	1267,63	0,043		0,001
5	6,23	800	164,50	2370	54,26	0,164		0,087
	11,69	1500	175,05	2522	190,77	0,164		0,088
	17,15	2200	176,91	2549	410,36	0,150		0,080
	24,16	3100	166,54	2400	814,78	0,110		0,060
	31,17	4000	141,81	2043	1356,56	0,044		0,026
	35,32	4532	120,44	1735	1741,40	0		0,001
	37,42	4800	107,78	1553	1953,53	0		0

	г

1.5.5. Краткий анализ полученных данных.

1.Определить, на каких передачах будет работать автомобиль в заданных дорожных условиях, характеризуемых приведенным коэффициентом дорожных сопротивлений (не менее 2…3 значений) и какие максимальные скорости сможет он развивать при равномерном движении с различными значениями (не менее 2-х) коэффициента Г нагрузки автомобиля, обязательно включая при этом Г макс.

Задаюсь следующими значениями дорожных сопротивлений: 0,04, 0,07, 0,1 (асфальт, грунтовая дорога, грунтовка после дождя). При коэффициенте =1 автомобиль может двигаться при = 0,04 со скоростью 31,17 м/с на 5 передаче; =0,07 – 28 м/с, 5 передача; = 0,1 – 24 м/с, 5 передача. При коэффициенте = 2,5 (максимальная нагрузка) автомобиль может двигаться при = 0,04 – скорость 25 м/с, 4 передача; = 0,07 – скорость 19 м/с, 4 передача; = 0,1 – скорость 17 м/с, 3 передача.

2. Определить по динамической характеристике наибольшие дорожные сопротивления, которые сможет преодолевать автомобиль, двигаясь на каждой передаче с равномерной скоростью (на точках перегиба кривых динамического фактора).

Полученные данные проверить с точки зрения возможности их реализации по условиям сцепления с дорожным покрытием. Для автомобиля с задними ведущими колесами:

,

где:-- коэффициент нагрузки ведущих колес.

Таблица № 4.

№ передачи	Преодолеваемое дорожное сопротивление		Сила сцепления с дорожным покрытием (асфальт).
	Г=1	Г=2,5	Г=1	Г=2,5
1 передача	0,921	0,424	0,52	0,52
2 передача	0,588	0,312	0,51	0,515
3 передача	0,319	0,169	0,51	0,51
4 передача	0,204	0,09	0,5	0,505
5 передача	0,150	0,08	0,49	0,5

По табличным данным видно что на 1 передаче автомобиль может преодолевать песок; на 2 –ой снежную дорогу; на 3-ей обледенелую дорогу; на 4 – ой сухую грунтовую дорогу; на 5 –ой асфальт

3. Определить углы подъема, которые автомобиль способен преодолеть в различных дорожных условиях (не менее 2…3-х значений) на различных передачах, и скорости какие он при этом будет развивать.

Таблица №5.

Дорожные сопротивления.	№ передачи	Угол подъема		Скорость
		Г=1	Г=2,5
0,04	1 передача	47	38	3,35
	2 передача	47	27	5,23
	3 передача	27	12	9,47
	4 передача	16	5	13,8
	5 передача	11	4	17,15
0,07	1 передача	45	35	3,35
	2 передача	45	24	5,23
	3 передача	24	9	9,47
	4 передача	13	2	13,8
	5 передача	8	0	17,15
0,1	1 передача	42	32	3,35
	2 передача	42	21	5,23
	3 передача	22	7	9,47
	4 передача	10	0	13,8
	5 передача	5	0	17,15

4. Определить:

-- максимальную скорость при установившемся движении в наиболее типичных для данного вида автомобиля дорожных условиях (асфальтированное покрытие). Значения f при этом для различных дорожных условий принимаются из соотношения:

При заданных дорожных условиях т.е. асфальтированном шоссе сопротивление принимает значение – 0,026 и скорость равна 26,09 м/с;

--динамический фактор на прямой передаче при наиболее употребительной для данного вида автомобиля скорости движения (обычно берется скорость, равная половине максимальной) – 12 м/с;

n  максимальное значение динамического фактора на прямой передаче и значение скорости – 0,204 и 11,96 м/с;

n 

n  максимальное значение динамического фактора на низшей передаче – 0,921;

n 

n  максимальное значение динамического фактора на промежуточных передачах; 2 передача – 0,588; 3 передача – 0,317; 5 передача – 0,150;

5. сравнить полученные данные со справочными по автомобилю, имеющему близкие к прототипу основные показатели. Данные полученные при расчете практически похожи на данные автомобиля УАЗ.

2. Топливная экономичность автомобиля.

Одним из основных топливная экономичность как эксплутационного свойства принято считать количество топлива, расходуемое на 100 км пути при равномерном движении с определенной скоростью в заданных дорожных условиях. На характеристике наноситься ряд кривых, каждая из которых соотвествует определенным дорожным условиям; при выполнении работы рассматривается три коэффициента дорожного сопротивления: 0,04, 0,07, 010.

Расход топлива, л/100 км:

,

где: -- мгновенный расход топлива двигателем автомобиля, л;

где -- время прохождения 100 км пути, =.

Отсюда при учитывании мощности двигателя затрачиваемую на преодоление сопротивления дороги и воздуха получаем:

.(17)

Для наглядного представления о экономичности строится характеристика. На оси ординат откладывается расход топлива, на оси абсцисс скорость движения.

Порядок построения следующий. Для различных скоростных режимов движения автомобиля из зависимости

,

определяют значение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Зная частоту вращения двигателя из соответствующих скоростных характеристик определяют значения g.

По формуле 17 определяют мощность двигателя (выражение в квадратных скобках), требуемую для движения автомобиля с разными скоростями на одной из заданных дорог, характеризуемых соответствующим значением сопротивления: 0,04, 0,07, 0,10 .

Расчеты ведутся до скорости, при которой двигатель загружается на максимальную мощность. Переменной величиной при этом является только скорость движения и сопротивление воздуха, все остальные показатели берутся из предыдущих расчетов.

Подставляя найденные для разных скоростей подсчитывают искомые значения расхода топлива.

Таблица № 6.

 

												л/100 км
0,04 асфальт	5,01		800	940,54		46,73		5,36	330,24	5,5		13,1
	9,39		1500	940,54		164,2		11,26	300	3,0		13,31
	11,59		1850	940,54		250,11		14,97	290,76	2,4		13,91
	13,78		2200	940,54		253,39		19,33	285,44	2,0		14,84
	19,41		3100	940,54		701,68		34,58	289,76	1,4		19,12
	22,23		3550	940,54		920,11		44,86	301,64	1,2		22,55
	25		4000	940,54		1168		59,35	320,00	1,0		28,08
0,07 Сухой грунт	5,01		800	1654,8		46,73		9,20	330,24	5,5		22,46
	7,20		1150	1654,8		96,55		13,61	313,16	3,9		21,92
	9,39		1500	1654,8		164,28		18,44	300	3,0		21,82
	11,59		1850	1654,8		249,90		23,83	290,76	2,4		22,15
	13,78		2200	1654,8		353,39		29,88	285,44	2,0		22,93
	16,59		2650	1654,8		512,75		38,84	284,36	1,7		24,66
	19,41		3100	1654,8		701,68		49,43	289,76	1,4		27,33
0,1	5,01		800	2351,4		46,73		13,03	330,24	5,5		31,81
	7,20		1150	2351,4		96,55		19,12	313,16	3,9		30,79
	9,39		1500	2351,4		164,28		25,62	300	3,0		30,32
	11,59		1850	2351,4		249,90		32,70	290,76	2,4		30,39
	13,78	2200			2351,4		353,39	40,43	285,44	2,0	31,02			4000
														4532
														4800

Для анализа экономической характеристики на ней проводится две резюмирующие кривые: огибающая кривая а-а максимальных скоростей движения на разных дорогах, по величине полного использования установленной мощности двигателя и кривая с-с наиболее экономичных скоростей.

2.1. Анализ экономической характеристики.

1.   Определить на каждом дорожном покрытии (почвенном фоне) наиболее экономичные скорости движения. Указать их значения и величины расхода топлива. Наиболее экономичная скорость, как и следовало ожидать на твердом покрытии, на скорости равной половине максимальной расход топлива равен 14,5 л/100 км.

2.   Объяснить характер изменения экономичности при отклонении от экономической скорости вправо и влево. При отклонении вправо увеличивается удельный расход топлива на кВт, при отклонении влево возрастает весьма резко воздушное сопротивление.