книги / Эксплуатационные свойства автомобилей. Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность

Параметры задаются в виде матрицы с размерностью 3 × N, где N – количество значений аргумента функций. Рекомендуется начальное значение аргумента выбирать исходя из следующих соображений: начальное значение соответствует минимальной частоте вращения холостого хода; следующее значение выбирается исходя из целочисленных значений оборотов (1000 об/мин); дальнейший шаг аргумента составляет 500 об/мин. Поэтому исходные параметры аргумента могут представлять собой такую последовательность чисел – вектора матрицы: 800, 1000, 1500, 2000, …, 5000, 5500, 5800. Два других вектора, составляющих матрицу, – это соответствующие значениям частоты вращения значения крутящего момента и мощности двигателя, взятые с графика внешней скоростной характеристики.

Двигатель, установленный на автомобиль, имеет иные характеристики мощности и крутящего момента, чем двигатель, работающий в условиях стендовых испытаний. Отличие обусловлено установленным на двигатель дополнительным оборудованием в составе автомобиля, которое в стендовых испытаниях не используется. Обычно перечень оборудования, устанавливаемого на двигатель при стендовых испытаниях, оговаривается соответствующими стандартами. Допустимо принять снижение параметров двигателя от 4 до 7 % при установке двигателя на автомобиль. Меньшие значения относятся к двигателям легковых автомобилей.

При выполнении курсовой работы могут быть реализованы следующие алгоритмы расчета параметров внешней характеристики двигателя:

1.Вычисления с использованием формулы Лейдермана

собоснованием выбора коэффициентов полиномов, в результате которых получается таблица данных внешней скоростной характеристики двигателя.

2.Заполнение таблицы данных на основе ранее полученных графиков, характеризующих внешнюю скоростную характеристику двигателя.

11

В пояснительной записке к курсовой работе студент должен обосновать выбор варианта представления характеристики двигателя. Результирующая таблица с учётом отличий стендовой мощности (крутящего момента) от мощности двигателя (крутящего момента), установленного на автомобиле, может иметь такой вид, как показано в табл. 2.

Таблица 2 Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

Следует обратить внимание на то, что шаг по оборотам таблицы в пояснительной записке и в электронной таблице отличается сокращенным представлением аргумента (частоты вращения). Также следует использовать округление параметров функции с целью обеспечения сопоставимой точности вычислений. По результатам вычислений строится график внешней скоростной характеристики (рис. 4). График получен при использовании параметров построения графиков функций в MS Excel по умолчанию.

Рис. 4. График внешней скоростной характеристики. Параметры по умолчанию

12

Для того чтобы график соответствовал требованиям по оформлению и типичному представлению внешних скоростных характеристик, принятых в отрасли (см. рис. 1–3), необходимо вручную установить необходимые параметры графика. Изменённый график внешней скоростной характеристики двигателя, соответствующий требованиям, представлен на рис. 5.

Рис. 5. График внешней скоростной характеристики. Построения соответствуют требованиям

ПАРАМЕТРЫ ТРАНСМИССИИ

К параметрам трансмиссии, используемым при расчетах, относят передаточные числа трансмиссии и коэффициент полезного действия, учитывающий потери в ней. Передаточные числа трансмиссии определяются на каждой передаче автомобиля по формуле

uтр =uкпu0,

где uкп – передаточное число коробки передач; u0 – передаточное число главной передачи.

Следует также понимать, что конструктивно коробка передач может состоять из основной коробки передач, делителя и демультипликатора (иногда совмещаемого с раздаточной короб-

13

кой). В этом случае передаточное число коробки передач uкп будет определяться перемножением передаточных чисел основной коробки передач uокп, делителя uпд и демультипликатора uзд :

uкп =uпд uокп uзд.

Поскольку в каждом из имеющихся агрегатов трансмиссии возможна реализация нескольких передач, то следует учитывать возможность получения вполне определённого множества передаточных чисел трансмиссии. Так, в случае если трансмиссия автомобиля состоит из основной 5-ступенчатой коробки передач и переднего делителя при отсутствующем демультипликаторе, то количество передач прямого хода, реализуемого в трансмиссии автомобиля, составит 10.

В дальнейших расчётах примера приняты следующие пе-

главной передачи выбрано равным u0 = 3,937.

При возможности получения прямой передачи в коробке передач автомобиля или блокированном демультипликаторе необходимо учесть повышение КПД в трансмиссии для таких случаев.

КПД трансмиссии в расчётах можно оценить следующими значениями: легковые автомобили – 0,90…0,92; грузовые автомобили и автобусы 0,83…0,86; грузовые автомобили повышенной проходимости 0,80…0,85. При этом больший КПД трансмиссии относится к прямой передаче в коробке передач автомобиля.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ КОЛЁСА И ШИНЫ

Для проведения расчётов движения автомобиля необходимо знание радиусов качения колеса, значение которых можно получить из нормативной и справочной литературы, напри-

мер [4, 5].

14

Если необходимая информация отсутствует, то следует воспользоваться условными обозначениями, используемыми изготовителями шин для их маркировки и схемой размеров колеса (рис. 6). Для примера возьмём автомобильные шины

431,8 + 2 105,75 = 643,3. Соответственно свободный радиус колеса будет равен 322 мм с округлением до целых. Для получения статического радиуса колеса необходимо учесть деформацию шины под нагрузкой f, которая учитывается коэффициентом смятия шины λсм.

Рис. 6. Параметры автомобильного колеса и шины

15

Тогда формула для вычисления статического радиуса колеса приобретёт такой вид:

rст = 0,5d +(HB)λсм B.

Для различных шин обычно принимаются следующие значения коэффициента смятия:

– для диагональных шин грузовых автомобилей λсм =

=0,85…0,9;

–для радиальных шин грузовых автомобилей λсм = 0,85;

–длярадиальныхшинлегковыхавтомобилей λсм =0,8…0,85.

При расчётах приближенно можно считать, что статический радиус колеса равен радиусу качения (кинематическому радиусу) колеса. Тем не менее радиус качения больше статического радиуса. Для шин диагональной конструкции увеличение незначительно и составляет 2…3 %, а для шин радиальной конструкции увеличение больше и достигает 5…6 %.

Индекс скорости автомобильной шины оказывает влияние на потери при её качении. Резонно предположить, что шина с более высоким индексом скорости будет обладать меньшим коэффициентом сопротивления качению. Однако он мало меняется в диапазоне до 100…120 км/ч даже для шин с различным индексом скорости. Поэтому при расчетах параметров движения грузовых автомобилей и автобусов можно не учитывать изменение коэффициента, а вот для легковых автомобилей, имеющих возможность двигаться с более высокой скоростью, такое изменение необходимо предусмотреть. Обычно для определения коэффициента сопротивления качению используется формула

f = f0 +k f v2,

где f0 –коэффициентсопротивлениякачениюпрималойскорости; kf – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления

качению (7 10–6);

v – скорость в м/с.

16

КОЭФФИЦИЕНТАЭРОДИНАМИЧЕСКОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Коэффициент аэродинамического сопротивления определяет аэродинамические характеристики автомобиля. Являясь различным для тел разной формы, он характеризует качество обтекания их воздухом, определяя силу аэродинамического сопротивления. Значения коэффициентов аэродинамического сопротивления для различных типов автомобилей приведены в табл. 3.

В сети Internet можно найти значения коэффициентов аэродинамического сопротивления для разных автомобилей. В расчетах также можно использовать коэффициент обтекаемости или фактор обтекаемости.

ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЯ

Тяговая характеристика автомобиля представляет собой графическое уравнение движения автомобиля, согласно которому тяговая сила на колёсах автомобиля затрачивается на преодоление сил сопротивления дороги, сил сопротивления воздуха, а также сил инерции, обусловленных разгоном автомобиля:

17

Тяговая сила

Расчёт тяговых сил рекомендуется проводить табличным способом. Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля определяется крутящим моментом двигателя и зависит от передаточного числа трансмиссии автомобиля uтр, радиусов ведущих колес rк и коэффициента полезного действия трансмиссии ηтр:

P= Meuтрηтр .

тrк

Линейная скорость (м/c) движения автомобиля рассчитывается по формуле:

v = 30πnue тр rк.

Формулы для расчёта тяговой силы и линейной скорости движения автомобиля можно представить в таком виде: Pт = k1uтрMe и v = k2ne uтр . Такое представление параметров

буквально означает, что график тяговой силы на ведущих колёсах автомобиля является графиком крутящего момента двигателя, видоизменённым с учётом постоянных коэффициентов и передаточного числа трансмиссии. В табл. 4 приведён расчёт тяговых сил на колёсах автомобиля на различных передачах.

По значениям тяговых сил от скорости движения автомобиля строим график тяговых сил. При этом масштабируем оси (как правило, в ручном, а не автоматическом режиме), вставляем названия осей и получаем график (рис. 7). На графике отсутствуют силы сопротивления, но из расчётов или из графика берём значение максимальной скорости автомобиля – той, которая получается при отсутствии сил сопротивления. По нашим расчётам получается 191,7 км/ч. Также табличным способом (табл. 5) вычисляем значения сил сопротивления движению автомобиля в диапазоне скоростей 0…192 км/ч.

18

Таблица 4 Тяговые силы на колёсах автомобиля на различных передачах

Рис. 7. График тяговых сил

Таблица 5 Силы сопротивления движению автомобиля

19

Сила сопротивления дороги

Сила сопротивления дороги вычисляется по коэффициенту сопротивления качению колёс и углу подъема дороги. Сила сопротивления качению колёс определяется так:

Pк = ma g( f0 + k f v2).

Сила сопротивления подъему для малых углов вычисляется по значению уклона дороги i и определяется по формуле

Pп = ma g i.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вычисляется по коэффициенту аэродинамического сопротивления Cx и плотности воздуха

ρ = 1,225 кг/м3.

Pв = cx ρ2 Fav2.

Площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную его продольной оси приблизительно для легкового автомобиля можно определить по формуле:

Fa = 0,78 Ba Ha .

А для грузовых автомобилей площадь принимается равной

Fa = BHa

В формулах Ha и Ba – соответственно габаритная высота и ширина автомобиля, B – колея автомобиля.

Тяговая характеристика автомобиля изображена на рис. 8. Поскольку важнейшие параметры характеристики расположены в правом нижнем углу графиков – там расположены пересечения кривых, то масштаб, предложенный по умолчанию Microsoft

20