Динамический расчет автомобиля

 

 

Рис. 2. Силовой баланс автомобиля: 1 – 5 – сила тяги на ведущих колесах; 6 – суммарная сила сопротивления движению (F_k+F_в); 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП.

 

Рис. 3. Мощностной баланс автомобиля: 1 – 5 – мощность тяги на ведущих колесах; 6, 7, 8 – мощности сопротивления движению соответственно суммарная (Р_k+Р_в), аэродинамическая Р_в и качению Р_к; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП

 

 

 

 

 

8. ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ АВТОМОБИЛЯ

Для построения динамического паспорта автомобиля необходимо вычислить для каждой передачи в КП (РК) динамический фактор

.

Кроме того, на график выносится  зависимость коэффициента сопротивления  качению f_k (V). Для построения номограммы необходимо найти верхний предел шкалы

,

где – верхний предел шкалы D_a. На шкале D_a (рис. 4) получилось =0,7, тогда

.

Результаты расчета  сведены в табл. 3.

3. Динамическая характеристика автомобиля D_a в зависимости от скорости двигателя ω_е

ωе	Передача в КП
	1	2	3	4	5
100	0,187	0,126	0,094	0,074	0,060
150	0,250	0,168	0,124	0,097	0,077
200	0,303	0,202	0,148	0,113	0,087
250	0,344	0,228	0,165	0,124	0,092
300	0,374	0,246	0,176	0,128	0,090
350	0,393	0,256	0,180	0,126	0,083
400	0,400	0,259	0,177	0,094	0,070
418	0,400	0,257	0,174	0,094	0,063
450	0,397	0,253	0,168	0,105	0,050
500	0,382	0,239	0,152	0,085	0,025
586	0,329	0,196	0,109	0,036	-0,033
600	0,318	0,187	0,100	0,027	-0,044

               Примечание: знак минус означает, что двигатель «не тянет».

                                                

                                

Рис. 4. Динамический паспорт автомобиля: 1 – 5 – динамический фактор; 6 – коэффициент сопротивления качению (f_k);1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП; Н – полезная загрузка автомобиля

 

9. РАЗГОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЯ

 

Разгонную характеристику выполняют по ГОСТ 22576–90 для частичной загрузки автомобиля 245 кг (1570 Н). Из-за неполной загрузки изменяется динамический фактор и коэффициент учета вращающихся масс.

Для расчета ускорений автомобиля необходимо сначала найти коэффициент учета вращающихся масс:

;      ,

где J_д – момент инерции двигателя, кг∙м². J_д= 0,37; J_k1, J_k2 – момент инерции пары ведущих колес с тормозами и полуосями соответственно передней и задней оси, кг∙м². J_k1= J_k2= 13,0; r_k0 – кинематический радиус колеса, примем равным статическому (см. п. 2.3 лекций).

;  .

Результаты расчета  сведены в табл. 4.

4. Коэффициент учета вращающихся масс на различных передачах

передачи	кувм
1	1,25
2	1,12
3	1,09
4	1,08
5	1,07

 

Ускорения рассчитаем по динамическому фактору, скорректированному по массе автомобиля, для всех передач в КП на прямой передаче в РК и для 1 и 2 передач в КП на пониженной передаче в РК

.

Результаты сведем в  табл. 5 и рис. 5.

5. Зависимость ускорений автомобиля на разных передачах от скорости двигателя ω_е

ωе	Передача в КП
	1	2	3	4	5
100	1,896	1,287	0,943	0,719	0,558
150	2,583	1,759	1,286	0,972	0,740
200	3,148	2,140	1,553	1,154	0,850
250	3,592	2,430	1,742	1,263	0,886
300	3,913	2,629	1,853	1,299	0,850
350	4,112	2,737	1,888	1,263	0,740
400	4,190	2,753	1,844	1,154	0,558
418	4,183	2,733	1,807	1,095	0,472
450	4,146	2,679	1,724	0,973	0,302
500	3,980	2,513	1,526	0,720	-0,027
586	3,409	2,015	1,005	0,114	-0,763
600	3,281	1,909	0,898	-0,005	-0,903

Примечание: знак минус  означает, что двигатель «не тянет».

Рис. 5. Зависимость ускорений  автомобиля от его скорости: 1 – 5 –  прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП

 

Разгонную характеристику (зависимости времени и пути разгона по скорости) строим только на прямой передаче в РК и на 1 – 4 передачах в КП. Расчет ведем до тех пор, пока не будут получены время разгона до 100 км/ч и пройден путь 1000 м по следующим формулам (см. п. 3.6 лекций):

ΔV_i= V_i –V_i-1;           Δt_i= ΔV_i/a_i;       t_i= t_i-1+ Δt_i;      ΔS_i= V_i· Δt_i;         S_i= S_i-1+ ΔS_i.

Результаты расчета  сводим в табл. 6 и рис. 6.

6. Расчет разгонной характеристики автомобиля

	КП	V	изм V	a	изм t	Сум t	изм S	Сум S	S на графике
1	1	2,3	3,0	2,66	1,126	1,126	2,639	2,639	0,066
2		3,5	1,2	3,62	0,324	1,450	1,140	3,779	0,095
3		4,7	1,2	4,40	0,266	1,716	1,248	5,03	0,127
4		5,9	1,2	5,03	0,233	1,949	1,366	6,39	0,161
5		7,0	1,2	5,49	0,214	2,163	1,503	7,90	0,199
6		8,2	1,2	5,78	0,203	2,366	1,664	9,56	0,241
7		9,4	1,2	5,91	0,198	2,564	1,859	11,42	0,288
8		9,8	0,4	5,91	0,071	2,437	0,700	10,26	0,258
9		10,5	0,8	5,88	0,128	2,565	1,347	11,61	0,292
10		11,7	1,2	5,68	0,206	2,771	2,420	14,02	0,353
11		13,7	2,0	4,95	0,407	3,178	5,592	19,62	0,494
12		14,1	0,3	4,79	0,069	3,247	0,964	20,58	0,518
13	2	14,1	0,0	3,01	0,500	3,747	7,032	27,6	0,695
15		15,4	1,4	3,13	0,434	4,181	6,690	34,3	0,864
16		17,6	2,2	3,33	0,663	4,843	11,681	46,0	1,158
17		18,4	0,8	3,28	0,242	5,085	4,453	50,4	1,270
18		19,8	1,4	3,33	0,424	5,509	8,410	58,8	1,482
19		22,0	2,2	3,27	0,674	6,184	14,862	73,7	1,856
20		25,8	3,8	3,11	1,220	7,404	31,510	105,2	2,650
22		26,4	0,6	2,59	0,238	7,642	6,299	111,5	2,809
24	3	26,4	0,0	2,04	0,500	8,142	13,221	124,7	3,142
25		27,04	0,6	2,030	0,297	8,439	8,020	132,8	3,344
26		29,11	2,1	1,921	1,078	9,516	31,370	164,1	4,134
27		32,35	3,2	1,733	1,866	11,382	60,370	224,5	5,654
28		37,91	5,6	1,224	4,547	15,929	172,380	396,9	9,996
29		38,82	0,9	1,118	0,810	16,739	31,436	428,3	10,787
30	4	38,82	0,0	1,109	0,500	17,239	19,409	447,7	11,276
31		42,66	3,84	0,973	3,949	21,188	168,494	616,2	15,520
32		50,00	7,34	0,720	10,194	31,382	509,693	1125,9	28,356
33		51,19	1,19	0,114	10,458	41,840	535,376	1661,3	41,840

 

Рис. 6. Разгонная характеристика автомобиля: t – время разгона; S – путь разгона

 

Как видно на рис. 6, автомобиль разгоняется до 100 км/ч ~ за 10 с, проходя около 150 м пути. Отметку S = 400 м автомобиль проходит за 26 с, а S = 1000 м – за 45 с.

 

10.  ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

Расчет топливно-экономической  характеристики автомобиля проводят только для высшей (прямой) передачи в КП при разных уровнях дорожного  сопротивления от минимального, равного сопротивлению качению по асфальту, до максимального, которое автомобиль может преодолеть лишь в узком диапазоне угловых скоростей двигателя, близких к скорости максимального крутящего момента. По желанию студента (приветствуется!) выполняется расчет топливно-экономической характеристики автомобиля для экономической (пятой) передачи на скорости 90 км/ч. Вычисления производятся по формуле

, [л/100км],

где К_п, К_N – коэффициенты, учитывающие влияние загрузки двигателя соответственно по оборотам и мощности на удельный часовой расход топлива; g_e – удельный часовой расход топлива, г/кВт∙ч; ρ_т – плотность топлива, кг/л; F_Ψ, F_в – мощность сопротивления соответственно дорожного и аэродинамического, Н. От коэффициентов К_п, К_N во многом зависит точность расчета, однако найти адекватные их зависимости от загрузки двигателя соответственно по скорости и мощности весьма затруднительно. Поэтому используем общие для карбюраторных двигателей зависимости

;

,

где F_Ψ – сила дорожного сопротивления, Н.

Силу F_Ψ при расчете топливной экономичности на прямой передаче в учебных целях задаем на трех уровнях:

– на низшем уровне сопротивлений принимаем

F_{Ψ min} = F_к = G_a ∙ f₀ ∙(1 + A_f∙ V_a²);

– на высшем уровне

F_Ψmax = G_a ∙D_4max;

– на среднем уровне

F_Ψср = (F_Ψmax + F_{Ψ min}) / 2,

где D_4max – максимальное значение динамического фактора на прямой передаче (см. табл. 3). D_4max = 0,106 на скорости 7,2 м/с.

Результаты расчета  сопротивлений сведем в табл. 7

 

7. Силы сопротивления движению и сила тяги

Va, м/с	FΨmin	FΨcp	FΨmax	Fв	FΨmin+ Fв	FΨcp +Fв	FΨmax +Fв	FT
8,53	225	861	1496	48	274	909	1544	1194
12,80	236	866	1496	108	345	975	1605	1605
17,06	251	874	1496	193	444	1067	1689	1945
21,33	271	884	1496	301	572	1185	1797	2215
25,60	295	895	1496	434	728	1329	1930	2416
29,86	323	910	1496	590	913	1500	2086	2546
34,13	356	926	1496	771	1126	1697	2267	2606
35,67	368	932	1496	842	1210	1774	2338	2608
38,40	392	944	1496	976	1368	1920	2472	2597
42,66	434	965	1496	1205	1638	2169	2701	2517
50,00	515	1005	1496	1655	2169	2660	3151	2215
51,19	529	1013	1496	1735	2264	2747	3231	2147

Результаты расчета  коэффициентов учета влияния  загрузки двигателя по скорости и  по мощности сведем в табл. 8., а расхода топлива в табл. 9.

 

8. Коэффициенты Кп  КN

Va	ωe	Kn	KN при загрузке двигателя*
			минимальной	средней	максимальной
8,53	100	1,11	1,828	0,901	1,031
12,80	150	1,06	1,894	0,933	1,000
17,06	200	1,02	1,831	0,984
21,33	250	0,99	1,701	0,999
25,60	300	0,97	1,534	0,982
29,86	350	0,958	1,349	0,946
34,13	400	0,954	1,166	0,911
35,67	418	0,955	1,104	0,902
38,40	450	0,958	1,008	0,898
42,66	500	0,967	0,911	0,932
50,00	586	0,994	0,989
51,19	600	1	1,026

*– при перегрузке двигателя  (FT < FΨ +Fв, см. табл. 7) расчет не  ведетcя

 

9. Топливно-экономическая характеристика (рис. 7)

Va	Qsmin	Qscp	Qsmax
8,53	4,6	7,5	14,6
12,80	5,7	8,0	14,1
17,06	6,9	8,8
21,33	8,0	9,7
25,60	9,0	10,5
29,86	9,8	11,2
34,13	10,4	12,2
35,67	10,5	12,6
38,40	10,9	13,6
42,66	11,9	16,1
50,00	17,6
51,19	19,2