Расчет и анализ конструкции автомобиля Ford Focus

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Расчет и анализ конструкции автомобиля Ford Focus»

В 1998 году на смену модели Escort VII пришел Ford Focus. Дебют состоялся на автошоу в Женеве, где новинка произвела фурор. Модельный ряд предоставляет полную свободу выбора: трех — и пятидверный хэтчбек, седан и универсал Focus Turnier. Дизайн выполнен в соответствии с концепцией New Edge, в основе которой смешение острых углов и обтекаемых линий. Создатели попытались собрать все мыслимые геометрические фигуры, например, поворотник в форме треугольника, а рядом — трапеции, эллипсы, острые углы и гнутые линии. Витиеватая приборная панель и центральная каплевидная консоль смотрятся довольно авангардно. Овальные нетипичные шкалы спидометра и тахометра имеют классическую компоновку. За счёт всего этого внешность автомобиля получилась весьма оригинальной и необычной.

Подвеска на Фокусе заслуживает отдельного разговора, спереди — McPherson, сзади — независимая многорычажная подвеска с эффектом подруливания колес на повороте Control Blade. Обеспечивает автомобилю невероятную устойчивость на поворотах и комфорт на любом покрытии. В остальном Focus сделан по канонам класса В: передний привод, поперечно расположенные бензиновые и дизельные двигатели, передняя подвеска McPherson, механическая или автоматическая трансмиссия.

Focus получил несколько вариантов оснащения. Базовая комплектация (Ambiente) предлагала: усилитель руля, регулируемую рулевую колонку и подушку безопасности для водителя. В исполнении Comfort: передние электростеклоподъемники, кондиционер, дистанционное отпирание багажника, центральный замок и вещевые карманы в передних дверях. Комплектация Trend порадует передними «противотуманниками», кожаной отделкой руля и подсветкой багажника. Для самых взыскательных и требовательных клиентов предлагалось исполнение-люкс под названием Ghia. Здесь уже в стандартном оснащении 15-дюймовые колеса вместо 14-дюймовых, пассажирская подушка безопасности, зимний пакет (обогрев сидений, зеркал, лобового стекла, форсунок омывателя, электропривод регулировки зеркал), задние электростеклоподъемники и центральный замок с ДУ.

Салон «Фокуса» на первый взгляд не изобилует всевозможными полезными емкостями. Основной бардачок невелик, зато в дверях есть весьма просторные ниши, перед рычагом передач — площадка, куда можно положить небольшие предметы, например, мобильный телефон, в сиденьях предусмотрены кармашки. Сидения имеют стандартные механические регулировки взад-вперед, по углу наклона спинки и величины поясничного подпора. В дорогих версиях предусмотрена электрическая регулировка водительского кресла по высоте и убираемый подлокотник. По вылету и наклону, причем в весьма широком диапазоне, регулируется и рулевая колонка.

Благодаря всем вышеперечисленным качествам Focus был признан «Автомобилем года Европы» в 1999 и «Автомобилем года США» в 2000.

В 2001 году Focus подвергся незначительному рестайлингуизменились фары, передний бампер, радиаторная решетка, а также детали интерьера.

В 2002 году появились две «заряженные» модификации с форсированными моторами объемом 2.0 л — Focus ST170 с двигателем мощностью 172 л.с. и Focus RS мощностью 215 л.с., производство которого было прекращено всего через 394 дня после его начала.

Новое поколение Ford Focus II дебютировало в сентябре 2004 года на Парижском автосалоне. Производство автомобиля первоначально началось в октябре 2004 года на головном заводе для Focus в Саарлуи (Германия) и в Валенсии (Испания), весной 2005 года — в России (завод во Всеволожске), в КНР и на Тайване. Базируется автомобиль на платформе концерна Ford — С1, которая уже дала жизнь таким моделям как Ford Focus C-MAX, Mazda3 и Volvo S40/V50. Визуально он смотрится солиднее предшественника. И дело здесь не только в кузовной стилистике. Второе поколение шире и длиннее (на 50 мм) первого. Колесная база увеличена на 25 мм, колея — на 40 мм. Колеса теперь — на 15, 16 или 17 дюймов. Вот почему в салоне так просторно даже задним пассажирам. А покатая крыша, придающая облику автомобиля стремительность, находится достаточно высоко над головами пассажиров.

Таком образом, в России с конца лета 2005 года предлагается только новый Ford Focus II местной сборки с кузовами 5-дверный хэчбэк (3-дверный хэчбэк — с августа 2005), седан и универсал. В Российскую комплектацию также вошли защита моторного отсека, усиленные диски и шины, защита порогов, брызговики и полноразмерное запасное колесо.

В профиль новый Focus выглядит стильно и гармонично. Каждый элемент его дизайна имеет и функциональное предназначение. Так, козырек над задним стеклом оптимизирует воздушный поток. Даже боковые зеркала тщательно проработали и это сказалось на акустическом комфорте. В соответствии с наружностью интерьер второго Focus стал серьезнее. Фундаментализм подчеркивается не только архитектурой внутреннего убранства, но и качеством отделочных материалов. Так, передняя панель теперь выполнена из эластичного пластика. «Фордовские» инженеры придумали еще и регулируемый педальный узел. Он «подъезжает» к сидению на 50 мм. В целом все эстетично и удобно.

В интерьере все добротно, основательно и современно. В первую очередь это заслуга более высококачественных материалов. Очень неплохо смотрится комбинированный салон со светлым «низом» и добротный материал сидений. Кроме того, салон лишился острых граней, присущих Focus первого поколения. Из приятных мелочей — выросший до 12 литров бардачок, также к услугам пассажиров — подстаканники, отсеки для бумаг и лампы подсветки. Найдется куда положить мелкие вещи — рядом с сидениями есть отсеки. Задний диван вполне удобный, на нём можно устроится втроем.

Объем багажника вырос на 10% до 385 литров (1.245 литров при сложенных сиденьях) на хэтчбеке и до 475 литров (1.525 литров при сложенных сиденьях) на универсале.

Руль на регулируемой по двум направлениям рулевой колонке тоже на уровне. К слову, усилие на нем можно менять, выбрав в настройках бортового компьютера подходящий режим. В Focus II можно выбрать любой из трех режимов электроусилителя: спортивный, стандартный, комфортный. В режим «Спортивная» руль становится чуточку туже и обратная реакция в повороте более отчетлива. Режим «Комфортный» явно с прицелом на город: в этом режиме руль легкий. В «Стандартном» режиме можно ездить все оставшееся время.

Подвеска достаточно комфортна. Ford Focus II отлично проходит неровности, быстро справляется с колебаниями, четко стоит в повороте. Тормозные механизмы, сохранившие преемственность, адекватно и надежно замедляют автомобиль без траекторных искажений.

Безопасность обеспечивают: боковые занавески и надувные подушки безопасности, которые надуваются от передней до задней стойки. В рейтинге Euro NCAP Focus II признан самым безопасным автомобилем в классе.

Баланс привлекательных потребительских качеств и цены сделал Ford Focus II лидером продаж в Росси среди иномарок «гольф-класса».

В 2008 году Ford Focus подвергли рестайлингу. Философия «кинетического дизайна» добралась и до этой популярной модели. Модернизированный автомобиль не имеет практически ни одной старой кузовной детали. Разве что крыша осталась без изменений. А все остальное — фары, капот, крылья, бампера, зеркала — стали другими. Модернизированный Focus приобрел более динамичный внешний вид, удачно подчеркивающий стремительность и маневренность этого автомобиля. Внутри модель также изменилась. Новая приборная панель стала выглядеть гораздо благородней. «Коэффициент мягкости» пластика увеличился, причем намного. К тому же, теперь создатели Ford Focus предлагают 2 варианта исполнения панели: «под дерево», либо стального цвета.

Слон рестайлингового Ford Focus II также хорош. Черты кинетического дизайна проглядывают и здесь, напримером тому плавные очертания новой центральной консоли. Все приборы расположены очень удобно, все на своих местах. Эргономика и после рестайлинга осталась на высоком уровне. Панель приборов подсвечивается красным светом, что делает показатели более удобными для чтения. Удобные кресла с выраженной боковой поддержкой обтянуты качественным, приятным на ощупь материалом. Пластик тоже выглядит очень прилично. Помимо «кинетического» дизайна автомобиль получил новые опции. Под заказ автомобиль можно оснастить кондиционером, музыкой, подогревом сидений, подогревом лобового стекла, складывающимися электрозеркала, системой курсовой устойчивости, 6 подушками безопасности, управлением магнитолой с рулевой колонки и т. д.

Модернизированный Focus также богат на новые функции и дополнительное оборудование. Удобная горловина топливного бака без крышки — EasyFuel — поможет избежать ошибок при заправке, а система предупреждения о низком давлении — заранее узнать о возможных проблемах с шинами. В салоне предусмотрена розетка питания 230 В, к которой можно подключать различное электрооборудование. Новая аудиосистема Sony отличается превосходным качеством звучания, а кроме этого, предлагает возможность прослушивать файлы формата MP3 и подключать к системе Ваш мобильный телефон через Bluetooth, устанавливая таким образом громкую связь. Дополняют картину светодиодные задние фонари, создающие уникальный визуальный эффект.

Линейка моторов рестайлингового Ford Focus, предлагаемых на российском рынке, не претерпела особых изменений: автомобиль будет оснащаться бензиновыми агрегатами 1.4 (80 л.с.), 1.6 (100 и 115 л.с.), 1.8 (125 л.с.) и 2.0 (145 л.с.). Турбодизельный мотор один — объемом 1,8 л и мощностью 115 л.с.

Система безопасности автомобиля получила высший 5-звездочный рейтинг на тестах Euro NCAP в категории «безопасность взрослых пассажиров». Такой высокий уровень безопасности обеспечивает впечатляющий набор передовых технологий в том числе интеллектуальная система безопасности (IPS).Технологии освещения, примененные в новом Focus, делают ночное вождение увереннее и безопаснее. На автомобиль можно установить фары, которые включаются автоматически, как только становится темно, а также биксеноновые фары, либо адаптивную систему головного освещения. Адаптивная система головного освещения автоматически смещает световой пучок в горизонтальной плоскости в зависимости от скорости движения автомобиля и угла поворота рулевого колеса. Это означает, что при повороте руля фары поворачиваются, освещая именно дорогу, а не окружающий пейзаж. Такое освещение особенно эффективно на виражах. Оно улучшает видимость изгибов дороги и делает вождение более безопасным. В то же время, новые светодиодные задние фонари, идущие в комплекте с биксеноновыми фарами или адаптивной системой головного освещения, загораются быстрее и светят ярче, чем обычные лампы накаливания. Это делает автомобиль заметнее для других водителей.

Автомобиль по-прежнему доступен в нескольких кузовах: 3- и 5-дверный хетчбэк, 4-дверный седан и 5-дверный универсал. Флагманская модель — Focus ST — это невероятная динамика, уникальный спортивный дизайн, мощные тормоза и 18-дюймовые легкосплавные диски.

Ford Focus третьего поколения впервые был продемонстрирован широкой публике на Межнурадном автосалоне в Детройте в начале 2010 года. Летом того же года новинку представили и в России на августовском автосалоне в Москве, правда, возможность купить Focus III у россиян появилась лишь в 2011 году. Производитель предлагает теперь всего три типа кузова — пятидверный хэтчбек, седан и универсал — трехдверный хэтчбек из линейки выбыл.

По сравнению с предшественником, Focus III прибавил в длину 21 мм (4358 мм), но при этом стал на 16 мм ниже (1484 мм) и на 16 мм уже (1823 мм). Колесная база выросла на дополнительные 8 мм (2648 мм), а вот объем багажника несколько уменьшился. В версии с полноразмерной запаской он составляет 372 литра для седана и 277 литров для хэтчбека (1062 литра при сложенных задних сиденьях).

Автомобиль получил полностью новый дизайн кузова, но сохранил лучшие качества предыдущих поколений — узнаваемая внешность, простор салона, универсальность и приемлемые цены. Экстерьер получился эффектным и современным. Передний бампер выделяется огромным воздухозаборником поделенным на три секции. В задней части всё внимание наблюдателя занимают фонари необычной формы, далеко заходящие на крылья. Построенный с учетом новых материалов, кузов создан из нескольких сортов стали, позволивших снизить массу и повысить жесткость. Новый кузов пятидверной версии прочнее предшественника на 45% и на 15% жестче.

Интерьер также заметно преобразился. Он выполнен в современном стиле: множество кнопок, приятная подсветка. Подсветка заслуживает отдельного внимания. Лампочки горят везде: над торпедо, в кнопках, в карманах дверей, в подстаканниках, в ногах. Причем цвет подсветки можно сменить, нажав на кнопку в потолке. Варианты расцветки различные от белого до оранжевого. Рядом с этой кнопкой есть и регулировка яркости подсветки.

Автомобиль получил полностью новую центральную консоль и панель приборов, каждая из которых оснащена ЖК-дисплеем. Панель приборов выполнена в яркой сине-голубой расцветке. Дисплей бортового компьютера тоже с голубой подсветкой. На него выводятся показания средней скорости и расхода, одометра, моментального расхода и расстояния до заправки. Справа от дисплея показано состояние автомобиля — на нарисованном силуэте машины загораются габариты и фары, открываются двери. А под всей этой анимацией выведены показания режима коробки (на механической коробке система советует, когда надо переключаться на следующую передачу, показывая стрелочки вверх), температура за бортом и общий путь автомобиля.

В качестве базового силового агрегата европейский Ford Focus III получил полностью новый четрехцилиндровый 1,6 — литровый бензиновый турбомотор семейства EcoBoost, доступный в двух версиях — мощностью 150 и 182 л.с. В качестве трансмиссий предлагаются 6-ступенчатая механическая коробка и 6-ступенчатый «робот» PowerShift. На российском рынке двигатели EcoBoost пока представлены не будут. Покупатель может выбрать бензиновый двигатель объемом 1,6 литра мощностью 105 и 124 л.с., а также более мощный бензиновый 2,0 — литровый силовой агрегат мощностью 150 л.с. Шестиступенчатой механики также не будет, моторы объемом 1,6 литра получат 5-ступенчатую коробку. Двухлитровый турбодизель мощностью 140 л.с. предлагается только с АКПП.

Двигатель заводится с кнопки, но доступ в машину не бесключевой — двери и багажник отпираются с кнопок на ключе. Кстати, капот у Focus III теперь открывается традиционно — с помощью рычага в салоне, отпирание с ключом логотипа ушло в прошлое. Заправочная горловина не запирается пробкой. Получить доступ к баку можно только пистолетом или шлангом необходимого диаметра, и только когда машина отперта. Кстати, питается Focus бензином не ниже 95-го.

Лишилась российская версия и множества новомодных электронных систем, которые подготовили для Focus III в количестве тринадцати штук. Из них нам достанутся навигационная система с голосовым управлением, система слежения за «мертвыми» зонами, система экстренного торможения, направленная на предотвращение столкновений на малых скоростях, а также система автоматической парковки. В опциональный пакет «Премиум свет» входят биксеноновые фары, светодиодные огни дневного света и задние диодные фонари.

1. Характеристика автомобиля

1.1 Цель разработки и область применения автомобиля

Ford Focus — пятиместный легковой автомобиль малого класса с закрытым несущим пятидверным кузовом типа «хечбек». Устанавливается инжекторный двигатель с рабочим объемом 1,4 л.

Предназначен для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от минус 40° до плюс 45 °C. Конструкция двигателя и применение высококачественных масел обеспечивают его надежный пуск при температуре минус 25° С.

Предназначен для перевозки пассажиров в количестве пяти человек, включая водителя, и грузов массой не более 400 кг (включая массу пассажиров), по любым дорогам кроме грунтовых дорог с глубокими колеями. Этот автомобиль условно обозначается колесной формулой 4X2.

1.2 Технические требования к автомобилю

Данные краткой эксплуатационно-технической характеристики представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Краткая эксплуатационно-техническая характеристика автомобиля Ford Focus

2. Тягово-экономический расчет автомобиля

2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива. Ее строят по результатам испытаний двигателя на тормозном стенде и часто приводят в инструкциях заводов-изготовителей автомобилей. Студенту необходимо сравнить экспериментальную внешнюю скоростную характеристику двигателя с полученной при расчетах.

Если данные по испытанию двигателя отсутствуют, эффективная мощность (кВт) его может быть определена по эмпирической формуле:

(2.1)

где: — наибольшая эффективная мощность двигателя, кВт;

— частота вращения коленчатого вала, при которой определяется мощность, ;

— частота вращения коленчатого вала при наибольшей мощности, .

(2)

Крутящий момент (Н· м) двигателя определяют в зависимости от мощности (кВт) и соответствующей частоты вращения (мин^-1) коленчатого вала по формуле:

(2.2)

Таблица 2.1 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

По данным таблицы 2.1 строим графики зависимости: а) мощности от частоты вращения коленчатого вала, б) крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала.

Рисунок 2.1. — Внешняя скоростная характеристика двигателя автомобиля

2.2 Тяговый расчет автомобиля

Тяговая характеристика автомобиля представляет собой зависимость между силой тяги (, Н) и скоростью (, км/ч) движения автомобиля.

Силу тяги () на ведущих колесах автомобиля рассчитывают по формуле:

(2.3)

где: — крутящий момент двигателя, Н· м;

— передаточное число коробки передач;

— передаточное число главной передачи;

— радиус качания колеса, м;

— к.п.д. трансмиссии, которое принимаем 0,89

Входящий в формулу (2.3) крутящий момент () берут из таблицы 2.1. Он зависит от частоты вращения () коленчатого вала двигателя. Скорость движения автомобиля () определяют по формуле:

км/ч. (2.4)

Радиус () качения колеса, входящий в формулы (2.3), (2.4), приближенно определяется по формуле:

мм (2.5)

где: d — внутренний диаметр шины (диаметр обода колеса), м;

Н — высота профиля шины в свободном состоянии, м;

л_Ш — коэффициент нормальной деформации шины.

Для шин дорожной проходимости коэффициент (л_Ш) принимаем равным 0,12.

Таблица 2.2 Расчет тяговой характеристики автомобиля

Скорость () и сила тяги () при движении на любой другой i-и передаче можно определить по соотношениям:

где: -скорость автомобиля на прямой передаче при заданном км/ч;

— сила тяги на прямой передаче, кН;

— передаточное число коробки передач на i-й передаче.

Суммарная сила сопротивления дороги () определяется по формуле:

(2.6)

где: ш — коэффициент суммарного сопротивления дороги;

— полный вес автомобиля, кН.

Коэффициент суммарного сопротивления дороги рассчитывается так:

(2.7)

где: f — коэффициент сопротивления качения;

— угол подъема дороги.

При расчете тягового баланса принимаем, что автомобиль движется по горизонтальной дороге (=0) с асфальтобетонным покрытием. Тогда коэффициент (ш) суммарного сопротивления дороги (2.7) равен коэффициенту (f) сопротивления качению.

При скоростях движения автомобиля, превышающих 60−80 км/ч коэффициент (f) надо определять по эмпирической формуле:

(2.8)

где: — коэффициент сопротивления качению, относящийся к малым скоростям движения автомобиля;

— скорость движения автомобиля, км/ч.

Cила, суммарного сопротивления дороги в этих условиях такова:

(2.9)

Для дорог с асфальтобетонным покрытием, находящихся в хорошем состоянии, коэффициент () принимаем равным 0.015.

Силу сопротивления воздуха () в кН определяют по формуле:

(2.10)

где: — коэффициент сопротивления воздуха;

F - лобовая площадь автомобиля, м².

Коэффициент () сопротивления воздуха можно принять (в Н· с²/м⁴), для легковых автомобилей 0,25.

Все полученные результаты сводим в таблицу 2.3, расчет значений сил (и), определяемых для скоростей движения автомобиля от 0 до наибольшей скорости на высшей передаче. Промежуточные значения скорости () следует взять по табл. 3 для высшей передачи. По результатам расчета строят зависимости силы () и суммарной (+) от скорости автомобиля, приведенные на рис. 2.2

Таблица 2.3 Расчет сил сопротивления движению

На рис. 2.2 показан запас () силы тяги, равный (при равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге)

(2.11)

Запас силы тяги может использоваться для разгона автомобиля, преодоления подъемов и буксировки прицепа.

По данным таблиц 2.2 и 2.3 строим график тягового баланса автомобиля рисунок 2.2.

Рисунок 2.2.-График тягового баланса автомобиля

2.3 Динамический паспорт автомобиля

Динамической характеристикой автомобиля называют график изменения динамического фактора от скорости движения на различных передачах. Динамический фактор при полной нагрузке автомобиля () определяют по формуле:

(2.12)

где: — сила тяги на ведущих колесах автомобиля, кН;

— сила сопротивления воздуха, кН;

— полный вес автомобиля, кН.

При малых скоростях движения автомобиля сила () имеет очень малую величину, в то время как сила тяги () на низших передачах и малых скоростях движения имеет большие числовые значения (см. рис. 2). В этих случаях можно принимать = 0 и определять динамический фактор по упрощенной формуле:

(2.13)

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.4. По данным этой таблицы на рис. 2.3, динамическая характеристика автомобиля Ford Focus с пятиступенчатой коробкой передач. Диапазон скоростей () движения автомобиля сохраняется таким же, что и на рис. 2.2.

Таблица 2.4 Результаты расчета динамического фактора автомобиля

Рисунок 2.3-Динамическая характеристика автомобиля

Коэффициент суммарного сопротивления дороги может рассчитываться по следующей формуле:

(2.14)

где: i — величина уклона (подъема) дороги в сотых долях, приближенно (- угол подъема дороги).

Из формулы (2.14), т. е. по динамической характеристике автомобиля и найденному значению коэффициента () суммарного сопротивления дороги при известном значении коэффициента () сопротивления качению, можно определить величину максимального подъема, преодолеваемого автомобилем.

Номограмма нагрузок соответствует изменению нагрузок от 0 до 100%. Для проверки возможности движения автомобиля на заданных маршрутах.

Для получения номограммы нагрузок используют формулы:

и (2.15)

где: идинамический фактор по сцеплению для автомобиля

без груза и с полной нагрузкой соответственно;

ц — коэффициент сцепления шин ведущих колес автомобиля с дорогой;

— вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля без груза, кН;

— вес автомобиля без груза, кН;

— вес, приходящийся на ведущие колеса полностью

груженого автомобиля, кН;

— полный вес автомобиля, кН.

Для определения динамического фактора по сцеплению по формулам (2.15) надо задаться значениями коэффициента сцепления (ц) в диапазоне 0,1 — 0,8 с интервалом 0,1. Результаты расчета сводим в табл. 2.5 и строим график номограммы нагрузок рис. 2.4.

Таблица 2.5 Результаты расчета динамического фактора по сцеплению

Рисунок 2.4 График номограммы нагрузок

2.4 Ускорение, время и путь разгона автомобиля

Ускорение автомобиля (j, м/с²) определяют по формуле:

(2.16)

где: D — динамический фактор автомобиля;

ш — коэффициент суммарного сопротивления дороги;

д — коэффициент учета влияния вращающихся масс;

g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с.

для легковых автомобилей:

(2.17)

Расчет ускорений в зависимости от скорости движения производят для полностью груженoгo автомобиля при его движении по горизонтальной дороге с твердым покрытием в хорошем состояния, для которой коэффициент (ш) принимаем равным 0,015.

Коэффициент (д) может быть определен по формуле:

(2.18)

где: и - постоянные (для данного автомобиля) коэффициенты;

— передаточное число коробки передач.

Результаты подсчета ускорений автомобиля па передачах сводим в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 Результаты подсчета ускорений автомобиля на передачах

Рисунок 2.5. График ускорений автомобиля

Общая зависимость времени t разгона от скорости V и ускорения j выражается интегралом:

(2.19)

Приближенное интегрирование по графику (см. рис. 2.4) позволяет определить время разгона (t, сек) при принятых размерностях скорости (км/ч) и ускорения j (м/с²) по формуле:

(2.20)

Расчет времени разгона проводим непосредственно в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 Расчет времени разгона

Рисунок 2.6.-График времени разгона автомобиля

Общая закономерность пути S разгона от времени разгона и скорости движения выражается интегралом:

(2.21)

Приближенное интегрирование по графику (см. рис. 2.5) позволяет определить путь разгона (S, м) при принятых размерностях скорости, (км/ч) и времени t (сек.) по формуле:

(2.22)

где: — средняя скорость на участке, км/ч;

— время разгона на участке, с.

Для повышения точности расчет пути разгона проводят с использованием данных по определению времени разгона. При этом определяют как середину интервала скоростей на каждом участке предыдущего расчета, а приращение времени принимают равным, т. е. различным для каждого участка. Без ввода дополнительной информации, определяя последовательно:

1) путь разгона на участке — ;

2) суммарный путь разгона ;

Расчет приводим в таблицу 2.7, расчет времени разгона.

По результатам расчета строим график пути разгона (рис. 2.7).

Рисунок 2.7.-График пути разгона автомобиля

2.5 Мощностной баланс автомобиля

Графиком мощностного баланса автомобиля называют график, имеющий кривые мощности, подводимой к ведущим колесам на передачах, и кривые мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления качению и сопротивления воздуха, в зависимости от скорости движения.

Мощность, подводимую к ведущим колесам автомобиля (), определят по формуле:

(2.23)

Мощность, необходимую для преодоления сопротивления дороги () вычисляют по формуле:

(2.24)

где: — суммарная сала сопротивления дороги, определяемая по формуле (2.6), кН;

— скорость движения автомобиля, км/ч.

Мощность, необходимую для преодоления сопротивления воздуха () находят по формуле:

(2.25)

где: — сила сопротивления, воздуха определяемая по формуле (2.10), кН.

Результаты расчета мощностного баланса сводят в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 Результаты расчета графика мощностного баланса автомобиля

По данным таблицы 2.8 на рисунке 2.8 построены кривые и на передачах, кривая и кривая +.

Рисунок 2.8.-График мощностного баланса автомобиля

2.6 Тормозная динамика автомобиля

Теоретический минимальный тормозной путь до остановки автомобиля (), имеющего тормозные механизмы на всех колесах, определяют по формуле:

(2.26)

где: — скорость движения автомобиля в начале торможения, км/ч;

ц — коэффициент сцепления шин с дорогой, равный 0,6.

Остановочный путь автомобиля (, м) определяют по формуле:

(2.27)

где: — время реакции водителя, 0,6 с;

— время срабатывания тормозов, т. е. период времени от начала торможения до момента времени, в который тормозная сила достигает наибольшей величины, 0,2с;

— коэффициент эффективности торможения, принимаем равным 1.

Результаты расчета сведены в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 Результаты подсчета тормозного и остановочного путей автомобиля

Рисунок 2.8.-График тормозного и остановочного путей автомобиля

2.7 Топливная экономичность автомобиля

Требуется определить расход топлива в литрах на 100 км пробега автомобиля при движения с полной нагрузкой на различных скоростях на прямой передачи.

Расход топлива () определяют по формуле:

(2.28)

где: — эффективный удельный расход топлива, г/кВт· ч;

— мощность двигателя, необходимая для равномерного движения автомобиля, кВт;

— скорость движения автомобиля, км/ч;

с - плотность топлива, кг/л (для бензина принимаем 0,72).

Мощность двигателя (), необходимую для равномерного движения автомобиля, определяют по формуле:

(2.29)

где: и — мощности, затрачиваемые на преодоление сопротивления дороги и воздуха соответственно, кВт.

Величина эффективного удельного расхода топлива () входящая в формулу (2.28), зависит от частоты вращения коленчатого вала и степени использования мощности двигателя. Минимальная величина эффективного расхода топлива двигателя внутреннего сгорания () наблюдается при частоте вращения коленчатого вала, примерно соответствующей 70%, и при мощности двигателя, равной примерно 80% максимальной при этих оборотах. Допускается принимать величину равной 300−325 г./кВт· ч

Величину удельного расхода топлива двигателем (г/кВт· ч) в конкретных условиях движения определяют по формуле:

(2.30)

где: и — коэффициенты, учитывающие изменение удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и от степени использования мощности двигателя соответственно.

Результаты расчета сводим в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 Результаты расчета расхода топлива

Рисунок 2.9 График расхода топлива

3. Эксплуатационные качества автомобиля

3.1 Боковые силы, действующие на автомобиль

Управление автомобилем является главной производственной функцией водителя. Основное назначение автотранспортных средств — перемещение грузов и пассажиров в пространстве, поэтому под управляемостью следует понимать целенаправленную организацию процесса движения. При анализе факторов, влияющих на поперечную устойчивость автомобиля, необходимо знать величину поперечной силы, вызывающей занос или опрокидывание автомобиля. В случае движения автомобиля на повороте такой силой является центробежная сила инерции. Для ее определения, рассмотрим схему (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 — Силы, действующие на автомобиль при повороте

R_xi, R_x2, R_yi, R_y2 — продольные и поперечные реакции дороги на колеса переднего и заднего мостов; Р_и — центробежная сила; Р_у — поперечная составляющая центробежной силы; с_ц и с₃ — радиусы поворота центра масс и задней оси; и — угол поворота управляемой оси (приблизительно равен полусумме углов поворота управляемых колес); М_и — момент инерции автомобиля; г — угол между радиусом с_ц поворота центра тяжести и продолжением оси заднего моста

Для упрощения расчетов примем следующие допущения: автомобиль является плоской фигурой; движется по горизонтальной дороге; шины в поперечном направлении не деформируются

На участке дороги 1-2 автомобиль движется прямолинейно, и его управляемые колеса находятся в нейтральном положении. На участке 2-3 происходит поворот управляемых колес, и автомобиль движется по кривой переменного радиуса, т. е. по первой переходной кривой. На участке 3-4 положение управляемых колес, повернутых на определенный угол и, остается неизменным, а радиус R траектории движения средней точки задней оси — постоянным. На участке 4-5, т. е. на второй переходной кривой, водитель поворачивает управляемые колеса в обратную сторону, вследствие чего радиус R постепенно увеличивается. На участке 5-6 автомобиль снова движется прямолинейно.

При равномерном движении по дуге постоянного радиуса центробежная сила (Р_ц) определяется:

(3.1)

где — полная допустимая масса автомобиля;

— угловая скорость автомобиля при повороте;

— расстояние от центра поворота до центра тяжести автомобиля.

Вместе с тем

(3.2)

где V - линейная скорость автомобиля.

; (3.3)

. (3.4)

Потеря устойчивости автомобилем особенно опасна при большой скорости, когда движение его близко к прямолинейному. Угол и при этом сравнительно невелик и можно считать, что tg и? и рад.

Таким образом, центробежная сила (Р_ц), действующая на автомобиль при его равномерном движении, определяется:

(3.5)

Поперечная составляющая центробежной силы (Р_у1) равна:

(3.6)

При равномерном движении (переходные кривые) на автомобиль действует также сила, вызванная изменением кривизны траектории. Поперечная составляющая () этой силы пропорциональна скорости автомобиля и угловой скорости (щ_ук) поворота управляемых колес. Величина этой угловой скорости зависит от скорости движения: чем больше скорость, тем быстрее приходится поворачивать колеса, чтобы вписаться в поворот:

(3.7)

В случае неравномерного движения на автомобиль действует еще и сила (Р_уIII):

(3.8)

где j — ускорение движения автомобиля.

Таким образом, поперечная инерционная сила (Р_у), вызывающая занос и опрокидывание автомобиля при движении на повороте, представляется как:

(3.9)

Сила Р_у11 действует только в процессе поворота рулевого колеса. При входе автомобиля в поворот сила положительна и вместе с силой она увеличивает опасность заноса и опрокидывания автомобиля.

При выходе автомобиля из поворота скорость щ_ук отрицательна и сила частично уравновешивает силу и автомобиль может двигаться с большей скоростью без потери устойчивости.

Сила увеличивается с увеличением угла и и ускорения j автомобиля. Поэтому во время вхождения автомобиля в поворот нарушение его устойчивости более вероятно при разгоне, чем при движении накатом, когда ускорение j и сила отрицательны.

В результате поворота автомобиля вокруг центра тяжести возникает инерционный момент Ми, который пропорционален угловому ускорению и моменту инерции автомобиля.

Поперечная инерционная сила P_у уравновешивается поперечными реакциями дороги R_yl и R_vJ на колеса автомобиля. Инерционный момент Ми влияет на перераспределение этих реакций, но так как это влияние на устойчивость автомобиля сравнительно невелико, то его можно не учитывать.

Величина центробежной силы определяется углом поворота управляемых колес и скоростью движения автомобиля, в соответствии с формулой (3.6):

при V=20 (км/ч)=5,56 (м/с); и=5 (град)=0,1 (рад):

;

.

Остальные значения определяем аналогично, а их значения заносим в табл. 3.1.

Таблица 3.1 — Определение поперечной составляющей центробежной силы, кН

По данным табл. 3.1 строим графики зависимости поперечной составляющей центробежной силы от среднего угла поворота управляемых колес при различных скоростях движения автомобиля (рис. 3.2)

Рисунок 3.2 — Графики зависимости поперечной составляющей центробежной силы от среднего угла поворота управляемых колес при различных скоростях движения автомобиля

Величина составляющей центробежной силы, вызванной изменением кривизны траектории, определяется скоростью поворота управляемых колес и скоростью движения автомобиля. В реальных условиях эксплуатации угловая скорость поворота управляемых колес грузовых автомобилей находится в пределах 0,01 — 0,1 рад/сек. Исходя из этого, в соответствии с формулой (3.7) определяем :

при V=20 (км/ч)=5,56 (м/с); :

;

.

Остальные значения определяем аналогично, а их значения заносим в табл. 3.2.

Таблица 3.2 — Определение, кН

По данным табл. 3.2 строим графики зависимости от скорости поворота колес при различных скоростях движения автомобиля (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 — Графики зависимости составляющей силы, вызванной изменением кривизны траектории при различных скоростях движения от скорости поворота колес

Сила, вызванная изменением скорости движения автомобиля на повороте, определяется ускорением и углом поворота управляемых колес. Ускорение для автомобиля, составляет от 0,05 до 0,5 м/с². Исходя из этого, в соответствии с формулой (3.8) определяем :

при и=5 (град)=0,1 (рад); :

;

.

Остальные значения определяем аналогично, а их значения заносим в табл. 3.3.

Таблица 3.3 — Определение, кН

По данным табл. 3.3 строим графики зависимости от ускорения движения автомобиля (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 — Графики зависимости силы, вызванной изменением скорости движения при различных углах поворота управляемых колес автомобиля

3.2 Проходимость автомобиля

Проходимостью называется эксплуатационное свойство, определяющее возможность движения автомобиля в ухудшенных дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных препятствий.

Проходимость делится на профильную и опорную.

Оценка профильной проходимости

Профильная (продольная) проходимость характеризует возможность преодолевать неровности пути, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения.

Большинство единичных показателей профильной проходимости представляет собой геометрические параметры автомобилей и прицепного состава.

Продольную проходимость автомобилей оценивают по следующим единичным показателям:

1. Дорожный просвет (H₁ = 157 мм) — расстояние от одной из наиболее низко расположенных точек автомобиля (прицепа) до опорной поверхности; определяет возможности движения по мягким грунтам и преодоления сосредоточенных препятствий (камней, пней, кочек и т. д.).

2. Передний и задний свес ((L₆ = 651 мм, L₉ = 1055 мм) — расстояние от крайней точки контура передней (задней) выступающей части по длине автомобиля до плоскости, перпендикулярной опорной поверхности и проходящей через центры передних (задних) колес; влияет на проходимость при переезде через канавы, пороги, кюветы и т. п.

3. Угол переднего и заднего свеса (,) — угол между опорной поверхностью и плоскостью, касательной к окружностям наружных диаметров передних (задних) колес и проходящей через точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого угла; характеризует возможность преодоления препятствий с короткими подъемами и спусками.

4. Продольный радиус проходимости (R₅ = 1,740 м) — радиус цилиндра, касательного к окружностям, описанным свободными радиусами соседних колес, наиболее разнесенных по базе, и проходящего через точку контура нижней части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого цилиндра; характеризует проходимость по местности с препятствиями гребнистого характера, складками местности, насыпями, буграми.

5. Наибольший угол преодолеваемого подъема (18,7є) — угол подъема, имеющего протяженность не менее двукратной длины автомобиля или автопоезда и ровную поверхность, преодолеваемый автомобилем без использования инерции, нарушений условий нормальной работы агрегатов и безопасности движения.