Расчет тягово-скоростных характеристик автомобиля

• Введение
• Исходные данные
• Внешняя скоростная характеристика двигателя
• Баланс мощности автомобиля
• Тяговый баланс автомобиля
• Динамическая характеристика автомобиля
• Ускорения автомобиля
• Время разгона автомобиля
• Путь разгона автомобиля
• Топливная экономичность
• Используемая литература

Тягово-скоростные качества автомобиля характеризуют его способность доставлять грузы или пассажиров с максимально возможной средней скоростью в данных дорожных условиях. Обычно чем выше тягово-скоростные качества автомобиля, тем меньше время, затрачиваемое на перевозку и, следовательно, тем больше его производительность.

Тягово-скоростные качества автомобиля оцениваются несколькими показателями, которые определяются экспериментальным путем испытаний автомобиля в определенных дорожных условиях или получаются расчетным путем. При расчете тягово-скоростных качеств, задавшись исходными данными, строят ряд графиков, по которым затем определяют показатели тягово-скоростных качеств. Исходными данными для построения графиков являются конструктивные параметры и параметры, характеризующие условия движения.

При расчете тягово-скоростных качеств автомобиля должны быть известны следующие величины и характеристики:

1. Внешняя скоростная характеристика двигателя;

2. Полный вес автомобиля;

3. Площадь Миделева сечения автомобиля;

4. Передаточные числа коробки передач, главной передачи;

5. Радиус качения колеса;

6. Коэффициент полезного действия трансмиссии;

7. Коэффициент лобового сопротивления качению;

8. Коэффициент учета влияния ускоренно-вращающихся масс.

Исходные данные

Данные приведены для выбранного автомобиля ВАЗ - 21 043.

· Бензиновый четырехцилиндровый карбюраторный двигатель, расположенный спереди продольно, рабочим объемом 1.5 литра с максимальной мощностью 72 лошадиные силы при 5600 оборотах и крутящим моментом 104 Н*м при 3400 оборотах;

· Автомобиль оборудован пятиступенчатой механической коробкой передач, с передаточными числами, представленными в таблице 1.

Таблица 1.

Передаточные числа

· Полная масса автомобиля: m_A=1430 кг;

· Размерность шин: 175/70 R13;

· Габаритные размеры автомобиля ДхШхВ: 4115*1620*1443 мм;

· Коэффициент лобового сопротивления: Сх=0,55;

· Масса колеса: m_k=6,5 кг;

· Максимальная скорость V_max=145 км/ч;

· Коэффициент полезного действия трансмиссии: ?_ТР=94%;

· Вес автомобиля с полной массой: G_A=m_ag=1430Ч9,81=14,03 кН;

· Статический радиус колеса: посадочный диаметр равен 13 из маркировки, для легкового автомобиля коэффициент вертикальной деформации 0,84, из маркировки соотношение высоты и ширины профиля 70%, ширина в миллиметрах 175;

R_ст=r_Д=d/2+л_Z?B=0,25 413/2+0,840,70,175=0,1651+0,1029=0,268 м;

· Радиус колеса в режиме качения с радиальной конструкцией корда шины:

r_k=1,04r_Д=1,040,268=0,279 м;

· Площадь Миделева сечения-1,75 м²;

· Момент инерции вращающихся частей двигателя: I_K= [0,1ч0,15];

· Движение принимается по асфальту, где коэффициент сопротивления качению с учетом силовых потерь равен: f_c=0,015; обобщенный коэффициент сопротивления качению в дальнейшем определяется по формуле в зависимости от скоростного режима: f₀= f_c (1+AV²), где коэффициент пропорциональности нарастания скорости — А= [3,5…3,0] 10^-4.

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость его эффективной мощности и эффективного крутящего момента от угловой скорости вращения коленчатого вала. Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива, называется внешней. Скоростная характеристика получается экспериментальным путем при испытании автомобиля на тормозном стенде. Внешняя скоростная характеристика нашего автомобиля представлена на рисунке 1.

тяговая скоростная характеристика автомобиль

Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Зависимость мощности и момента от угловой скорости вращения коленчатого вала приведена в таблице 2.

Таблица 2.

Зависимость мощности и момента от угловой скорости вращения коленвала

Баланс мощности автомобиля

Балансом мощности автомобиля называется уравнение, показывающее распределение мощности двигателя по отдельным видам сопротивления:

P_T=P_ш+P_W+P_АП+P_CX,

где P_{T -} мощность на ведущих колесах автомобиля;

P_ш,P_W, P_АП, P_{CX -} мощности, затрачиваемые соответственно на преодоление сопротивлению качения, на преодоление сопротивление воздуха, преодоление сил инерции и буксировку прицепа.

В нашем случае мощность автомобиля расходуется только на преодоление сопротивления воздуха и дороги. Мощность, затрачиваемая на сопротивление дороги:

P_ш=шm_AgV,

где коэффициент сопротивления качению — ш=f₀=0,015 (1+0,0003V²),

скорость движения автомобиля — V_i=щ_er_k/i_тр= щ_er_k/i_КПi_0,где r_k-радиус качения колеса;

i_{тр -} передаточное число трансмиссии.

Скорость автомобиля по этой формуле определяется для всех передач автомобиля, при разных угловых скоростях.

Мощность на сопротивление воздуха:

P_W=С_хс_ВА_ВV³/2,

где С_х — коэффициент лобового сопротивления;

с_{В -} плотность воздуха;

А_В — площадь Миделева сечения автомобиля.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Баланс мощности автомобиля ВАЗ - 21 043

По результатам расчета построен график баланса мощности автомобиля, представленный на рисунке 2.

Рисунок 2. Баланс мощности автомобиля ВАЗ - 21 043

Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля показывает распределение тяговой силы на колесах по отдельным видам сопротивления движению.

Уравнение тягового баланса:

F_T=F_ш+F_W+F_АП+F_СХ,

где F_T — тяговая сила на колесах автомобиля, равная:

F_Ti=T_eii_КПi₀з_ТР,

где T_ei — крутящий момент, берущийся с внешней скоростной характеристики;

?_ТР — КПД трансмиссии;

F_ш, F_W, F_АП, F_СХ — соответственно силы сопротивления качению, сопротивлению сил воздуха, инерции и буксировки прицепа.

В нашем случае:

F_T=F_ш+F_W,

причем силы сопротивления качению и сопротивлению воздуха равны:

F_ш=шm_Ag;

F_W=С_хс_ВА_ВV²/2

Результаты расчетов получены для всех передач при разных угловых скоростях и приведены в таблице 4.

Таблица 4. Тяговый баланс автомобиля ВАЗ - 21 043

По результатам расчетов построен график тягового баланса, представленный на рисунке 3.

Рисунок 3. Тяговый баланс автомобиля ВАЗ - 21 043

Динамическая характеристика автомобиля

Динамической характеристикой автомобиля называют зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля.

Динамический фактор:

D=F_T-F_W/G_A

Результаты расчетов получены для всех передач коробки на разных угловых скоростях вращения коленчатого вала и приведены в таблице 5.

Таблица 5. Динамическая характеристика автомобиля ВАЗ - 21 043

Рисунок 4. Динамическая характеристика автомобиля ВАЗ - 21 043

Ускорения автомобиля

График ускорений представляет собой зависимость ускорений на всех передачах от скорости движения автомобиля. Ускорения автомобиля подсчитываются по формуле:

в= (D-ш) g/д,

где д — коэффициент учета влияния ускоренно вращающихся масс, рассчитываемый для каждой передачи по формуле:

д=1+I_ei_ТРз_ТР/m_Ar_k²+? I_k/ m_Ar_k^2,

где I_e — момент вращающихся частей двигателя;

I_k — момент инерции колес автомобиля;

m_A — масса автомобиля.

Результаты расчетов приведены для всех передач при разных угловых скоростях и представлены в таблице 6. Поданным построен график ускорений автомобиля, представленный на рисунке 5.

Таблица 6. Ускорение автомобиля ВАЗ - 21 043

Рисунок 5. Ускорение автомобиля ВАЗ - 21 043

Время разгона автомобиля

График времени разгона автомобиля построен на основе графика ускорений с применением метода графического интегрирования. Скоростной диапазон разбит на интервалы? V от нуля до максимальной скорости движения автомобиля.

Средние ускорения на интервале равны: Ё"_СРi= (Ё"_i-1+Ё"_i) /2, Причем это ускорение с изменением скорости движения произойдет за время:

?t_i=?V_i/ Ё"_СРi,

Переключение передач происходит при ускорении автомобиля равном:

Ё"_ПЕР=шg/д, где д_i=д_i+ д_i+1

Тогда скорость переключения передач равна: ?V_ПЕР=?t_ПЕРЁ"_ПЕР,

где ?t_ПЕР — выбирается в зависимости от конструкции механизма переключения передач, для легковых автомобилей? t_ПЕР=0,8…1,0 сек, в нашем случае? t_ПЕР=1сек

Для каждого интервала время разгона:

t_p= ?? ?ti+ ??t_ПЕР

Результаты расчета времени разгона представлены в таблице 7.

Таблица 7. Время разгона автомобиля ВАЗ - 21 043

Рисунок 6. Время разгона автомобиля ВАЗ - 21 043

Путь разгона автомобиля

График построен на основе графиков ускорений и времени разгона методом графического интегрирования. Скоростной диапазон разбивается на интервалы? V от нуля до максимальной скорости.

Средняя скорость на интервале:

V_ср= (V_i-1+V_i) /2

Ускорение с изменением скорости произойдет за время: ?t_i=?V/a_ср

Переключение передач происходит при ускорении автомобиля равном:

a_пер=шg/д,

где д_i= (д_i+ д_i+1) /2

Тогда скорость переключения передач равна: ?V_пер=?t_перa_пер,

а средняя скорость переключения: V_српер= (V_i+ (V-?V_пер)) /2

Искомые изменения пути разгона: ?S=?t_iV_ср,

для переключения: ?S_пер=?t_пер V_пер.

Для каждого интервала путь разгона: S_p=???S_i+??S_пер

Результаты расчета пути разгона представлены в таблице 8.

Таблица 8. Путь разгона автомобиля ВАЗ - 21 043

Рисунок 7. Путь разгона автомобиля ВАЗ - 21 043

Топливная экономичность

Qs=g_ep (Pш+Pw) /36с_T?_ТРV

Таблица 9. Топливная экономичность

Рисунок 8. Топливно-экономичная характеристика установившегося движения.

Используемая литература

1. Кравец В. Н., Определение тягово-скоростных свойств автомобиля. — Горький: ГПИ, 1983, 42с.

2. Кравец В. Н., Тяговый расчет автомобиля, Глава 4. — Горький: ГПИ, 1983, 46с.

3. Кравец В. Н., Успенский И. М., Определение тягово-скоростных свойств автомобиля с механической и гидромеханической трансмиссией. — Горький: ГПИ, 1976, 92с.