Динамика автомобиля

Динамика автомобиля

Под динамикой автомобиля понимают его свойство перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью при заданных дорожных условиях. Чем лучше динамика автомобиля, тем выше его производительность. Кроме того, динамика автомобиля в полной мере определяет безопасность его эксплуатации. Динамика автомобиля зависит от его тяговых и тормозных свойств.

Динамика прямолинейного движения

 

Условные обозначения

Общее сопротивление движению

 

Силы сопротивления движениюСопротивление движению вычисляется как (рис.1 «Силы сопротивления движению»):

FW=FRo + FL+FSt

Мощность, которая должна поступить на ве­дущие колеса автомобиля для преодоления сопротивления движению (силы сопротивле­ния движению), равна:

PW = FW v или P= FWV /3600

где Pw в кВт, Fw в Н, v в км/ч.

 

Сопротивление качению

 

Сопротивление качению является следствием возникающих процес­сов деформации в зоне контакта шины с до­рогой. При этом применимо следующее:

Fro =f G cosa — fmg cosa.

Приближенный расчет сопротивления каче­нию может быть выполнен путем использо­вания коэффициентов, представленных в приведенной ниже таблице 2 «Коэффициенты сопротивления качению» и на рис.2 «Сопротивление качению радиальных шин по ровной, горизонтальной дороге при нормальных нагрузке и внутреннем давлении».

Коэффициенты сопротивления качению

Увеличение коэффициента сопротивления качению f прямо пропорционально уровню деформации и обратно пропорционально ра­диусу шины. Следовательно, коэффициент будет увеличиваться при увеличении нагрузки, скорости и при снижении давления в шине.

При прохождении поворотов сопротивле­ние качению увеличивается за счет добавоч­ного сопротивления повороту:

Fk=fк G

Коэффициент сопротивления повороту fк является функцией скорости движения авто­мобиля, радиуса поворота, геометрических характеристик подвески автомобиля, типа шин, давления в шинах и поведения автомо­биля под действием поперечного ускорения.

Таблица 4. Коэффициент аэродинамического сопротивления и мощность, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления, для различных типов кузова

Коэффициент аэродинамического сопротивления и мощность, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления, для различных типов кузова

 

Аэродинамическое сопротивление

 

Определяется по формуле:

FL = 0,5 p⋅ cw⋅ А (v + v0)или FL =0,0386⋅ р⋅ cw⋅ А (v + v0)2,

где v в км/ч, FL в Н, р в кг/м3, А в м2, плотность воздуха р = 1,202 кг/м3 на высоте 200 м.

Аэродинамическое сопротивление:

PL = FL = 0,5 р cAv (v + v0)или P= 12,9-10-6 cA v (v + v0)2

где PL в кВт, FL в Н, v и v0 в км/ч, А в м2, р = 1,202 кг/м3. Максимальное поперечное сечение автомобиля: А ≈0,9 х ширина колеи х высота.

Эмпирическое определение коэффициентов аэродинамического сопротивления и сопротивления качению

Автомобиль движется накатом на нейтральной передаче в условиях безветрия по ровной до­роге. Для двух заданных значений скоростей движения, v1 (высокая скорость) и v2 (малая скорость), замеряется время, необходимое, чтобы автомобиль при этих условиях замед­лил свое движение. Эта информация исполь­зуется для расчета средних замедлений a1 и а2. Формулы и примеры из табл.3 «Эмпирические определения коэффициентов аэродинамического сопротивления и сопротивления качению» приведены для автомобиля массой m = 1450 кг с площадью поперечного сечения А = 2,2 м2

Этот метод применим для скоростей дви­жения автомобиля до 100 км/ч.

Эмпирические определения коэффициентов аэродинамического сопротивления и сопротивления качению

Сопротивление движению автомобиля на подъем и силы, действующие на автомобиль при движении под уклон

 

Угол уклона и сопротивление движению на подъемСопротивление движению на подъем (Fst со знаком плюс) и силы, действующие на автомо­биль при движении под уклон (Fst со знаком минус) рассчитываются следующим образом:

Fst = G sinа = m g sina

или приближенно:

Fst ≈ 0,01 m g p

Эти уравнения применимы с уклонами до р ⩽ 20%, поскольку при малых углах применимо следующее:

sina ≈ tana (погрешность менее 2 %).

Мощность, затрачиваемая на преодоление подъема, равна:

Pst = Fst v   или  если Pst измеряется в кВт, Fst в Н и v в км/ч:

 

Pst = Fst v/3600 = m g v sina/3600

или приближенно:

Pst = m g p v / 3600

Продольный уклон дороги равен:

р = (h/l)⋅100 % или р = (tanа) ⋅100 %,

где h соответствует проекции наклонной поверхности l на вертикальную ось.

В англоязычных странах продольный уклон определяется отношением 1 в 100/р .

Например, при р =50% отношение 1 к 2.

 

Пример вычисления силы тяги и мощности, затрачиваемой на преодоление подъема

Сопротивление движению на подъем и мощность, затрачиваемая на преодоление подъемаДля преодоления подъема с уклоном р = 21 %, автомобилю массой 1500 кг потре­буется сила тяги на колесах приблизительно 1,5 x 2000 Н = 3000 Н (значение из табл.5 «Угол уклона и сопротивление движению на подъем«) и при v = 40 км/ч мощность, затрачиваемая на преодоление подъема, приблизительно 1,5 х 22 кВт = 31 кВт (значение из табл.6 «Сопротивление движению на подъем и мощность, затрачиваемая на преодоление подъема»).

Сила тяги

Чем больше крутящий момент двигателя М и общее передаточное число трансмиссии i между двигателем и ведущими колесами, и чем ниже потери мощности в трансмиссии, тем выше сила тяги F на ведущих колесах автомобиля.

F = (Mi/r)⋅η  или F = P η / v

η — к.п.д. привода. Для двигателя про­дольного расположения η ≈ 0,88 — 0,92, для двигателя поперечного расположения η ≈0,91 -0,95.

Сила тяги частично затрачивается на преодо­ление сопротивления движению. При боль­шом сопротивлении движению, имеющем место на подъемах, следует включать в ко­робке передач пониженную передачу (т. е. увеличивать передаточное число трансмис­сии).



Частота вращения коленчатого вала двигателя и скорость автомобиля

 

Частота вращения коленчатого вала вычисляется как:

n = 60 v i / 2 π r

или при v в км/ч:

n = 1000 v i / 2 π 60 r

Ускорение

 

Определение коэффициента учета вращающихся масс kmИзбыточная сила F-Fw вызывает ускорение автомобиля. Или замедление, когда Fw превышает F

a = (F-Fw) / km m

или

a = (P η — Pw) / v km m

Коэффициент учета вращающихся масс km (рис.3 «Определение коэффициента учета вращающихся масс k) позволяет учесть дополнительное увеличение инерционных масс автомобиля из-за наличия вращающихся частей (колеса, маховик, коленчатый вал и т. п.).

Сила тяги и скорость автомобилей с автоматической трансмиссией

Когда уравнение силы тяги применяется для автомобилей с автоматической трансмиссией с гидротрансформатором или гидромуфтой, крутящий момент двигателя заменяется крутящим моментом турбины гидротранс­форматора, а частота вращения коленча­того вала двигателя — частотой вращения турбины гидротрансформатора. Используя кривую характеристики гидротрансформа­тора, можно определить зависимость между

Mturb = f (nturb) и скоростной характеристи­кой двигателя MMot = f (nMot).

Силовой баланс для отдельных передач в функции скорости движения может быть определена из диаграммы силы тяги/сопротивления движению (рис.4). На диаграмме можно увидеть точки излома, типичные для гидротрансформатора, возникающие вслед­ствие мультипликации крутящего момента. Максимальную скорость в каждом случае для данной передачи можно определить по точкам пересечения линий тягового усилия с линиями сопротивления движению.

В следующей статье я расскажу об образовании смеси в бензиновых двигателях.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *