Динамика

PВ

PeII

Va

V2

Рис.2.4. Мощностной баланс автомобиля с 3-х ступенчатой коробкой перемены передач

зования мощности. Кроме того, на величину И большое влияние сказывает передаточное число трансмиссии. Так, например, автомобиль, мощностной баланс которого показан на рис. 2.4, может двигаться со скоростью V2 и на второй и на третьей передаче.

Однако в связи с тем, что РеII>РеIII, можно сделать вывод, что степень использования мощности на второй передаче ниже, нежели на третьей. Это, в свою очередь, вызывает увеличение расхода топлива.

В качестве приближенного показателя динамичности автомобиля используют удельную мощность Руд – отношение максимальной эффективной мощности к массе автомобиля, выраженной в тоннах:

Величина этого параметра колеблется от 15…120 л.с./т для легковых автомобилей различного класса до 5…10 л.с./т для автопоездов.

2.5 Разгон автомобиля

Режим движение автомобиля крайне неравномерен. При эксплуатации в городах равномерное движение составляет 15…25 % от общего времени. От 30% до 45 % времени занимает ускоренное движение и 30…40 % - движение накатом и торможение.

Для определения максимальной интенсивности разгона проводят специальные испытания при полной подаче топлива, максимально быстром темпе переключения передач до скорости не менее, чем 0,8 Vмах. При этом изменение скорости, пути и продолжительность движения регистрируются с

в a ΔV

Δt

t

Рис. 2.5. Диаграмма разгона автомобиля

Для замера ускорений, развиваемых автомобилем на отдельных участках разгона, используют специальные приборы – акселерометры, а при наличии диаграммы νa = f(t) – прибегают к дифференцированию скорости по времени, когда на кривой выделяется относительно небольшой участок (например, ав) с определением приращения скорости Δν и промежутка времени t. Величина среднего ускорения на этом участке:

jср 3.6 t .

27

соответствующие значения D и по формуле (2.10) – j, а затем строят график j = f(υa).

Дополнительно рассчитываются и строятся кривые времени и пути разгона, используя графоаналитический метод Н.А. Яковлева.

j

j1

j2

Рис. 2.7. Пример обработки кривой ускорения

Отдельно взятую для данной передачи кривую ускорения разбивают на несколько интервалов так, чтобы в их пределах можно было принять ускорение почти линейным.

Среднее значение ускорения в интервале скоростей ν1-ν2

1

jср 2( j1 j2 ).

Одновременно это значение можно выразить через интервал времени Δt1:

Аналогичные вычисления проводят для всех интервалов скоростей, тогда общая продолжительность разгона будет,

t = Δt1 + Δt2 + Δt3+… +Δtn .

Кривая времени разгона строится от νmin, для которой t=0. При скорости ν2 на графике откладывают значение Δt1, при скорости ν3-значение (Δt1 + Δt2) и т. д.

28

При пересечении кривых jI и jII и т. д. , выбираются точки наиболее целесообразного момента переключения передач и, таким образом, оценивают максимально возможную интенсивность разгона.

Продолжительность переключения передач tn зависит от квалификации водителя, конструкции коробки перемены передач и типа двигателя частоты вращения выше, чем у бензиновых в связи с наличием больших инерционных масс. Для водителей высокой квалификации характерные значения tn приведены в табл. 2.2.

Для водителей низкой квалификации время переключения передач увеличивается на 25…40%.

Уменьшение скорости в процессе переключения передач:

∆νa=tnψ.

При расчете пути разгона условно считаем, что в каждом интервале изменения скоростей среднее ее значение:

νср= (ν1+ν2)/2.

В этом случае:

∆S1=νср´ ∆t1/3.6=νср´ ∆ν1/13 ј´ср, ∆S2=ν ´´ср ∆t2/3.6=ν´´ср ∆ν2/13*ј´´ср. и т.д.

Кривую S начинают от скорости υ1 и строят для тех же интервалов ∆υ, что и кривую времени разгона.

2.6. Движение автомобиля накатом

Экспериментально показатели динамичности автомобиля при накате определяют на горизонтальном участке дороги с твердым покрытием. Автомобиль разгоняют до определенной установившейся скорости (например, 50 км/ч) и включают сцепление и передачу. Скорость, время и путь движения

29

регистрируют самопишущими приборами. При упрощенных испытаниях замеряется только время и путь выбега.

Путь выбега является простым и наглядным показателем. Позволяющим оценивать, в частности, техническое состояние шасси автомобиля.

Простота эксперимента при движении накатом способствовала широкому использованию этого режима для определения коэффициента сопротивления дороги ψ и фактора обтекаемости W в.

Для определения ψ процесс поката совершают с малой скоростью (12…15км/ч) до полной остановки автомобиля.

При такой скорости сопротивлением воздуха можно пренебречь, следовательно, если использовать выражение (2.3):

при D = 0, можно с учетом того, что ј =dV/dt, получить:

dν=-(ψд/δвр) dt.

После интегрирования этого выражения (нижние пределы ν=ν0 , t=0, а верхние: V=0 и t=Т) имеем:

Ψ=(ν0 δвр)/gТ.

При накате коэффициент δвр=δн~1.05, в этом случае ψ=0,107 υ0 /T, однако не следует забывать, что величина скорости в вышеприведенных выражениях измеряется в м/с. Если вернуться к привычным единицам измерения (км/ч), то окончательное выражение для определения коэффициента сопротивления дороги примет вид:

Если участок дороги не горизонтален, то можно определить величину уклона. Для этого производят заезды в двух взаимно противоположных направлениях с одинаковой начальной скоростью.

При движении на подъем: ψ1=ƒ+i, при движении под уклон ψ2=ƒ-i, следовательно:

Величины ψ1 и ψ2 вычисляются по ранее приведенной методике. Для экспериментов в данном случае требуются только протарированный спидометр и секундомер.

30

Для определения фактора обтекаемости выбег производят с относительно высокого значения начальной скорости (не менее 60…80 км/ч). Уравнение движения автомобиля накатом при сделанных выше допущениях имеет вид:

представлено, в частности, у В.А. Иларионова в форме трансцендентного уравнения типа:

tgx=ax,

с бесконечным множеством корней, но одновременно дается методика их определения.

Если в процессе эксперимента снимается диаграмма (осциллограмма) изменения скорости, то процесс определения Wв упрощается. Вначале по методике, приведенной выше, определяется ψ. Затем по диаграмме ν(t) в зоне высоких скоростей определяют продолжительность (время) изменения скорости при выбеге на 5…10 км/ч. По этим данным рассчитывают среднее ускорение dν/dt . в этом случае в уравнении (2.13) все величины, кроме Wв, становятся известными.

Знание особенностей движения накатом дает возможность расчетным путем определить величину уменьшения скорости во время переключения передач.

Передачи переключают при относительно невысоких скоростях, поэтому силами сопротивления воздуха и трансмиссии пренебрегают.

Обозначив через νн начальную, а через νк конечную скорости (км/ч) за время tп переключения передач и воспользовавшись выражением (2,11), можно получить:

При таком равнозамедленном движении при условии, что скорость измеряется в км/ч, а время в с, путь, пройденный автомобилем за время переключения передачи будет Sп (м):

31

3.ТОРМОЗНАЯ ДИНАМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

3.1. Торможение автомобиля

Параметры тормозной динамичности непосредственно связаны с обеспечением безопасности движения транспорта.

В процессе торможения кинетическая энергия автомобиля переходит в работу трения между фрикционными накладками и тормозными барабанами (дисками), а также между шиной и дорогой. Тепло, выделяемое в результате трения, рассеивается в окружающее пространство, следовательно, каждое торможение приводит к увеличению расхода топлива.

Величина тормозного момента для гидро- и пневмопривода

Где γт- коэффициент пропорциональности, приблизительно постоянный для данной конструкции автомобиля.

В зоне контакта шины с дорогой возникает тормозная сила:

Fтор=Мтор/r . (3.2)

Определим касательные реакции, действующие на ведомую и ведущую оси при торможении с отключенным двигателем.

где Fхх- сила, определяемая моментом трения в трансмиссии при отключенном двигателе.

Понятно, что с увеличением Fтор касательная реакция Х дороги растет, однако, это продолжается лишь до тех пор, пока она не достигает своего предельного значениясилы сцепления шины с дорогой Fсц:

В момент равенства Х и Fсц возникает «юз колес», когда колеса блокируются и скользят по дороге не вращаясь.

До блокировки колеса между тормозными накладками и барабаном (диском) действует сила трения скольжения, а между колесом и дорогой - сила трения покоя. После блокировки ситуация становится обратной, расстояние

32

энергии переносится с тормозного барабана (диска) на колесо, коэффициент сцепления уменьшается. Поэтому наибольшая эффективность торможения достигается «на грани» блокировки.

Важнейшим параметром безопасности автомобиля является остаточное время:

где tр-время реакции водителя,

tпр-время от начала нажатия на тормозную педаль до начала их

действия,

tу-время увеличения замедления, tт-время полного торможения.

Сумму (tпр+ tу) часто называют временем срабатывания тормозного привода.

Из всех величин, приведенных в (3.6), аналитически определяются только tт. Остальные величины находятся экспериментально.

За период tр водитель осознает необходимость торможения и переносит ногу с педали подачи топлива на педаль тормоза. Длительность его зависит от квалификации водителя, его возраста, степени утомленности и других субъективных особенностей. Предельные значения tр составляют 0,2…1,5 с . в расчетной практике обычно закладывают величину tр=0,8с.

Период tпр необходим для выбирания зазоров (люфтов) и перемещения всех деталей привода (педали, поршней тормозных цилиндров или диафрагм тормозных камер, тормозных колодок).

Всреднем для исправного гидравлического привода принимают tпр=0,2с,

адля пневматического tпр=0,6с. У автопоездов с пневматическим приводом эта величина может достигать 2с.

Период tу характеризует время постепенного увеличения замедления от поля (начало действия тормозов) до максимального значения. В среднем продолжительность tу составляет 0,5 с .

Параметры динамичности автомобиля при торможении рассчитывают по уравнению его движения.

3.1.1.Торможение с отключенным двигателем

Ранее (рис.1.2) рассматривалось уравнение проекций на плоскость прямолинейного движения автомобиля, причем при отключенном двигателе оно имеет следующий вид:

Х1+Х2+F´u-Fп-Fв=0. (3.7)

Подставив сюда значения Х1, Х2 из (3.3) и (3.4) , имеем :

33

Fтор1+Z1ƒ+(Ј1/r2) ј+Fтор2+Z2ƒ+(Ј2/r2) ј+mј+Fxx+Fп+Fв=0,

обозначим

Fтор1+Fтор2=Fтор,

Z1ƒ+Z2ƒ=mgƒ, ј=-ј3

Группируем: m j3 (1+(J1+J2)/m r2)=m j3 δн,

Тогда

M j3 δн=Fтор +m g f+Fп+Fв+Fхх,

j3=(Fтор+Fд+Fв+Fхх)/mδн (3.8)

Соотношение (3.7) показывает, что замедление автомобиля увеличивается по мере увеличения в тормозных механизмах и трансмиссии, а также роста сил внешних сопротивлений. Замедление уменьшается при увеличении массы автомобиля и моментов инерции вращающихся деталей.

Наибольшее влияние на замедление оказывает тормозная сила Fтор, величина которая зависит от конструкции и технического состояния тормозов.

В первый период торможения продолжительностью tу сила Fтор увеличивается, вызывая нарастание замедления. Во время полного торможения сила Fтор достигает максимального значения и практически не меняется. Таким образом, если Fтор определена, остальные составляющие формулы (3.7) легко рассчитываются в функции от скорости движения автомобиля, и величину замедления можно определить. Чисто качественно протекание кривой j=f(Va) можно проследить по рисунку 3.1. Благодаря влиянию Fд, Fв и Fхх, увеличивающихся с ростом скорости движения автомобиля, величина замедления увеличивается.