1.1.5. Динамический паспорт автомобиля
При изменении нагрузки автомобиля изменяется и динамическая характеристика автомобиля. Для сравнения тягово-скоростных свойств автомобилей при различной массе, динамическая характеристика дополняется номограммой нагрузок (рис. 5).
Строится номограмма нагрузок следующим образом. На продолжении оси абцисс динамической характеристики (60-80 мм от начала координат) откладывается шкала нагрузок таким образом, чтобы нагрузка 100% совпадала с началом координат, а нагрузка 0% стала крайней левой точкой шкалы. Из этой точки восстанавливается перпендикуляр к оси абцисс, на котором в определенным масштабе откладываются значения динамического фактора при нагрузке – 0%.
Масштаб шкалы динамического фактора – ао при нагрузке 0 % определяется по формуле:
, (1.29)где a100 – масштаб шкалы D 100%;
Ga, Go – вес автомобиля, соответственно при полной нагрузке (100%) и без нагрузки.
Точки на ординатах, соответствующие одинаковым значениям динамического фактора, соединяются прямыми сплошными линиями.
Максимальные значения окружных сил обычно ограничены по условиям сцепления, поэтому на динамической характеристике показывают также динамический фактор по сцеплению Dφ , определяемый по формуле:
Dφ = φ ·G2 /Ga , (1.30)
где φ – коэффициент сцепления;
G2– вес автомобиля, приходящийся на ведущую ось, Н.
Расчет производится для значений коэффициента сцепления, в пределах от 0,1 до 0,7 для порожнего и полностью груженного состояний автомобиля.
Рис. 5 Динамический паспорт автомобиля
Полученные значения Dφ откладываются на соответствующих ординатах номограммы нагрузок (см. рис. 5) и соединяются пунктирными линиями для одинаковых значений φ.
1.1.6 График времени и пути разгона
Оценку приёмистости автомобиля определяют по максимально возможным ускорениям, используя динамическую характеристику:
, (1.31)где ja – ускорение автомобиля, м/с2;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
δ – коэффициент учёта вращающихся масс, определяется по формуле (1.24);
ψ – суммарный коэффициент сопротивления дороги ( принимается ψ = f).
Результаты расчётов заносим в таблицу 6.
Таблица 6 - Результаты расчета
| Параметры | Размерность | Значения параметров | ||||||||
| 1-я |  | м/с | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 | 11,8 | 14,2 | ||
 | - | 0,25 | 0,253 | 0,254 | 0,24 | 0,212 | 0,161 | |||
 | - | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | |||
 |  | 1,49 | 1,51 | 1,52 | 1,47 | 1,24 | 0,92 | |||
| 2-я | | м/с | 4,5 | 9 | 13,5 | 18 | 22,5 | 27 | ||
| | - | 0,13 | 0,135 | 0,134 | 0,122 | 0,1 | 0,07 | |||
| | - | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | |||
| | | 0,96 | 1,01 | 0,991 | 0,892 | 0,694 | 0,458 | |||
| 3-я | | м/с | 6,4 | 12,8 | 19,2 | 25,8 | 32,2 | 38,6 | ||
| | - | 0,091 | 0,092 | 0,085 | 0,075 | 0,053 | 0,026 | |||
| | - | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | |||
| | | 0,684 | 0,701 | 0,625 | 0,54 | 0,31 | 0,1 | |||
| 4-я | | м/с | 8,7 | 17,4 | 26,1 | 34,8 | 43,5 | 52,2 | ||
| | - | 0,065 | 0,066 | 0,056 | 0,037 | 0,015 | | |||
| | - | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,0159 | |||
| | | 0,462 | 0,473 | 0,38 | 0,205 | 0 | | |||
| 5-я | | м/с | 10,7 | 21,4 | 32,1 | 42,8 | 53,5 | 64,2 | ||
| | - | 0,052 | 0,047 | 0,029 | 0,017 | | | |||
| | - | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,015 | 0,0161 | 0,0173 | |||
| | | 0,349 | 0,301 | 0,132 | 0,02 | | | |||
Используя полученные значения ja из таблицы 6, строится график зависимости ускорений автомобиля на разных передачах от скорости при заданных дорожных условиях (рис. 6).
Графики времени t = f(V) и пути разгона S = f(V) автомобиля строятся на основании графика ускорений автомобиля графоаналитическим методом.
Рис. 6 – График ускорений автомобиля
На графике ускорений автомобиля выделяются участки скорости движения автомобиля, соответствующие его разгону на первой, второй и последующих передачах. Затем каждый из этих участков разбиваются на 4-6 интервалов. Границы интервалов и участков скорости обознаются последовательно V1 ,V2 ,V3 и т.д., соответствующие им значения ускорений обозначаются j1 , j2 , j3 и т.д.
Время разгона автомобиля определяется для каждого интервала скоростей:
; 
; 
и т.д., (1.32)где V – скорость в начале или в конце интервала, м/с;
j – ускорение в начале или в конце интервала, м/с2;
t – время разгона в данном интервале скоростей, с.
Затем для каждого интервала скоростей определяется путь разгона автомобиля:
; 
; 
и т.д., (1.33)где S – путь разгона на интервале скоростей, м.
Суммарное время и суммарный путь разгона автомобиля до скорости Vi для i-го интервала определяют суммированием времени и пути разгона на всех предыдущих интервалах скорости:
, (1.34)
. (1.35)Для обеспечения наибольшей интенсивности разгона скорость, при которой необходимо переключаться на следующую передачу, должна соответствовать максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, если ускорение на более низкой передаче (например, на первой) меньше ускорения на более высокой передаче (например, на второй), или соответствовать скорости, при которой кривые ускорений на более низкой и более высокой передачах пересекаются (как на рис. 6).
Потеря скорости за время переключения передачи:
ΔVn≈ g ·ψ ·tn/ δn , (1.36)
где n – коэффициент учёта вращающихся масс при переключении передач (при расчетах принимают n = 1,03);
tn – время переключения передач (при расчетах принимают tn = 0,5-1,5 с, в зависимости от способа переключения передач).
Путь, пройденный автомобилем за время переключения tn с к-ой передачи на (к+1)-ю передачу:
ΔSn = (Vk max – 0,5 ·ΔVn)·tn . (1.37)
Расчётные значения величин для построения времени и пути разгона автомобиля сводятся в таблицу 7.
Таблица 7 - Результаты расчета
| Параметры | Размерность | Значения параметров | |||
| 1-я | Va | м/с | 13,9 | ||
| Σt | с | 9,6 | |||
| ΣS | м | 65 | |||
| 2-я | Va | м/с | 25,8 | ||
| Σt | с | 20,2 | |||
| ΣS | м | 240 | |||
| 3-я | Va | м/с | 36,7 | ||
| Σt | с | 38 | |||
| ΣS | м | 864 | |||
| 4-я | Va | м/с | 43,2 | ||
| Σt | с | 52 | |||
| ΣS | м | 1850 | |||
По данным таблицы 7 строится график времени и пути разгона (Рис. 7).
Расчеты осуществляются при разгоне автомобиля на отрезке длиною 2000 метров.
Рис. 7 – Примерный график времени и пути разгона автомобиля
2. Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля
2.1 Методика расчета показателей эксплуатационных свойств автомобиля
2.1.1 Топливная экономичность автомобиля
Оценочным показателем топливной экономичности в России является путевой расход топлива, расход топлива Qs на 100 км пройденного пути (в США например, расход определяется количеством пройденных миль на одном галлоне (3,8 л) топлива).
Зависимость расхода топлива в литрах на 100 км от скорости движения автомобиля и коэффициента сопротивления дороги при установившемся движении называют топливно-экономической характеристикой автомобиля, которую можно построить, пользуясь методикой, разработанной И.С.Шлиппе
.Согласно этой методике, расход топлива Qs (л/100 км) определяют по уравнению:
, (2.1)где qeN – удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВтч;
kω – коэффициент учитывающий влияния e на qe, значение которого приведены в таблице 1.1
Ku – коэффициент, учитывающий изменение qe в зависимости от степени использования мощности двигателя и;
тр – КПД трансмиссии автомобиля;
т – плотность топлива, кг/л;
P,PВ – силы сопротивления дороги и воздуха, при соответствующей скорости, Н.
Степень использования мощности двигателя и при движении автомобиля на j-ой передаче определяют как отношение мощности Nе’, фактически снимаемой с коленчатого вала двигателя при частоте ei , к мощности Nei по внешней скоростной характеристике, при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей данной скорости:
. (2.2)Коэффициент Kuпринимается по таблице 2.1.
Таблица 2.1
| и | Тип двигателя | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 |
| Ки | Карбюраторный | 2,50 | 1,90 | 1,25 | 1,00 | 0,90 | 1,00 |
| Ки | Дизельный | 1,40 | 1,25 | 1,00 | 0,70 | 0,60 | 1,00 |
Топливную характеристику автомобиля строят по уравнению расхода топлива в литрах на 100 км пробега по дороге с 1 = f0 и 2 = 0,4Dmax на высшей передаче следующим образом. Сначала задаются скоростью автомобиля, чтобы получить не менее 4-6 значений в интервале от V
до V
(для случая 1 = f0 значения могут быть взяты из таблицы 1.5). Скорость V , соответствующая миниамально устойчивой частоте вращения коленчатого вала двигателя, условно считается одинаковой при всех значениях 
. Максимальные скорости при различных определяют по динамической характеристике (рис. 1.4). Затем по формуле (1.15) определяют значения 
на высшей передаче, соответствующее скорости V
в диапазоне от V до V и по внешней скоростной характеристике определяют мощность N
для каждого значения (V ). Используя табл. 1.1, табл. 2.1 и формулу 2.2 определяют значения kω и Ku . Зная все необходимые параметры, по формуле 2.1 расчитывают путевой расход топлива Qs.Результаты расчёта топливно-экономической характеристики при 1 = f0 сводятся в табл. 2.2, а при 2 = 0,4Dmax в табл.2.3.
Таблица 2.2 - Результаты расчёта
| Пара-метры | Размер-ность | Значения параметров | |||||
| P +PВ | Н | 332 | 482 | 734 | 1087 | 1570 | 2134 |
| | м/с | 10,7 | 21,4 | 32,1 | 42,8 | 53,5 | 64,2 |
| и | - | 0,56 | 0,55 | 0,42 | 0,39 | 0,35 | 0,32 |
| Ки | - | 1,1 | 1,09 | 1,21 | 1,3 | 1,4 | 1,46 |
| Qs | л/100 км | 7,6 | 7,5 | 8,6 | 10,1 | 11,6 | 13,8 |
| Пара-метры | Размер-ность | Значения параметров | |||||
| Py+PВ | Н | 356 | 493 | 785 | 1137 | 1670 | 2235 |
| | м/с | 10,7 | 21,4 | 32,1 | 42,8 | 53,5 | 64,2 |
| и | - | 0,56 | 0,55 | 0,42 | 0,39 | 0,35 | 0,32 |
| Ки | - | 1,1 | 1,09 | 1,21 | 1,3 | 1,4 | 1,46 |
| Qs | л/100 км | 7,8 | 9,8 | 10,4 | 11,3 | 12,9 | 14,2 |
Таблица 2.3 - Результаты расчёта
По данным табл. 2.2 и 2.3 строим топливную характеристику автомобиля (рисунок 2.1).
Рис. 2.1 - Топливная характеристика автомобиля
2.1.2 Тормозные свойства автомобиля
Оценочными показателями эффективности торможения автомобиля на дороге согласно ГОСТ Р 41.13-1999, являются замедление jз и тормозной путь SТ , которые определяют из выражений:
j3 = (φ ·cos α + f ± sin α)·g ; (2.3)
ST = Va 2/(2 ·g · (φ ·cos α+f ± sin α)), (2.4)
где φ – коэффициент сцепления;
α – продольный уклон полотна дороги;
f – коэффициент сопротивления качению;
g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с2;
Va – скорость автомобиля, с которой производится торможение, м/с.
Расчёт замедления и тормозного пути проводится для значений коэффициента сцепления и продольного уклона, заданный в табл. 2.4. При выборе начальной скорости торможения рекомендуется разбить диапазон возможных скоростей движения от V
= 0 до V = V на шесть равных интервалов.Таблица 2.4 - Результаты расчёта
| Параметры | Размер-ность | Начальные скорости торможения автомобиля | ||||||||
| 10,7 | 21,4 | 32,1 | 42,8 | 53,5 | 64,2 | |||||
| φ = 0,7 α = 0о | j3 | м/с2 | 7,15 | 7,15 | 7,15 | 7,15 | 7,16 | 7,28 | ||
| ST | м | 8 | 32,1 | 72,1 | 128 | 200,9 | 288,2 | |||
| φ = 0,4 α = -10о | j3 | м/с2 | 2,42 | 2,42 | 2,42 | 2,42 | 2,43 | 2,55 | ||
| ST | м | 23,6 | 94,8 | 213 | 378,2 | 594 | 852 | |||
| φ = 0,1 α = 0о | j3 | м/с2 | 1,15 | 1,15 | 1,15 | 1,15 | 1,16 | 1,28 | ||
| ST | м | 49,7 | 200 | 448 | 796 | 1249 | 1790 | |||
По данным табл. 2.4 строится график зависимости величин SТ и jз от скорости автомобиля (рис. 2.2).
Рис. 2.2 – Показатели тормозной эффективности автомобиля
2.1.3 Устойчивость автомобиля
В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости автомобиля при движении принимают критическую скорость по боковому скольжению Vз (заносу) и критическую скорость по боковому опрокидыванию Vоп, определяемые соответственно по выражениям:
,
(2.5)где g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с2;
R – радиус кривой полотна дороги в плане, м;
B – колея автомобиля, м;
hg – высота центра масс автомобиля, м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);
- коэффициент сцепления (в данном разделе принимают = 0,6).
Задавая несколько значений радиуса кривой полотна дороги от 20 до 100 м, определяют критические скорости движения автомобиля, по которым строят график поперечной устойчивости.
Результаты расчётов сводятся в табл. 2.5
Таблица 2.5 - Результаты расчёта
| Пара-метры | Размер-ность | Значения параметров | ||||
| R | м | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Vоп | м/с | 13,4 | 19,1 | 23,4 | 27 | 30,2 |
| VЗ | м/с | 10,9 | 15,5 | 19 | 21,9 | 24,5 |
По данным табл. 2.5 строится график зависимости критических скоростей движения от радиуса поворота (рис. 2.3).
Рис. 2.3 График зависимости критических скоростей движения от радиуса поворота
2.1.4 Управляемость автомобиля
Управляемость автомобиля определяется степенью соответствия траектории его движения положению управляемых колёс.
Если управляемые колёса повёрнуты на угол (средний угол поворота обоих управляемых колёс), то точка, лежащая на середине оси неуправляемых колёс, должна двигаться по дуге радиуса R (при отсутствии увода колес):
, (2.6)где L – база автомобиля, м.
При нейтральном положении управляемых колёс = 0, а R = ∞, т.е. траектория движения прямая линия. Однако это требование управляемости автомобиля может быть нарушено из-за бокового увода или бокового скольжения управляемых колёс.
Зависимость критической скорости по управляемости Vупр от угла поворота управляемых колёс выражается уравнением:
, (2.7)где y – коэффициент сцепления шин с дорогой в поперечном направлении (y = 0,6);
f – коэффициент сопротивления качению (f = 0,02);
L – база автомобиля, м;
Ө – средний угол поворота управляемых колёс автомобиля, принимаемый в пределах от 0 до 0,7 рад.
Пользуясь уравнением (2.7) проводится расчет критической скорости при различных углах поворота управляемых колес для заданных y и f . Результаты расчета сводятся в табл. 2.6 и по этим результатам строится график зависимости Vупр от Ө (рис.2.4).