Расчет динамической характеристики автомобиля

 

Динамической характеристикой автомобиля называется зависимость динамического фактора D от скорости. Динамическим фактором называется отношение свободной силы F_к – F_в, направленной на преодоление сил сопротивления дороги, к весу автомобиля:

D = (F_к–F_в)/G_a, (5.17)

где F_к − окружная сила на ведущих колесах автомобиля, кН; F_в − сила сопротивления воздуха, кН; G_a − вес автомобиля, кН.

При расчете силы сопротивления воздуха F_в учитывается лобовое и добавочное сопротивления воздуха. Лобовое сопротивление является основным, однако, кроме него, присутствуют добавочные виды сопротивления: сопротивление от выступающих частей (антенны, фары, зеркала бокового вида и т. п.), от движения воздуха через подкапотное пространство; сила трения воздуха о кузов автомобиля и др. Сила сопротивления воздуха

F_в = K_в· v_a²· A_в, (5.18)

где К_в − суммарный коэффициент, учитывающий коэффициент лобового сопротивления, и коэффициент дополнительного сопротивления; принимается в пределах согласно [7, 11]: для легковых автомобилей К_в =0, 15…0, 3 Н· с²/м⁴; для грузовых автомобилей К_в=0, 4…0, 6 Н· с²/м⁴; для автобусов К_в=0, 25…0, 45 Н· с²/м⁴; v_a − скорость движения автомобиля; А_в - площадь лобового сопротивления (проекция автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению движения).

Площадь лобового сопротивления: А_в=a· Н_габ· В_габ, (5.19)

где a − коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей − 0, 89…0, 9, для грузовых и автобусов − 0, 95…0, 98); Н_габ − габаритная высота автомобиля, м; В_габ − габаритная ширина автомобиля, м.

Ограничение динамического фактора по условиям сцепления колеса с поверхностью дороги: D_j = (F_кj – F_в)/G_a, (5.20)

где F_кj − ограничивающая окружной силы, кН.

Так как ограничение F_к наблюдается при начале движения автомобиля, т.е. на малых скоростях, то величиной сопротивления воздуха F_в можно пренебречь. По результатам расчетов строится график динамической характеристики для всех передач и наносится линия ограничения динамического фактора. На динамической характеристике отмечаются ключевые точки, по которым происходит сравнение автомобилей разных масс.

Пример 3. Расчет проводится для исходных данных автомобиля ГАЗ-3307. Часть данных берется из примеров 1, 2 и данного параграфа. К_в= 0, 5; a=0, 95.

Определим площадь лобового сопротивления А_в=0, 95· 2, 38· 2, 35=5, 313 м².

Подставим числовые значения для первой точки ω _e =60 рад/с, v_a=0, 66 м/с (см. табл.5.2): F_в=0, 5· (0, 66)²· 5, 313 =0, 001 кН; D=(16, 31–0, 001)/(7, 85· 9, 81)= 0, 212.

Остальные расчеты сведены в табл.5.3.

Таблица 5.3

Расчет значений динамического фактора и ускорений

ω e, рад/с		115, 02	170, 04	225, 06	280, 08	335, 10
Meф, кН·м	0, 195	0, 231	0, 254	0, 264	0, 261	0, 246
Uт1 =40, 41	Va, м/c	0, 66	1, 27	1, 87	2, 48	3, 08	3, 69
Va, км/ч	2, 38	4, 56	6, 74	8, 92	11, 10	13, 28
Fк, кН	16, 31	19, 33	21, 26	22, 12	21, 89	20, 57
Fв, кН	0, 001	0, 004	0, 009	0, 016	0, 025	0, 036
D	0, 212	0, 251	0, 276	0, 287	0, 284	0, 267
j, м/с2	0, 57	0, 69	0, 77	0, 80	0, 79	0, 74
Uт2 =19, 07	Va, м/c	1, 40	2, 68	3, 97	5, 25	6, 54	7, 82
Va, км/ч	5, 04	9, 66	14, 29	18, 91	23, 53	28, 16
Fк, кН	7, 69	9, 12	10, 03	10, 43	10, 32	9, 71
Fв, кН	0, 005	0, 019	0, 042	0, 073	0, 114	0, 163
D	0, 100	0, 118	0, 130	0, 135	0, 133	0, 124
j, м/с2	0, 48	0, 60	0, 67	0, 70	0, 69	0, 63
Uт3 =10, 55	Va, м/c	2, 53	4, 85	7, 17	9, 49	11, 81	14, 13
Va, км/ч	9, 11	17, 46	25, 82	34, 17	42, 53	50, 88
Fк, кН	4, 26	5, 05	5, 55	5, 77	5, 71	5, 37
Fв, кН	0, 017	0, 063	0, 137	0, 239	0, 371	0, 531
D	0, 055	0, 065	0, 070	0, 072	0, 069	0, 063
j, м/с2	0, 24	0, 32	0, 37	0, 38	0, 36	0, 30
Uт4 =6, 17	Va, м/c	4, 33	8, 30	12, 26	16, 23	20, 20	24, 17
Va, км/ч	15, 58	29, 86	44, 15	58, 44	72, 72	87, 01
Fк, кН	2, 49	2, 95	3, 25	3, 38	3, 34	3, 14
Fв, кН	0, 050	0, 183	0, 400	0, 700	1, 084	1, 552
D	0, 032	0, 036	0, 037	0, 035	0, 029	0, 021
j, м/с2	0, 05	0, 09	0, 10	0, 08	0, 03	-0, 05

 

Рассчитаем ограничение динамического фактора по условиям сцепления колеса с поверхностью дороги: D_j = 42, 78/(7, 85· 9, 81) = 0, 56.

По полученным значениям строится график динамической характеристики для всех передач и наносится линия ограничения динамического фактора.

Указание. График динамической характеристики для всех передач и линию ограничения динамического фактора построить самостоятельно.

На динамической характеристике отмечаются ключевые точки, по которым происходит сравнение автомобилей разных масс:

1) максимальное значение динамического фактора на прямой передаче D_vmax и соответствующая ему скорость v_к − критическая скорость: (D_vmax, v_к);

2) значение динамического фактора при максимальной скорости движения автомобиля на прямой передаче: (D_v, v_amax);

3) Максимальное значение динамического фактора на первой передаче и соответствующая ему скорость: (D_max, v).

Вывод. На основании полученного графика можно сделать вывод, что ограничение динамического фактора по условиям сцепления не влияет на динамическую характеристику.