книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

Глава IX

ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ АВТОМОБИЛЯ

§ I. ДИНАМИЧЕСКИЙ ФАКТОР АВТОМОБИЛЯ

Практическое использование методов силового и мощностного ба­ лансов затруднительно, так как для разных зиачений коэффициента сопротивления дороги на графике силового баланса приходится наносить несколько кривых Ра и Ря + Р п, а на графике мощиостного баланса — ряд кривых Ад и А д + N Это усложняет графики и связано с дополнительной затратой времени. Кроме того, по мощностпому и силовому балансам нельзя сравнивать динамичность автомобилей, имеющих различные веса, так как при движении их в одинаковых условиях сила и мощность, необ­ ходимые для преодоления сопротивления дороги, различны. От этих недостатков свободен метод решения уравнения движения автомобиля при помощи динамической характеристики, предло­ женной Е. А. Чудаковым.

Динамическим фактором D автомобиля называют отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомо­ биля:

Величина D зависит только от конструктивных параметров автомобиля п поэтому ее можно определить для каждой конкрет­ ной его модели. На низшпх передачах динамический фактор больше, чем на высших из-за увеличения силы РТ и уменьшения силы Рв. Так как при движении автомобиля с малой скоростью сила Рв невелика и ею можно пренебречь, то динамический фактор на низ­ ших передачах для скоростей до 4—5 м/с можно определять по приближенной формуле

Чтобы связать динамический фактор с условиями движения, перенесем в уравнении (126) силу Рв в левую часть и разделим обе части на вес автомобиля G. В результате получим выражение

При равномерном движении ускорение и замедление равны нулю, следовательно, значение D определяет и величину ф. Так,

121

например, значение динамического фактора D v при максимальной скорости определяет величину сопротивления дороги фи, которое автомобиль может при этой скорости преодолеть.

Максимальный динамический фактор 2)„,ах определяет вели­ чину наибольшего дорожного сопротивления ф[пах, преодолевае­ мого при равномерном движении па первой передаче. Величины Утих» -Оmax и D и являются основными показателями динамично­ сти автомобиля при равномерном движении.

Согласно выражению (132) для длительного безостановочного

Чтобы учесть также ограничение движения вследствие буксо­ вания ведущих колес, определим предельное значение силы тяги (в Н) по условиям сцепления:

Р ^ = Р Сц = !П Лру G ’ •

Подставив найденное значение Рсц в формулу для определения величины D, получим выражение для динамического фактора по сцеплению

В случае буксования ведущих колес скорость автомобиля невелика и можно считать, что сила Рв ^ 0.

Тогда, принимая т2 « 1, получим

Очевидно, движение автомобиля без буксования ведущих ко­ лес возможно при соблюдении условия

£>сц=г£>. (136)

Учитывая также выражение (133), получим следующее условие возможности движения автомобиля:

(137)

Пример 1. Определить динамический фактор рассчитываемого легко­ вого автомобиля с полной нагрузкой при движении его на прямой передаче со скоростью 17,7 м/с, если сила тяги равна 2120 Н (из предыдущих при­ меров).

Динамический фактор по условиям, тяги

с полной нагрузкой со скоростью 17,7 м/с по дороге, которая характери­

122

Так как

D =0,109 > 1 » Сц= 0,052,

то длительное движение автомобиля с указанной скоростью невозможно нз-за буксования ведущих колес.

Динамической характеристикой автомобиля называют гра­ фик зависимости динамического фактора Da автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения на различных передачах. Примерный вид динамической характеристики легкового автомоби­ ля показан на рис. 52. Методом динамической характеристики уравнение движения автомобиля решают проще, чем методами силового и л и мощностного балансов. В этом случае сопоставляют

величины динамических факторов по условиям тяги и по усло­ виям сцепления с величиной коэффициента ф. Так, например, для определения максимальной скорости автомобиля на участке дороги, который характеризуется коэффициентом ф, нужно на оси координат динамической характеристики отложить его вели­ чину в том же масштабе, что и масштаб D a, и провести прямую, параллельную оси абсцисс. При этом возможно несколько слу­ чаев:

а) Если линия ф (1—1 на рис. 52, а) пересекает кривую дина­ мического фактора, то максимальная скорость равна vu так как при этой скорости соблюдается условие Da = ф.

б) Если кривая Da проходит выше линии ф (линии 2—2), то равномерное движение при полной подаче смеси или топлива в цилиндры двигателя невозможно, так как динамический фактор даже на высшей передаче во всем диапазоне скоростей бблыне коэффициента ф. При избытке динамического фактора начнется разгон автомобиля. Чтобы обеспечить равномерное движение, во­ дитель в этом случае должен прикрыть дроссельную заслонку н тем самым уменьшить крутящий момент двигателя. Тогда макси­ мальное значение скорости автомобиля будет ограничено макси­ мально допустимой угловой скоростью вала двигателя (оешах.

в) Линия 3—3 соответствует случаю, когда Da ■< ф. Движе­ ние с постоянной скоростью при таком значении коэффициента ф невозможно, и автомобиль может двигаться только замедленно.

г) Если линия ф пересекает кривую Da в двух точках (линия 4—4), то автомобиль при полностью открытой дроссельной зас­ лонке может двигаться равномерно как со скоростью и.2, так и со скоростью vs. Для равномерного движения со скоростью, боль­ шей скорости у2 и меныпей скорости ия, нужно уменьшить мощность двигателя, прикрывая дроссельную заслонку.

С помощью динамической характеристики легко решают и обратную задачу, т. е. определяют коэффициент сопротивления дороги, преодолеваемого автомобилем при движении с заданной скоростью. Для этого по динамической характеристике опреде­ ляют величину D a при указанной скорости и тем самым находят зпачеппе ф. Так, например, при скорости vx (рис. 52, б) коэффи­ циент сопротивления дороги равен фх, а при скорости v2он равен ф3.

123

Еслп известно значение коэффициента /, то, определив значе­ ние ф, можно по формуле (102) найти и величину максимального угла подъема, преодолеваемого автомобилем. Так, если коэффи­ циент сопротивления качению равен Д, то при движении со ско­ ростью vx автомобиль преодолеет подъем, уклон i которого равен

Фх - /х-

Можно также определить скорость н соответствующую ей величину максимального коэффициента сопротивления дороги ■фшах> преодолеваемого автомобилем на определенной передаче. Очевидно, наибольшее значение коэффициента ф имеет место при

На

6)

Рпс. 52. Динамическая ха­ рактеристика автомобиля:

а — определение скорости ит а ч .

б — определение коэффициен­

та ф; в — определение критиче­ ской скорости vT

максимальной величине D&. Поэтому для определения значения ф нужно провести прямую, параллельную оси абсцисс и касатель­ ную к кривой динамического фактора на данной передаче (рис. 52, в). Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси координат, представляет собой величину Z>mnx, а следовательно, и фтах.

Абсцисса точки касания определит скорость автомобиля vT. Эта скорость имеет большое значение по следующим соображениям. Предположим, что автомобиль движется равномерно со скоростью по дороге, которая характеризуется коэффициентом фх (см. рис. 52, в). Если сопротивление дороги возрастет до величины ф2, то скорость автомобиля начпет уменьшаться, а динамический фактор увеличиваться до тех пор, пока не достигнет величины D2 = ф2. При этом автомобиль начнет двигаться равномерно, но уже со скоростью v2. Если же затем дополнительное сопротивление

124

исчезнет, то динамический фактор окажется больше коэффщи-. ента сопротивления дороги, и скорость начнет увеличиваться, а динамический фактор уменьшаться до тех пор, пока не будет соблюдено равенство Da — ф, после чего увеличение скорости прекратится. Таким образом, при движении со скоростью, боль­ шей скорости ут, устойчивый характер движения автомобиля поддерживается автоматически, несмотря на некоторые измене­ ния коэффициента ф. При движении со скоростью, равной или меньшей скорости vT, например со скоростью v3, дополнительное сопротивление вызывает уменьшение скорости, которое в этом случае приводит к уменьшению величины Da. Уменьшение же величины Da, в свою очередь, вызывает уменьшение скорости, и поэтому, чтобы избежать остановки автомобиля, водитель дол­ жен включить низшую передачу, увеличивая значение динамиче­ ского фактора н тем самым сохраняя устойчивость движения.

Следовательно, скорость vT определяет область устойчивого

§ 2. ПОНЯТИЕ О ДИНАМИЧЕСКОМ ПАСПОРТЕ АВТОМОБИЛЯ

Динамический паспорт автомобиля представляет собой совокуп­ ность динамической характеристики, номограммы нагрузок и гра­ фика контроля буксования. Динамический паспорт автомобиля позволяет решать уравнение движения с учетом большого числа факторов: конструктивных параметров автомобиля (Ме и др.), основных характеристик дороги (коэффициентов ф, срД и нагрузки на автомобиль.

Динамическую характеристику строят для автомобиля с пол­ ной нагрузкой. С изменением веса от Ga до G величина динами­

Чтобы не пересчитывать при каждом изменении нагрузки вели­ чину D, динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, которую строят следующим образом. Ось абсцисс дина­ мической характеристики продолжают влево и иа ней отклады­ вают отрезок произвольной длины. На отрезке наносят шкалу нагрузки в процентах (для грузовых автомобилей) или по числу пассажиров (для легковых автомобилей и автобусов). Через нуле­ вую точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллельную осп Da, и на ней наносят шкалу дипамического фактора Db для авто­ мобиля без нагрузки. Величину масштаба ап для шкалы D0 опре­ деляют по формуле

С„

«о — «а Q -,

125

где ая — масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой;

G0 — собственный вес автомобиля в снаряженном состоянии, в который включают вес водителя, в Н.

Равнозначные деления шкал D0 и Da (например, 0,05; 0,1 и т. д.) соединяют между собой прямыми линиями.

Наклонные линии иа номограмме нагрузок обычно проводят через «круглые» значения динамического фактора. Поэтому при расчетах промежуточные значения D определяют интерполирова­ нием. Определим, например, какому значению динамического фактора соответствует точка А (рис 53) при 90%-иой нагрузке.

Рис. 53. Динамическая характеристика автомобиля с номограммой нагрузок

Наклонные л и н и и на рисунке проведены через каждые 0,05.0.

Точка А находится между линиями, которые соответствуют зна­ чениям динамического фактора 0,20 и 0,25. Чтобы определить величину D при дайной нагрузке с точностью около одной сотой разделим отрезок аЬ на пять равных частей (по числу делений на шкалах D0 и Da). Точка А находится приблизительно иа третьем делении выше линии 0,20, следовательно, в данном случае D = 0,23.

Номограмма нагрузок позволяет решать все указанные выше задачи не только для случая полной нагрузки автомобиля, но и для любого промежуточного ее значения.

Определим, например, максимальное значение коэффициента ф при нагрузке автомобиля, равной 40%, и движении его со ско­ ростью 25 м/с. Для этого проведем вертикальную линию через точку v = 25 м/с (рис. 53) до пересечения с кривой динамичес­ кого фактора, а через точку пересечения — горизонтальную ли­ нию влево. Через заданное значеппе нагрузки (40%) проведем вертикальную линию до пересечения с полученной горизонтальной

126

линией и по точке их пересечения определим искомое значение динамического фактора, которое и данном случае райпо 0,048. Следовательно, и максимальное значение коэффициента ф при указанных условиях также равно 0,048.

При определении максимально возможной скорости автомобиля задачу решают в обратном порядке. Пусть задапы нагрузка Н = = 80% и коэффициент ф = 0,14. Проведя вертикальную линию через заданное значение нагрузки, отложим на этой линии вели­ чину ф и проведем через полученную точку горизонтальную линию до пересечения с кривой дипамического фактора. Абсцисса точки их пересечения и будет представлять собой искомую скорость, равную 7 м/с.

Для определения максимальной нагрузки И па определенной передаче при известных значениях ф и и проводят вертикальную линию через заданную скорость до пересечения с кривой динами­ ческого фактора на данной передаче. Из полученной точки влево проводят горизонтальную линию до пересечения в точке В с нак­ лонной прямой, соответствующей заданному значению ф. Верти­ кальная линия, опущенная из точки В на шкалу нагрузки, ука­ жет на ней значение нагрузки II. Так, при скорости v = 13 м/с и коэффициенте ф = 0,10 нагрузка равна 20%. Если точка пере­ сечения вертикальной линии, проведенной через заданное значе­ ние нагрузки II, и горизонтальной линии, проходящей через точку на кривой динамического фактора, окажется между наклон­ ными прямыми номограммы нагрузок, то промежуточное значе­ ние динамического фактора (или ф) определяют интерполирова­ нием, как это сделано выше.

Горизонтальная линия, проведенная через точку пересечения вертикальной линии с кривой динамического фактора, может пройти или выше правого (верхнего) конца, или ниже левого (нижнего) конца наклонной прямой, соответствующей заданному зпачению ф. В первом случае даже при полной нагрузке автомо­ биля для движения с постоянной скоростью необходимо прикрыть дроссельную заслонку, так как при полностью открытой заслонке

График контроля буксования представляет собой выраженную графически зависимость динамического фактора по сцеплению от нагрузки и позволяет определить возможность буксования веду­ щих колес. Этот график строят следующим образом. Сначала по формулам, приведенным ниже, определяют значения динамиче­ ского фактора по сцеплению для автомобиля с полной нагрузкой

127

ные точки соединяют прямой штриховой линией, на которой ука-

■ б)

Рпс. 54. Динамической паспорт автомобиля:

а — общий вид; б — динамический паспорт автомобиля, приня­ того к расчету

зывают величину коэффициента срх (0,1). Так же определяют поло­ жения точек и наносят штриховые линии DCB для других значе­ ний срх (0,2; 0,3; ... 0,8).

Пользуясь графиком контроля буксования, можно учесть огра­ ничения, накладываемые на движение автомобиля сцеплением шин ведущих колес с дорогой. Например, можно определить минималь­

128