Динамический фактор и динамическая характеристика подвижного состава

Силовой баланс автомобиля

Представим уравнение движения автомобиля в следующем виде:

Рт = Р_д + Р_в + Р_и . (3.21)

В такой форме оно называется уравнением силового баланса автомобиля и выражает соотношение между тяговой силой на ве­дущих колесах и силами сопротивления движению.

На основании уравнения (3.21) строится график силового ба­ланса, позволяющий оценивать тягово-скоростные свойства ав­томобиля.

При построении графика силового баланса (рис. 3.22) сначала строят тяговую характеристику автомобиля. Затем наносят зави­симость силы сопротивления дороги от скорости. Если коэффи­циент сопротивления дороги — постоянная величина, то указан­ная зависимость представляет собой прямую линию, параллель­ную оси абсцисс, а при непостоянном коэффициенте сопротив­ления дороги — кривую параболической формы. После этого от кривой, характеризующей силу сопротивления дороги, отклады­вают вверх значения силы сопротивления воздуха при различных скоростях движения. Полученная зависимость называется графи­ком силового баланса автомобиля.

Кривая суммарного сопротивления дороги и воздуха Р_д + Р_в определяет тяговую силуР_т, необходимую для движения автомо­биля с постоянной скоростью. При любой скорости движения от­резок Р_з, заключенный между кривыми Р_т (на рис. 3.22 — Р_тIII) и Р_д+Р_в, характеризует запас силы по тяге. Он может быть исполь­зован при данной скорости дляразгона, преодоления дополни­тельного дорожного сопротивле­ния (например, подъема) или

Рис. 3.22. График силового баланса автомобиля:

РтI, Р_тII, Р_тIII — тяговые силы на I, II, III передачах,РтI′ — тяговая сила на I пе­редаче при уменьшенной подаче топ­лива; v1 — одно из возможных значе­ний скорости автомобиля

перевозки дополнительного груза (буксировка прицепа). При од­ной и той же скорости движения запас силы по тяге на низших передачах больше, чем на высших. Следовательно, при увеличе­нии передаточного числа трансмиссии запас силы по тяге возра­стает. Именно поэтому движение в тяжелых дорожных условиях осуществляется на низших передачах.

С помощью графика силового баланса можно решать различ­ные задачи, связанные с изучением тягово-скоростных свойств автомобиля. Рассмотрим некоторые из этих задач.

Определение максимальной скорости. Максимальная скорость vmax движения автомобиля определяется точкой пересечения кри­вой тяговой силы Р_т на высшей передаче и суммарной кривой сил сопротивления Р_д + Р_в. В этой точке запас силы по тяге и ускоре­ние автомобиляj равны нулю. Скорость его движения максималь­на, так как ее дальнейшее увеличение невозможно.

Определение максимальной силы сопротивления дороги. Макси­мальная сила сопротивления дороги, которую преодолевает авто­мобиль, двигаясь равномерно с любой скоростью, определяется как разность тяговой силы и силы сопротивления воздуха:

Рд max = Рт – Рв = Рд + Рз.

Определение максимального преодолеваемого подъема. Для на­хождения максимального подъема, который может преодолеть ав­томобиль при заданной постоянной скорости на любой передаче, необходимо нанести на график суммарную кривую сил сопротив­ления качению и воздуха Р_к + Р_в и определить максимальную силу сопротивления подъему:

Рп max = Рт – (Р_г + Р_в).

Зная эту силу, можно найти максимальный угол подъема αmax.

Определение ускорения движения. Для нахождения ускорения, которое может развить автомобиль на заданной дороге при любой скорости, нужно определить силу сопротивления разгону:

Ри = Рт – (Р_д + Р_в)=Р_з.

Зная значение этой силы, можно найти ускорение, которое способен развить автомобиль при выбранной скорости движения на заданной дороге.

Определение возможности буксования ведущих колес. С этой целью находят силу сцепления Р_сц колес с дорогой при известном коэффициенте сцепления φ_х. Значение силы сцепления отклады­вают на оси ординат и на этом уровне проводят горизонталь.

В области, расположенной над проведенной прямой, Р_сц < Р_т, следовательно, трогание автомобиля с места на I передаче невоз­можно, а при движении неизбежна остановка.

В области, находящейся под данной прямой, выполняется ус­ловие Р_сц >Р_т. Следовательно, при полной нагрузке двигателя (при полной подаче топлива) безостановочное движение автомобиля без пробуксовки ведущих колес невозможно лишь на I передаче. Для движения без буксования ведущих колес на I передаче необ­ходимо уменьшить подачу топлива и, следовательно, тяговую силу на ведущих колесах (см. кривуюР'_тI на рис. 3.22).

Мощностной баланс

Диаграмма торможения

 

 

28. Система распределения тормозных усилий предназначена для предотвращения блокировки задних колес за счет управления тормозным усилием задней оси.

Современный автомобиль устроен так, что на заднюю ось приходится меньшая нагрузка, чем на переднюю. Поэтому для сохранения курсовой устойчивости автомобиля блокировка передних колес должна наступать раньше задних колес.

При резком торможении автомобиля происходит дополнительное уменьшение нагрузки на заднюю ось, так как центр тяжести смещается вперед. А задние колёса, при этом, могут оказаться заблокированными.

Система распределения тормозных усилий представляет собой программное расширение антиблокировочной системы тормозов. Другими словами, система использует конструктивные элементы системы ABS в новом качестве.

Общепринятыми торговыми названиями системы являются:

EBD, Electronic Brake Force Distribution;

EBV, Elektronishe Bremskraftverteilung.

Принцип работы системы распределения тормозных усилий

Работа системы EBD, также как и система ABS, носит цикличный характер. Цикл работы включает три фазы:

· удержание давления;

· сброс давления;

· увеличение давления.

По данным датчиков угловой скорости колес блок управления ABS сравнивает тормозные усилия передних и задних колёс. Когда разница между ними превышает заданную величину, включается алгоритм системы распределения тормозных усилий.

На основании разности сигналов датчиков блок управления определяет начало блокирования задних колес. Он закрывает впускные клапаны в контурах тормозных цилиндров задних колес. Давление в контуре задних колес удерживается на текущем уровне. Впускные клапаны передних колёс остаются открытыми. Давление в контурах тормозных цилиндров передних колес продолжает увеличиваться до начала блокирования передних колес.

Если колеса задней оси продолжают блокироваться, открываются соответствующие выпускные клапаны и давление в контурах тормозных цилиндров задних колес уменьшается.

При превышении угловой скорости задних колес заданного значения, давление в контурах увеличивается. Происходит торможение задних колес.

Работа системы распределения тормозных усилий заканчивается с началом блокирования передних (ведущих) колес. При этом в работу включается система ABS.

Силовой баланс автомобиля

Представим уравнение движения автомобиля в следующем виде:

Рт = Р_д + Р_в + Р_и . (3.21)

В такой форме оно называется уравнением силового баланса автомобиля и выражает соотношение между тяговой силой на ве­дущих колесах и силами сопротивления движению.

На основании уравнения (3.21) строится график силового ба­ланса, позволяющий оценивать тягово-скоростные свойства ав­томобиля.

При построении графика силового баланса (рис. 3.22) сначала строят тяговую характеристику автомобиля. Затем наносят зави­симость силы сопротивления дороги от скорости. Если коэффи­циент сопротивления дороги — постоянная величина, то указан­ная зависимость представляет собой прямую линию, параллель­ную оси абсцисс, а при непостоянном коэффициенте сопротив­ления дороги — кривую параболической формы. После этого от кривой, характеризующей силу сопротивления дороги, отклады­вают вверх значения силы сопротивления воздуха при различных скоростях движения. Полученная зависимость называется графи­ком силового баланса автомобиля.

Кривая суммарного сопротивления дороги и воздуха Р_д + Р_в определяет тяговую силуР_т, необходимую для движения автомо­биля с постоянной скоростью. При любой скорости движения от­резок Р_з, заключенный между кривыми Р_т (на рис. 3.22 — Р_тIII) и Р_д+Р_в, характеризует запас силы по тяге. Он может быть исполь­зован при данной скорости дляразгона, преодоления дополни­тельного дорожного сопротивле­ния (например, подъема) или

Рис. 3.22. График силового баланса автомобиля:

РтI, Р_тII, Р_тIII — тяговые силы на I, II, III передачах,РтI′ — тяговая сила на I пе­редаче при уменьшенной подаче топ­лива; v1 — одно из возможных значе­ний скорости автомобиля

перевозки дополнительного груза (буксировка прицепа). При од­ной и той же скорости движения запас силы по тяге на низших передачах больше, чем на высших. Следовательно, при увеличе­нии передаточного числа трансмиссии запас силы по тяге возра­стает. Именно поэтому движение в тяжелых дорожных условиях осуществляется на низших передачах.

С помощью графика силового баланса можно решать различ­ные задачи, связанные с изучением тягово-скоростных свойств автомобиля. Рассмотрим некоторые из этих задач.

Определение максимальной скорости. Максимальная скорость vmax движения автомобиля определяется точкой пересечения кри­вой тяговой силы Р_т на высшей передаче и суммарной кривой сил сопротивления Р_д + Р_в. В этой точке запас силы по тяге и ускоре­ние автомобиляj равны нулю. Скорость его движения максималь­на, так как ее дальнейшее увеличение невозможно.

Определение максимальной силы сопротивления дороги. Макси­мальная сила сопротивления дороги, которую преодолевает авто­мобиль, двигаясь равномерно с любой скоростью, определяется как разность тяговой силы и силы сопротивления воздуха:

Рд max = Рт – Рв = Рд + Рз.

Определение максимального преодолеваемого подъема. Для на­хождения максимального подъема, который может преодолеть ав­томобиль при заданной постоянной скорости на любой передаче, необходимо нанести на график суммарную кривую сил сопротив­ления качению и воздуха Р_к + Р_в и определить максимальную силу сопротивления подъему:

Рп max = Рт – (Р_г + Р_в).

Зная эту силу, можно найти максимальный угол подъема αmax.

Определение ускорения движения. Для нахождения ускорения, которое может развить автомобиль на заданной дороге при любой скорости, нужно определить силу сопротивления разгону:

Ри = Рт – (Р_д + Р_в)=Р_з.

Зная значение этой силы, можно найти ускорение, которое способен развить автомобиль при выбранной скорости движения на заданной дороге.

Определение возможности буксования ведущих колес. С этой целью находят силу сцепления Р_сц колес с дорогой при известном коэффициенте сцепления φ_х. Значение силы сцепления отклады­вают на оси ординат и на этом уровне проводят горизонталь.

В области, расположенной над проведенной прямой, Р_сц < Р_т, следовательно, трогание автомобиля с места на I передаче невоз­можно, а при движении неизбежна остановка.

В области, находящейся под данной прямой, выполняется ус­ловие Р_сц >Р_т. Следовательно, при полной нагрузке двигателя (при полной подаче топлива) безостановочное движение автомобиля без пробуксовки ведущих колес невозможно лишь на I передаче. Для движения без буксования ведущих колес на I передаче необ­ходимо уменьшить подачу топлива и, следовательно, тяговую силу на ведущих колесах (см. кривуюР'_тI на рис. 3.22).

Динамический фактор и динамическая характеристика подвижного состава

Динамические факторы автомобиля

У автомобиля различают динамический фактор по тяге и дина­мический фактор по сцеплению. Это безразмерные величины, выражаемые в долях единицы или процентах.

Динамическим фактором по тяге называется отношение разности тяговой силы и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

Значения динамического фактора по тяге позволяют судить о тягово-скоростных свойствах конкретного автомобиля при раз­ных нагрузках и сравнивать тягово-скоростные свойства различных автомобилей. При этом чем больше динамический фактор по тяге, тем лучше тягово-скоростные свойства и выше проходимость ав­томобиля: он способен развивать большие ускорения, преодо­левать более крутые подъемы и буксировать прицепы большей массы.

Максимальные значения динамического фактора по тяге со­ставляют 0,3...0,45 для автомобилей ограниченной проходимости и 0,6...0,8 — для автомобилей высокой проходимости.

Динамический фактор по тяге часто называют просто динами­ческим фактором.

Его значение ограничено вследствие наличия сцепления колес с дорогой. Для безостановочного движения автомобиля без про­буксовки ведущих колес необходимо выполнение следующего ус­ловия:

D_сц ≥ D ≥ ψ,

где D_сц — динамический фактор по сцеплению.

Динамическим фактором по сцеплению называется отношение разности силы сцепления и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

.

Так как буксование ведущих колес обычно происходит при малой скорости движения и большой тяговой силе, то влиянием силы сопротивления воздуха можно пренебречь. Тогда динами­ческий фактор по сцеплению

,

где G2 — вес, приходящийся на ведущие колеса.

Для установления связи между динамическим фактором и ус­ловиями движения представим уравнение движения автомобиля (3.20) в следующем виде:

Рт – Рв = Рд + Ри,

или

.

Разделив обе части последнего уравнения на вес G, получим уравнение силового баланса автомобиля в безразмерной форме:

. (3.22)

При равномерном движении ускорение равно нулю. Тогда

D = ψ

 

Динамическая характеристика автомобиля

Динамической характеристикой автомобиля называется зави­симость динамического фактора по тяге от скорости на различ­ных передачах. Динамическая характеристика, представленная на рис. 3.24, свидетельствует о том, что динамический фактор по тяге на низших передачах имеет большую величину, чем на выс­ших. Это связано с тем, что на низших передачах тяговая сила увеличивается, а сила сопротивления воздуха уменьшается.

Поскольку при равномерном движении D = ψ, ордината каж­дой точки кривых динамического фактора, приведенных на дина­мической характеристике, определяет значение коэффициента со­противления дороги ψ.

 

Рис. 3.24. Динамическая характери­стика автомобиля:

I — III — передачи; I′ — I передача при уменьшенной подаче топлива; vmax — максимальная скорость автомобиля; vmax(ψ) — максимальная скорость автомо­биля для конкретных дорожных условий

Так, например, точка D_v, со­ответствующая значению дина­мического фактора при макси­мальной скорости vmax, опреде­ляет коэффициент сопротивле­ния дороги ψv, которое может преодолеть автомобиль при этой скорости, а ординаты точек максимума кривых динамического фактора представляют собой максимальные значения коэффици­ента сопротивления дороги, преодолеваемого на каждой передаче.

С помощью динамической характеристики можно решать раз­личные задачи по определению тягово-скоростных свойств авто­мобиля. Рассмотрим некоторые из этих задач.

Определение максимальной скорости движения автомобиля при заданном коэффициенте сопротивления дороги ψ. На оси ординат откладываем значение коэффициента сопротивления дороги ψ, характеризующее данную дорогу, и проводим прямую, параллель­ную оси абсцисс, до пересечения с кривой динамического факто­ра D.Точка пересечения и будет соответствовать максимальной скорости, которую может развить автомобиль при заданном ко­эффициенте сопротивления дороги ψ.

Определение максимального подъема, преодолеваемого на доро­ге с заданным коэффициентом сопротивления качению f. Для на­хождения максимального подъема, который может преодолеть ав­томобиль при постоянной скорости на любой передаче на дороге с коэффициентом сопротивления качению f, на оси ординат от­кладываем значение коэффициента f и проводим прямую, парал­лельную оси абсцисс. Разность между максимальным значением динамического фактора Dmax на любой передаче и значением ко­эффициента f соответствует максимальному подъему, преодоле­ваемому на выбранной передаче:

i_max = Dmax – f

Определение максимального ускорения автомобиля при задан­ном коэффициенте сопротивления дороги ψ. Для нахождения мак­симального ускорения jmах, которое может развить автомобиль на любой передаче, необходимо найти разность между максималь­ным значением динамического фактора на выбранной передаче и значением коэффициента сопротивления дороги (Dmах – ψ). Зная эту разность, можно определить значение максимального ускоре­ния по формуле (3.22)

.

Определение возможности буксования ведущих колес. При ре­шении данной задачи необходимо сопоставить динамические фак­торы по тяге и сцеплению. С этой целью определяют значение динамического фактора по сцеплению для заданного коэффици­ента сцепления φ_х. Найденное значение откладывают на оси ор­динат и проводят горизонтальную прямую.

В области, расположенной над проведенной прямой, Dсц < D, следовательно, трогание автомобиля с места на I передаче невоз­можно, а при его движении неизбежна остановка.

В области, находящейся под этой прямой, выполняется условие Dсц > D, следовательно, при полной нагрузке двигателя, или при полной подаче топлива, движение без пробуксовки ведущих колес невозможно лишь на I передаче. Для движения без буксования ве­дущих колес наI передаче необходимо уменьшить подачу топлива и динамический фактор по тяге (см. кривую I' на рис. 3.24).

При определении тягово-скоростных свойств динамическая ха­рактеристика строится для автомобиля с полной нагрузкой.

19.По динамической характеристике можно решать следующие задачи:

Возможность движения автомобиля на передачах и возможную максимальную скорость равномерного движения автомобиля;

Можно определить максимальный запас динамического фактора на каждой передаче;

Д_{а max зап. I} = Д_{а max I} - f_v

Можно определить величину максимального подъема, которую сможет преодалеть автомобиль при равномерном движении;

Д_а = ψ → Д_а = f_v ± i → i = Д_а - f_v

ψ = f_v ± i;

i_max = Д_аmaxI - f_v;

Где:

i_max – величина максимального подъема;

Следовательно можно определить максимальный угол подъемана необходимой передаче:

α_{max I} = arctg · (Д_{а max I} - f_v) = arctg · Д_{а max зап I}

Можно определить возможность движения автомобиля по сцеплению колес с опорной поверхностью. Для этого на динамическую характеристику наносим значения динамического фактора по сцеплению при заданном коэффициенте сцепления;

На данном графике на 1 и 2 передаче движение не возможно по внешней скоростной характеристике, так как динамический фактор по сцеплению меньше динамического фактора по силе тяги.

Для определения динамического фактора загрузки автомобиля используют формулу:

 

Мощностной баланс