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 q_eN – удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт×ч;

k_ω – коэффициент учитывающий влияния w_e на q_e, значение которого приведены в таблице 1.1

K_u – коэффициент, учитывающий изменение q_e в зависимости от степени использования мощности двигателя и;

h_тр – КПД трансмиссии автомобиля;

r_т – плотность топлива, кг/л;

P_y,P_В – 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 N_е’, фактически снимаемой с коленчатого вала двигателя при частоте w_ei, к мощности N_ei по внешней скоростной характеристике, при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей данной скорости:

. (2.2)

Коэффициент K_u принимается 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 y₁ = f₀ и y ₂ = 0,4× D_max на высшей передаче следующим образом. Сначала задаются скоростью автомобиля, чтобы получить не менее 4-6 значений в интервале от V до V (для случая y₁ = 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 k_ω и K_u. Зная все необходимые параметры, по формуле 2.1 расчитывают путевой расход топлива Qs.

Результаты расчёта топливно-экономической характеристики при y₁ = f₀ сводятся в табл. 2.2, а при y ₂ = 0,4× D_max в табл.2.3.

Таблица 2.2 - Результаты расчёта

 

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

Дополнительное задание:

По топливо-экономической характеристике определить экономичную скорость АТС для и .

 

 

Тормозные свойства автомобиля

 

Оценочными показателями эффективности торможения автомобиля на дороге согласно ГОСТ Р 41.13-1999, являются замедление jз и тормозной путь S_Т, которые определяют из выражений:

j₃ = (φ ·cos α + f ± sin α) ·g; (2.3)

S_T = V_a 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;

V_a – 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
φ = 0,7 α = 0^о	j3	м/с^2
ST	м
φ = 0,4 α = -10^о	j3	м/с^2
ST	м
φ = 0,1 α = 0^о	j3	м/с^2
ST	м

 

По данным табл. 2.4 строится график зависимости величин S_Т и jз от скорости автомобиля (рис. 2.2).

Рис. 2.2 – Показатели тормозной эффективности автомобиля

Дополнительное задание:

По графику тормозных свойств определить тормозной путь для легковых автомобилей со скорости 80 км/час, для грузовых – со скорости – 60 км/час.

 

Устойчивость автомобиля

 

В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости автомобиля при движении принимают критическую скорость по боковому скольжению V_з (заносу) и критическую скорость по боковому опрокидыванию V_оп, 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;

h_g – высота центра масс автомобиля, м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

j - коэффициент сцепления (в данном разделе принимают j = 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
Vоп	м/с
VЗ	м/с

 

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

Дополнительное задание:

По графику критических скоростей определить критические скорости по заносу и опрокидыванию на кривой R = 60 м.

Рассчитать величину предельного угла косогора по опрокидыванию и коэффициент поперечной устойчивости для порожнего и полностью груженого автомобиля.

Управляемость автомобиля

Управляемость автомобиля определяется степенью соответствия траектории его движения положению управляемых колёс.

Если управляемые колёса повёрнуты на угол q (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 q = 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 V_упр от угла поворота управляемых колёс выражается уравнением:

, (2.7)

где j_y – коэффициент сцепления шин с дорогой в поперечном направлении (j_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 j_y и f. Результаты расчета сводятся в табл. 2.6 и по этим результатам строится график зависимости V_упр от Ө (рис.2.4).

Таблица 2.6 - Результаты расчёта

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Vупр	м/с
R	м

 

Одним из показателей управляемости является характеристика статической траекторной управляемости, представляющая собой зависимость радиуса поворота от скорости движения автомобиля с учетом эластичности шин.

Радиус поворота автомобиля при наличии увода определяют по выражению:

, (2.8)

где d₁ ,d₂ – углы увода колёс соответственно передней и задней осей, рад.

; , (2.9)

где P_{y 1} и P_{y 2} – боковые силы, действующие на колёса соответственно передней и задней осей;

K_{d 1} и K_{d 2} – коэффициенты сопротивления уводу одного колеса соответственно передней и задней осей, кН/рад.

 

Рис. 2.4 – График зависимости критической скорости по управляемости

от угла поворота управляемых колес

 

Средние значения для одного колеса легковых автомобилей составляют от 30 до 60 кН/рад, грузовых – 50- 200 кН/рад (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1). Принимая значения для одного колеса передней и задней осей, следует учитывать давление воздуха в шинах. Если давление воздуха одинаково для колес передней и задней оси, то можно принимать значения K_{d 1} и K_{d 2} одинаковыми, если давление воздуха разное, то следует принимать большие значения K_d для шин имеющих большее давление, соответственно меньшие (на 2-4 кН/рад) - для шин с меньшим давлением.

Значения боковых сил зависят от скорости автомобиля, радиуса поворота, массы и расположения центра тяжести. При расчетах удобно пользоваться постоянным радиусом поворота равным 50 метров. Изменяя скорость движения в диапазоне от 0 до 15 м/с определяются действующие боковые силы , а затем величина бокового увода передней и задней осей .

По формуле 2.8 определяются значения эквивалентного радиуса и строится график зависимости от скорости движения автомобиля.

По результатам расчетов проводят сопоставление радиусов R и R , с целью выявления типа поворачиваемости автомобиля. При R = R автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью, при R R - недостаточной, при R R - избыточной.

Для автомобиля с избыточной поворачиваемостью существует понятие критической скорости по условию увода колес осей, которая определяется по формуле:

 

, (2.10)

где: - масса приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю оси.

 

Рис.2.5 График зависимости от скорости движения автомобиля для различных

типов поворачиваемости автомобиля

 

У автомобилей с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью понятие критической скорости отсутствует.

Дополнительное задание:

Определить тип поворачиваемости и критическую скорость по управлению при угле поворота управляемых колес 0,1 рад, а также максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса _п.

 

Маневренность.

Одним из основных показателей маневренности является габаритная полоса движения – полоса, занимаемая автомобилем при движении. Наибольшую полосу будет занимать автомобиль при выполнении поворота с минимально возможным радиусом R , измеряемым по следу внешнего управляемого колеса (исходные данные), рис. 2.6.

На криволинейных участках дорог:

 

ГПД = R_н – R_вн, (2.11)

 

где R_н – наружный, габаритный радиус, либо принимается по исходным данным, либо рассчитывается по формуле (6.2):

, м (2.12)

где L – база автомобиля, м (из исходных данных); L₁ – передний свес, м (из исходных данных); _п – максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса, град. _п определяется из формулы (6.3) для минимально возможного радиуса поворота R :

, м (2.13)

 

 

 

Рис. 2.6. Показатели маневренности автопоездов при круговом движении.

 

R_вн – внутренний, габаритный радиус, определяется по формуле (6.4), м:

 

, м. (2.14)

Задаваясь значениями угла поворота внешнего управляемого колеса от 0,1 до _п провести расчет ГПД и результаты занести в таблицу 6.1.

 

Таблица 2.6 – Показатели расчета

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
ГПД	м

 

Дополнительное задание:

Определить максимальную величину ГПД и рассчитать, на сколько процентов она превышает габаритную ширину автомобиля.

 

Проходимость.

В данном разделе, пользуясь известными геометрическими характеристиками автомобиля (из исходных данных) необходимо рассчитать продольный R и поперечный R радиусы проходимости (см. рис. 2.6), а также определить передний и задний углы свеса , передний L и задний L свесы.

 

 

Рис. 2.6 Схема, иллюстрирующая понятие радиусов проходимости и

способ их определения

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников ОАС и АВС. При этом следует учитывать, что АС L/2, АВ Н (дорожный просвет), а R = ОС.

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников О А С и А В С .

При этом следует учитывать, что А С В /2, А В Н (дорожный просвет), а

R =О С .

Дополнительное задание:

Рассчитать коэффициент сцепного веса .

 

Плавность хода

 

Основной оценочный показатель плавности хода – частота свободных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также вынужденных колебаний.

Частоты свободных колебаний, Гц подрессоренных масс определяют по зависимости:

, (2.15)

где w_z – частота свободных колебаний, Гц;

f_ст – статический прогиб подвески, м.

 

f_ст = G /C, (2.16)

где G – статическая весовая нагрузка на подвеску данной оси, Н;

C – суммарная жёсткость подвески данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1).

Плавность хода легковых автомобилей считается удовлетворительной при

w_z = 0,8-1,2 Гц, грузовых при w_z = 1,2-1,8 Гц.

Частота свободных колебаний неподрессоренных масс (мостов автомобиля), совершающих высокочастотные колебания, обусловлена жёсткостью шин, Гц.

, (2.17)

где – суммарная жёсткость шин данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

- суммарная жесткость упругих элементов подвески оси;

m_м – масса моста, кг.

Принимают: m_м1 = 0,1× m_a; m_{м 2} = 0,15× m_a,

где m_м1 и m_м2 – масса соответственно переднего и заднего мостов;

m_a – собственная масса автомобиля.

Помимо свободных, автомобиль совершает и вынужденные колебания, вызываемые неровностями дороги. Частота этих колебаний, Гц, определяется из выражения:

ω_вын = V_a /S, (2.18)

где V_a – скорость автомобиля, м/с;

S – длина волн неровностей, м. На дорогах с твёрдым покрытием S = 0,5÷5 м.

 

Рис.2.7 – Зависимость резонансных скоростей от длины неровностей.

Используя зависимость V_a = w× S, строится зависимость резонансных скоростей автомобиля от длины неровностей V = f(S) для частот собственных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс (рис. 7.1).

 

Дополнительное задание:

Определить скорости, при которых наступают резонансные колебания при длине неровностей 1 м, а также определить длину неровностей, при которой наступают резонансные колебания при скорости АТС 4 м/с.

 

Приложение 1

Ориентировочные величины некоторых параметров отечественных автомобилей,

используемых при выполнении курсовой работы

№ п/п	Марки автомобилей	Выс. цен. тяжести hg, м	К , кгс/град	å Сш,кН/м (пер.оси/зад.оси)	å С ,кН/м (пер.оси/зад.оси)
порожнего	груженого
	ЗАЗ-968М	0,556	0,564	48,6	260/350	35,0/37,0
	ЗАЗ-1102 (Таврия)	0,562	0,570	48,6	280/360	38,0/36,0
	ВАЗ-2106	0,560	0,581	50,5	310/380	42,0/36,0
	Москвич 412Э	0,562	0,596	55,3	320/360	42,5/42,5
	ВАЗ-2105	0,562	0,582	50,5	310/360	42,0/36,0
	ИЖ-2126	0,594	0,610	55,3	320/360	44,0/42,5
	ВАЗ-2104	0,576	0,590	55,3	310/400	42,0/38,0
	Москвич 2141	0,620	0,642	58,3	320/390	43,0/42,5
	ВАЗ-2109	0,556	0,570	55,3	320/320	40,0/38,5
	ГАЗ-24	0,552	0,620	74,0	400/400	44,6/45,2
	ЗИЛ-130	0,885	1,340	173,0	1280/3230	260,0/714,0
	КамАЗ-5320	0,940	1,400	173,0	1250/6200	380,0/920,0
	ГАЗ-53	0,750	1,150	97,0	1020/2440	184,0/720,0
	ЗИЛ-431910	0,885	1,340	173,0	1280/3230	260,0/714,0
	МАЗ-53371	1,050	1,450	360,0	960/1920	406,0/644,0
	КамАЗ-5315	0,850	1,410	173,0	1250/6200	420,0/960,0
	ВАЗ-2110	0,556	0,570	55,3	320/320	40,0/38,5
	КрАЗ-250	1,080	1,450	360,0	1350/6800	440,0/1020,0
	ЗИЛ-431510	0,890	1,360	173,0	1280/3230	260,0/714,0
	МАЗ-53362	1,050	1,460	360,0	960/1920	406,0/644,0
	ВАЗ-1111	0,57	0,58	30,6	240/280	30,0/32,0
	ВАЗ-2107	0,562	0,582	50,5	310/360	42,0/36,0
	ВАЗ-2108	0,56	0,59	55,3	320/320	40,0/38,5
	ИЖ-2125	0,601	0,617	55,3	320/360	44,0/43,0
	ГАЗ-24	0,552	0,62	64,6	400/400	44,6/45,2
	ЛуАЗ-1302	0,59	0,63	58,3	370/370	42,0/42,0
	ГАЗ-3102	0,56	0,625	64,6	400/400	44,6/45,2
	ВАЗ-2121	0,71	0,769	66,0	430/430	46,5/48,0
	ГАЗ-14	0,55	0,56	58,6	545/660	41,5/76,0
	ЗИЛ-41047	0,621	0,628	66,5	560/690	43,0/79,0
	УАЗ-3151	0.705	0,77	70,0	490/490	48,0/ 52,0
	ИЖ-2715	0,609	0,68	55,3	340/380	44,0/45,0
	УАЗ-2206	0,71	0,87	70,0	490/490	48,0/52,0
	РАФ-2203	0,7	0,85	65,0	420/420	46,0/48,0
	ЗИЛ-3207	0,71	0,86	73,0	460/460	47,0/47,5
	КаВЗ-3976	0,75	1,15	102,0	1020/2440	184,0/720,0
	ПАЗ-672	0,8	1,12	102,0	1040/2520	180,0/680,0
	ЛАЗ-695Н	0,89	1,34	146,0	2340/4600	256,0/410,0
	ПАЗ-3201	0,82	1,14	102,0	1040/2520	180,0/680,0
	ЛАЗ-4202	0,885	1,32	146,0	2400/4850	265,0/425,0
	ВАЗ-2111	0,556	0,570	55,3	320/320	40,0/38,5
	ВАЗ-2115	0,54	0,565	55,3	320/320	40,0/38,5
	ГАЗ-3307	0,76	1,13	97,0	980/2380	180,/680,0
	УАЗ-3303	0,72	0,84	70,0	490/490	49,0/52,0
	ГАЗ-66	0,85	1,32	168,0	2540/2540	270,0/400,0
	ВАЗ-2112	0,56	0,572	55,3	320/320	40,0/38,5

 

Список литературы

 

1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е.: Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.:, 1989. – 240 с.

2. Гришкевич А.И. Автомобили: Учебник для вузов, Минск. Высш. шк.. 1986.-208 с.

3. Петрушов В.А. и др. Мощностной баланс автомобиля. – М.: Машиностроение. 1984. – 160 с.

4. Краткий автомобильный справочник / Понизовкин А.Н. и др. – АО «Трансконсалтинг», НИИАТ, 1994. – 779 с.

5. Фаробин Я.Е., Щупляков В.С. Оценка эксплуатационных свойств автопоездов для междугородных перевозок. – М.: Транспорт, 1983. – 200 с.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………….……………………………………………3

Пример листа исходных данных…….……………………………………………4