Назначение, свойства и качество автомобиля и системы ВАДС

Автомобиль как транспортное средство и «устройство, предназначенное для перевозки по дорогам людей, грузов или оборудования, установленного на нем» [1, с.2], традиционно считают «источником повышенной опасности» [2, с.84]. Однако этот источник угрозы для жизни и здоровья водителю, пассажирам и пешеходам может обладать конструктивной безопасностью – активной, пассивной, послеаварийной и экологической [3, с.7].

Автомобиль как потенциальный источник опасности может обладать «цепью» свойств – надежностью, живучестью, безопасностью и безаварийностью. Все эти свойства отдельного автомобиля и автопарка можно измерять долями единицы, подобными общетехническому коэффициенту полезного действия (КПД) η, имеющему интервалы 0≤ η ≤ 1 и задающему цель инженерного поиска: η→1.

Топливную экономичность автомобиля, измеряемую по ГОСТ 20306-85 расходом топлива в литрах на 100 км, тоже можно измерять долями единицы и определять как свойство (объективную особенность, способность) автомобиля работать с наибольшим КПД в условиях нормальной и реальной эксплуатации.

Поскольку автомобиль является наземным транспортным средством и предназначен для перевозки в собственной снаряженной массе m_о суммы масс водителя, пассажиров, грузов или установленного специального оборудования

m_г = γ q (1.1)

с мгновенной действительной, а не расчетной (теоретической υ_т) скоростью

(1.2)

по разным дорогам, улицам и опорным поверхностям, характеризуемым приведенным коэффициентом дорожных сопротивлений

ψ = f cos α ± sin α ≈ f ± I (1.3)

и коэффициентом сцепления

, (1.4)

то эти показатели (количественные характеристики) назначения и условий движения автомобиля можно и целесообразно синтезировать в формулах (символизированных определениях) полезной мощности автомобиля

N_mr = m_г υ_a (ψ g ± j), (1.5)

полезной (транспортной) работы автомобиля

, (1.6)

коэффициента полезного действия (КПД) автомобиля

, (1.7)

часового расхода топлива автомобилем

(1.8)

и транспортной производительности автомобиля

, (1.9)

где m_o и m_а – соответственно собственная снаряженная и полная масса автомобиля, т; m_г – полезная масса (водителя, пассажиров, грузов или специального оборудования), т; q – грузоподъемность автомобиля, заданная заводом – изготовителем, т; f – коэффициент сопротивления качению; α – угол подъема (спуска), рад.; γ – коэффициент использования грузоподъемности; r_к – радиус качения ведущих колес, м; u_тр – передаточное отношение трансмиссии; n – частота вращения колесного вала двигателя, об/мин; i – относительный подъем (+) или спуск (-) дороги, улицы или иной опорной поверхности; при малых значениях i ≈ sin α ≈ tg α ≈ α; λ – коэффициент нормальной нагрузки ведущих колес; у полноприводного автомобиля λ = 1; R_х, R_у и R_z – соответственно продольная, боковая и нормальная реакции опорной поверхности на колесо, кН; φ_х и φ_у – соответственно коэффициенты продольного и бокового сцепления шин с опорной поверхностью в интервале 0,05 ≤ φ ≤ 0,85; g – ускорение свободного падения; g = 9,8 м/с²; j – ускорение (+) или замедление (-) автомобиля, м/с²; δ – коэффициент буксования ведущих колес, имеющий интервал 0 ≤ δ ≤1; L – пробег автомобиля, км; β – коэффициент использования пробега; N_е – эффективная мощность двигателя, кВт; η_е – эффективный КПД двигателя; G_т – часовой расход топлива, кг/ч; Н _и – низшая теплота сгорания топлива; Н _и ≈ 42,5 МДж/кг – дизельное топливо; Н _и ≈ 44 МДж/кг – автомобильный бензин;

Отсутствие в формулах (5) - (9) аэродинамических сопротивлений движению, а также инерции вращающихся масс обусловлено тем, что конструкция большинства автомобилей должна обеспечивать защиту водителя, пассажиров и грузов от атмосферных воздействий и должна быть приспособлена к движению с любой полезной массой m_в≤m_г≤γq, как правило, не вращаемой.

Поскольку масса водителя m_в в собственную массу снаряженного автомобиля m_о не входит и является условно полезной, то минимальные значения полезной мощности N_а, КПД η_а и транспортной производительности автомобиля W_а при m_г = m_в не имеют нулевых значений и позволяют определить часовой расход топлива порожним автомобилем

. (1.10)

Себестоимость мегаджоуля полезной работы автомобиля целесообразно разделить на четыре слагаемых:

, (1.11)

где С_а – себестоимость полезной физической работы автомобиля, руб/МДж;

Ц_тм – комплексная цена топлива и сгорающего вместе с ним моторного масла, руб/л; ρ_т – плотность топлива, кг/л; Б_а – балансовая стоимость автомобиля, руб.; а – суммарный коэффициент нормативных отчислений или реальных затрат на техническое обслуживание (ТО), текущий (ТР) и капитальный (КР) ремонты, реновацию, налоги, страхование; а ~ 0,4; З_от – затраты на оплату труда водителей, руб; П_а – потери дохода и затраты, обусловленные аварийной дефективностью автомобиля, в том числе возмещением материального ущерба и компенсацией морального вреда участникам ДТП, руб.

Первое слагаемое формулы (1.11) характеризует топливную экономичность автомобиля как его приспособленность к перевозкам с наименьшими затратами на топливо и работе с наибольшим КПД

(1.12)

или

(1.13)

определимом экспериментально на стенде с беговыми барабанами. Сама же себестоимость С_а может характеризовать качество системы ВАДС (водитель-автомобиль-дорога-среда).