Динамика автомобиля

Динамика автомобиля

ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ, дисциплина, рассматривающая динамические качества автомобиля, от которых зависит средняя скорость его движения при заданных условиях эксплуатации.

1) Динамическая характеристика автомобиля. При помощи двигателя на ведущих колесах автомобиля создается тяговое усилие Pd кг, идущее на преодоление сопротивления воздуха Pw кг и сопротивления качения Pf кг. Величина Pw определяется из уравнения

Dinamika avto 1

где K·F -  коэффициент, зависящий от формы автомобиля и Va - скорость движения в м/сек; величина Pf - из уравнения

Dinamika avto 2

где Ga - вес автомобиля в кг и f - коэффициент качения, зависящий от качеств шин и дороги. Остаток тягового усилия Pd – (Рw + Pf) идет на преодоление автомобилем подъемов и на разгон. Для определения усилия Ph кг, расходуемого на подъем, пользуются уравнением Ph = Ga·sin α, где sin α - подъем дороги, обозначаемый обыкновенно буквой (i). Усилие, идущее на ускорение автомобиля, определяется из уравнения

Усилие, идущее на ускорение автомобиля

где j в м/сек2 - ускорение автомобиля, g м/сек2 - ускорение силы тяжести и β - коэффициент влияния вращающихся масс автомобиля. Для прямой передачи коэффициент β ≈ 1,06, для промежуточных передач β ≈ 1+0,06ik2, где ik - передаточное число в коробке скоростей. Т. о., полный тяговой баланс автомобиля получает следующее выражение:

Полный тяговой баланс автомобиля

а после преобразования:

Dinamika avto 5

Величина Dinamika avto 6 характеризует автомобиль в отношении способности преодолевать сопротивление качению (f), подъем (i) и развивать ускорение (j). Зависимость удельной тяги автомобиля Dinamika avto 7 от его скорости и называется динамической характеристикой. Величина Dinamika avto 7 в дальнейшем обозначается буквой D. Силы Pd и Pw как функции скорости автомобиля могут быть определены лабораторным испытанием.

Динамическая характеристика автомобиля при движении на прямой передаче

На фиг. 1 представлена примерная динамическая характеристика автомобиля при движении на прямой передаче. Зная качества дороги и шин, т. е. зная f, можно для каждой скорости автомобиля найти как максимально возможно ускорение при любом подъеме i, так и максимальный подъем i, который автомобиль может преодолеть при установившемся движении, т. е. при j = 0. На фиг. 1 проведены две прямые f2f2 и f1f1, соответствующие двум различным значениям f; при f1 получается максимальная скорость, равная V1 км/ч, а при f2 получается V2 км/ч.

Максимальное значение Dinamika avto 9 в первом случае измеряется отрезком (аb), а во втором - отрезком (ас). Если при заданном значении (f) принять одно из значений (i) или (j) равным 0, то кривая динамической характеристики определит максимальное значение другой величины. В Научном автомоторном институте при испытании автомобилей на станке с беговыми барабанами были определены величины аmах и jmax как функции скорости автомобиля. Сопротивление дороги и потеря на качение (f) при испытании соответствовали условиям работы автомобиля на беговых барабанах станка, т. е. условиям очень хорошей дороги. На фиг. 2, 3, 4 и 5 приведены данные этих испытаний, причем все автомобили разделены на четыре группы (см. табл.):

Характеристические данные автомобилей, испытанных в НАМИ

фиг. 2 - легковые автомобили до 2 л, фиг. 3 - легковые автомобили свыше 2 л, фиг. 4 - грузовые автомобили до 2 т и фиг. 5 - грузовые автомобили свыше 2 т.

Характеристические данные автомобилей, испытанных в НАМИ

Так как между максимальным подъемом и максимальным ускорением имеется прямолинейная зависимость, то на фиг. 2, 3, 4 и 5 приведены одновременно оба масштаба. Для разных условий эксплуатации выгодно иметь динамическую характеристику различного вида. На фиг. 6 показаны два типа динамических характеристик на последней передаче - А и В.

Два типа динамических характеристик на последней передаче

Первая соответствует автомобилю с меньшей максимальной скоростью, но с большей тяговой силой на малых скоростях. Динамическая характеристика (В) очевидно дает хороший результат лишь для автомобиля, предназначенного для загородной езды на больших скоростях; в условиях же городского движения и при работе на плохой дороге автомобиль, имеющий динамическую характеристику (А), дает более высокую среднюю скорость, так как при тех же скоростях, какие здесь практически применяются, он обладает лучшими динамическими качествами.

2) Динамическая характеристика автомобиля при различных передачах в коробке скоростей. В условиях практической работы автомобиля приходится применять промежуточные передачи; равным образом и нагрузка (особенно в случае грузового автомобиля с прицепкой) не остается постоянной. Вследствие этого является необходимым представить динамическую характеристику в самом общем виде. На фиг. 7 каждая из представленных кривых дает удельную тяговую силу на соответствующей передаче в коробке скоростей при условии нормальной нагрузки.

Dinamika avto 13

Из уравнения

Dinamika avto 14

видно, что изменение веса Ga при том же значении (Pd – Pw) вызывает пропорциональное изменение величины Dinamika avto 6. Отсюда следует, что при пользовании динамической характеристикой для переменного веса автомобиля Ga надо изменять масштаб ординат обратно пропорционально отношению весов Ga/G'a, где G'a - измененный вес. На фиг. 7 даны три масштаба: первый - для нормального веса груженого автомобиля Ga = 8420 кг, второй - для порожнего G'a = 4420 кг и третий - для автомобиля с прицепкой G’’a = 14800 кг. Если принять движение автомобиля установившимся, т. е. j = 0, то величина (D) получается равной (f + i); масштаб по оси ординат отложен соответственно этим данным. При помощи динамической характеристики, представленной на фиг. 7, могут быть определены все основные данные по движению автомобиля на разных дорогах. Пусть, например, требуется, чтобы автомобиль работал без прицепа как по очень хорошей дороге с коэффициентом f = 0,02, так и по плохой - с коэффициентом f = 0,05. Проведя новые оси абсцисс, соответствующие значениям 0,02 и 0,05, находим, что по плохой дороге автомобиль на прямой передаче не может работать, т. к. при этом кривая АА будет лежать ниже оси абсцисс; при такой дороге необходимо перейти на третью передачу, на которой автомобиль будет иметь максимальную скорость 23 км/ч и будет в состоянии брать максимальный подъем (i) около 1%. При хорошей же дороге с f = 0,02 максимальная скорость на прямой передаче получится выше 35 км/ч, на которую установлен регулятор двигателя, а максимальный подъем будет около 2%. При переходе на третью передачу по той же дороге этот подъем увеличится до 3,9%. Максимальный подъем, который автомобиль может брать на первой передаче по хорошей дороге, равен 18%. Для применения динамической характеристики к порожнему автомобилю и автомобилю с прицепом надо пользоваться масштабами G'a и G''a; как видно из диаграммы, данный автомобиль с прицепом не будет обладать на прямой передаче достаточной тягой для фактической работы даже по хорошей дороге с f = 0,02.

3) Основные параметры динамической характеристики. Пользование динамической характеристикой для сравнительной оценки различных автомобилей иногда бывает затруднительно. Поэтому устанавливают те ее основные параметры, которые имеют наибольшее значение для оценки динамических качеств автомобиля. К этим параметрам относятся следующие: Vmax – максимальная скорость автомобиля, при подъеме (i) и ускорении (j), равных нулю; Dmax – максимальная удельная тяга автомобиля на последней передаче; Vk - скорость автомобиля, при которой он имеет максимальную тягу (критическая скорость); D1 - максимальная тяга автомобиля на заданной скорости и V1 - заданная скорость, наиболее употребительная для данного автомобиля. На фиг. 8 дана примерная динамическая характеристика автомобиля и нанесены указанные 5 основных параметров.

Динамическая характеристика автомобиля

а) Максимальная скорость Vmax определяется пересечением динамической характеристики автомобиля с горизонтальной прямой, соответствующей значению (f) для заданной дороги, б) Максимальное удельное тяговое усилие Dmax определяется касательной (p)q к динамической характеристике, проведенной параллельно оси абсцисс. При установившемся движении автомобиля максимальное тяговое усилие соответствует максимальному подъему, который автомобиль может взять на той передаче, для которой дана динамическая характеристика. Чем больше удельное тяговое усилие автомобиля на прямой передаче, тем легче он будет брать подъемы, тем реже придется переключать передачи в коробке скоростей при езде по тяжелой дороге. в) Критическая скорость автомобиля Vk, соответствующая максимальному значению его удельной тяговой силы, отделяет устойчивую скорость движения от неустойчивой. При скоростях больших Vk получается устойчивое движение; здесь всякое увеличение сопротивления дороги, вызывающее замедление движения, одновременно сопровождается увеличением тяги автомобиля, т. е. происходит автоматическое уравновешивание системы. При скоростях же меньших Vk увеличение сопротивления движению, а, следовательно, и уменьшение скорости вызывает уменьшение удельной тяги; следовательно, происходит дальнейшее падение скорости, и возникает необходимость переключения передач в коробке скоростей. Таким образом, скорость Vk разделяет области устойчивой и неустойчивой работы автомобиля на полном газе; поэтому эту скорость предложено называть критической. Большое значение критической скорости Vk нежелательно, так как это делает автомобиль недостаточно эластичным на малых скоростях, г) Максимальная удельная тяга Dmax и максимальная скорость Vmax, давая две точки динамической характеристики, не определяют ее течения в средней части. Между тем весьма важно знать способность автомобиля к разгону и к преодолению подъемов на средних скоростях, на которых он обычно работает. Поэтому для сравнения динамических качеств различных автомобилей необходимо ввести величину удельной тяги D1 на некоторой скорости V1, различной для разных автомобилей и наиболее употребительной для данных условий эксплуатации. На фиг. 8 все значения даны для случая идеальной дороги, когда f = 0; для практических расчетов нужно отсчет вести от горизонтальной линии, проведенной на расстоянии f от оси абсцисс. Пользуясь динамической характеристикой и ее основными параметрами, можно точно определить динамические качества автомобиля и оценить его пригодность для определенных условий эксплуатации.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.