Теория эксплуатационных свойст автомобилей

Величина ускорения в ряде случаев не является достаточно наглядным показателем способности автомобиля к разгону. Для этой цели удобно применять такие показатели, как время и путь разгона до заданной скорости и графики, отображающие зависимость скорости от времени и пути разгона.

Так как  j = , то dt =   .

Отсюда путем интегрирования полученного  уравнения находим время разгона t в заданном интервале изменения скоростей от v₁ до v₂:

                                              .

Определение пути разгона S в заданном интервале изменения скоростей осуществляют следующим образом. Так как скорость является первой производной пути  по времени, то дифференциал пути  dS=v·dt, или путь разгона в интервале изменения скоростей от v₁ до v₂ равен:

                                                .

В условиях реальной эксплуатации автомобиля затраты времени на операции переключения передач и буксование сцепления увеличивают время разгона по сравнению с теоретическим (расчетным) его значением. Время, затрачиваемое на переключение передач, зависит от конструкции коробки передач. При применении автоматической коробки передач это время практически равно нулю.

Кроме того, разгон не все  время происходит при полной подаче топлива, как это предполагается в изложенном методе. Это также увеличивает реальное время разгона.

При применении механической коробки передач важным моментом является правильный выбор наиболее выгодных скоростей переключения передач v_1-2, v_2-3 и т.д. (см. главу 4 «Тяговый расчет автомобиля»).

Для оценки способности  автомобиля к разгону в качестве показателя используют также время разгона после трогания с места на пути в 100 и 500 м.

           Построение  графиков ускорений.

В практических расчетах принимают, что разгон происходит на горизонтальной дороге с твердым покрытием. Сцепление включено и не пробуксовывает. Орган управления режимом работы двигателя находится в положении полной подачи топлива. При этом обеспечено сцепление колес с дорогой без пробуксовывания. Предполагается также, что  изменение параметров двигателя происходит по внешней скоростной характеристике.

Полагают, что разгон для  легковых автомобилей начинается с  минимально устойчивой скорости на низшей передаче порядка v₀ = 1,5…2,0 м/с до значений v_т = 27,8 м/с (100 км/ч). Для грузовых автомобилей принимают: v_т = 16,7 м/с (60 км/ч).

Последовательно, начиная  со скорости v₀ = 1,5…2,0 м/с на первой передачи и последующих передачах, на динамической характеристике (рис.1) для выбранных по оси абсцисс v расчетных точек (не менее пяти) определяют запас динамического фактора при разгоне как разность ординат (D – f) на различных передачах. Коэффициент учета вращающихся масс для каждой передачи подсчитывают по формуле:

                               β = 1,04 + 0,05·i_кп² .

  Ускорения автомобиля определяют по формуле:

                                    j = .

По полученным данным строят графики ускорений j=f(v) (рис.2).

При правильном расчете  и построении кривая ускорений на высшей передаче пересечет абсциссу в точке максимальной скорости. Достижение максимальной скорости происходит при полном использовании запаса динамического фактора: D – f = 0.

 

                   Построение графика времени разгона t = f(v).

Этот график строят, используя график ускорения автомобиля j=f(v) (рис.2). Шкалу скоростей графика разгона разбивают на равные участки, например, через каждый 1 м/с, и из начала каждого участка проводят перпендикуляры до пересечения с кривыми ускорения.

                        Рис.2. Характеристика ускорений  автомобиля.

 

Площадь каждой из полученных элементарных трапеций в принятом масштабе равна  времени разгона для данного  участка скорости, если считать, что на каждом участке скорости разгон происходит с постоянным ускорением:

                                               j= (j₁ + j₂)/2,

где j₁ , j₂ - ускорения соответственно в начале и в конце рассматриваемого участка скоростей, м/с².

В данном расчете не учитывается время на переключение передач и другие факторы, приводящие к завышению времени разгона. Поэтому  вместо среднего ускорения принимают ускорение j_i в начале произвольно взятого участка (определяют по шкале).

С учетом сделанного допущения время разгона на каждом участке приращения скорости Δv определится как:

                                                   t_i = Δv/j_i , с.

По полученным данным строят график времени разгона t = f(v). Полное время разгона от v₀  до значений  v_т определяют как сумму времени разгона (с нарастающим итогом) по всем участкам:

           t₁ = Δv/j₁ ,  t₂ = t₁ +(Δv/j₂) ,   t₃ = t₂ +(Δv/j₃) и так далее до  t_т конечного времени разгона:

                        

 При построении графика времени  разгона удобно пользоваться таблицей и принять Δv = 1 м/с.

 

	Участки скорости vi , м/с
№ участков	1	2	3	4	5	6	7	и т.д.
ji , м/с2
ti , с
Врем разгона с нарастающим  итогом

 

Напомним, что построенный (теоретический) график  разгона (рис.3) отличается от действительного тем, что при разгоне подача топлива может быть не максимальной; на пробуксовку сцепления затрачивается определенная энергия и время; мощность двигателя на неустановившемся (переходном) режиме его работы на 6…8% меньше, чем по внешней скоростной характеристике; не учтено реальное время на переключение передач (0,4…1,0 с). На рис.3 время на переключение передач отображено условно (без учета реального времени) для иллюстрации момента переключения.

 При использовании  механической (ступенчатой) трансмиссии  на автомобиле действительный  график времени разгона характеризуется потерей скорости в моменты переключения передач. Это также увеличивает время на разгон. У автомобиля с коробкой передач с синхронизаторами интенсивность разгона выше. Наибольшая интенсивность у автомобиля с автоматической бесступенчатой трансмиссией.

Время разгона отечественных легковых автомобилей малого класса с места  до скорости 100 км/ч (28 м/с) составляет порядка 13…20 с. Для автомобилей среднего и большого класса оно не превышает 8…10 с. 

Время разгона грузовых автомобилей до скорости 60 км/ч (17 м/с) составляет 35…45 с и выше, что свидетельствует о недостаточной их динамичности.

Путь разгона для легковых автомобилей до скорости 100 км/ч составляет 500…800 м.

          Рис.3. Характеристика  разгона автомобиля по времени.

 

Сравнительные данные по времени разгона  автомобилей отечественного и зарубежного  производства приведены в таблице 1.

 

                                                                                            Таблица 1.

         Время разгона легковых автомобилей  до скорости 100км/ч (28 м/с)

Автомобиль	Время, с	Автомобиль	Время, с
ВАЗ-2106 1,6 (74)	17,5	Alfa Romeo-156 2,0 (155)	9,0
ВАЗ-2121 1,6 (74)	25	Audi A6 Tdi 2,5 (150)	9,5
Москвич 2,0 (113)	11,5	BMW-320i 2,0 (150)	9,9
ЗИЛ-117	13	Cadillac Sevilie 4,6 (395)	7,2
ГАЗель-3302 D 2,1 (95)	24	Mercedes S 220 CD (125)	11,0
ЗАЗ-1102 1,1 (51)	16,2	Peugeot-406  3.0 (191)	7,9
ВАЗ-2110 1,5 (94)	12,0	Porsche-911 3,4 (300)	5,2
Ford Focus 2,0 (130)	9,2	VW Polo Sdi 1,7 (60)	17,4
Fiat Marea 2,0 (147)	8,8	Honda Civic 1,6 (160)	8,0

    Примечание: Рядом с типом автомобиля указан рабочий объем (л) и мощность (в скобках) двигателя (л.с.).

 

 

 

                         Тормозные свойства  автомобиля.

         Автомобиль  в условиях его эксплуатации  должен обладать способностью не только к быстрому разгону, но и к быстрому снижению скорости и к внезапной остановке. От эффективности торможения зависят два важных качества автомобиля: безопасность и производительность.

Потребность в торможении возникает  в случае необходимости снизить  скорость движения; остановить автомобиль; предотвратить превышение скорости; удержать транспортное средство в неподвижном состоянии на стоянке; повысить маневренность машины за счет подтормаживания борта.

Различают следующие способы торможения:

• двигателем автономно;
• двигателем совместно с тормозами;
• с отключенным от трансмиссии двигателем системой тормозов, действующей на все колеса автомобиля, в том числе и на колеса прицепа.

Если к ведущим колесам прекращается передача от двигателя тягового усилия, то автомобиль продолжает в течении  некоторого времени двигаться по инерции, накатом. Для этого случая движения уравнение тягового баланса принимает вид:

                                 Р_j = Р_w + Р_f ± Р_h .

         На хорошей  горизонтальной дороге движение  накатом может происходить на  расстоянии в несколько сот  метров, поэтому в случае необходимости  быстрой остановки автомобиля приходится прибегать к помощи тормозов.

При торможении с моментом на тормозных колодках М_Т между колесами и дорогой возникает тангенциальная реакция, направленная против движения автомобиля:

                                             Р_Т = М_Т/r_к .

На величину этих реакций, помимо тормозных моментов, оказывают влияние крутящие моменты. Крутящий момент от двигателя ничтожно мал, так как в процессе торможения орган управления режимом работы двигателя находится в положении минимальной подачи топлива (режим холостого хода). Однако, инерционный момент, создаваемый вращающимися  деталями двигателя (особенно маховиком), может быть значительным. Торможение с выключенным сцеплением исключает влияние этого момента на процесс торможения.

Величина тормозных сил ограничивается условиями сцепления колес с опорной поверхностью (φ). Так как обычно все колеса автомобиля снабжаются тормозами, то общая максимальная тормозная сила по условию сцепления колес с опорной поверхностью для всего автомобиля равна:

                                     Р_{Т мах} = φ·G.

На скользкой дороге торможение с блокировкой колес  малоэффективно, так как в этом случае коэффициент сцепления для колес φ падает, что может привести к потере устойчивости автомобиля. Поэтому торможение считается наиболее эффективным, когда оно происходит на пределе блокировки колес. Силы сопротивления воздуха Р_w и качению Р_f оказывают на автомобиль дополнительное тормозящее действие. Однако, их относительное воздействие на автомобиль в процессе его торможения вследствие низкой скорости не велико. Поэтому тяговый баланс при торможении автомобиля на горизонтальной дороге

                          Р_j = Р_Т + Р_w + Р_f

в упрощенном виде может быть выражен  уравнением:

                                             Р_j  ≈ Р_Т.

При максимальных значениях Р_j  и Р_Т  имеет место равенство:

                                             .

Отсюда величина максимального  замедления при торможении определится  по формуле:

                                       j_max = .

Без учета сопротивления воздуха, но с учетом сопротивления качению  действительна следующая формула:

 

                                j_max = .

Указанные величины предельных замедлений (отрицательных ускорений) могут быть получены лишь в том случае, когда тормозные силы на всех колесах достигнут своей максимальной величины по сцеплению с дорогой.

Из последнего уравнения видно, что вращающиеся массы автомобиля уменьшают величину замедления при торможении. Выключая сцепление, можно уменьшить инерцию вращающихся масс благодаря отключению маховика и ведущей части сцепления.

Подставляя в это уравнение  значения коэффициентов сцепления колес с опорной поверхностью, соответствующих различным дорожным покрытиям, можно найти максимальные величины замедлений, которые могут быть достигнуты при торможении автомобиля на этих дорогах.

Например, если принять g = 9,81 м/с²; β = 1,05 (сцепление выключено) и φ = 0,8 (сухое асфальтовое шоссе), то величина замедления равна: dv/dt = 7,5 м/с². Очевидно, что это и будет величина, близкая к предельному значению для всех возможных случаев торможения с выключенным сцеплением.

Выключение сцепления целесообразно  лишь при резких торможениях и при торможении до полной остановки. При плавных торможениях двигатель, наоборот, оказывает тормозящее действие благодаря трению и сопротивлению сжатия заряда в цилиндрах двигателя. Опыты показали, что на сухой дороге за счет торможения двигателем тормозной путь может быть сокращен на 25…40%.