Глава 3

ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЯ

Наиболее характерный режим движения автомобиля в реальных дорожных условиях — неустановившееся движение. Поскольку сопро­тивление движению и дорожная обстановка почти непрерывно меняются, соответствующим образом изменяются сила тяги на ведущих колесах автомобиля и его скорость движения. Изменение это происходит под влиянием множества факторов, чередующихся случайным образом. Поэтому сила тяги и скорость движения автомобиля, в сущности, слу­чайные и могут быть описаны лишь методами математической статистики и теории вероятностей.

Общеприняты характеристики предельных тягово-скоростных качеств автомобиля, определяемые по внешней скоростной характеристике двигателя, которая отображает его предельные тягово-скоростные возможности. Такими предельными характеристиками тягово-скорост­ных свойств автомобиля являются тяговая и мощностная диаграммы движения, представляющие собой графическое изображение тягового и мощностного балансов автомобиля, а также динамическая характерис­тика автомобиля, предложенная акад. Е. А. Чудаковым. По этим харак­теристикам легко определяются предельные показатели тягово-скорост­ных свойств автомобиля:

— абсолютная и удельная величины силы тяги;

— скорость движения при заданном сопротивлении дороги;

— ускорения;

— максимальное суммарное сопротивление дороги, которое может преодолеть автомобиль на первой передаче;

— суммарное сопротивление дороги, преодолеваемое на высшей передаче, в том числе при максимальной скорости движения;

— максимальная скорость движения;

— подъемы, преодолеваемые автомобилем на различных передачах.

3.1. Уравнение тягового баланса

Уравнение тягового баланса:

Р_ТК = P_f ± P_i ± P_j + Р_w , (3.1)

где Р_ТК — сила тяги на ведущих колесах автомобиля;

P_f — сила сопротивления качению колес;

P_i — сила сопротивления подъему;

P_j — сила инерции автомобиля;

Р_w — сила сопротивления воздуха.

Если в уравнение (3.1) подставить значения силы тяги и сил сопротив­ления движению, выраженные через определяющие их параметры кон­струкции автомобиля и характеристики дороги, то можно получить раз­вернутое уравнение тягового баланса автомобиля:

, (3.2)

или, обозначив f •cos  ± sin  = :

, (3.3)

где G_a — полная масса автомобиля, кг;

M_e — эффективный крутящий момент двигателя, кгс • м;

_T — механический к. п. д. трансмиссии автомобиля;

r ^/_k — динамический радиус колеса, м;

kF — фактор сопротивления воздуха, кг • с² / м²;

 — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

v — скорость движения автомобиля, м/с;

dv / dt — ускорение (замедление) автомобиля, м/с²;

g — ускорение силы тяжести, м/с²;

f — коэффициент сопротивления качению колес;

 — угол подъема (спуска) продольного профиля дороги;

 — коэффициент суммарного сопротивления дороги движению автомобиля;

u_T — общее передаточное число трансмиссии автомобиля:

u_T = i _К.П.П. • i _Г.П. • i _Д.Т. ;

где i _К.П.П. — передаточное число коробки передач;

i _Г.П. — передаточное число главной передачи;

i _Д.Т. — передаточное число дополнительной трансмиссии:

i _Д.Т. = i _Р.К. • i _К.Р,

где i _Р.К — передаточные числа раздаточной коробки;

i _К.Р. — колесного редуктора главной передачи, величины которых даны в кратких технических ха­рактеристиках автомобилей (см. гл. 2). Численные значения величин _T , r ^/_k и kF приведены там же.

Величину крутящего момента М_e находят по внешней скоростной характеристике двигателя для тех частот n_e вращения коленчатого ва­ла, которые соответствуют рассматриваемым скоростям движения автомобиля. Скорость движения автомобиля v_а км/ч и частота вращения n_e коленчатого вала взаимосвязаны уравнением:

. (3.4)

Коэффициент учета вращающихся масс автомобиля определяется выражением

, (3.5)

где Jк — сумма моментов инерции всех колес автомобиля;

Jm — момент инерции вращающихся масс двигателя, кгс•м•с²:

ЗИЛ-130 ЯАЗ-204 ЯАЗ-206

0,0620 0,1900 0,1900

ЯМЗ-236 ЯМЗ-238 ЯМЗ-740

0,2500 0,2500 0,1600

Если постоянные величины в уравнении (3.5) обозначить:

тогда  = 1 + а + b u² _пер,

где u_пер = u_к u_д — переменная часть общего передаточного числа трансмиссии;

u_о = u _ц.р u _к.р — постоянная часть общего передаточного числа трансмиссии (передаточное число главной пере­дачи).

В приближенных инженерных расчетах принимают:

а = 0,03; b = 0,05 и тогда

 =1,03+0,05 u² _пер (3.6)

Коэффициенты сопротивления качению колес автомобиля по различ­ным поверхностям, соответствующие скоростям движения автомобиля, не превышающим 60 км/ч, приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Коэффициенты сопротивления качению колес автомобиля

Поверхности покрытия	f
Цементобетонное и асфальтобетонное
в хорошем состоянии	0,014—0.018
в удовлетворительном состоянии	0,018—0,022
Ровное щебеночное или гравийное по­крытие, обработанное органическими вяжу­щими материалами	0,020—0,025
без обработки, с небольшими вы­боинами	0,030—0,040
Булыжная мостовая	0,035—0,045
Грунт
плотный, ровный, сухой	0,030—0,060
неровный и грязный	0,050—0,100
Снег укатанный	0,025—0,030
Лед	0,018—0,020
Песок
сухой	0,15—0,30
влажный	0,080—0,100

Тяговая диаграмма движения (рис. 17) представляет собой графическое изображение тягового баланса автомобиля в функции скорости его движения. Сила тяги Р_ТК на ведущих колесах автомобиля, определяемая выражением

,

является функцией скорости движения автомобиля, поскольку эффективный крутящий момент М_е двигателя — функция частоты вращения коленчатого вала:

Рис. 17. Тяговая диаграмма движения авто­мобиля

M_e = 716,2  N_e / n_{e .}

Силу Р_ = G_а принимают не зависящей от скорости и изображают (при определенном ) прямой, параллельной оси v_а.

Остаточная сила тяги Р_а определяется как разность силы тяги Р_ТК и силы сопротивления воздуха Р_w. Она представляет собой запас силы тя­ги автомобиля, который идет на преодоление сил сопротивления дороги Р_ и инерции P_j.

Силу инерции P_j определяют как остаток силы тяги Р_ТК, измеряемый при данной скорости движения автомобиля величиной отрезка ординаты, заключенного между линиями Р_а и Р_ :

P_j = Р_а - Р_ .

По известной величине P_j силы инерции определяют ускорение dv / dt автомобиля при заданной скорости.

На тяговой диаграмме движения автомобиля (рис. 17) величина силы Р_1 соответствует ₁ = 0,03. При установившемся движении автомобиля (Pj = 0) со скоростью Vа₂ он способен преодолевать сопротивление дороги, измеряемое силой Р_2. Максимальные сопротивления дороги, преодолеваемые автомобилем при установившемся дви­жении на различных передачах, характеризуются величинами Р_1, ..., Р_2.