3.2. Мощностный баланс и диаграмма движения автомобиля

Уравнение мощностного баланса автомобиля

N_ТК = N_f ± N_i ± N_j + N_w (3.7)

показывает, на преодоление каких сопротивлений расходуется мощ­ность N_ТК, подведенная к ведущим колесам автомобиля. Эта величина определяется через мощность N_e , снимаемую с коленчатого вала двигателя, выражением:

N_ТК = N_е  _Т .

Развернутое уравнение мощностного баланса имеет следующий вид:

, (3.8)

где скорость v_а выражена в метрах в секунду, масса G_а автомобиля — в килограммах, а мощность N_e — в килограмм-силах на метр в секунду. Если выразить скорость в километрах в час, а мощность — в лошади­ных силах, то уравнение мощностного баланса примет следующий вид:

. (3.9)

Графическое изображение уравнения (3.9) в функции скорости движения автомобиля (или частоты n_е вращения коленчатого вала двига­теля) принято называть мощностной диаграммой движения автомобиля (рис. 18). На этой диаграмме вниз от кривой мощности N_e отложены зна­чения мощности N_r = (1 — _т)N_e, затрачиваемой на трение в транс­миссии, в результате чего получена кривая мощности N_ТК = N_е - N_r , подводимой к ведущим колесам. Вниз от кривой мощности N_ТК отложены значения мощности N_w , затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха.

В результате получена третья кривая, изображающая ту мощ­ность N_а, которой располагает автомобиль для преодоления сопротив­ления дороги и для разгона.

Рис. 18. Мощностная диаграмма движения автомобиля

График мощности

N_1 =   G_a  v_a / 270 (3.10)

затрачиваемой на преодоление сопротивления дороги при  = ₁, пред­ставляет собой прямую линию, выходящую из начала координат. Точка пересечения кривых N_а и N_1 определяет максимальную, скорость v_a1 движения автомобиля при данном сопротивлении дороги ₁. При движе­нии по этой же дороге со скоростью v_a2 автомобиль располагает запасом мощности N_j, который можно использовать для разгона, т. е. для сообще­ния автомобилю ускорения

(3.11)

С увеличением коэффициента  возможная максимальная скорость дви­жения автомобиля уменьшается. Одновременно уменьшается и запас мощности N_j для разгона автомобиля. А значение коэффициента  = ₂, при котором линия мощности N_2 становится касательной к кри­вой мощности N_a, максимально для данной передачи автомобиля. Самое малое его увеличение потребует переключения на более низкую пере­дачу.

3.3. Динамический фактор и динамическая характеристика автомобиля

Обобщающим показателем, позволяющим не только оценивать тяговые качества данного автомобиля, но и сравнивать автомобили различ­ных конструкций, является динамический фактор, предложенный акад. Е. А. Чудaковым. Динамический фактор представляет собой удель­ную остаточную силу тяги автомобиля:

(3.12)

Подставив в уравнение (3.12) значения сил тяги Р_k и сопротивления воздуха Р_w, получим:

(3.13)

Итак, динамический фактор, определяемый уравнением (3.13), характеризует тяговые возможности автомобиля, обусловленные такими важ­нейшими параметрами его конструкции, как крутящий момент двигате­ля, передаточные числа и механический к. п. д. трансмиссии, динамиче­ский радиус ведущих колес и обтекаемость.

Динамический фактор можно выразить и через удельные величины сопротивлений дороги и инерции:

(3.14)

Если, как это принято, обозначить f cos  ± sin  = , то

(3.15)

Из уравнения (3.13) следует, что динамический фактор — сложная функция скорости движения автомобиля, потому что кроме прямой зави­симости от скорости v_a, в этом уравнении параметры М_e и u_т также из­меняются со скоростью.

Динамической характеристикой автомобиля принято называть графическое изображение динамического фактора в функции скорости движения автомобиля на всех его передачах.

Важными характеристиками тягово-скоростных качеств автомоби­ля в определенных дорожных условиях выступают динамический фактор и динамическая характеристика автомобиля по сцеплению. Динами­ческий фактор по сцеплению определяется выражением

(3.16)

где P_ — сила сцепления ведущих колес автомобиля c дорогой. Эта сила выражается через массу автомобиля, приходящуюся на колеса в стати­ческом состоянии, т. е. через сцепную массу G_cц:

. (3.17)

Здесь m₂ — коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на ведущие колеса автомобиля при движении его в тяговом режиме.

Для тех случаев движения автомобиля, когда сила тяги на его ведущих колесах достигает предельной величины, равной силе сцепления ведущих колес с дорогой (Р_тк — Р_), коэффициент

. (3.18)

Приняв в выражении (3.18) угол продольного уклона дороги  = 0, а 0,3, что весьма близко к реальным значениям этого отношения для современных автомобилей, получим, что в интервале = 0,1 … 0,8 коэффициент m₂= 1,03 … 1,32.

Если учесть значения сил Р_ и Р_w, то уравнение динамического фактора по сцеплению приобретает вид:

. (3.19)

а для полноприводных автомобилей, у которых

. (3.20)

Уравнения (3.19) и (3.20) одновременно являются и уравнениями динамических характеристик автомобилей по сцеплению.

Н

Рис. 19. Динамическая характеристика автомобиля по сцеплению

а рис. 19 показана кривая динамической характеристики по сцеплению, построенная по уравнению (3.19) при =0,3 и нане­сенная на динамическую характеристику этого автомобиля. Динамическая характеристика по сцеплению D_(v_a) делит поле возможных значений динамического фактора D на две части — верхнюю и нижнюю. В верхней находятся те значения динамического фактора, которые при данном значении  реализованы быть не могут, а в нижней — значения динамического фактора, обеспеченные сцеп­лением. Последние при необходимости можно реализовать для пре­одоления сопротивлений, которые при ускоренном движении автомобиля ха­рактеризуются соотноше­нием:

, (3.21)

а при установившемся движении — выражением:

. (3.22)

На основании дина­мической характеристики по сцеплению делают весьма важные для прак­тики заключения о воз­можности или невозмож­ности движения автомо­биля в данных дорожных условиях, исходя из того, что движение автомобиля возможно, если

. (3.23)