Вопрос 20. Уравнение прямолинейного движения автомобиля. Уравнение силового баланса автомобиля. Тяговая характеристика автомобиля.

Ответ 20. Уравнение прямолинейного движения автомобиля является основным в тяговой динамике.

Уравнение прямолинейного движения автомобиля:

Р_т – Р_в – Р_к  Р_и  Р_п = 0

где Р_т - сила тяги, Н; Р_в - сила сопротивления воздуха, Н; Р_к - сила сопротивления качению, Н; Р_и - приведенная сила инерции, Н; Р_п - сила сопротивления подъему, Н.

Знак (-) при движении под гору. Переписав уравнение следующим образом: Р_т = Р_к + Р_в ± Р_и  Р_п, Н,

получим уравнение тягового (силового) баланса автомобиля, которое можно решить графически.

Вначале строят тяговую характеристику автомобиля - зависимость силы тяги автомобиля от его скорости (угловой скорости коленчатого вала).

м/с,

где - угловая скорость коленчатого вала, рад/с; r - радиус колеса, м; i_к - передаточное число КПП; i_гл - передаточное число главной передачи.

Н,

где _тр - КПД трансмиссии; М_е - крутящий момент, передаваемый двигателем в зависимости от _е, Нм.

Нм,

где N_е - эффективная мощность (кВт) по внешней скоростной характеристике двигателя в зависимости от _е.

Сила сопротивления дороги Р_Д = Р_К  Р_П, которую можно найти

Р_Д = (fсоs _Д + sin _Д)G_а  G_а,

где (f + i) =  - называется коэффициентом сопротивления дороги, т.е. Р_Д = G_а.

При увеличении скорости , т.е., f увеличивается, а i - величина постоянная. Поэтому Р_Д несколько увеличивается.

Сила сопротивления воздуха Р_В = к_ВF_ВV², Н,

где к_В - коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности, Нс²/м⁴; F_В - лобовая площадь автомобиля, м.

Для грузовых автомобилей F_В  ВН_а, м²,

где В - колея, м; Н_а - наибольшая высота автомобиля, м.

Для легковых автомобилей, F_В  0,78В_аН_а, м²,

где В_а - наибольшая ширина автомобиля, м.

Произведение к_ВF_В = w_В - называется фактором обтекаемости.

Кривая суммарного сопротивления Р_Д + Р_В определяет величину тяговой силы, необходимой для движения автомобиля с постоянной скоростью. Если кривая Р_Т проходит выше кривой Р_Д + Р_В, то отрезки Р_З представляют нереализованную часть (запас) силы, которую используют для преодоления сопротивления дороги или разгона автомобиля.

По графику силового баланса можно определить основные показатели динамичности автомобиля при равномерном его движении. Например, максимальную скорость V_max с помощью точки пересечения кривых Р_Т и Р_Д + Р_В, когда запас силы и, следовательно, ускорение = 0.

Если кривая Р_Т проходит ниже Р_Д + Р_В, то автомобиль движется замедленно.

Чтобы учесть возможность буксования ведущих колес необходимо для заданного значения  найти Р_СЦ  G₂ и провести горизонтальную линию. Если Р_Т Р_СЦ то наблюдается буксование ведущих колес.

Вопрос 21. Уравнение мощностного баланса автомобиля. Графическая зависимость мощности от скорости движения на различных передачах.

Ответ 21. По аналогии с уравнением силового баланса, уравнение мощностного баланса можно записать в следующем виде:

N_T = N_e – N_TP = N_K + N_B  N_П  N_И, кВт,

где N_И = Р_ИV/1000 - мощность, затрачиваемая на преодоление силы инерции автомобиля, кВт.

В развернутом виде:

, кВт,

где _ВР - коэффициент учета вращающихся масс; М_а - масса автомобиля, кг; j - ускорение автомобиля, м/с².

,

где G_a - вес автомобиля с полной нагрузкой, Н; G - вес автомобиля с данной нагрузкой, Н; ₁ ₂ 0,03...0,05.

На графике N - V строят скоростные характеристики мощности N_e. Ниже ее строят тяговую мощность N_T = _ТРN_e.

Строят внизу график при условии .

Вверх от кривой N_Д откладывают значение мощности сопротивления воздуха N_В.

Отрезки ординат между кривой N_Д + N_В и осью абсцисс представляют суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивлений дороги и воздуха.

Отрезок N₃ между кривыми N_Т и N_Д + N_В является запасом мощности, которая может расходоваться на преодоление повышенного сопротивления дороги или на разгон автомобиля.

При полностью открытой дроссельной заслонке максимальная скорость V_max достигается при N_Т = N_Д + N_В

Для движения со скоростью V₁ V_max следует дроссельную заслонку прикрыть.

При изменении передаточных чисел изменяется лишь скорость автомобиля. Мощности N_{e max}, и N_{TP max} (мощность потерь в трансмиссии), если не учитывать изменение КПД трансмиссии на различных передачах, остаются постоянными.

Степень использования мощности И - это отношение мощности, необходимой для движения автомобиля, к мощности, которую может развить двигатель при полностью открытой дроссельной заслонке (при равномерном движении автомобиля):

.