1.3. Силовой баланс автомобиля

Представим уравнение движения подвижного состава в следующем виде:

, (9)

где - сила тяги на ведущих колесах автомобиля, Н;

- сила сопро­тивления дороги, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н;

- сила со­противления инерции, Н.

Уравнение движения в такой форме называется уравнением сило­вого баланса подвижного состава.

Оно выражает соотношение между тяговой силой на ведущих ко­лесах и силами сопротивления движению.

На основании уравнения (9) строится график силового баланса, позволяющий оценить тягово-скоростные свойства автомобиля.

Сила тяги на ведущих колесах автомобиля определяется по формуле

, (10)

где Ме - текущее значение крутящего момента двигателя, Нм (см. табл. 1);

– коэффициент полезного действия трансмиссии, для легковых автомобилей 0,92.

Сила сопротивления дороги

, (11)

где - сила тяжести автомобиля, Н;

f - коэффициент сопротивления качению;

- угол продольного уклона дороги.

0,05 = tg

Выражение в скобках называется коэффициентом сопротивления дороги и обозначается :

(12)

В уравнении (12) знак «+» соответствует движению автомобиля в гору, а знак «–» - под гору.

При небольших значениях угла синус может быть заменен тан­генсом. В дорожном строительстве тангенс угла наклона дороги к го­ризонту называют продольным уклоном i и выражают в тысячных (промилле, %о) или в процентах.

Коэффициент сопротивления качению не является постоянной ве­личиной и зависит от скорости движения автомобиля. Одна из наибо­лее простых эмпирических формул имеет следующий вид:

, (13)

где fo - коэффициент сопротивления качению при малой скорости, принимается по табл.2 в зависимости от типа дорожного покрытия.

Таблица 2

Коэффициент сопротивления качению

№ п/п	Тип дорожного покрытия	Коэффициент f0
1	Асфальто-бетонное или цементно-бетонное покрытие в хорошем состоянии	0,007...0,015
2	То же, в удовлетворительном состоянии	0,015...0,020
3	Булыжная дорога в хорошем состоянии	0,025... 0,030
4	Гравийная дорога в хорошем состоянии	0,020...0,025
5	Грунтовая дорога: сухая укатанная после дождя в период распутицы	0,025...0,030 0,050...0,150 0,100...0,250
6	Песок: сухой сырой	0,10...0,30 0,06...0,15
7	Суглинистая и глинистая дорога: сухая в пластичном состоянии	0,04... 0,06 0,10...0,20
8	Обледенелая дорога	0,015...0,030
9	Укатанная снежная дорога	0,03... 0,05
10	Рыхлый снег	0,10...0,30

Сила сопротивления воздуха

, (14)

где к_в - коэффициент сопротивления воздуха, Н с²/м⁴;

F - площадь ло­бового сопротивления автомобиля, м²;

V - скорость движения автомо­биля, км/ч.

При определении силы сопротивления воздуха обычно используют не коэффициент обтекаемости с_х (коэффициент лобового сопротивле­ния), который определяется в основном формой автомобиля, а коэф­фициент сопротивления воздуха к_в, численное значение которого равно силе сопротивления воздуха, действующей на 1 м² лобовой площа­ди автомобиля при относительной скорости потока воздуха 1 м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха равен 0,2...0,35 Нс²/м⁴ для лег­ковых автомобилей.

Площадь лобового сопротивления зависит от типа подвижного со­става. Приближенное ее значение может быть вычислено по следую­щим выражениям:

• для легковых автомобилей:

, (15)

где В_а - наибольшая ширина автомобиля, м;

Н_а – наибольшая высота автомобиля, м.

По данным табл.2, по параметрам силовой передачи определяют­ся: скорость движения автомобиля в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя, силы тяги и сопротивления воздуха на всех передачах; сила сопротивления дороги и общее сопротивление движению (Рψ + Рв) на прямой передаче.

Скорость автомобиля (км/ч) на различных передачах определяется по формуле

, (16)

где - текущая угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с;

- передаточное число коробки передач на соответствующей передаче.

Полученные при расчете данные сводятся в табл.3 и по ним строят графики силового баланса.

Таблица 3

Данные для построения графиков силового баланса

Параметры	Текущее значение параметров
, рад/с	57,56	115,12	172,68	230,24	287,8	345,36	402,92	460,48	518,04	575,6	633,16	690,72
	14,19
V, км/ч	4,55	9,1	13,64	18,18	22,73	27,27	31,82	36,36	40,91	45,46	50	54,55
РТ, Н	5798	6143	6397	6560	6634	6617	6510	6312	6024	5645	5177	4618
	9,63
V, км/ч	6,76	13,51	20,27	27,03	33,78	40,54	47,3	54,05	60,81	67,57	74,33	81,08
РТ, Н	3901	4132	4303	4413	4463	4452	4379	4246	4053	3798	3483	3107
	6,47
V, км/ч	10,07	20,13	30,2	40,27	50,34	60,4	70,47	80,54	90,61	100,67	110,74	120,81
РТ, Н	2618	2774	2888	2962	2995	2988	2939	2850	2720	2549	2338	2085
	4,34
V, км/ч	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180
РТ, Н	1757	1861	1938	1988	2010	2005	1973	1913	1826	1711	1569	1399
	3,82
V, км/ч	17,05	34,1	51,14	68,18	85,23	102,27	119,32	136,36	153,41	170,46	187,5	204,56
РТ, Н	1546	1638	1706	1749	1769	1765	1736	1683	1606	1506	1381	1232
РВ, Н	9,75	38,98	87,7	155,91	243,62	350,8	477,49	623,66	789,32	974,46	1179	1403
Рψ, Н	964,2	968,4	975,2	984,8	997,2	1012	1030	1051	1074	1100	1129	1161
РВ + Рψ, Н	973,9	1007	1063	1141	1241	1363	1508	1674	1863	2075	2308	2564
f	0,0071	0,0073	0,0077	0,0083	0,009	0,0099	0,011	0,012	0,014	0,015	0,017	0,019
ψ	0,057	0,057	0,058	0,058	0,059	0,06	0,061	0,062	0,064	0,065	0,067	0,069

При построении графиков силового баланса сначала строят тяго­вые характеристики автомобиля на различных передачах. Затем нано­сят зависимость силы сопротивления дороги от скорости (на высшей передаче). После этого строят суммарную кривую

(Рψ + Рв) = f(V), для этого от силы сопротивления дороги откладывают значения силы со­противления воздуха при различных скоростях движения.

С помощью графика силового баланса определяют тягово-скоростные свойства автомобиля: максимальную скорость движения автомобиля Vмах; максимальное сопротивление дороги и максималь­ную величину подъема, которые может преодолеть подвижной состав; ускорение, которое способен развить автомобиль при выбранной ско­рости движения на заданной дороге; буксование ведущих колес.

Рис.3 График силового баланса автомобиля