1.7.4 Определение максимальной скорости автомобиля

Максимальную скорость V_amax , развивающую проектируемым автомобилем на горизонтальной дороге, определим как по тяговой характеристике, так и по динамической. Допускается небольшое несовпадение максимальных скоростей, определенным по двум разным характеристикам; большое несовпадение (более 4%) говорит о погрешности в ходе проведения тягового расчета.

Используя данные таблицы 15, на графике тяговой характеристики (пункт 1.7.1) строим кривую, соответствующую суммарной силе сопротивления движения автомобиля (сила сопротивления дороги F_ψ плюс сила сопротивления воздуха F_B); точка пересечения данной кривой (F_ψ + F_B) и кривой, соответствующей полной окружной силе F_K0 на высшей передаче, позволяет определить максимальную скорость V_{a max} на дороге без уклона: опустив линию на горизонтальную ось (I = 0), по которой отложена скорость V_a автомобиля. Если кривые F_ψ + F_B и F_K0 на высшей передаче не пересеклись, то V_amax соответствует максимальной скорости по кривой F_K0 на высшей передаче (данная V_amax называется максимальной кинематической скоростью, определяемой передаточными числами трансмиссии и максимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя); запас окружной силы F_K0 в данном случае (кривые F_ψ + F_B и F_K0 не пересеклись) может быть использован для достижения V_amax при движении автомобиля на подъеме.

Аналогично определяется V_amax по динамической характеристике: используя данные таблицы 15 на графике динамической характеристики (пункт 1.7.2) строится для высшей передачи кривая ψ = f_V (i=0) – безразмерного фактора сопротивления движению автомобиля. Точка пересечения кривой ψ и кривой динамического фактора D (движущего фактора) определяет V_amax, если кривее не пересеклись, то V_amax (кинематическая) соответствует максимуму скорости по кривой D на высшей передаче.

Максимально возможные скорости движения автомобиля, определенные по тяговой и динамической характеристикам, должны быть равны между собой, и соответствовать той максимальной скорости V_{a max}, которая была определена в техническом задании на проектирование (см. пункт 1.2). Результаты расчетов заносим в таблицу 16.

Таблица 16 – Максимальная скорость V_аmax автомобиля

Условия определения	Vаmax , км/ч	Погрешность
Тяговая характеристика	92	0%
Динамическая характеристика	92	0%
Мощносной баланс	92	0%

При движении автомобиля на подъем (уклон дороги i) максимальную скорость, по динамической характеристике, в данных дорожных условиях определяют следующим образом: величину уклона i складывают с коэффициентом сопротивления качению колес f_V и ищут точку пересечения кривой i+f_V с кривой D – полученная точка позволяет определить: какую максимальную скорость развивает проектируемый автомобиль и на какой передаче в КПП.

Определяется максимальная скорость автомобиля при преодолении уклона в 5% и максимального уклона по таблице 15. Найденные значения скоростей не должны быть меньше значений, приведенных в таблице 17.

Таблица 17 - Максимальные скорости автомобилей

Максимальная скорость, км/ч	Грузовые автомобили
	полноприводные	неполноприводные	автопоезда
На горизонтальной дороге, i = 0	80	90	80
На подъеме в 5%, i = 0,05	40	45	25
На максимальном подъеме i max	5	12	8

Максимальная скорость при преодолении уклона в 5%

V_аmax = 40км/ч

Максимальная скорость при преодолении максимального уклона

V_аmax =7 км/ч

что соответствует рекомендациям.

1.8 Путь и время разгона автомобиля

Считаем, что разгон начинается с минимальной устойчивой скорости

V_amin (соответствующей n_emin - минимальной устойчивой частоте вращения коленчатого вала ДВС) на передаче, используемой для трогания автомобиля с места. Разгон осуществляется при полной подаче топлива т.е. двигатель работает по ВСХ (имеем наибольшую интенсивность разгона).

Ускорение, как известно, можно определить по формуле:

а_x (45)

где dV_a – приращение скорости за промежуток времени dt.

Тогда

dt (46)

откуда время разгона

t (47)

Считаем, что в небольшом интервале скоростей ΔV_ai=V_ai+1-V_ai движение является равноускоренным со средним ускорением а_mi , тогда время движения в данном интервале, между двумя точками, определим по формуле:

(48)

где ∆V_ai – изменение скорости между двумя точками, м/с;

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 18.

а_mi – среднее ускорение между двумя точками

(49)

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу

Путь, проходимый за время движения между двумя точками:

∆S=V_mi·∆t_i (50)

где V_mi – средняя скорость в рассматриваемом интервале

(51)

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 18.

Потери скорости за время переключения ∆V_n определим по формуле:

, м/с (52)

где t_n=1c – время переключения передач

δ_i+1 – коэффициент учёта вращающихся масс

Путь, проходимый автомобилем, за время переключения tn c К-ой на К+1 передачу:

∆S_n=(V_кmax- 0,5∆V_nк-(к+1))·t_n, м (53)

где V_кmax – скорость, соответствующая моменту переключения

Таблица 18 - Разгон автомобиля

Разгон автомобиля на первой передаче

Пара- метр	Раз-мер- ность	№ точки
		1	2	3	4	5	6	7	8
Va	км/ч	3,0	3,86	4,71	5,57	6,43	7,28	8,14	9
Va	м/с	0,83	1,07	1,31	1,55	1,79	2,02	2,26	2,5
∆Vi	м/с	-	0,24	0,24	0,24	0,24	0,23	0,24	0,24
ax	м/с2	0,748	0,816	0,869	0,899	0,908	0,899	0,866	0,818
ami	м/с2	-	0,872	0,843	0,884	0,904	0,904	0,883	0,842
∆ti	с	-	0,31	0,29	0,27	0,27	0,25	0,27	0,29
t	с	-	0,31	0,6	0,87	1,14	1,39	1,66	1,95
Vmi	м/с	-	0,95	1,19	1,43	1,67	1,91	2,14	2,38
∆Si	м	-	0,3	0,35	0,39	0,45	0,48	0,58	0,69
S	м	-	0,3	0,65	1,04	1,49	1,97	2,55	3,24

Разгон автомобиля на второй передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		9	10	11	12	13	14
Va	км/ч	8,68	9,67	11,15	12,64	14,13	15,61
Va	м/с	2,41	2,69	3,1	3,51	3,93	4,34
∆Vi	м/с	(0,09)	0,28	0,41	0,41	0,42	0,41
ax	м/с2	0,895	0,923	0,936	0,925	0,892	0,836
ami	м/с2	-	0,91	0,93	0,93	0,91	0,87
∆ti	с	(1,5)	0,31	0,44	0,44	0,46	0,47
t	с	3,45	3,76	4,2	4,64	5,1	5,57
Vmi	м/с	-	2,55	2,9	3,31	3,72	4,14
∆Si	м	3,68	0,79	1,28	1,46	1,71	1,95
S	м	6,92	7,71	8,99	10,45	12,16	14,11

Разгон автомобиля на третьей передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		15	16	17	18	19
Va	км/ч	15,23	16,26	18,43	20,6	22,76
Va	м/с	4,23	4,52	5,12	5,72	6,32
∆Vi	м/с	(0,11)	0,29	0,6	0,6	0,6
ax	м/с2	0,785	0,796	0,788	0,759	0,71
ami	м/с2	-	0,791	0,792	0,77	0,735
∆ti	с	(1,5)	0,37	0,76	0,78	0,82
t	с	7,07	0,44	8,2	8,98	9,8
Vmi	м/с	-	4,38	4,82	5,42	6,02
∆Si	м	(6,43)	1,62	3,66	4,23	4,94
S	м	20,54	22,16	25,82	30,05	34,99

Разгон автомобиля на четвёртой передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		20	21	22	23	24
Va	км/ч	22,31	22,42	25,41	28,4	31,39
Va	м/с	6,193	6,23	7,06	7,89	8,72
∆Vi	м/с	(0,123)	0,037	0,83	0,83	0,83
ax	м/с2	0,63	0,634	0,618	0,593	0,552
ami	м/с2	-	0,632	0,626	0,606	0,573
∆ti	с	(1,5)	0,06	1,33	1,37	1,45
t	с	11,3	11,36	12,69	14,06	15,51
Vmi	м/с	-	6,21	6,65	7,48	8,31
∆Si	м	(9,39)	0,37	8,85	10,25	12,05
S	м	44,38	44,75	53,6	63,85	75,9

Разгон автомобиля на пятой передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		25	26	27	28
Va	км/ч	30,91	34,24	38,27	42,3
Va	м/с	8,586	9,51	10,63	11,75
∆Vi	м/с	(0,134)	0,924	1,12	1,12
ax	м/с2	0,465	0,47	0,443	0,408
ami	м/с2	-	0,47	0,46	0,43
∆ti	с	(1,5)	1,97	2,43	2,6
t	с	17,01	18,98	21,41	24,01
Vmi	м/с	-	9,05	10,07	11,19
∆Si	м	(12,98)	17,83	24,47	29,09
S	м	88,88	106,71	131,18	160,27

Разгон автомобиля на шестой передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		29	30	31	32
Va	км/ч	41,79	45,12	50,43	55,72
Va	м/с	11,61	12,53	14,01	15,48
∆Vi	м/с	(0,142)	0,92	1,48	1,47
ax	м/с2	0,34	0,333	0,313	0,285
ami	м/с2	-	0,336	0,323	0,299
∆ti	с	(1,5)	2,74	4,58	4,92
t	с	25,51	28,25	32,83	37,75
Vmi	м/с	-	12,07	13,27	14,75
∆Si	м	(17,52)	33,07	60,78	72,57
S	м	177,79	210,86	271,64	344,21

Разгон автомобиля на седьмой передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		33	34	35	36
Va	км/ч	55,18	58,17	65,01	71,86
Va	м/с	15,33	16,16	18,06	19,96
∆Vi	м/с	(0,151)	0,83	1,9	1,9
ax	м/с2	0,225	0,225	0,204	0,174
ami	м/с2	-	0,225	0,215	0,189
∆ti	с	(1,5)	3,69	8,84	10,05
t	с	39,25	42,94	51,78	61,83
Vmi	м/с	-	15,75	17,11	19,01
∆Si	м	(23,11)	58,12	151,25	191,05
S	м	367,32	425,44	576,69	767,74

Разгон автомобиля на восьмой передаче

Параметр	Размерность	№ точки
		37	38	39	40
Va	км/ч	71,26	74,28	83,02	92
Va	м/с	19,795	20,63	23,06	25,56
∆Vi	м/с	(0,165)	0,84	2,43	2,5
ax	м/с2	0,125	0,12	0,097	0,064
ami	м/с2	-	0,123	0,109	0,081
∆ti	с	(1,5)	6,83	22,29	30,86
t	с	63,33	70,16	92,45	123,31
Vmi	м/с	-	20,21	21,85	24,31
∆Si	м	29,82	138,03	487,04	750,21
S	м	797,56	935,59	1422,63	2172,84

По данным таблицы 18 строим графики пути и времени разгона автомобиля, по которым определяем:

1) время разгона до скорости 60 км/ч

t₆₀=45с

2) путь проходимый АТС до достижения V_amax – Sv

Sv=2172,84м

3) время разгона с места на пути 1000м – t₁₀₀₀

t₁₀₀₀=72c

1.9 Мощностной баланс

Расчет мощностного баланса, проведем на высшей передаче.

Уравнение мощностного баланса имеет вид:

N_K=N_B+ N_+ N_ia (54)

где N_К – мощность, подведенная к ведущим колесам:

N_K = N_е  _Т, кВт (55)

где Ne – эффективная мощность двигателя (таб.2), кВт;

η_Т – КПД трансмиссии;

Nк=73,34,38·0,82=60,14 кВт

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 19

N_ – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги;

N_ψ=F_ψ·Va, кВт (56)

где F_ψ – сила сопротивления дороги (таблица 15), Н;

Va – скорость автомобиля (таблица 15),м/с;

N_ψ=2900·8,5=24650Вт=24,65кВт

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 19

N_В – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха:

N_В = F_B  V_a, кВт (57)

где F_B – сила сопротивления воздуха (таблица 15),Н;

N_В=51,8·5,047=261Вт=0,261кВт

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 12

N_ia – мощность, которая может быть затрачена на разгон автомобиля.

Таблица 19 – Мощносной баланс автомобиля на высшей передаче

ne, об/мин	Va, км/ч	Va, м/с	Ne, кВт	NК, кВт	NВ, кВт	NК - NВ, кВт	N, кВт
700	30,59	8,5	73,34	60,14	1,95	58,19	24,65
900	39,32	10,92	102,57	84,11	4,13	79,98	32,54
1100	48,06	13,35	133,01	109,07	7,53	101,54	40,72
1300	56,8	15,78	162,73	133,44	12,43	121,01	49,71
1500	65,54	18,21	190,05	155,84	19,1	136,74	59,36
1700	74,28	20,63	212,82	174,51	27,79	146,72	69,52
1900	83,02	23,06	229,83	188,46	38,81	149,65	80,94
2100	92	25,56	239,66	196,52	52,91	143,61	94,06

По данным таблицы 19 строим график мощностного баланса автомобиля на высшей передаче и определяем V_аmax – точка пересечения кривых N_ψ и N_к-N_в

V_аmax=92 км/ч

1.10 Топливная экономичность

Построим топливную характеристику установившегося движения – зависимость путевого расхода топлива Q_s от скорости движения V_а и определим эксплуатационный расход топлива проектируемого автомобиля, (все расчёты будем вести на высшей передаче).

Путевой расход будет определяться по зависимости:

, л/100 км (58)

где g_eN – средний удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г/кВтч;

g_eN = (1,05 … 1,1) g_emin (59)

где g_emin – минимальный удельный расход топлива, г/кВтч;

g_emin = 180 … 240 г/кВтч;

g_eN =1,05·180=189 г/кВтч

K_И – коэффициент использования мощности двигателя;

K_И = 1, 2 + 0,14 · U - 1.8 · U² + 1,46 · U³ (60)

(61)

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 20

K_И = 1,2 + 0,14 · 0,442 - 1,8 · 0,442 ² + 1,46 · 0,442 ³= 1,036

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 20

K_Е – коэффициент использования частоты вращения коленчатого вала двигателя;

K_Е = 1,25 – 0,99 · Е + 0,98 · Е² – 0,24 · Е³ (62)

(63)

где n_e, V_a – текущая соответственно частота вращения коленчатого вала и скорость АТС;

n_N, V_aN – соответственно частота вращения коленчатого вала и скорость автомобиля при максимальной мощности двигателя;

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 20

K_Е = 1,25 – 0,99·0,333 + 0,98·0,333² – 0,24·0,333³=1,018

Дальнейшие результаты расчётов сведены в таблицу 20

N_ и N_В – см. таблицу 19

_T – плотность топлива, кг/м³ : для дизельного топлива;

_T=835 кг/м³

V_a, км/ч – см. таблицу 15

л/100 км

Дальнейшие результаты расчётов заносим в таблицу 20 и строим топливную характеристику автомобиля, по которой определяем:

1) расход топлива при скорости 80км/ч и 60км/ч

расход топлива при скорости 80км/ч равен 35,5 л/100 км

расход топлива при скорости 60км/ч равен 30,2 л/100 км

2) эксплуатационный расход (э.р.) топлива

э.р. = 1,1·Q_P (64)

где Q_P – путевой расход при расчетной скорости V_P

; (65)

км/ч;

Q_P=32,4 л/100 км;

э.р. = 1,1·32,4=35,64 л/100 км;

3) контрольный расход топлива Q_к – минимальный расход по топливной характеристике

Q_к=28 л/100 км

Таблица 20 – Топливная экономичность автомобиля на высшей передаче

Va, км/ч	NК, кВт	N + NВ, кВт	U	E	KИ	KЕ	QS , л/100кмч
30,59	60,14	26,6	0,442	0,333	1,036	1,018	25,32
39,32	84,11	36,67	0,436	0,427	1,04	0,987	26,43
48,06	109,07	48,25	0,442	0,522	1,036	0,966	27,74
56,8	133,44	62,14	0,466	0,617	1,022	0,956	29,5
65,54	155,84	78,46	0,504	0,712	1,001	0,955	31,59
74,28	174,51	97,31	0,558	0,807	0,972	0,963	33,85
83,02	188,46	119,75	0,635	0,902	0,937	0,978	36,48
92	196,52	146,97	0,748	1	0,909	1	40,08