Анализ технических характеристик автомобиля и выбор прототипа

По полученным значениям  эффективной мощности и крутящего  момента строим внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Рисунок 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

3.2 Расчет и построение динамической характеристики автомобиля

Динамический фактор вычисляется  для каждой передачи в коробке  и его график строится в зависимости  от скорости движения автомобиля:

где  G – вес автомобиля, G = mg;

m – полная масса автомобиля;

P_T – тяговая сила сопротивления воздуха;

Р_В – сила сопротивления воздуха;

Р_СВ – свободная сила тяги;

Остальные значения D в таблице 4.

Тяговая сила на i –й передаче в коробке вычисляется по формуле:

где r_Д – динамический радиус  колеса, принимаем равным r_ст;

Остальные значения P_T таблице 4.

Абсциссы подсчитываются по формуле:

,

Остальные значения V в таблице 4.

Затем при таких же значениях скоростей вычисляется сила сопротивления воздуха и свободная окружная сила P_св=Р_Т-Р_В;

 

Таблица 4 - Расчетные данные для построения динамической характеристики.

ωe	50	125	200	275	350	425	500
Ne	6,18976	17,92563	31,16224	44,2788	55,65448	63,66849	66,7
Me	123,7952	143,405	155,8112	161,0138	159,0128	149,8082	133,4
v1	1,099011	2,747526	4,396042	6,044558	7,693074	9,341589	10,99011
Pt1	4767,027	5522,149	5999,879	6200,217	6123,164	5768,719	5136,883
Pв1	0,545949	3,412179	8,735177	16,51494	26,75148	39,44478	54,59486
Pсв1	4766,481	5518,737	5991,144	6183,702	6096,413	5729,274	5082,288
v2	1,88172	4,704301	7,526882	10,34946	13,17204	15,99462	18,8172
Pt2	2784,161	3225,187	3504,203	3621,21	3576,207	3369,195	3000,174
Pв2	1,600509	10,00318	25,60815	48,41541	78,42496	115,6368	160,0509
Pсв2	2782,561	3215,183	3478,595	3572,794	3497,782	3253,558	2840,123
v3	2,857427	7,143568	11,42971	15,71585	20,00199	24,28813	28,57427
Pt3	1833,472	2123,903	2307,646	2384,699	2355,063	2218,738	1975,724
Рв3	3,690612	23,06633	59,0498	111,641	180,84	266,6467	369,0612
Pcв3	1829,781	2100,837	2248,596	2273,058	2174,223	1952,091	1606,663
v4	3,857527	9,643817	15,43011	21,2164	27,00269	32,78898	38,57527
Pt4	1358,127	1573,262	1709,367	1766,444	1744,491	1643,51	1463,499
Pв4	6,726141	42,03838	107,6183	203,4658	329,5809	485,9637	672,6141
Pсв4	1351,401	1531,223	1601,749	1562,978	1414,91	1157,546	790,8852
v5	4,797919	11,9948	19,19168	26,38855	33,58543	40,78231	47,97919
Pt5	1091,934	1264,902	1374,331	1420,221	1402,571	1321,382	1176,653
Pв5	10,40528	65,03301	166,4845	314,7598	509,8588	751,7816	1040,528
Pсв5	1081,529	1199,869	1207,847	1105,461	892,7121	569,6002	136,1252
D1	0,271441	0,314281	0,341183	0,352149	0,347178	0,32627	0,289426
D2	0,158461	0,183098	0,198099	0,203463	0,199191	0,185283	0,161739
D3	0,104202	0,119638	0,128053	0,129446	0,123818	0,111168	0,091496
D4	0,07696	0,0872	0,091216	0,089008	0,080576	0,06592	0,045039
D5	0,061591	0,06833	0,068784	0,062954	0,050838	0,032438	0,007752

По результатам расчета  строится график D=D(V).

Рисунок 3. Динамическая характеристика.

3.3 Расчет ускорений автомобиля

Ускорения автомобиля рассчитываются для каждой передачи по известным  значениям динамического фактора  по формуле:

, м/с²   

где δ_вi - коэффициент вращающихся масс на i-ой передаче.

 

где δ₁=0,04 – коэффициент, учитывающий инерционный момент колес.

δ₂ - коэффициент, учитывающий инерционный момент маховика, причем

δ₂=7·10^-4 - для легковых автомобилей;

Расчеты сводятся в таблицу и по ним строится график.

Таблица 5 - Расчеты ускорения автомобиля.

v1	1,099011		2,747526		4,396042		6,044558		7,693074		9,341589	10,99011
v2	1,88172		4,704301		7,526882		10,34946		13,17204		15,99462	18,8172
v3	2,857427		7,143568		11,42971		15,71585		20,00199		24,28813	28,57427
v4	3,857527		9,643817		15,43011		21,2164		27,00269		32,78898	38,57527
v5	4,797919		11,9948		19,19168		26,38855		33,58543		40,78231	47,97919
D1	0,271441		0,314281		0,341183		0,352149		0,347178		0,32627	0,289426
D2	0,158461		0,183098		0,198099		0,203463		0,199191		0,185283	0,161739
D3	0,104202		0,119638		0,128053		0,129446		0,123818		0,111168	0,091496
D4	0,07696		0,0872		0,091216		0,089008		0,080576		0,06592	0,045039
D5	0,061591		0,06833		0,068784		0,062954		0,050838		0,032438	0,007752
ψ1	0,011008		0,01105		0,011128		0,011241		0,011391		0,011576	0,011797
ψ2	0,011023		0,011146		0,011374		0,011707		0,012145		0,012688	0,013337
ψ3	0,011054		0,011337		0,011862		0,01263		0,013641		0,014893	0,016389
ψ4	0,011098		0,011614		0,012571		0,013971		0,015812		0,018096	0,020821
ψ5	0,011152		0,01195		0,013431		0,015596		0,018445		0,021977	0,026193
W1	2,203705		2,565844		2,792828		2,884656		2,841328		2,662845	2,349206
W2	1,338347		1,560872		1,694971		1,740644		1,697889		1,566709	1,347102
W3	0,863974		1,004523		1,077697		1,083495		1,021918		0,892966	0,696638
W4	0,615516		0,706402		0,734987		0,701273		0,60526		0,446947	0,226334
W5	0,472927		0,528637		0,519007		0,444038		0,303729		0,09808	-0,17291

Рисунок 4. Ускорения автомобиля.

 

3.4 Расчет времени и пути разгона автомобиля

Из курса механики известно, что  , где W - ускорение м/с².

Переходя к конечно-разностной форме записи, имеем:

В интервале скоростей V_i-1…V_i считается, что автомобиль движется равноускоренно, поэтому

где i=1,2….

Интервалы скоростей для расчета  рекомендуется брать 0,5…1 м/c на первой передаче, 1…3 м/c на промежуточных передачах и 3…4 м/с – на высшей.

Время разгона можно определить, просуммировав Dt_i нарастающим итогом:

, с, i=0,1,2,….    

Такие расчеты можно сделать  до момента переключения передач.

При переключении передач двигатель  отсоединяется от трансмиссии и  поэтому автомобиль движется с замедлением. Переключать передачу можно в  различные моменты, но для получения  максимальной интенсивности разгона  нужно использовать наибольшие значения ускорения. Для этого момент переключения должен совпадать с точкой пересечения  кривых ускорения соседних передач, или, если они не пересекаются, то переключение нужно делать при достижении максимальной скорости на данной передаче. Потеря скорости зависит от дорожных условий и  определяется по формуле:

DVП=-9.3YDtП=9,31,1202110,011797=0,122902 м/с

Время переключения определяется по формуле:

DtП=С(Uk/Uk+1)1.5=0,5(3,51/2,05) 1.5=1,120211

где C=0.5…0.7 (меньшие значения для легковых автомобилей, а большие для грузовых с дизелем).

Расчет пути разгона основывается на зависимости:

, м/с, откуда

 или

, м   

i=1,2,3,….

Путь разгона находится суммированием Dx_i нарастающим итогом:

, м     

Так как потеря скорости при переключении известна, то путь, пройденный за время Dt_П , находится из выражения:

 м  

где V_Н - скорость автомобиля в начале переключения передачи, м/с;

      V_K – скорость автомобиля в конце переключения передачи, м/с, причем:

VK=VН-DVП=10,99011-0,122902=10,8672, м/с

Полученные значения сводятся в  таблицу и по ним строят графики

Таблица 6 - Время и путь разгона автомобиля

v1		1,099011		2,747526	4,396042	6,044558	7,693074	9,341589	10,99011
v2		1,88172		4,704301	7,526882	10,34946	13,17204	15,99462	18,8172
v3		2,857427		7,143568	11,42971	15,71585	20,00199	24,28813	28,57427
v4		3,857527		9,643817	15,43011	21,2164	27,00269	32,78898	38,57527
v5		4,797919		11,9948	19,19168	26,38855	33,58543	40,78231	47,97919
ψ1		0,011008		0,01105	0,011128	0,011241	0,011391	0,011576	0,011797
ψ2		0,011023		0,011146	0,011374	0,011707	0,012145	0,012688	0,013337
ψ3		0,011054		0,011337	0,011862	0,01263	0,013641	0,014893	0,016389
ψ4		0,011098		0,011614	0,012571	0,013971	0,015812	0,018096	0,020821
ψ5		0,011152		0,01195	0,013431	0,015596	0,018445	0,021977	0,026193
W1		2,203705		2,565844	2,792828	2,884656	2,841328	2,662845	2,349206
W2		1,338347		1,560872	1,694971	1,740644	1,697889	1,566709	1,347102
W3		0,863974		1,004523	1,077697	1,083495	1,021918	0,892966	0,696638
W4		0,615516		0,706402	0,734987	0,701273	0,60526	0,446947	0,226334
W5		0,472927		0,528637	0,519007	0,444038	0,303729	0,09808	0
Wср1 Wср2				2,384774 1,44961	2,679336 1,627922	2,838742 1,717807	2,862992 1,719266	2,752087 1,632299	2,506026 1,456905
Wср3				0,934248	1,04111	1,080596	1,052707	0,957442	0,794802
Wср4				0,660959	0,720694	0,71813	0,653267	0,526103	0,33664
Wср5				0,500782	0,523822	0,481522	0,373883	0,200904	0,04904
∆Vi1				1,648516	1,648516	1,648516	1,648516	1,648516	1,648516
∆Vi2				2,822581	2,822581	2,822581	2,822581	2,822581	2,822581
∆Vi3				4,286141	4,286141	4,286141	4,286141	4,286141	4,286141
∆Vi4				5,78629	5,78629	5,78629	5,78629	5,78629	5,78629
∆Vi5				7,196879	7,196879	7,196879	7,196879	7,196879	7,196879
Vср1				1,923268	3,571784	5,2203	6,868816	8,517331	10,16585
Vср2				3,293011	6,115591	8,938172	11,76075	14,58333	17,40591
Vср3				5,000498	9,286639	13,57278	17,85892	22,14506	26,4312
Vср4				6,750672	12,53696	18,32325	24,10954	29,89583	35,68212
Vср5				8,396358	15,59324	22,79012	29,98699	37,18387	44,38075
∆ti1				0,691267	0,61527	0,580721	0,575802	0,599006	0,657821
∆ti2				1,947131	1,733855	1,64313	1,641735	1,729206	1,937381
∆ti3				4,587796	4,116896	3,966461	4,071544	4,476658	5,392714
∆ti4				8,754387	8,02877	8,057437	8,85747	10,99839	17,18834
∆ti5				14,37127	13,73916	14,94609	19,24901	35,82245	146,7557
∆Xi1				1,329492	2,197613	3,031535	3,955076	5,10193	6,687305
∆Xi2				6,411925	10,60355	14,68658	19,30804	25,21758	33,72189
∆Xi3				22,94127	38,23213	53,8359	72,71337	99,13587	142,5359
∆Xi4				59,098	100,6564	147,6385	213,5496	328,806	613,3164
∆Xi5				120,6664	214,238	340,6231	577,2198	1332,017	6513,129
t1				0,691267	1,306537	1,887258	2,463059	3,062065	3,719886
t2				1,947131	3,680987	5,324116	6,965852	8,695057	10,63244
t3				4,587796	8,704693	12,67115	16,7427	21,21936	26,61207
t4 t5				8,754387 14,37127	16,78316 28,11044	24,84059 43,05653	33,69806 62,30553	44,69645 98,12799	61,88479 244,8837
∆tп		1,120211		0,935621	0,784279	0,693563
∆Vп		0,122902		0,116049	0,119537	0,134299
X1		0		1,329492	3,527104	6,55864	10,51372	15,61565	22,30295
X2		0		6,411925	17,01547	31,70205	51,0101	76,22768	109,9496
X3		0		22,94127	61,1734	115,0093	187,7227	286,8585	429,3945
X4		0		59,098	159,7544	307,3928	520,9424	849,7484	1463,065
X5		0		120,6664	334,9044	675,5275	1252,747	2584,765	9097,893
Vk		10,8672		18,70116	28,45474	38,44097
∆Xп		6,702343		10,03392	12,88209	15,42676

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Расчет топливной экономичности автомобиля

Топливная экономичность является одной из наиболее важных характеристик  транспортных средств. Проблему уменьшения  расхода топлива решают как созданием  экономичных конструкций транспортных средств, так и совершенствованием методов эксплуатации автомобилей.

Характеристика топливной экономичности  автомобиля и эксплуатационный расход топлива являются основными понятиями  при определении экономической  эффективности автомобиля.

Под топливной экономичностью понимается способность автомобиля (автобуса) выполнять транспортную работу (перевозку  пассажиров) в регламентируемых условиях с минимально возможными затратами  топлива.

В соответствии с ГОСТ 20306-85 в настоящее  время действуют следующие показатели: топливная характеристика автомобиля при установившемся движении, топливная характеристика на дороге с переменным профилем и контрольный расход топлива. Эти показатели определяются экспериментально на дороге. Топливная характеристика при установившемся движении часто называется дорожной экономической характеристикой и представляет собой зависимость расхода топлива от скорости установившегося движения. Контрольный расход топлива - это средний расход топлива, измеренный при пробеге автомобиля с заданной скоростью. Контрольный расход топлива и скорость движения автомобиля, при которой расход определен, указывают в технической характеристике автомобиля.

Для построения топливно-экономической  характеристики существуют ряд аналитических зависимостей, предложенных различными авторами. Ниже рассматривается метод, предложенный доц. Сергеевым С.С.

Расход топлива при движении автомобиля складывается из двух составляющих. Это расход, связанный с преодолением сил сопротивления движению автомобиля и расход топлива, затрачиваемый  на преодоление тепловых, механических и насосных потерь в двигателе, а  также на привод вспомогательных агрегатов.

Проф. И.М. Ленин установил, что массовый расход топлива на один оборот и  на единицу рабочего объема двигателя  линейно зависит от среднего эффективного давления двигателя.

,               

где m_T - расход топлива, г/обор. ;

V_st - рабочий объем двигателя, л;

, - эмпирические коэффициенты;

Р_me - среднее эффективное давление, МПа.

В действительности коэффициент  , характеризующий внутренние потери тепловой энергии сгорания топлива в двигателе, а также потери на привод вспомогательных агрегатов, является величиной переменной.

Расход топлива при определении  топливной экономичности измеряется в литрах на 100 км пробега. Если умножить обе части выражения на V_st и на число оборотов, которое сделает двигатель на пути 100 км, равное:

, об/100 км    

где r - радиус колеса, м, и разделить на плотность топлива, то в левой части получим расход топлива в литрах на 100 км.

Рабочий объем четырехтактного  двигателя можно определить по формуле:

   

Современные двигатели имеют при  номинальной мощности следующие  значения Р_me, МПа:

-0,7…0,85 - бензиновые (большие значения у двигателей, использующих высокооктановые бензины);

-0,66…0,7 – дизели;

-0,8…1,0 - дизели с турбонаддувом.

Коэффициент зависит от скоростного режима и загрузки двигателя, поэтому первый член можно представить эмпирической формулой вида:

, 

где V_N – скорость при N_max,

причем:

, м/с

- эмпирические коэффициенты, а Р_Т=Р_д+Р_в определяются по формулам.

С учетом изложенного окончательная формула для расчета характеристики  топливной экономичности имеет вид:

 

Коэффициент определятся равенством теплоты сгорания топлива с работой по перемещению автомобиля на 100 км, поэтому:

=2,27 - для бензиновых двигателей  и 

СПГ -сжиженный природный газ

СНГ –сжиженный нефтяной газ

=2.35 - для дизелей.

При проектировочных расчетах можно  рекомендовать:

- для дизелей;

- для бензиновых двигателей;

Плотность топлива:

r_Т =740 кг/м³ – бензины;

r_Т =840 кг/м³ - дизельные топлива.

При расчете топливно-экономической  характеристики нужно учесть, что  на горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием y₁=f автомобиль движется на высшей передаче и учитывается это значением U_K.

Расчет выполняют для 8…10 значений скорости от V_min=8 м/с до V_max. Результаты расчета сводят в таблицу и по ним строят характеристику топливной экономичности . Для одного значения скорости расчет приводят полностью с подстановкой числовых величин.

Таблица 7 - Характеристика топливной экономичности.

qп	9,187818	6,761076	6,301069	6,511415	7,144245	8,113553	9,380559
Pт	197,4273	219,8365	261,4537	322,2787	402,3116	501,5525	620,0012