Устройство автомобилей
Уравнение движения автомобиля
Силовой баланс при прямолинейном движении автомобиля
В предыдущей статье рассмотрены все силы, действующие на автомобиль во время его прямолинейного движения – сила тяги Рт , сила тяжести G , сила сопротивления воздуха Рω , касательные Rx и нормальные Ry составляющие реакции дороги, силы инерции Pj , силы сопротивления подъему Pα , силы сопротивления качению колес Pf , и (в случае движения автопоезда) сила Рпр на буксирном крюке.
Эти силы можно разделить на две группы – силы, обеспечивающие движение автомобиля, и силы сопротивления, препятствующие этому движению. В общем случае лишь одна сила обеспечивает его движение – сила тяги Рт , приложенная к ведущим колесам. В частных случаях реально помогать движению автомобиля могут еще три силы – сила тяжести (при движении под уклон), сила инерции и сила попутного ветра. Тем не менее, эти силы при составлении динамического баланса тоже следует отнести к силам сопротивления движению автомобиля, учитывая лишь их векторное значение для каждого конкретного случая..
Спроектировав все силы на плоскость опорной поверхности автомобиля, получим уравнение динамики прямолинейного движения:
Очевидно, что движение возможно лишь в том случае, если сила тяги Рт будет больше суммы сил Pψ , Pj , Pω , препятствующих движению. При этом движение возможно до тех пор, пока не начнется пробуксовка ведущих колес, т. е. сила тяги на ведущих колесах не превысит значение, при котором не будет иметь место сцепление шин с поверхностью дороги.
Сила тяги по сцеплению
Сила тяги образуется касательными реакциями дороги. Эти реакции представляют собой силы трения и силы зацепления, при этом силы зацепления возникают на деформируемых грунтах. Сила тяги ведущего колеса, которую можно реализовать для движения автомобиля на данном дорожном покрытии или грунте, имеет предел, зависящий от сцепных свойств шины.
Предельные значения силы тяги, которые можно реализовать по сцепным свойствам дороги, называют силой тяги по сцеплению Pφ . Основными факторами, влияющими на силу тяги по сцеплению, являются:
- нагрузка на ведущие колеса (сцепная нагрузка) и ее распределение по колесам;
- качество и состояние дорожного покрытия (грунта);
- удельное давление шин на дорогу;
- тип силовой передачи;
- состояние протектора шин.
Рассмотрим влияние каждого из этих факторов на силу тяги по сцеплению.
Сцепная нагрузка
При увеличении нагрузки на колесо увеличивается сила трения и сила зацепления. Сила тяги по сцеплению прямо пропорциональна сцепной нагрузке Gφ или нормальным реакциям на ведущих колесах:
где φx – коэффициент продольного сцепления колеса с опорной поверхностью.
А поскольку сила тяги определяется максимальным значением касательной реакции дороги, которая пропорциональна Rz , то можно записать:
где Rx max – максимально возможная продольная реакция по сцеплению.
Коэффициент φx определяется экспериментальным путем чаще всего при скольжении колеса в тормозном режиме, т. е. при протаскивании полностью заторможенного колеса:
Дорожное покрытие
Качество и состояние дорожного покрытия являются решающими факторами, влияющими на коэффициент сцепления φx . При движении автомобиля по дороге с твердым покрытием коэффициент продольного сцепления колеса с опорной поверхностью зависит от шероховатости и влажности дороги, наличия пыли и грязи. При этом даже тонкий слой воды на дорожном покрытии может не только существенно снизить φx , но и создавать подъемную силу, еще больше снижая сцепление шины с дорогой. Такой же и даже более выраженный эффект может создавать жидкая грязь на дороге.
Следует учитывать, что подъемная сила, возникающая при движении по мокрым и грязным дорогам, пропорциональная квадрату скорости движения автомобиля, и при большой скорости может вызвать аквапланирование, когда полностью прерывается контакт между шинами и дорогой.
Удельное давление на дорогу
Удельное давление шины на дорогу определяется площадью опорной поверхности шины и весом автомобиля, приходящимся на данное колесо. Регулировать удельное давление шины на дорогу можно изменением давления в шине – при снижении давления увеличивается площадь опорной поверхности и удельное давление снижается, и наоборот – при увеличении давления воздуха в шине уменьшается площадь опорной поверхности, что приводит к увеличению удельного давления колеса на дорогу.
Очевидно, что увеличение опорной поверхности шины с дорогой приводит к увеличению силы сцепления, особенно, на грунтовых дорогах, поскольку в зацеплении участвует большее количество грунтозацепов протектора покрышки.
При движении по влажным дорожным покрытиям повышенное удельное давление (давление в шинах) может благотворно сказаться на сцеплении шин с дорогой из-за выдавливания влаги из-под колес.
Удельное давление, оказываемое колесом на опорную поверхность, в некоторой степени зависит и от размеров шины – от ее диаметра и ширины. При увеличении диаметра колеса сегмент дуги, по которой осуществляется контакт шины с дорогой, имеет бȯльшую длину, чем опорный сегмент маленького колеса. Широкая шина создает колесу опору большей площади, чем узкая.
Влияние на сцепные свойства типа трансмиссии
Многочисленные опыты показали, что применение бесступенчатых трансмиссий обеспечивает повышение силы тяги по сцеплению. Главную роль здесь играет возможность плавного изменения величины тяговых моментов на ведущих колесах, без рывков и резких толчков.
В трансмиссиях, оснащенных ступенчатыми коробками передач, потеря сцепления колес с опорной поверхностью чаще всего имеет место во время переключения передач, сопровождающихся резким изменением величины крутящего момента на колесах.
Влияние конструкции шин
Важную роль в повышении сцепления колеса с дорогой играют рисунок протектора, а для шин повышенной проходимости размеры (особенно, высота) грунтозацепов протектора. Протектор шин легковых автомобилей обычной проходимости, как правило, имеет мелкий рисунок, обеспечивающий хорошее сцепление с твердым покрытием.
Наименьший коэффициент сцепления при прочих равных условиях у шин с изношенным рисунком протектора. Поэтому использование автомобилей с такими шинами запрещено.
Недостаточная величина коэффициента сцепления является причиной многих дорожно-транспортных происшествий. Для обеспечения безопасности дорожного движения его величина не должна быть меньше 0,4.
На дорогах с низкими сцепными свойствами коэффициент сцепления φx снижается до 0,2 и становится соизмеримым с коэффициентом сопротивления качению f . Это означает,что движение может оказаться невозможным из-за отсутствия запаса силы тяги по сцеплению. Следовательно, условие качения колес без скольжения можно представить в виде
Если сила тяги Рт меньше силы сцепления Рφ , ведущие колеса катятся без буксования. Если сила тяги превысит силу сцепления колес с дорогой, ведущие колеса будут пробуксовывать, а для движения использоваться лишь часть силы тяги, равная φRz . Остальная часть силы тяги вызывает ускоренное вращение буксующих колес. Буксование колес связано со значительными потерями энергии на трение шин о дорогу и разрушение опорной поверхности.
Не менее вредное влияние на сцепную тягу автомобиля и его устойчивость на дороге оказывает скольжение заторможенных колес по твердому дорожному покрытию (блокировка колес). В этом случае изношенные частицы шины, попадая на опорную поверхность колеса и дороги, вызывают эффект «смазки», существенно снижая сцепные свойства шины. Это явление явилось причиной появления тормозных систем с антиблокировочными устройствами (АБС).
Условия возможности движения автомобиля
Согласно уравнению силового баланса (1) равномерное безостановочное движение автомобиля возможно лишь при условии
Выполнение этого условия для безостановочного движения автомобиля необходимо, но недостаточно, поскольку оно возможно лишь при отсутствии буксования ведущих колес.
Учитывая формулу (2) условие безостановочного движения можно выразить так:
Если суммарная сила сопротивления движению больше силы тяги, то двигатель автомобиля заглохнет. Если сила тяги превысит силу сцепления, ведущие колеса начнут пробуксовывать.
Формула (4) справедлива для полноприводных автомобилей, где вертикальная реакция Rz на ведущих колесах равна весу автомобиля. Для переднеприводных автомобилей вместо Rz следует подставить Rz1 , для заднеприводных – Rz2 .
Мощностной баланс автомобиля
Иногда вместо силового баланса, характеризуя возможность движения автомобиля, пользуются мощностным балансом. Мощность силы определяется ее модульной величиной и скоростью v движения тела под действием этой силы. Если умножить все члены уравнения силового баланса (1) на v /1000, получим уравнение мощностного баланса:
где Nт – тяговая мощность:
Nт = Ртv/ 1000 = Мкiтрηтрv/ 1000 r = Nеηтр
(здесь Nе – эффективная мощность двигателя, ηтр – КПД трансмиссии, iтр – передаточное число трансмиссии);
Nα – мощность, затрачиваемая на преодоление подъема:
Nf – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению:
Nω — мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха:
Nj – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону:
Nψ – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги:
Уравнение мощностного баланса устанавливает соотношения между мощностью, подводимой к ведущим колесам автомобиля и мощностью, необходимой для преодоления сопротивления движению автомобиля.
Используя уравнение мощностного баланса строят графики мощностного баланса для движения автомобиля на каждой из передач. Такие графики удобно использовать при сравнительной оценке тяговых свойств автомобиля графическими методами.
Источник статьи: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/7_teoria_avto_5/index.shtml
Уравнение движения автомобиля
Уравнение движения автомобиля выражает связь между движущими силами и силами сопротивления движению и позволяет определить режим движения автомобиля в любой момент.
Для вывода уравнения движения используется схема движения автомобиля на подъем и рассматривается разгон автомобиля на подъеме (рис. 4.1).
Рисунок 4.1 – Схема сил, действующих на автомобиль на подъеме
Проекция всех сил, действующие на автомобиль на поверхность дороги:
 | (4.1) |
Подставим в формулу (4.1) касательные реакции дороги Rх1 и Rх2, объединим члены с коэффициентом сопротивления качению f и члены с ускорением j и, принимая во внимание соотношения f (Rzl + Rz2) = Pк. При этом учтем, что jk1 + jk2 = jk ,а также принимая во внимание коэффициент учета вращающихся масс, получим уравнение движения автомобиля в общем виде: 
.
Принимая во внимание, что силы сопротивления качению Рк и подъему Рп в совокупности представляют силу сопротивления дороги Рд, получим:
 | (4.2) |
При установившемся (равномерном) движении, когда нет разгона и Ри = 0:
 | (4.3) |
Из уравнения (4.3) следует, что безостановочное движение автомобиля возможно только при условии:
 | (4.4) |
Данное неравенство связывает конструктивные параметры автомобиля с эксплуатационными факторами, обусловливающими сопротивление движению, и не гарантирует отсутствия буксования ведущих колес. Безостановочное движение автомобиля без буксования ведущих колес возможно лишь при соблюдении условия:
 | (4.5) |
Условие равномерного движения при отсутствии буксования ведущих колес записывается в виде:
 | (4.6) |
| | | следующая лекция ==> | |
| Сила и мощность сопротивления разгону | | | Силовой баланс автомобиля |
Дата добавления: 2017-06-02 ; просмотров: 2281 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник статьи: http://helpiks.org/9-18882.html
Уравнение движения автомобиля
Скоростные характеристики двс
Наиболее важные характеристики — скоростные, нагрузочные и регулировочные — позволяют оценивать работу двигателей, эффективность их использования, техническое состояние и качество ремонта, сравнивать различные их типы и модели, а также судить о совершенстве конструкций новых двигателей
Скоростной характеристикой называются зависимости эффективной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме двигателя от угловой скорости коленчатого вала ωе.
У двигателя различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные.
Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива, частичные — при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топлива. На частичных скоростных характеристиках значения эффективной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения аналогичен. Тягово-скоростные свойства автомобиля. Определяют при работе двигателя только на внешней скоростной характеристике. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на рис. 3.3.
Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:
Nmах — максимальная (номинальная) эффективная мощность;
ωN — угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;
Мmах — максимальный крутящий момент;
ωм — угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;
Nм — мощность при максимальном крутящем моменте;
MN — крутящий момент при максимальной мощности;
ωmin — минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей ωmin = 80. 100 рад/с;
ωmax — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорости автомобиля при движении на высшей передаче; для бензиновых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала
Из рис. 3.3 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях ωN и ωм, а затем уменьшаются с ростом ωe вследствие ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают динамические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя.
В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от ωм до ωN.
Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем угловой скорости коленчатого вала показана на рис.3.4. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях и автобусах. Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигателя и снижает угловую скорость коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя.
Включение ограничителя соответствует максимальной угловой скорости ωmах = (0,8. 0,9)ωN.
Внешняя скоростная характеристика дизеля. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.
Рис. 3.5. Внешняя скоростная характеристика дизеля с регулятором угловой
скорости коленчатого вала
У дизелей мощность не достигает максимального значения при ωм вследствие неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальная мощность, соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т.е. Nmax при угловой скорости ωmax = ωN и МN. Скоростные характеристики двигателей определяют экспериментально в процессе их испытаний на специальных стендах.
При проведении испытаний с двигателя снимают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.
Если экспериментальная скоростная характеристика отсутствует, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную характеристику можно рассчитать, используя известные соотношения.
Для бензиновых двигателей
Для четырехтактных дизелей
Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле
Уравнение движения автомобиля.
Оценку тягово-скоростных свойств автомобиля производят, решая уравнение его движения. Уравнение движения автомобиля связывает силу, движущую автомобиль, с силами сопротивления и позволяет определить характер прямолинейного движения автомобиля, т. е. в каждый момент времени найти ускорение, скорость, время движения и пройденный автомобилем путь.
Данное уравнение называется уравнением движения автомобиля.
Здесь 
– полная масса автомобиля, кг;
– сила тяжести автомобиля, Н;
– расчетный радиус качения ведущих колес, м;
– передаточное число трансмиссии;
– коэффициент сопротивления воздуха, Н 
;
– коэффициент полезного действия трансмиссии;
– скорость движения автомобиля, м/с;
– площадь лобового сопротивления автомобиля, 
;
– коэффициент сопротивления качению;
i – коэффициент сопротивления подъему (тангенс угла наклона дороги по отношению к горизонту);
– угол наклона продольного профиля дороги, град (рад);
– коэффициент учета вращающихся масс автомобиля.
Решение уравнения движения автомобиля в общем виде аналитическими методами практически невозможно, так как неизвестны точные функциональные зависимости, связывающие силы, действующие на автомобиль, с его скоростью. Поэтому уравнение движения автомобиля решают численными методами на ЭВМ или приближенно, используя графо-аналитические методы. Наибольшее распространение получили метод силового (тягового) баланса, метод мощностного баланса и метод динамической характеристики.
Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 1273 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник статьи: http://studopedia.net/2_61282_uravnenie-dvizheniya-avtomobilya.html