Расчёт тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля

 

 

Тольятти 2010г.

Таблица.1.Тяговый расчёт автомобиля. Исходные данные

Параметр	Значение
Колёсная формула	4´2
Длина, мм	4350
Ширина, мм	1680
Высота, мм	1420
Снаряжённая масса mо, кг	1088
Шины	175/65R14
Коэффициент сопротивления качению fo	0,016
Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx	0,32
Максимальная частота вращения колен вала we max, рад/с (об/мин)	607,07 (5800)
Максимальная скорость Vmax, км/ч (м/с)	180 (50)
Коэффициент уклона i	0,3
Количество мест n	5

 

За аналог взят автомобиль «LADA PRIORA» седан

Определение параметров автомобиля

Полная масса автомобиля

Статический радиус колеса

Коэффициент аэродинамического сопротивления  =0,32

Коэффициент обтекаемости

Лобовая площадь

КПД трансмиссии автомобиля = 0,90

Коэффициент сопротивления качению

 

 

Коэффициент сцепления колёс с дорогой

Определение передаточного числа главной передачи

 (в дальнейшем принимаем U₀=3,9)

Расчёт внешней скоростной характеристики двигателя

 

 

Максимальная мощность двигателя

 

 

Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

 

об/мин	n(рад)	Ne	Me
900	94,2	15465,32	164,1754
1200	125,6	21228,79	169,019
1500	157	27166,07	173,0323
1800	188,4	33198,95	176,2153
2100	219,8	39249,21	178,5678
2400	251,2	45238,63	180,0901
2700	282,6	51089	180,782
3000	314	56722,08	180,6436
3300	345,4	62059,67	179,6748
3600	376,8	67023,55	177,8757
3900	408,2	71535,5	175,2462
4200	439,6	75517,3	171,7864
4500	471	78890,74	167,4963
4800	502,4	81577,59	162,3758
5100	533,8	83499,63	156,4249
5400	565,2	84578,65	149,6438
5700	596,6	84736,44	142,0322
5800	607,0667	84570,79	139,3105

 

(в дальнейшем принимаем N_max=74кВт, M_max=145Нм)

Определение передаточных чисел коробки передач

 

 

Во избежание буксования ведущих колёс тяговая сила на первой передаче должна быть меньше силы сцепления колёс с дорогой:

 

 

Сцепной вес автомобиля с приводом на передние колёса:

Скорость, с которой начинается разгон на второй передаче, примерно равна скорости в конце разгона на первой передаче.

 

 

Для пятиступенчатой коробки передач

 

 

Т.к. конструкция коробки передач переднеприводного автомобиля не позволяет выполнить прямой передачи, передаточное число 4 передачи будет близко, но не равно единице.

 

 

Передаточное число для заднего хода определяется во время компоновки коробки передач, обычно

 

 

Для дальнейшего расчета:

 

Тяговый баланс автомобиля

Сила тяги на разных передачах:

Сила сцепления колес с дорогой:

Сила сопротивления дороги:

Сила сопротивления воздуха:

 

 

Сила сопротивления качению:

об/мин	n(рад)	V1	V2	V3	V4	V5	Pт1	Pт2	Pт3	Pт4	Pт5
900	94,2	2,88	3,69	4,73	6,06	7,77	4825,22	3768,27	2941,09	2297,72	1792,22
1200	125,6	3,85	4,92	6,31	8,08	10,4	4967,58	3879,44	3027,86	2365,51	1845,1
1500	157	4,81	6,16	7,89	10,1	12,9	5085,53	3971,56	3099,75	2421,68	1888,91
1800	188,4	5,77	7,39	9,47	12,1	15,5	5179,08	4044,61	3156,77	2466,23	1923,66
2100	219,8	6,73	8,62	11	14,1	18,1	5248,22	4098,61	3198,92	2499,15	1949,34
2400	251,2	7,69	9,85	12,6	16,2	20,7	5292,96	4133,55	3226,19	2520,46	1965,96
2700	282,6	8,65	11,1	14,2	18,2	23,3	5313,3	4149,43	3238,58	2530,14	1973,51
3000	314	9,62	12,3	15,8	20,2	25,9	5309,23	4146,25	3236,1	2528,2	1972
3300	345,4	10,6	13,5	17,4	22,2	28,5	5280,75	4124,02	3218,75	2514,65	1961,42
3600	376,8	11,5	14,8	18,9	24,2	31,1	5227,88	4082,72	3186,52	2489,47	1941,78
3900	408,2	12,5	16	20,5	26,2	33,7	5150,6	4022,37	3139,41	2452,66	1913,08
4200	439,6	13,5	17,2	22,1	28,3	36,2	5048,91	3942,96	3077,43	2404,24	1875,31
4500	471	14,4	18,5	23,7	30,3	38,8	4922,82	3844,49	3000,58	2344,2	1828,48
4800	502,4	15,4	19,7	25,2	32,3	41,4	4772,33	3726,96	2908,85	2272,54	1772,58
5100	533,8	16,3	20,9	26,8	34,3	44	4597,43	3590,37	2802,24	2189,25	1707,62
5400	565,2	17,3	22,2	28,4	36,3	46,6	4398,12	3434,73	2680,76	2094,34	1633,59
5700	596,6	18,3	23,4	30	38,4	49,2	4174,42	3260,02	2544,41	1987,82	1550,5
5800	607,07	18,6	23,8	30,5	39	50	4094,42	3197,55	2495,65	1949,73	1520,79
900	94,2	2,88	3,69	4,73	6,06	7,77	3,2898	5,3942	8,8551	14,508	23,846
1200	125,6	3,85	4,92	6,31	8,08	10,4	5,8486	9,5896	15,742	25,792	42,394
1500	157	4,81	6,16	7,89	10,1	12,9	9,1384	14,984	24,597	40,3	66,24
1800	188,4	5,77	7,39	9,47	12,1	15,5	13,159	21,577	35,42	58,033	95,385
2100	219,8	6,73	8,62	11	14,1	18,1	17,911	29,368	48,211	78,989	129,83
2400	251,2	7,69	9,85	12,6	16,2	20,7	23,394	38,358	62,969	103,17	169,57
2700	282,6	8,65	11,1	14,2	18,2	23,3	29,608	48,547	79,696	130,57	214,62
3000	314	9,62	12,3	15,8	20,2	25,9	36,554	59,935	98,39	161,2	264,96
3300	345,4	10,6	13,5	17,4	22,2	28,5	44,23	72,521	119,05	195,05	320,6
3600	376,8	11,5	14,8	18,9	24,2	31,1	52,637	86,307	141,68	232,13	381,54
3900	408,2	12,5	16	20,5	26,2	33,7	61,776	101,29	166,28	272,43	447,78
4200	439,6	13,5	17,2	22,1	28,3	36,2	71,645	117,47	192,84	315,95	519,32
4500	471	14,4	18,5	23,7	30,3	38,8	82,246	134,85	221,38	362,7	596,16
4800	502,4	15,4	19,7	25,2	32,3	41,4	93,577	153,43	251,88	412,68	678,3
5100	533,8	16,3	20,9	26,8	34,3	44	105,64	173,21	284,35	465,87	765,73
5400	565,2	17,3	22,2	28,4	36,3	46,6	118,43	194,19	318,78	522,29	858,47
5700	596,6	18,3	23,4	30	38,4	49,2	131,96	216,37	355,19	581,94	956,5
5800	607,07	18,6	23,8	30,5	39	50	136,63	224,02	367,76	602,54	990,36

 

Динамическая характеристика автомобиля

 

 

Чтобы учесть влияние буксования ведущих колёс, определяют динамический фактор по сцеплению:

 

 

Длительное движение без пробуксовки возможно при условии

об/мин	n(рад)	V1	V2	V3	V4	V5	D1	D2	D3	D4	D5
900	94,2	2,88	3,69	4,73	6,06	7,77	0,3252	0,2538	0,1978	0,154	0,1193
1200	125,6	3,85	4,92	6,31	8,08	10,4	0,3346	0,261	0,2031	0,1578	0,1216
1500	157	4,81	6,16	7,89	10,1	12,9	0,3424	0,2668	0,2074	0,1606	0,1229
1800	188,4	5,77	7,39	9,47	12,1	15,5	0,3484	0,2713	0,2105	0,1624	0,1233
2100	219,8	6,73	8,62	11	14,1	18,1	0,3527	0,2744	0,2125	0,1632	0,1227
2400	251,2	7,69	9,85	12,6	16,2	20,7	0,3554	0,2762	0,2133	0,163	0,1212
2700	282,6	8,65	11,1	14,2	18,2	23,3	0,3563	0,2766	0,213	0,1618	0,1186
3000	314	9,62	12,3	15,8	20,2	25,9	0,3556	0,2756	0,2116	0,1596	0,1151
3300	345,4	10,6	13,5	17,4	22,2	28,5	0,3532	0,2732	0,2091	0,1564	0,1107
3600	376,8	11,5	14,8	18,9	24,2	31,1	0,349	0,2695	0,2054	0,1522	0,1052
3900	408,2	12,5	16	20,5	26,2	33,7	0,3432	0,2644	0,2005	0,147	0,0988
4200	439,6	13,5	17,2	22,1	28,3	36,2	0,3357	0,258	0,1945	0,1408	0,0915
4500	471	14,4	18,5	23,7	30,3	38,8	0,3265	0,2502	0,1874	0,1336	0,0831
4800	502,4	15,4	19,7	25,2	32,3	41,4	0,3155	0,241	0,1792	0,1254	0,0738
5100	533,8	16,3	20,9	26,8	34,3	44	0,3029	0,2305	0,1698	0,1162	0,0635
5400	565,2	17,3	22,2	28,4	36,3	46,6	0,2886	0,2186	0,1593	0,106	0,0523
5700	596,6	18,3	23,4	30	38,4	49,2	0,2726	0,2053	0,1476	0,0948	0,0401
5800	607,07	18,6	23,8	30,5	39	50	0,2669	0,2005	0,1435	0,0909	0,0358

 

Разгон автомобиля

Ускорение во время разгона определяют для случая движения автомобиля по горизонтальной дороге с твёрдым покрытием хорошего качества при максимальном использовании мощности двигателя и отсутствии буксования ведущих колёс.

 

Ускорение находят по формуле:

 

где - коэффициент учёта вращающихся масс автомобиля.

 

Таблица 1

об/мин	n(рад)	V1	V2	V3	V4	V5	J1	J2	J3	J4	J5
900	94,2	2,88	3,69	4,73	6,06	7,77	2,85	2,237	1,731	1,324	0,993
1200	125,6	3,85	4,92	6,31	8,08	10,4	2,936	2,305	1,781	1,359	1,012
1500	157	4,81	6,16	7,89	10,1	12,9	3,007	2,359	1,82	1,383	1,02
1800	188,4	5,77	7,39	9,47	12,1	15,5	3,062	2,4	1,847	1,397	1,018
2100	219,8	6,73	8,62	11	14,1	18,1	3,101	2,427	1,864	1,401	1,006
2400	251,2	7,69	9,85	12,6	16,2	20,7	3,125	2,442	1,869	1,394	0,983
2700	282,6	8,65	11,1	14,2	18,2	23,3	3,132	2,444	1,863	1,377	0,95
3000	314	9,62	12,3	15,8	20,2	25,9	3,124	2,432	1,846	1,35	0,906
3300	345,4	10,6	13,5	17,4	22,2	28,5	3,1	2,408	1,817	1,313	0,852
3600	376,8	11,5	14,8	18,9	24,2	31,1	3,06	2,37	1,778	1,265	0,788
3900	408,2	12,5	16	20,5	26,2	33,7	3,005	2,32	1,727	1,207	0,713
4200	439,6	13,5	17,2	22,1	28,3	36,2	2,934	2,256	1,665	1,139	0,628
4500	471	14,4	18,5	23,7	30,3	38,8	2,847	2,179	1,592	1,061	0,532
4800	502,4	15,4	19,7	25,2	32,3	41,4	2,744	2,089	1,507	0,972	0,426
5100	533,8	16,3	20,9	26,8	34,3	44	2,626	1,986	1,411	0,873	0,31
5400	565,2	17,3	22,2	28,4	36,3	46,6	2,491	1,87	1,305	0,764	0,183
5700	596,6	18,3	23,4	30	38,4	49,2	2,341	1,741	1,186	0,645	0,045
5800	607,07	18,6	23,8	30,5	39	50	2,288	1,695	1,145	0,603	0

 

Время и путь разгона.

Время и путь разгона автомобиля определим графоаналитическим способом. Смысл этого способа в замене интегрирования суммой конечных величин.

 

 

где k – порядковый номер интервала;

,

С этой целью кривую обратных ускорений разбивают на интервалы и считают, что в каждом интервале автомобиль разгоняется с постоянным ускорением j=const, которому соответствуют значения (1/j)=const. Эти величины можно определить следующим образом:

 

 

Заменяя точное значение площади под кривой (1/j) в интервале DV_к на значение площади прямоугольника со сторонами DV_к и (1/j_ср)_к , переходим к приближённому интегрированию:

 

t₁=Dt₁, t₂=Dt₁+Dt₂, t_n=

 

где t₁– время разгона от скорости V_o до скорости V₁ ,

t₂– время разгона до скорости V_2.

Результаты расчёта сводят в таблицу 2.6 и представляют в виде графика. Аналогичным образом проводится графическое интегрирование зависимости t=f(V) для получения зависимости пути разгона S от скорости автомобиля.

В данном случае кривая t=f(V) разбивается на интервалы по времени, для каждого из которых находятся соответствующие значения V_срk.

Площадь элементарного прямоугольника в интервале Dt_к есть путь, который проходит автомобиль от отметки t_к-1 до отметки t_к, двигаясь с постоянной скоростью V_срk.

Величина площади элементарного прямоугольника определяется следующим образом :

где k=1…m – порядковый номер интервала, m выбирается произвольно (m=n).

Путь разгона от скорости V_o. до скорости V₁: S₁=DS₁,

до скорости V₂: S₂=DS₁+DS₂,. до скорости V_n: S_n=

Результаты расчёта заносятся в таблицу

 

k
0	1,969	0,234	-	-	-	-	-	-
1	5,68	0,214	0,224	0,794154	0,794154	3,8245	3,037242	3,037242
2	11,89	0,296	0,255	1,83816	2,632314	8,785	16,14824	19,18548
3	14,09	0,418	0,357	0,9196	3,551914	12,99	11,9456	28,09384
4	21,39	0,561	0,4895	4,0953	7,647214	17,74	72,65062	84,59623
5	25,26	0,734	0,6475	2,84058	10,48779	23,325	66,25653	138,9072
6	30,67	0,96	0,847	5,1936	15,68139	27,965	145,239	211,4956
7	36,55	1,506	1,233	8,85528	24,53667	33,61	297,626	442,865
8	44,37	3,02	2,263	23,6164	48,15307	40,46	955,5195	1253,146
9	50	13,88	3,48	22,1822	70,33527	47,185	1046,667	2002,187

 

Мощностной баланс автомобиля. Запишем уравнение мощностного баланса:

 

 

где -тяговая мощность;

 

 

- мощность, затраченная на преодоление сил сопротивления дороги

 

 

- мощность, затраченная на преодоление силы аэродинамического сопротивления воздуха;

 

 - мощность, затраченная на преодоление силы инерции автомобиля

 

Таблица 1

V	Pn	Pf	Nf	Nf+Nв
0	4448,22	237,238	0	0
5	4448,22	240,204	1201,019	1250,441
10	4448,22	249,1	2491,003	2886,373
15	4448,22	263,928	3958,916	5293,29
20	4448,22	284,686	5693,722	8856,682
25	4448,22	311,375	7784,385	13962,04
30	4448,22	343,996	10319,87	20994,86
35	4448,22	382,547	13389,14	30340,63
40	4448,22	427,029	17081,16	42384,84
45	4448,22	477,442	21484,9	57512,99
50	4448,22	533,786	26689,32	76110,57

 

Таблица 2

об/мин	n(рад)	V1	V2	V3	V4	V5	Nt
900	94,2	2,884593	3,693687	4,732536	6,057646	7,766213	13918,79
1200	125,6	3,846124	4,924915	6,310048	8,076861	10,35495	19105,91
1500	157	4,807656	6,156144	7,88756	10,09608	12,94369	24449,47
1800	188,4	5,769187	7,387373	9,465072	12,11529	15,53243	29879,06
2100	219,8	6,730718	8,618602	11,04258	14,13451	18,12116	35324,29
2400	251,2	7,692249	9,849831	12,6201	16,15372	20,7099	40714,77
2700	282,6	8,65378	11,08106	14,19761	18,17294	23,29864	45980,1
3000	314	9,615311	12,31229	15,77512	20,19215	25,88738	51049,87
3300	345,4	10,57684	13,54352	17,35263	22,21137	28,47611	55853,71
3600	376,8	11,53837	14,77475	18,93014	24,23058	31,06485	60321,2
3900	408,2	12,4999	16,00598	20,50766	26,2498	33,65359	64381,95
4200	439,6	13,46144	17,2372	22,08517	28,26901	36,24233	67965,57
4500	471	14,42297	18,46843	23,66268	30,28823	38,83106	71001,66
4800	502,4	15,3845	19,69966	25,24019	32,30744	41,4198	73419,83
5100	533,8	16,34603	20,93089	26,8177	34,32666	44,00854	75149,67
5400	565,2	17,30756	22,16212	28,39522	36,34588	46,59728	76120,79
5700	596,6	18,26909	23,39335	29,97273	38,36509	49,18601	76262,79
5800	607,0667	18,5896	23,80376	30,49856	39,03816	50,04893	76113,71

Расчет топливно-экономической характеристики автомобиля.

 

, где

 

 - минимальный удельный расход топлива,

 - плотность топлива (бензин), .  - КПД трансмиссии, .  и - коэффициенты, учитывающие соответственно изменения величины  в зависимости от  и  двигателя, определяются по графику.