Определение тягово-динамических и топливо-экономических свойств автомобиля

 

    График  ускорения автомобиля при разгоне  представлен на рисунке 4.

 

Рисунок 4 - График ускорения автомобиля при разгоне. 
 

    3.4 Характеристика времени  и пути разгона  автомобиля 

    Путь  и время разгона рассчитывают в предположении, что автомобиль разгоняется на ровной горизонтальной дороге при полной подаче топлива  на участке длиной 2000 м (соответствует  ГОСТ 22576 – 90 “Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний.”). 

    3.4.1 Определение времени  разгона 

    Трогание  автомобиля с места начинают на передаче, обеспечивающей максимальное ускорение. Для определения наиболее интенсивного разгона в расчет вводят максимально возможное ускорение при данной скорости движения автомобиля.

    Для определения времени разгона  разбиваем кривую ускорения на каждой передаче на 10 интервалов. Определим  изменение скорости на этих промежутках: 

    ΔV = V_i+1 – V_i                                             (3.13)

где V_i1 – скорость в конце рассматриваемого интервала;

       V_i - скорость в начале рассматриваемого интервала.

    Считаем, что в полученных промежутках  автомобиль движется равноускоренно, тогда определим среднее ускорение: 

    a_{ср i} = 0,5×(a_i + a_i+1)                                     (3.14)

где a_i – ускорение автомобиля в начале интервала;

       a_i1 - ускорение автомобиля в конце интервала.

    Время движения автомобиля, за которое его  скорость возрастает на величину приращения скорости, определяется по закону равноускоренного движения: 

    Δt_i = ΔV_i / a_{ср i}                                           (3.15)

где n – число интервалов скоростей.

    Время разгона автомобиля от минимальной  скорости до максимальной на данной передаче определяется по формуле: 

    t_i = Σ Δt_i                                                   (3.16) 

    Строим  зависимость скорости движения от времени  разгона на передаче.

    При расчетах для автомобилей  время  переключения принимают равным 0,8…2,5 с.   Принимаем  t_п=1 с.                       

    Падение скорости за время переключения рассчитывается по формуле: 

    V_п = 33,5×f× t_п                                         (3.17) 

Полное  время разгона автомобиля на всех передачах:

      t = .

      Полученные  значения заносятся в таблицу 3.5 и строится график V = f(t)  

    3.4.2 Определение пути  разгона

      Общий путь разгона автомобиля на к-й передаче от скорости V_minк  до скорости V_maxк находят путем суммирования пути разгона в интервалах, т.е.

      S_k =

где n – число интервалов на k-й передаче.

      DS_i = V_iсрDt_i,

где V_iср = 0,5(V_i + V_i+1) – средняя скорость.

      Путь  S_nk, пройденный автомобилем за время переключения t_nk c k-й на (к+1)-ю передачу, определяется по формуле

      S_nk = (V_maxk – 0,5V_nk) ,

где t_nk – время переключения передач, с.

      Полный  путь автомобиля при разгоне на всех передачах:

    S = . 

      Так как автобус развивает максимальную скорость на участке, не превышающем 2000 м, то время прохождения 2000-метровой отметки определяется по формуле:

    

    где =80 с - время, за которое автобус разгоняется до максимальной скорости. 

      

Таблица 3.5 Данные для построения графика пути и времени разгона автобуса.

№ строки	параметр	размерность	номер точки
			0	1	2	3	4	5	6
передача 2
1	Vi,1	км/ч	6,57	7,80	9,07	10,67	13,14	15,60	17,24
2	Vi,1	м/с	1,82	2,17	2,52	2,96	3,65	4,33	4,79
3	∆Vi,1	м/с		0,34	0,35	0,44	0,68	0,68	0,46
4	ai,1	м/с2	0,96	0,96	0,97	0,96	0,95	0,92	0,89
5	ai,cp1	м/с2		0,96	0,97	0,96	0,95	0,93	0,90
6	∆ti,1	с		0,36	0,37	0,46	0,72	0,73	0,51
7	ti	с	0,00	0,36	0,72	1,18	1,90	2,63	3,14
8	tпер	с	1,00
9	Vпер1	км/ч	0,30
10	Vпер1	м/с	0,08
11	Vicp1	м/с		2,00	2,34	2,74	3,31	3,99	4,56
12	∆Si,1	м		0,71	0,86	1,26	2,37	2,93	2,31
13	S1	м	0,00	0,71	1,57	2,83	5,20	8,13	10,44
14	Sпер1	м	4,75
передача 3
1	Vi,2	км/ч	16,94	17,30	19,85	21,40	23,95	26,50	28,35
2	Vi,2	м/с	4,71	4,81	5,51	5,94	6,65	7,36	7,88
3	∆Vi,2	м/с		0,10	0,71	0,43	0,71	0,71	0,51
4	ai,2	м/с2	0,75	0,76	0,76	0,76	0,74	0,72	0,69
5	ai,cp2	м/с2		0,76	0,76	0,76	0,75	0,73	0,70
6	∆ti,2	с		0,13	0,93	0,57	0,94	0,97	0,73
7	ti	с	4,14	4,27	5,21	5,77	6,72	7,69	8,42
8	tпер	с	1,00
9	Vпер2	км/ч	0,30
10	Vпер2	м/с	0,08
11	Vicp2	м/с		4,76	5,16	5,73	6,30	7,01	7,62
12	∆Si,2	м		0,63	4,81	3,25	5,95	6,80	5,56
13	S2	м	15,19	15,82	20,63	23,88	29,83	36,63	42,19
14	Sпер2	м	7,83
Продолжение таблицы 3.5
передача 4
1	Vi,3	км/ч	28,05	31,85	34,60	38,40	41,15	43,95	46,67
2	Vi,3	м/с	7,79	8,85	9,61	10,67	11,43	12,21	12,97
3	∆Vi,3	м/с		1,06	0,76	1,06	0,76	0,78	0,76
4	ai,3	м/с2	0,48	0,48	0,48	0,48	0,47	0,44	0,43
5	ai,cp3	м/с2		0,48	0,48	0,48	0,47	0,45	0,44
6	∆ti,3	с		2,21	1,59	2,21	1,62	1,71	1,74
7	ti	с	9,42	11,63	13,22	15,43	17,05	18,76	20,50
8	tпер	с	1,00
9	Vпер3	км/ч	0,30
10	Vпер3	м/с	0,08
11	Vicp3	м/с		8,32	9,23	10,14	11,05	11,82	12,59
12	∆Si,3	м		18,38	14,70	22,38	17,92	20,21	21,88
13	S3	м	50,02	68,40	83,10	105,49	123,41	143,62	165,51
14	Sпер3	м	12,92
передача 5
1	Vi,4	км/ч	46,37	51,70	56,65	60,65	65,60	71,55	76,55
2	Vi,4	м/с	12,88	14,36	15,74	16,85	18,22	19,88	21,26
3	∆Vi,4	м/с		1,48	1,38	1,11	1,38	1,65	1,39
4	ai,4	м/с2	0,25	0,25	0,25	0,24	0,23	0,21	0,20
5	ai,cp4	м/с2		0,25	0,25	0,25	0,24	0,22	0,20
6	∆ti,4	с		5,95	5,54	4,53	5,80	7,47	6,81
7	ti	с	21,50	27,44	32,98	37,51	43,32	50,78	57,59
8	tпер	с	1,00
9	Vпер4	км/ч	0,30
10	Vпер4	м/с	0,08
11	Vicp4	м/с		13,62	15,05	16,29	17,53	19,05	20,57
12	∆Si,4	м		81,00	83,36	73,80	101,75	142,23	140,09
13	S4	м	178,43	259,43	342,79	416,59	518,34	660,57	800,66
14	Sпер4	м	21,22
передача 6
1	Vi,5	км/ч	76,24	78,50	82,50	85,50	87,45	89,45	90,05
2	Vi,5	м/с	21,18	21,81	22,92	23,75	24,29	24,85	25,01
3	∆Vi,5	м/с		0,63	1,11	0,83	0,54	0,56	0,17
4	ai,5	м/с2	0,19	0,19	0,19	0,18	0,17	0,15	0,13
5	ai,cp5	м/с2		0,19	0,19	0,18	0,17	0,16	0,14
6	∆ti,5	с		3,32	5,94	4,55	3,12	3,55	1,22
7	ti	с	58,59	61,91	67,85	72,40	75,52	79,07	80,29
8	tпер	с	1,00
9	Vпер5	км/ч	0,30
10	Vпер5	м/с	0,08
11	Vicp5	м/с		21,49	22,36	23,33	24,02	24,57	24,93
12	∆Si,5	м		71,34	132,74	106,16	74,99	87,21	30,31
13	S5	м	821,88	893,22	1025,96	1132,12	1207,11	1294,33	1324,64
14	Sпер5	м	24,97

 

    График  скоростных характеристик времени  и пути разгона автомобиля  представлен  на рисунке 5.

 

      
3.4.3 Практическое  использование характеристики  времени и пути  разгона автомобиля

      1. Условная максимальная  скорость  км/ч, т.к. автобус разгоняется до максимальной скорости на участке в 1325 м.

      2. Время разгона автомобиля t₄₀₀ и t₁₀₀₀ на участках протяженностью 400 м и 1000 м

      t₄₀₀ =36,2 c, t₁₀₀₀ =65,3 c.

      3. Время разгона t_з до заданной скорости V_з

      V_з = 60 км/ч –для городских автобусов.

  t_з = 40 с. 

    Практическое  применение характеристики времени  и пути разгона сведено в таблицу 3.6. 

    Таблица 3.6 Данные, определяемые по характеристике времени и пути разгона автомобиля

Vуmax	t400, с	t1000, с	Vз ,км/ч	tз, с
90	36,2	65,3	60	37,4

  

 

4 ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ 

    4.1 Построение топливной  характеристики автомобиля 

    Топливной экономичностью называют совокупность свойств, определяющих расход топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в разных условиях движения.

    Топливной характеристикой установившегося движения называют зависимость путевого расхода топлива от установившейся скорости при установившемся движении на ровной горизонтальной дороге на высшей передаче.

    При построении графика топливной характеристики установившегося движения для заданной скорости автомобиля на высшей передаче определяется:

    обороты двигателя, соответствующие заданной в км/ч скорости:

                                                                                                    (4.1) 

    значение  эффективной мощности на валу двигателя, соответствующее полученным оборотам двигателя: 

    P_{e ст} = P_emaxст×[a(n_e / n_p) + b(n_e / n_p)² + c(n_e / n_p)³]                      (4.2) 

    значение  мощности, передающейся в трансмиссию  автомобиля: 

    P_e = P_{e ст}×k_ст                                                 (4.3) 

    значение  мощности, подводимой к ведущим колесам  автомобиля на высшей передаче:

    P_k = P_e×η_тр                                                   (4.4) 

    значения  мощностей, затрачиваемых на преодоление сил дорожного сопротивления и сопротивление воздуха (здесь скорость в м/с): 

    F_ψ = G_a×f_V                                                    (4.5) 

    F_V = k_в×A_в×V_a²                                             (4.6) 

    P_ψi = F_ψi×V_a×10^-3                                           (4.7) 

    P_Вi = F_Вi×V_ai×10^-3                                          (4.8) 

    значения  степени использования мощности И  и частоты вращения Е: 

                                                            Е = n_e / n_p                                                (4.9) 

    И = (P_ψi + P_Вi) / P_ki                                     (4.10) 

    Определяем  коэффициенты, зависящие от степени  использования двигателя и частоты  вращения коленчатого вала двигателя: 

                                         k_E = 1.25 – 0.99E + 0.98E² – 0.24E³                            (4.11) 

                                         k_И = 1.2 + 0.14И – 1.8И² +1.46И³                               (4.12)

    Путевой расход топлива (в л/100 км) определяется по формуле:

    Q_Si = g_ep×k_Ei×k_Иi (P_ψi + P_Вi)×100/( ρ_Т×V_ai×η_тр)                    (4.13)

 

где g_ep – удельный расход топлива двигателем при максимальной мощности, выше g_emin на 5…10%. Для дизельных двигателей g_{e min} лежит в пределах 220…260г/кВт ч; принимаем g_{e min} = 250 г/кВт ч; g_ep=270 г/кВт×ч (8 %)       [1,c.58]

ρ_т – плотность топлива, ρ_т = 860 кг/м³.     [1,c.57] 

    Результат расчета сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Топливная  экономичность на 6 передаче

V,        км/ч	ne,       об/мин	Ре ст,    кВт	Ре,       кВт	Рк,       кВт	РΨ,       кВт	Рв,       кВт	И	Е	kи	ke	Qs,    л/100км
34,31	800	66,76	63,42	53,91	11,92	1,94	0,26	0,38	1,13	1,00	14,40
40,74	950	79,69	75,70	64,35	14,33	3,25	0,27	0,45	1,12	0,98	14,93
47,39	1105	92,86	88,21	74,98	16,91	5,11	0,29	0,53	1,11	0,96	15,68
55,75	1300	108,93	103,49	87,96	20,31	8,32	0,33	0,62	1,09	0,95	16,87
68,61	1600	131,99	125,39	106,58	25,96	15,51	0,39	0,76	1,05	0,96	19,22
81,48	1900	152,12	144,51	122,83	32,21	25,97	0,47	0,90	1,00	0,98	22,05
90,05	2100	163,40	155,23	131,95	36,76	35,06	0,54	1,00	0,96	1,00	24,17