Синтез и анализ эксплуатационных параметров автомобиля

34

Введение

Эксплуатационными свойствами автомобиля, определяющими приспособленность его конструкции к эффективному использовании в реальных условиях, являются вместимость (пассажиро- и грузовместимость), использование массы, тяговая и тормозная динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость, надежность(безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость), безопасность.

Эффективность как безразмерное отношение эффекта (положительного результата) к соизмеримым затратам на его производство может быть энергетической и стоимостной (экономической).

Поскольку автомобиль является преобразователем химической энергии топлива и атмосферного воздуха через тепловой поток продуктов сгорания G_т Н_u в поступательное движение массы m_г водителя, пассажиров, грузов или специально оборудования по дрогам, улицам и местности с мгновенной рабочей скоростью _а,, то его эффект можно измерить полезным импульсом m_га и полезной мощностью N_a поступательного движения в автомобиле полезной массы m_г,, а энергетическую эффективность автоперевозок - коэффициентом полезного действия (КПД) автомобиля _а. При этом полезную (транспортную) работу автомобиля должно определять интегрированием мгновенной мощности N_a за время t, а стоимостную эффективность автомобиля - отношением цены (тарифа) к себестоимости полезной (транспортной) работы, измеряемой в физических единицах (МДж) с учетом динамического фактора автомобиля по двигателю D_г и сцеплению , показателей дорожных условий (, f, i) и режимов движения (+ j). Все эти показатели, необходимые для графического определения коэффициента буксования и рабочей скорости _а, можно синтезировать в динамическом паспорте автомобиля, разработанном и применяемом на кафедре «Тракторы и автомобили» Вятской ГСХА с целью прогноза энергетической и стоимостной эффективности автомобилей и тракторов. В не кафедральных литературных источниках такого динамического паспорта нет.

Расчет и построение графика динамического паспорта автомобиля (лист 2) возможны после предварительного анализа конструкции автомобиля и условий его использования (глава 1). Модель, прототип или альтернативную конструктивную схему автомобиля и предлагаемое предприятие студент выбирает сам с перспективой использования результатов курсового проектирования в дипломном проекте, как правило комплексном.

1. Анализ конструкции автомобиля и условий его использования

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

В настоящее время на автомобилях используются главным образом поршневые двигатели внутреннего сгорания, приспособленные к устойчивому переносу мощности через трансмиссию к ведущим колесам в интервале частот вращения коленчатого вала от n_м при максимальном крутящем моменте М_{е max} до n_N при максимальной эффективной мощности

N_{e max} = M_{eN eN} = 0,105 M_eN n_N, (1.1)

где M_eN - крутящий момент при максимальной мощности, кНм;

Meн=0,36кНм.

_eN - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности, рад/с;

(1.2)

Nemax=114,912кВт.

При эксплуатации автомобиля часть эффективной мощности N_e расходуется потребителями, неучтенными при стендовых испытаниях двигателя, а также не может быть получена из-за отличия реальных атмосферных условий от стандартных при снятии внешней скоростной характеристики на стенде. Поэтому при использовании стандартной внешней характеристики для расчета тягово-скоростных показателей автомобиля все значения N_e необходимо умножить на коэффициент коррекции k_p = 0,93 - 0,96.

Если реальной внешней характеристики двигателя в графической или табличной формах нет, но известны N_{e max}, n_N, М_{е max} и n_м, то после определения коэффициентов приспособляемости:

(1,3)

km=0,22

, (1.4)

k=1,68 а также коэффициентов:

, (1.5)

a=0,74

0,74

, (1.6)

в=1,60

1,60

, (1.7)

с= 1,34

можно определить текущие значения крутящего момента по эмпирической зависимости:

, (1.8)

М_е - текущие значения крутящего момента, кНм;

M_eN - крутящий момент при максимальной мощности, кНм; согласно (1.1)

;

n - текущие значения частоты вращения коленчатого вала, мин^-1; принимаем не менее шести удобных и по возможности равномерно распределенных значений, включая n < n_м; n = n_м, n = n_N и n > n_N;

k_p - коэффициент коррекции стендовой внешней характеристики, принятый из интервала k_p=0,93-0,96.

Текущие значения эффективной мощности определяем по формуле:

N_e = M_{e e} 0,105 М_е n, (1.9)

а текущие значения удельного расхода топлива из произведения:

g_e = g_eN k_n, (1.10) где:

g_e - текущее значение удельного расхода топлива, г/(кВт ч);

g_eN - удельный расход топлива при максимальной мощности N_maxг/(кВтч); принимаем из технической характеристики двигателя или из задания;

k_n - коэффициент влияния частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива; определяем из графика [, с. 90] или из таблицы 1.

Таблица 1. Приближенные значения коэффициента k_n при отношениях:

n,об/мин	3240	3040	2840	2640	2440	2240	2040
n/n ном	0,720	0,675556	0,631	0,587	0,542	0,498	0,453
kn	0,95	0,96	0,97	0,975	0,98	0,99	1,01

При несовпадении значений отношения n/n_N табличные значения k_n интерполируем и уточняем при построении графика внешней скоростной характеристики двигателя на миллиметровой бумаге формата А4 (рис. 1), расчете эффективного КПД

(1.11)

и часового расхода топлива

G_t = 10^-3 g_e N_e, (1.12)

где Н_u - низшая теплота сгорания топлива;

Н_u 44 кДж/г -автомобильный бензин;

После графической проверки расчетных значений M_e, N_e, g_e, _е и G_t, включая их регуляторные (дизели) и ограничительные (карбюраторные двигатели грузовых автомобилей) «ветви», составляет таблицу 2:

Таблица 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя при k_р = 0,93

n, мин	3240	3040	2840	2640	2440	2240	2040
Me,кНм	0,309	0,335	0,357	0,375	0,389	0,399	0,406
Ne,кВт	105,091	106,868	106,397	103,923	99,692	93,949	86,938
ge,г/кВт*ч	285,000	288,000	291,000	292,500	294,000	297,000	303,000
Gt, кг/ч	29,951	30,778	30,962	30,398	29,309	27,903	26,342
Не	0,287	0,284	0,281	0,280	0,278	0,275	0,270

1.2 Прогноз условий автоперевозок

Прогноз условий автоперевозок целесообразно совместить с оценкой проходимости и пассажиро- или грузовместимости автомобиля.

Основными показателями дорожных условий являются приведенный коэффициент дорожных сопротивлений и коэффициент сцепления. Они входят в неравенство:

< D_г < _х , (1.13)

определяющее проходимость и тяговую динамичность транспортного средства, у которого часть массы m_а действует на ведущие колеса, а часть массы (1 - ) m_а- на ведомые. У полноприводных автомобилей коэффициент нормальной нагрузки ведущих колес = 1, а у автопоездов с неполноприводными тягачами коэффициент << 1 и ограничивает их проходимость по скользким дорогам.

Согласно ГОСТ Р 50597 - 93 дорожное покрытие должно иметь коэффициент сцепления > 0,4. Однако на гололеде и снежном накате коэффициент сцепления < 0,25 и часто является причиной ДТП. Такое несоответствие дороги стандарту, определенное контрольным торможением или следственным экспериментом на месте ДТП, может обеспечить защиту прав его участников, в том числе возместить материальный ущерб и компенсировать моральный вред за счет дорожно-эксплуатационного предприятия, своевременно не устранившего зимнюю скользкость дороги.

Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог (ВСН 24 - 88) к основным транспортно-эксплуатационным показателям автомобильной дороги относят: обеспеченную скорость, пропускную способность, уровень ее загрузки движением, непрерывность, комфортность и безопасность движения, способность пропускать автомобили и автопоезда с осевой нагрузкой и грузоподъемностью (или общей массой), соответствующими категории дороги.

По техническому уровню, эксплуатационному состоянию и организации движения автомобильные дороги должны обеспечивать возможность безопасного движения одиночных автомобилей при благоприятных погодных условиях с максимальными скоростями, близкими к расчетным (К_рсэ 1) соответствующей категории, установленной для эксплуатируемой дороги, утвержденной технической документацией. В неблагоприятных погодно-климатических условиях допускается снижение обеспечиваемой максимальной скорости по отношению к расчетной по СНиП 2.05.02 - 85, но не ниже значений, приведенных в таблице 1. ВСН 24-88. в курсовом проекте значение обеспечиваемой дорогой максимальной скорости _од следует записать в таблицу 1 прогноза условий автоперевозок, а в главе 2 сравнить его со значением рабочей скорости автомобиля, требованиями п. 10.1 ПДД РФ, уровнем мастерства водителя, особенностями транспортного потока и среды.

Таблица 3 Ориентировочные значения показателей.

Показатели	П е р и о д ы года
	лето	осень	зима	Весна
	0.7	0.3	0.2	0.3
f	0.03	0.08	0.04	0.06
i	0.07	0.07	0.07	0.07
	0.02	0.02	0.018	0.018
Г	2.0	2.0	2.0	2.0
	0.71	0.71	0.71	0.71
расч	80	70	60	70
Крсэ	1.6	1.5	1.5	1.5
од	80	70	60	70

Вместимость автомобиля как его способность единовременно и качественно перевозить наибольшее количество пассажиров, грузов или специального оборудования можно оценить по значению коэффициента использования грузоподъемности:

, (1.14)

комфортности и безопасности пассажиров или количественной и качественной сохранности грузов и специального оборудования. При перевозке сыпучих грузов малой плотности лимитирующим показателем грузовместимости обычно является удельная объемная грузоподъемность

, (1.15)

где q_v - удельная объемная грузоподъемность, т/м³;

q - грузоподъемность, т;

V_к - объем кузова, м³;

_г - плотность груза, т/м³.

При оценке основных эксплуатационных свойств автомобиля с помощью его динамического паспорта более удобным показателем вместимости является коэффициент полной нормальной загрузки. С учетом (1.15) расчетный коэффициент нормальной загрузки

, (1.16)

где k_v - коэффициент использования объема кузова, обеспечивающий количественную и качественную сохранность груза.

При перевозке сыпучих грузов в бортовой платформе или кузове самосвала можно принять k_v 0,95.

Вместимость затаренных грузов зависит от размеров тары и способа укладки и оценивается графоаналитически по схеме кузова, выполненной на миллиметровой бумаге формата А4.

Значения коэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводного автомобиля в снаряженном состоянии _о и полностью груженого _q можно определить по данным технической характеристики как отношения массы, приходящейся на ведущие колеса, к общей массе (снаряженной или полной).

Все показатели таблицы 1. имеют широкие интервалы значений и для развития оперативной эрудиции требуют запоминания вместе с терминологической характеристикой дорожной обстановки. Например, обозначение 0,05 0,80 нижним пределом 0,05 характеризует очень скользкий гололед и наиболее сложные условия движения, а верхним пределом 0,80 - сухой шероховатой асфальтобетон и возможность движения одиночного автомобиля и расчетной скоростью. При этом коэффициент сопротивления качению 0,012 f 0,30 может иметь значение, близкое к его нижнему пределу, например 0,02, но не к верхнему 0,30, обозначающему переувлажненное поле во время уборки силосной массы, сахарной свеклы или картофеля с погрузкой при движении со скоростью менее 10 км/ч.

Достоверный прогноз условий автоперевозок может обеспечить их своевременность, экономичность и безопасность.

1.3 Составление кинематической схемы и расчет КПД трансмиссии

Кинематическую схему трансмиссии в стандартных обозначениях структурных элементов составляем на листе1 формата А1 по данным технического описания и каталога, выделяя все нагруженные детали и сопряжения, а также регулируемые в процессе эксплуатации и после ремонта.

Суммарную мощность, теряемую в трансмиссии, определяем по формуле

N_тр = (1 - 0,98^k0,97^l0,995^m) N_e + N_{тр o}, (1.13)

а КПД трансмиссии - по формуле

_тр = 0,98^k0,97^l0,995^m - , (1.14)

где k и l - число соответственно цилиндрических и конических или гипоидных зубчатых пар, через которое последовательно передается мощность;

m - число карданных шарниров, через которое передается мощность; m=4

N_{тр o} - мощность, теряемая в трансмиссии на холостом ходу, кВт; принимаем из интервала (о,03 - 0,05) N_emax.

Надежность и безопасность автомобиля, дороги и водителя

Надежность, включая в себя безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость, являются комплексным общетехническим свойством любого изделия, в том числе автомобиля, автомобильной дороги и улично-дорожной сети. Однако СНиП 2.05.02. - 85 и СНиП 2.07.01 -89* соответственно автомобильные дороги и улично-дорожные сети общетехнической надежностью не оценивают.

С учетом ГОСТ 27.002-89 надежность автомобиля - это свойство автомобиля сохранять во времени в установленных пределах знания всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции (транспортную работу) в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. автомобильные дороги и улично-дорожные сети могут иметь подобное определение своей надежности - свойства автомобильной дороги и улично-дорожные сети сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции (обеспечивать движение транспортных средств) в заданных режимах и условиях содержания, ремонта и эксплуатации. Однако одним определением безнадежные российские дороги и улично-дорожные сети в надежные без содержания, ремонта, реконструкции и строительства не превратить.

Безотказность автомобиля - это свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. При таком определении безотказность живучесть автомобиля - это свойство автомобиля сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации, но возникающих в реальной эксплуатации на российских дорогах и улицах, а безопасность автомобиля - это свойство автомобиля не создавать угрозу для жизни и здоровья участникам дорожного движения в случае нарушения работоспособного состояния (отказа). Однако у конструктивного безопасного и технически исправного автомобиля отказ в форме неуправляемости траекторией и скоростью движения может возникнуть из-за предельно опасного состояния дороги, спроектированной и построенной согласно СНиП 2.05.02-85, но оледеневшей и недопустимо скользкой или имеющей засыпанные снегом просадки и выбоины на проезжей части и обочинах. Поэтому вероятную опасность автомобиля, дороги и среды как их объективную особенность создавать угрозу для жизни и здоровья водителя и других участников дорожного движения необходимо определить одинаково и синтезировать результаты их раздельного анализа в прогнозируемую вероятность опасностей динамичной системы ВАДС, исходно опасной, а не безопасной. Так называемая »конструктивная безопасность автомобиля» является рекламно-техническим термином, противоречащим юридическому определению автомобиля как средства повышенной опасности, особенно при управлении опасным водителем и движении по опасной дороге в опасной среде.

Проведенные в Англии исследования показали, что 80% водителей не совершают ДТП, 15% водителей совершают 70% всех ДТП, 5% водителей совершают 30% всех ДТП. Наши исследования показали, что 69% всех водителей не совершают ДТП, 12% совершают 33% всех ДТП, а 19% водителей совершают оставшиеся 67% ДТП» [ c. 139]. Следовательно, большинство безопасных водителей как-то обнаруживает опасности для движения и предотвращает ДТП, а меньшинство опасных водителей совершает ДТП, превращая себя и других в жертвы.

2. Расчет и построение динамического паспорта

При заданных модели автомобиля, скорости встречного или попутного ветра _w=0 м/с и коэффициенте сцепления колес с сухим шероховатым покрытием _ос исходными данными для расчета и построения графиков динамического (тягово-тормозного паспорта) паспорта на листе 2 формата А1 являются:

- грузоподъемность q=6 т;

- собственная масса в снаряженном состоянии m_о=4,3 т;

- коэффициенты нормальной нагрузки ведущих колес («развесовка»)

_о=0,51 и _q=0,75;

- радиус качения ведущих колес r_к=0,48 м, принимаемый равным статическому и динамическому радиусам;

- передаточные числа трансмиссии u_тр на всех передачах переднего хода;

- внешняя скоростная характеристика двигателя, рассчитанная в 1 и перенесенная в таблицу 4

При наличии действительных значений этих показателей задаваемая по желанию студента модель автомобиля и условия его использования могут быть любыми.

Теоретическую скорость _т определяем расчетом при коэффициенте буксования =0 на всех передачах и всех табличных значениях частоты вращения n.

Силу сопротивления воздуха Р_w при табличных значениях расчетной скорости _т и заданной скорости _w встречного (+) или попутного (-) ветра определяем по формуле

Р_w = k_w F (_{т w})²10^-3, (2.1)

где Р_w - сила сопротивления воздуха, кН;

_т и _w - скорости автомобиля и ветра, м/с;

k_w - коэффициент обтекаемости, Н с²/м⁴;

согласно [1, с. 42] k_w принимаем из интервалов:

- 0,20 - 0,35 - легковые автомобили;

- 0,45 - 0,55 - автобусы капотной компоновки;

- 0,35 - 0,45 - автобусы вагонной компоновки;

- 0,50 - 0,70 - грузовые автомобили с бортовой платформой и самосвалы;

- 0,55 - 0,65 - автоцистерны;

- 0,50 - 0,60 - автофургоны;

- 0,85 - 0,95 - автопоезда;

- 0,15 - 0,20 - гоночные автомобили;

F - площадь лобового сопротивления, м²; согласно [1, с. 42] определяем по формулам:

F = B Н_г - грузовые автомобили с шириной колеи передних колес В и габаритной высотой Н_г, м²;

F = 0,8 B Н_г - легковые автомобили с габаритной шириной В_г и габаритной высотой Н_г, м².

Рассчитанные по формуле (1.13) значения КПД трансмиссии _тр заносим в таблицу 4.

Полную окружную силу ведущих колес Р_ко определяем по формуле

Таблица 4 Расчетная динамическая характеристика снаряженного автомобиля при факторе обтекаемости k_wF=22 Н с²/м² и скорости ветра _w=0м/с

Передача	n, об/мин	Vt, км/ч	Pw, кН	Me, кНм	Нтр	Pко. кН	Do	Ne,кВт	Gт. кг/ч	Не	Uтр
1	3240	12,21	0,038	0,309	0,85	26,15	0,62	105,09	29,95	0,29	48
	3040	11,46	0,033	0,335	0,85	28,36	0,67	106,87	30,78	0,28	48
	2840	10,71	0,029	0,357	0,85	30,21	0,72	106,40	30,96	0,28	48
	2640	9,95	0,025	0,375	0,85	31,72	0,75	103,92	30,40	0,28	48
	2440	9,20	0,022	0,389	0,84	32,87	0,78	99,69	29,31	0,28	48
	2240	8,44	0,018	0,399	0,84	33,67	0,80	93,95	27,90	0,28	48
	2040	7,69	0,015	0,406	0,84	34,10	0,81	86,94	26,34	0,27	48
2	3240	22,21	0,126	0,309	0,85	14,38	0,34	105,09	29,95	0,29	26,4
	3040	20,84	0,111	0,335	0,85	15,60	0,37	106,87	30,78	0,28	26,4
	2840	19,47	0,096	0,357	0,85	16,62	0,39	106,40	30,96	0,28	26,4
	2640	18,10	0,083	0,375	0,85	17,45	0,41	103,92	30,40	0,28	26,4
	2440	16,73	0,071	0,389	0,84	18,08	0,43	99,69	29,31	0,28	26,4
	2240	15,35	0,060	0,399	0,84	18,52	0,44	93,95	27,90	0,28	26,4
	2040	13,98	0,050	0,406	0,84	18,75	0,44	86,94	26,34	0,27	26,4
3	3240	39,62	0,400	0,309	0,85	8,06	0,18	105,09	29,95	0,29	14,8
	3040	37,17	0,352	0,335	0,85	8,74	0,20	106,87	30,78	0,28	14,8
	2840	34,72	0,307	0,357	0,85	9,32	0,21	106,40	30,96	0,28	14,8
	2640	32,28	0,265	0,375	0,85	9,78	0,23	103,92	30,40	0,28	14,8
	2440	29,83	0,227	0,389	0,84	10,14	0,23	99,69	29,31	0,28	14,8
	2240	27,39	0,191	0,399	0,84	10,38	0,24	93,95	27,90	0,28	14,8
	2040	24,94	0,158	0,406	0,84	10,51	0,25	86,94	26,34	0,27	14,8
4	3240	61,72	0,970	0,309	0,85	5,17	0,10	105,09	29,95	0,29	9,5
	3040	57,91	0,854	0,335	0,85	5,61	0,11	106,87	30,78	0,28	9,5
	2840	54,10	0,745	0,357	0,85	5,98	0,12	106,40	30,96	0,28	9,5
	2640	50,29	0,644	0,375	0,85	6,28	0,13	103,92	30,40	0,28	9,5
	2440	46,48	0,550	0,389	0,84	6,51	0,14	99,69	29,31	0,28	9,5
	2240	42,67	0,464	0,399	0,84	6,66	0,15	93,95	27,90	0,28	9,5
	2040	38,86	0,384	0,406	0,84	6,75	0,15	86,94	26,34	0,27	9,5
5	3240	90,90	2,104	0,309	0,85	3,51	0,03	105,09	29,95	0,29	6,45
	3040	85,29	1,852	0,335	0,85	3,81	0,05	106,87	30,78	0,28	6,45
	2840	79,68	1,617	0,357	0,85	4,06	0,06	106,40	30,96	0,28	6,45
	2640	74,07	1,397	0,375	0,85	4,26	0,07	103,92	30,40	0,28	6,45
	2440	68,46	1,193	0,389	0,84	4,42	0,08	99,69	29,31	0,28	6,45
	2240	62,85	1,006	0,399	0,84	4,52	0,08	93,95	27,90	0,28	6,45
	2040	57,23	0,834	0,406	0,84	4,58	0,09	86,94	26,34	0,27	6,45

, (2.2)

а динамический фактор автомобиля в снаряженном состоянии - по формуле

. (2.3)

Эффективный КПД двигателя можно выразить и рассчитать по формуле при Н_u 44 или 42,5 МДж/кг соответственно для бензинов и дизельных топлив всех марок.

График коэффициента буксования строим по ориентировочным данным таблицы 5.

Таблица 5. Ориентировочные значения при:

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	0,003	0,008	0,018	0,034	0,053	0,083	0,126	0,216	0,414	1,0

График коэффициентов сцепления шин с сухим (_с), мокрым (_м), мокрым и загрязненным (_мз) дорожным покрытием рассчитываем по соотношениям таблицы 6 с учетом экспериментальных данных Э.Г. Подлиха и заданного значения _ос.=0,8

Таблица 6. Ориентировочные соотношения коэффициентов сцепления

Vт. км/ч	0	10	80	100
цvc	0,8	0,8	0,416	0,4
цvm	0,536	0,536	0,28	0,264
цms	0,264	0,264	0,144	0,136

Графики D_o = f (_т) на всех передачах переднего хода у автомобилей с дизелями должны иметь регуляторные, а у грузовых автомобилей и автобусов с карбюраторными двигателями, - ограничительные «ветви» - наклонные прямые, плавно переходящие в кривые корректорных «ветвей», изображающих кратковременно допустимую перегрузку и начальный участок режима заглохания перегруженного двигателя. Построение этих графиков по данным колонок _т и D_о в таблице 4 можно осуществлять в любой последовательности, но лучше начинать с номинальных значений (при N_{e max}), которые должны лежать на общей касательной гиперболе, описывающей динамические возможности автомобиля с ДПМ (дизелем постоянной мощности). Автомобильные дизели с обычной (положительной) коррекцией цикловой подачи топлива и, тем более, «двухрежимные» (с отрицательной при больших и положительной при малых частотах n (скоростях _т) существенно отличаются от ДПМ в сторону меньшей приспособляемости к преодолению переменных дорожных сопротивлений .

Тягово-тормозной паспорт автомобиля на листе 2 формата А1 проще строить последовательности:

- отступив от левого верхнего угла со стороной 841мм примерно на 50мм вниз и вправо, начертить левый квадрат 250х250мм, центральный прямоугольник 400х250 + 200 мм и правый прямоугольник 80х250 мм с общей верхней стороной 730мм;

разделить левое и центральные поля будущих графиков квадратной масштабной сеткой 50х50 мм, а правое поле - вертикалями через 20мм;

- нанести символы, значения и единицы измерения на шкалах:

, D_o, , , 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;

j_хт 0, 2, 4, 6, 8,м/с² 10;

0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0;

S_т 0,50; 100; 150; 200; 250; 300; 350м; 400;

Г 1, 2, 3, 4, 5;

_а 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с 40;

0, 18,36, 54, 72, 90, 108, 126 км/ч 144;

_е 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4;

N_е 0, 50, 100, 150 кВт 200 (или иные значения, включающие N_{е, max} и удобные для отчета);

- повторить значения левой вертикальной шкалы на второй справа вертикальной шкале (при Г = 1) и ее нижний интервал 0 - 0,2 разделить на десять интервалов по 5 мм в каждом;

- разделить правую вертикальную шкалу (при Г = 5) на десять интервалов по 25мм в каждом и их границы соединить лучами с границами тех же интервалов на второй справа вертикальной шкале; нанести символ и значения правой вертикальной шкалы:

0, 0,02; 0,04; 0,06;…; 0,20;

- используя таблицу 2.1, построить на верхнем центральном поле кривые D_o = f(_т), а под ними на нижнем центральном поле; - кривые N_е = f(_т) и _е = f(_т) на всех передачах переднего хода;

- используя таблицу 2.3, построить на верхнем центральном поле кривые _с, _м и _мз = f(_т); соединить лучами «сеточные» значения скорости _а (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 м/с) с полюсом, имеющим координаты _т = 0, D_o = 1,0, = 1 и S_т = 0;

- используя таблицу 5, построить на левом поле кривую = f; «сеточные» значения «второй» слева вертикальной шкалы, одинаковые со значениями 0,2; 0,4; 0,8; на левой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале, соединить диагоналями с такими же значениями на верхней левой шкале , а лучами, - с полюсом в нижнем левом углу, имеющим координаты j_хт = 10 м/с² и , D_o, , , = 0;

- используя данные технической характеристики, определить значения коэффициента нормальной нагрузки ведущих колес неполноприводного автомобиля _о в снаряженном и _q в полностью груженом состоянии, полученное значение _о в масштабе левой вертикальной шкалы отложить на второй справа вертикальной шкале (при Г = 1), а _q - на вертикальной шкале, проходящей через значение

Г_q = 1 + ;

полученные точки соединить прямой линией;

- принимая удобные для отчета и построения графика значения для отчета и построения графика значения Г_i > Г_q, рассчитать значения

(2.4)

и построить гиперболическую часть графика = f(Г).

Графики j_хт = f (, t), _ат = f (j_хт, t) и s_тс = f (_ат, t), характеризующие тормозную часть динамического паспорта автомобиля, строим после графоаналитического определения показателей эффективности автомобиля в тяговом режиме.

Графическое определение рабочей скорости и расчет показателей эффективности

Поскольку необходимое условие ускоренного и равномерного движения груженого автомобиля имеет вид

, (2.5)

а графики D_o = f (_т) рассчитаны и построены при Г=1, то при любых значениях Г > 1 значения динамического фактора груженого автомобиля по двигателю

, (2.15)

сравниваемые со значением коэффициента , можно определить по графикам D_o = f (_т), изменяя масштаб их ординат в Г раз. Множество таких масштабов при фиксированных значениях на правой шкале образует лучи - линии одинаковых значений D_г = при разных значениях Г. Поэтому известные значения Г и , отмечаемые соответственно на верхней (или нижней) и правой шкалах входными стрелками и последующими пунктирными линиями по вертикале и лучу до точки пересечения друг с другом, определяют ординату D_г, переносимую по горизонтальной пунктирной лини до пересечения с правой кривой D_o = f (_т), и далее до правой шкалы левого поля. Эта точка на правой шкале (шкале времени в тормозной части паспорта) является первым «входом» D_г в график количественного учета буксования = f (D_г/) в рабочей скорости _а. Еще два «входа» в этот график ( и _с, _м или _мз) определяются проектированием по горизонталям точки пересечения вертикали Г с кривой на правом поле точки пересечения графика _с, _м или _мз = f (_т)с пунктирной вертикалью, проходящей через точку пересечения пунктирной горизонтали D_г с правой кривой D_o = f (_т).

Таким образом, на правой шкале левого поля получается три входа в график количественного учета сомножителя (1 - ) в формуле (2.1). Этот сомножитель можно определить двойным графическим делением на левом поле: ординату D_г (делимое) спроектировать по горизонтали, а ординату (делитель) - по лучу, точку их пересечения спроектировать по вертикали на верхнюю шкалу, полученный на ней промежуточный результат D_г/ перенести по диагональной сетке на правую шкалу, полученную ординату спроектировать по горизонтали до пересечения с лучом из ординаты , а точку их пересечения спроектировать по вертикали до пересечения с кривой . Эта точка делит проходящую через нее единичную вертикаль на нижнюю и верхнюю (1 - ) части. Графическое умножение (1 - ) на значение _т, определенное аргументом точки пересечения правой (или любой) кривой D_o с горизонталью ключа пользования, обеспечивает лучевая номограмма в верхней части центрального поля скоростей. Луч, уходящий в полюс из найденного значения _т, аргументом точки пересечения с горизонталью, проходящей через значение на кривой, определяет рабочую скорость _а, а проходящая через нее вертикаль - значения N_e и _е на нижней части центрального поля. Следовательно, при известной массе m_г все показатели формулы (2.4) оказываются известными и позволяют рассчитать значение КПД автомобиля _а и себестоимость его полезной работы С_а по формуле (2.8). Однако до графического определения рабочих скоростей и последующего расчета показателей эффективности необходимо конкретизировать условия автоперевозок и задать соответствующие им состояния дорожного покрытия (_с, _м или _мз) и значения коэффициентов и Г. Результаты такого графоаналитического прогноза эффективности автомобиля можно оформить таблицей 7.

Таблица 7 Прогноз эффективности автомобиля

Условия	f	i	ш	Г	л	Va	цv	зe	Ne	Na	зa	Ca
1	0,02	0	0,02	2	0,68	86	0,38	0,28	108	28,12	0,073	127,85
2	0,019	0,01	0,02	2,4	0,75	78	0,24	0,275	106	26,81	0,066	122,35
3	0,008	0,012	0,02	3	0,67	66	0,12	0,27	98	22,90	0,059	121,81

В строке 1 условия перевозок можно принять наиболее благоприятными ( = f 0,02, Г = Г_q и = _с), в строке 2 вместо i = 0 i_max, а в строке 3 экстремальными, но обеспечивающими условие. При этом ключ пользования на листе 2 можно изобразить стрелками и пунктирными линиями только для одного, наиболее важного варианта, обоснованного текстовой частью.

Значения экономических и эксплуатационных показателей (Ц_тм, а, Б_а, З_от, П_а, , L, ) можно принять ориентировочными, в том числе а 0,4, П_а = 0, = = 1 и j = 0.

3. Оценка динамичности автомобиля

Расчет, построение и анализ характеристик разгона

При заданных значениях коэффициентов Г и текущие значения максимально возможных ускорений j = f(_т) на всех передачах проще определять расчетом по формуле

(3.1)

после расчета значений коэффициента _вр.

Для расчета текущих значений D_г, входящих в уравнение движения (3.1), достаточно переписать значения D_о из таблицы 4 в таблицу 8 и разделить их согласно (2.15) на заданное значение коэффициента нормальной загрузки автомобиля или автопоезда Г.

Текущие значения теоретической скорости _т, соответствующие текущим значениям D_о, D_г и j, тоже надо переписать из таблицы 2.1 в таблицу 3.1 и использовать их при построении графика ускорений j = f(_т) на листе миллиметровой бумаги формата А 4. После этого время t_p и путь s_p разгона можно определить графоаналитическим методом Е.А. Чудакова и Н.А. Яковлева.

Если часть шкалы скорости _т для каждой передачи разделить на n = 5 - 7 удобных для отсчета одинаковых интервалов

_n = _n - _n-1 (3.2)

со средними значениями скорости

_{n ср} = 0,5 (_n-1 + _n), (3.3)

то в каждом интервале и на всех передачах можно графически определить

средние ускорения

j_n,ср = 0,5 (j_n-1 + j_n), (3.4)

а также время разгона

(3.5)

и путь разгона

S_n = _n-1 + 0,5 j_n,ср ² = _{n ср}. (3.6)

Таблица. Результаты графоаналитического определения характеристик разгона автомобиля ЗИЛ-431410 при Г =2,4, = 0,02.

Передача	Uk	двр	Do	Dг	i	Vт	in	iср	?tn	Vn ср	?Sn
1	7,44	3,25	0,62	0,26	0,72	12,21	0,72	0,72	0,53	12,21	6,43
	7,44	3,25	0,67	0,28	0,78	11,46	0,78	0,75	1,01	11,84	11,91
	7,44	3,25	0,72	0,30	0,84	10,71	0,84	0,81	0,93	11,08	10,32
	7,44	3,25	0,75	0,31	0,88	9,95	0,88	0,86	0,88	10,33	9,06
	7,44	3,25	0,78	0,32	0,92	9,20	0,92	0,90	0,84	9,58	8,02
	7,44	3,25	0,80	0,33	0,94	8,44	0,94	0,93	0,81	8,82	7,16
	7,44	3,25	0,81	0,34	0,95	7,69	0,95	0,95	0,40	8,07	3,21
2	4,1	1,71	0,34	0,14	0,69	22,21	0,69	0,69	0,99	22,21	22,02
	4,1	1,71	0,37	0,15	0,76	20,84	0,76	0,73	1,89	21,52	40,63
	4,1	1,71	0,39	0,16	0,82	19,47	0,82	0,79	1,73	20,15	34,96
	4,1	1,71	0,41	0,17	0,87	18,10	0,87	0,84	1,63	18,78	30,53
	4,1	1,71	0,43	0,18	0,90	16,73	0,90	0,89	1,55	17,41	26,96
	4,1	1,71	0,44	0,18	0,93	15,35	0,93	0,92	1,50	16,04	24,00
	4,1	1,71	0,44	0,18	0,94	13,98	0,94	0,94	0,73	14,67	10,74
3	2,29	1,25	0,18	0,08	0,44	39,62	0,44	0,44	2,80	39,62	110,93
	2,29	1,25	0,20	0,08	0,49	37,17	0,49	0,46	5,26	38,39	201,96
	2,29	1,25	0,21	0,09	0,54	34,72	0,54	0,52	4,73	35,95	170,02
	2,29	1,25	0,23	0,09	0,58	32,28	0,58	0,56	4,36	33,50	146,15
	2,29	1,25	0,23	0,10	0,61	29,83	0,61	0,60	4,11	31,06	127,55
	2,29	1,25	0,24	0,10	0,63	27,39	0,63	0,62	3,93	28,61	112,57
	2,29	1,25	0,25	0,10	0,65	24,94	0,65	0,64	1,91	26,17	50,09
4	1,47	1,13	0,10	0,04	0,19	61,72	0,19	0,19	10,17	61,72	627,45
	1,47	1,13	0,11	0,05	0,23	57,91	0,23	0,21	18,04	59,81	1079,27
	1,47	1,13	0,12	0,05	0,28	54,10	0,28	0,26	14,92	56,00	835,47
	1,47	1,13	0,13	0,06	0,31	50,29	0,31	0,29	13,00	52,19	678,63
	1,47	1,13	0,14	0,06	0,34	46,48	0,34	0,32	11,76	48,38	568,92
	1,47	1,13	0,15	0,06	0,36	42,67	0,36	0,35	10,94	44,57	487,57
	1,47	1,13	0,15	0,06	0,37	38,86	0,37	0,37	5,21	40,76	212,27
5	1	1,08	0,03	0,01	-0,06	90,90	-0,06	-0,06	0,00	90,90	0,00
	1	1,08	0,05	0,02	-0,01	85,29	-0,01	-0,03	0,00	88,10	0,00
	1	1,08	0,06	0,02	0,04	79,68	0,04	0,02	355,85	82,48	29351,69
	1	1,08	0,07	0,03	0,08	74,07	0,08	0,06	99,42	76,87	7642,82
	1	1,08	0,08	0,03	0,11	68,46	0,11	0,09	61,38	71,26	4374,12
	1	1,08	0,08	0,03	0,13	62,85	0,13	0,12	46,50	65,65	3052,95
	1	1,08	0,09	0,04	0,15	57,23	0,15	0,14	19,47	60,04	1168,72

Тогда расчетное время разгона

t_p = ₁ + ₂ + … + , (3.7)

а расчетный путь разгона

S_p =S₁ + S₂ + …+ S_n. (3.8)

Однако в полученных расчетных значениях времени t_p и пути S_p разгона не учтены время и путь трогания с места при убывающей пробуксовке дисков сцепления, а также время и путь движения "накатом по инерции" при переключении передачи. Эти "потери времени и пути" количественно мало значимы, но их качественная сторона определяет операторское мастерство водителя и его влияние на основные свойства автомобиля, прежде всего проходимость, безотказность и долговечность.

Расчет, построение и анализ характеристик обгона

При движении обгоняющего 1 (рис. 3.2), обгоняемого 2 и встречного 3 автомобилей с постоянными скоростями ₁,=20м/с, ₂=15м/с и ₃=19м/с соответственно свободное расстояние на встречной полосе, необходимое для завершенного обгона, определяем по формуле:

, (3.9)

где S_св, S_об и S_з - соответственно расстояние свободное, обгона и проходимое встречным автомобилем за время обгона, м;

L₁=5и L₂=5- габаритная длина соответсвенно обгоняющего и обгоняемого автомобилей, м;

D₁ и D₂ - дистанции безопасности соответственно в начале и конце завершенного обгона, м.

"Согласно имеющимся данным, первая дистанция безопасности может быть представлена в виде функции скорости обгоняющего автомобиля

D₁ = а_{об 1}² + 4, (3.10)

D1=216м.

а вторая - в виде функции скорости обгоняемого автомобиля

D₂ = в_{об 2}² + 4, (3.11)

D2=112м.

где а_об и в_об - эмпирические коэффициенты, зависимые от типа обгоняемого автомобиля (таблица 9).

Таблица 9. Значения коэффициентов а_об и в_об

Автомобили	аоб	воб
Легковые Грузовые средней грузоподъемности Грузовые большой грузоподъемности и автопоезда	0,33 0,53 0,76	0,26 0,48 0,67

Вторая дистанция короче первой, так как водитель обгоняющего автомобиля стремится быстрее возвратиться на свою полосу движения и иногда "срезает угол", а также "вклинивается" в дистанцию D₃ между движущимися впереди "лидером", заменяя опасность встречного столкновения двумя попутными - спереди и сзади. На скоростных магистралях подобные попутные столкновения, обусловленные аварийным завершением обгона, иногда переходят во встречные с десятками и даже сотнями участников. Поэтому опытные водители вместо опасного и, тем более аварийного завершения обгона не начинают или прекращают его, возвращаясь на свою полосу движения не спереди, а сзади обгоняемого транспортного средства. Такой маневр, называемый незавершенным обгоном, можно разделить на три скоростных и временно-путевых этапа:

Выезд на встречную полосу и движение по ней со скоростью ₁ за время t^' на пути обгона:

, (3.12)

где е - переднегабаритное опережение (+), e=4 м.

t'=45,0c.

S'1=900,0м.

Замедление до скорости

= - j₁ t^'' < (3.13)

'1=10,2м.

и пропускание обгоняемого автомобиля вперед на пути отказа от завершения обгона

, (3.14)

где К_э - коэффициент эффективности торможения; Кэ=1,2

- минимально устойчивая скорость, согласно [, с. 53] = 3-5 м/с.

S''1=769,4м.

Возврат на свою полосу движения со скоростью за время t^''' на пути возврата

, (3.15)

где - путь, проходимый обгоняемым автомобилем за время

, (3.16)

t''=5с.

; (3.17)

S''2=75м.

D₂ - дистанция безопасности при отказе от завершения обгона и возврата на свою полосу из-за угрозы встречного столкновения;

D₂ (15 - 20) м [, с. 54];

t^''' - время возврата на свою полосу;

. (3.18)

t'''=6,04с.

S'''1=1537,2м.

При этом полный путь трехэтапного незавершенного обгона:

S_но=3206,6м. (3.19)

и его время

t_но = t^' + t^'' + t^''' =56,04с. (3.20)

вместе со скоростью ₃ встречного автомобиля определяют минимальное свободное расстояние

, (3.21)

необходимое для осуществления этого сложного и опасного маневра.

S'св=4271,4м.

Анализ, построение и расчет тормозной диаграммы

При заданном значении начальной скорости _а=72км/ч тормозную диаграмму рассчитываем и строим в последовательности:

используя графики _с, _м и _мз на листе 2, определяем методом ординат с шагом 5 км/ч средние значения коэффициентов сцепления _с, _м и _мз в интервале скоростей от нуля до заданной _а;

выбираем значение времени реакции водителя t_р из ряда t_р = (0,6; 0,8; 1,0; 1,2 или 1,4) с, дифференцированного ВНИИСЭ;

принимаем допустимое ГОСТ Р 51709 - 2001 время срабатывания рабочей тормозной системы (РТС) t_ср и делим его на время запаздывания t_с = (0,1 - 0,2)с (РТС с гидроприводом) или t_с = (0,4 - 0,5)с (РТС с пневмоприводом) и время нарастания земедления t_н=t_ср-t_с;

определяем остановочное время на мокром и загрязненном покрытии по формуле

t_омз=t_р+t_с+0,5t_н+_а/g_мз (3.22)

и с учетом полученного значения составляем таблицу 10 для трех вариантов тормозной диаграммы - при средних значениях _с, _м и _мз;

Таблица 10. Расчетные тормозные диаграммы

М.-З. t	цмз	цм	цс	Мокр. t	Сухое t
	імз	Va	Sмз	ім	Va	Sм	іс	Va	Sc
0	0	72	0	0	72	0	0	72	0	0	0
0,6	0	72	12,0	0	72	12	0	72	12	0,6	0,6
0,2	0	72	16,0	0	72	16	0	72	16	0,2	0,2
0,4	1,96	71,61	20,0	3,16	71,4	20,0	4,33	71,13	19,95	0,4	0,4
2	1,96	62	42,0	3,16	65,0	29,0	4,33	60	33,00	1	1
4	1,96	48	62,0	3,16	50,0	36,0	4,33	42	38,80	2	2
6	1,96	32	85,0	3,16	35,0	40,8		24	42	3	3
8	1,96	12	108,3	3,16	25,0	56,0				4
11,20	0	0	112,0	0	0	65,1	0	0	48,51	6,52	4,85

определяем остановочный путь на мокром и загрязненном покрытии по формуле:

s_омз=(t_р+t_с+0,5t_н)_а+_а²/g_мз (3.23)

и установившиеся замедления j_уст по формуле (3.49) при _х = _мз и К_э = 1; _х = _м и К_{э min}, _х = _с и К_{э mах};

- на листе миллиметровой бумаги формата А 4 на расстоянии около 100 мм от верхнего края проводим горизонтальную шкалу времени t и вертикальные шкалы j (верхнюю), и s (нижние), выбираем удобные масштабы и строим графики j_с (t), j_м (t) и j_мз (t), ограничив их значениями остановочного времени t_ос, t_ом и t_омз, и приняв линейную зависимость нарастания от нуля до j_уст в интервале времени t_н;

определяем скорости _н в конце нарастания замедлений по формуле

_н=_а-0,5j_устt_н (3.24)

при j_уст = j_с, j_м и j_мз, откладываем полученные значения на вертикали, проходящей через конец интервала t_н, полученные точки соединяем плавными кривыми с горизонталью _а и расходящимися лучами с точками t_омз, t_ом и Ошибка! Ошибка связи. на горизонтальной шкале t;

- определяем прямолинейную часть графика пути за время реакции водителя и запаздывания РТС

s_рс=_а(t_р+t_c) (3.25)

и его криволинейные приращения за время нарастания замедления

s_н=0,5_нt_н=0,5t_н(_а-0,5j_устt_н) (3.26)

строим прямолинейно-криволинейное начало "веера" остановочных путей:

- определяем по графикам средние значения скоростей в секундных интервалах времени t_уcт, полученные значения заносим в таблицу 3.4 и складываем как секундные приращения s_мз, s_м и

s_с=_а(t) с предыдущими значениями s_мз, s_м и s_с в колонках таблицы 10; по полученным значениям строим параболическую часть графиков остановочных путей;

из остановочного пути s_ос определяем тормозной путь:

s_т=s_ос-_аt_p (3.27)

Sт=68,84081633

и сравниваем его с расчетным тормозным путем по приложению Д ГОСТ Р 51709 - 2001:

, (3.28)

где s_т - тормозной путь, м;

_о - начальная скорость торможения автотранспортного средства (АТС), км/ч;

j_уст - установившееся замедление согласно таблице Д 1, м/с²;

А - коэффициент, характеризующий время срабатывания тормозной системы, принимаемой из таблицы Д 1.

Таблица Д 1. ГОСТ Р 51709 - 2001

АТС	Категория АТС (тягач в составе автопоезда)	Исходные данные для расчета норматива тормозного пути sт АТС в снаряженном состоянии
		А	jуст, м/с2
Пассажирские и грузопассажирские автомобили	М1	0,10	5,8
	М2, М3	0,10	5,0
Легковые автомобили с прицепом	М1	0,10	5,8
Грузовые автомобили	N1, N2, N3	0,15	5,0
Грузовые автомобили с прицепом (полуприцепом)	N1, N2, N3	0,18	5,0

Sт=56,82м.

Однозначная количественная оценка долями единицы операторского мастерства водителя, конструктивного совершенства автомобиля и транспортно-эксплуатационных свойств дороги может быть получена из экспериментальных тормозных диаграмм. Графоаналитический вариант такой диаграммы, показанный на тягово-тормозном паспорте (см. рисунок 2.1), строим в последовательности:

на нижней левой шкале откладываем значение g=9,8м/с², переносим его на верхнюю левую шкалу и соединяем диагональной линией g с началом координат (D_о=0, j_хт=0, _а=0, s_т=0) тормозной "части" динамического паспорта;

используя значения остановочного времени t_о, выбираем удобный масштаб, например с/см, и наносим на вторую слева шкалу значения времени торможения

t 0, 2, 4, 6, 8 с 10 или 0, 5, 10, 20 с 25;

учитывая высокую чувствительность организмом человека низкочастотных колебаний скорости продольных замедлений (ускорений) d j_x/d t, приспособленность правой ноги к малым частотам (1,7 - 2,5 Гц) и ограниченную скорость срабатывания тормозной системы, принимаем минимальную частоту импульсов 1Гц;

считая все значения коэффициентов сцепления _с реализованными при блокировке колес после "клевка", а не максимальными при коэффициенте юза s_кр, принимаем постоянные "размахи"

_с = _{, max}-_с0,2 (3.29)

j_х = _с g 2 м/с²;

на шкале скоростей откладываем начальную скорость _ао, проектируем ее значение по вертикали до пересечения с кривой _с, полученную точку пересечения проектируем по горизонтали до пересечения с g, а полученную на ней точку проектируем по вертикали до пересечения с линией нарастания замедления и шкальной j_хт соответствует реализованному при юзе значению коэффициента сцепления _с при начальной скорости _а и согласно (3.61) может быть увеличено до максимального при j_хт/t=0 и уменьшено до минимального на ту же величину j_хт при j_хт/t=0 в точке касания с вертикальной линией проектирования произведения _сg на шкалу j_хт;

определяем из построенного графика первого односекундного "клевка" среднее значение замедления

(3.30)

и уменьшаем скорость _ао на величину

₁ = j_{1, ср} t₁ (3.31)

отложенную на горизонтали, уходящей вправо из j_{1, min} до пересечения с вертикалью, проведенной через значение начальной скорости _ао,

- полученное значение скорости _а1 в конце первого "клевка"

_а1 = _ао - ₁

считаем начальным, по нему графически определяем значение реализованного при юзе коэффициента сцепления _с и соответствующего ему замедления j_{2, ср} и уменьшения скорости ₂.

При выбранной частоте импульсов ("клевков") 1 Гц начальная скорость перед торможением

_а= _а =

удобно делится на n уменьшений _а последовательно определяемых как средние замедления j_ср в интервалах времени t=1с.

Текущие приращения остановочного s_ос и тормозного s_тс путей s определяем

графически как половины средних значений скорости _{а, ср} в полусекундных интервалах t.

Построение графиков j(t), _а(t) и s_т(t) при других состояниях дороги, характеризуемых коэффициентами сцепления _м и _мз, аналогично.