Т е

Тягово-скоростные свойства
Скоростная внешняя характеристика двигателя
Рe max
Рe
Те
Gт
gе
Рe
Те
Gт
gе
Рe
Тe max
Тe
Gт
ge
ge min
0
ωT
ωP
ωe
kт = Те max / ТP – коэффициент приспособляемости по моменту;
k = P / т – коэффициент приспособляемости по угловой скорости;
ТР –момент двигателя при максимальной мощности;
GТ – часовой расход топлива двигателем;
gе – удельный эффективный расход топлива двигателем
33
Тягово-скоростные свойства
Экспериментальные скоростные
характеристики двигателей
Рe
Те
Рe
Те
Рe
Рe
Тe
0
Тe
ωe
бензиновый (инжекторный)
0
ωe
дизельный (высокооборотистый)
34
Тягово-скоростные свойства
Скоростная внешняя характеристика двигателя
Математическая
зависимость
2
3

 ωe 
 ωe 
ω
e
  c
 
Pe  Pe max a
 b
 ωp 
 ωp  
 ωp



 

k т kω kω  2   1
a
kω kω  2   1
b
2kω k т  1
kω kω  2   1
kω2 k т  1
с
kω kω  2   1
35
Тягово-скоростные свойства
Момент, подводимый к ведущим колесам
Т к  Т е 1  γ еε е  J е ε е Т е uт ηт
Те – крутящий момент двигателя;
Jе – момент инерции вращающихся частей двигателей;
е = 0,001…0,002 с2 / рад – коэффициент уменьшения момента двигателя при
работе на неустановившихся режимах;
εe  d ωe dt
– угловое ускорение коленчатого вала двигателя;
uт = uкu0uд– передаточное число трансмиссии;
т – к.п.д. трансмиссии (коэффициент полезного действия)
36
Тягово-скоростные свойства
Окружная сила на ведущих колесах
Fк  Т к rд ,
где rд – динамический радиус колеса
Тяговая характеристика автомобиля
Fк
Fк1
Fк2
Fк3
Fк4
0
Va
37
Тягово-скоростные свойства
Потери мощности в трансмиссии
Потери мощности в трансмиссии оценивают коэффициентом полезного
действия трансмиссии (КПД трансмиссии):
ηт  Рк Рк  Рт   Рк Pe ,
где Рк – мощность, подводимая от трансмиссии к ведущим колесам;
Рт – мощность механических и гидравлических потерь в трансмиссии
(зависит от потерь в агрегатах трансмиссии);
Pе – мощность на коленчатом валу двигателя
Для механической трансмиссии:
η т  ηк ηкар ηо η д
38
Тягово-скоростные свойства
КПД трансмиссии
ηт  0,98k
0,97l 0,995m  (aтVa  bтVa 2 ) / Pe ,
где k и l – число соответственно цилиндрических и конических
или гипоидных передач, через которые на данной передаче
последовательно передается мощность;
m – число карданных шарниров, через которые последовательно
передается мощность;
aт и bт – коэффициенты, зависящие от числа механизмов в трансмиссии,
их конструкции, включенной передачи, массы автомобиля,
температуры масла в механизмах трансмиссии и др.
39
Тягово-скоростные свойства
КПД трансмиссии
Обратный КПД. При торможении автомобиля двигателем трансмиссия
передает энергию от ведущих колес к двигателю и потери энергии оценивают
по обратному КПД трансмиссии.
ηтобр = η‘т = Pт.д. / (Pт.д. +Рт )= Pт.д. / Pк
Тип автомобиля
Прямой КПД
Обратный КПД
Гоночные
0,9…0,95
0,8…0,85
Легковые
0,9…0,92
0,8…0,82
Грузовые и автобусы
0,82…0,85
0,75…0,78
Повышенной
проходимости
0,8…0,83
0,73…0,76
40
Тягово-скоростные свойства
Сила сопротивления качению автомобиля
F f  Rz1 f  Rz 2 f  f Gа cosα
RZ1
Fi
Н
hg
RZ2
Gн

Ga

B
Общие потери на качение обусловлены:
• внутренним трением в шинах (гистерезисные потери);
• проскальзыванием элементов шин по опорной поверхности;
• аэродинамическим сопротивлением вращающихся колес;
• дополнительными потерями при движении по деформируемым
или грязным опорным поверхностям
41
Тягово-скоростные свойства
Сила сопротивления подъему
Fi = Ga sin или Fi = Ga i, где i = H / B при малых 
RZ1
Fi
Н
hg
RZ2
Gн

Ga

B
Сила сопротивления дороги
F = Ff  Fi = Ga (f cos  sin) =  Ga
,
где  = f cos  sin - коэффициент сопротивления дороги
42
Тягово-скоростные свойства
Аэродинамика автомобиля
с  2
Сила сопротивления воздуха: Fв  x в Va Aв
2
где сх - коэффициент лобового сопротивления;
в  1,225
кг
м
3
 плотность воздуха;
Va  скорость относительного движения воздуха и машины, м/с;
Aв  лобовая площадь (площадь миделева сечения).
Для легковых автомобилей
Для грузовых автомобилей
Aв  0,78Вг Н г
Aв  (0,85...0,9) ВН г
сx в
Н  с2
Кв 
 коэффициент сопротивления воздуха, 4
м
2
2
W
сx в
Aв 
2
фактор обтекаемости,
Н с
м2
43
Тягово-скоростные свойства
Аэродинамика автомобиля
Коэффициент лобового сопротивления зависит от формы, которое составляет 50…60% сх
сx  1,0
Тип автомобиля
сx
гоночные
легковые
автобусы
грузовые
0,2 … 0,3
0,3 … 0,4
0,4 … 0,8
0,8 … 1,0
сx  0,4
с x  0,85
с x  0,28
Доля аэродинамического сопротивления в общем сопротивлении движению
P,
кВт
Pв
Pв
 80%
Pв  Pf
Pf
80
160
V, км/ч
44
Тягово-скоростные свойства
Силы и моменты, действующие на автомобиль
при прямолинейном движении
Условия и допущения:
Тк
Fz
1. Автомобиль симметричен относительно
продольной оси.
●
2. Все силы и моменты, действующие
на автомобиль, приведены к средней
продольной плоскости.
3. Нормальные реакции дороги Rz
приложены в середине пятна контакта,
а их смещение учтено в моментах
сопротивления качению Tf.
Rz
● ●
Тf
аш
Тf = aш∙Rz
45
Тягово-скоростные свойства
Силы и моменты, действующие на автомобиль
при прямолинейном движении
46
Тягово-скоростные свойства
Силы и моменты, действующие на автомобиль
при прямолинейном движении
α – угол уклона дороги;
Ga – полный вес автомобиля (Gacosα и Gasinα нормальная и касательная
составляющие силы веса);
Rz1 и Rz2 – нормальные реакции дороги;
Rx1 и Rx2 – касательные реакции дороги;
Fв – сила сопротивления воздуха;
Fjx – сила инерции поступательно движущихся масс;
Fкр – продольная составляющая силы на крюке;
Tf1 и Tf2 – моменты сопротивления качению колес;
Tкj1 и Tкj2 – инерционные моменты колес;
hg – высота центра масс;
hв – высота центра парусности;
hкр – высота расположения буксирного устройства;
L – база автомобиля;
a и b – расстояние от центра масс до передней и задней оси.
47
Тягово-скоростные свойства
Сила сопротивления разгону
Ga dV
dV
Fj 
δ  ma
δ  F jx δ
g dt
dt
F jx 
ma 
dV

dt
δ 
сила инерции поступательно движущихся масс;
масса автомобиля;
ускорение поступательного движения;
коэффициент учета вращающихся масс.
J euт2 ηт  J к
δ  1

rк rд ma rк rд ma
Je 
момент инерции вращающихся частей двигателя (коленчатый вал, маховик,
сцепление, п.в.к.п. и пр.);
 J к  моменты инерции колес автомобиля.
48
Тягово-скоростные свойства
Продольные реакции опорной поверхности на колеса автомобиля
Ведомые колеса
Ткj1
Fz1
V
Fx1
Rx1 
Rz1
Т f1
Rx1
rд
Fz2
Fx= FТ
V
Rz2
rд
 Rz1 f 
d ωк
dt
rд
Ведущие колеса
Тк
Ткj2
Т f2
T f 1  Tкj1
J к1
Rx 2 
Tк  Tк j 2  T f 2
rд

d ωe
d ωк
(Te  J e
)u т η т  J к 2
dt
dt  R f

z2
rд
Rx2
49
Тягово-скоростные свойства
Уравнение движения автомобиля
Сумма проекций сил на опорную поверхность:
Rx 2  Rx1  FВ  Fjx  Ga sin 
Rx 2  Fк 
;
dV
dV
Jк2
dt 
dt  R f ;
z2
'
rд rк
rд rк
J euт2 η т
dV
dt
Rx1  Rz1 f 
rд rк
J к1
G dV
F jx 
g dt
;
;
Rz1 f  Rz 2 f  f Ga cos   F f
50
Тягово-скоростные свойства
Уравнение движения автомобиля
после преобразований:
Fк  Fв  F f  Fi  F j
Teuт ηт
Fк 
rд
;
с x  в Aв 2
Fв 
Va
2
Fi  Ga sin 
;
;
;
F f  Ga cos  f
Ga dV
F j  F jx δ 
δ
g dt
Дифференциальное уравнение движения автомобиля:
dV Ga
δ  Fк  Fв  F f  Fi
dt g
51
Тягово-скоростные свойства
Условия возможности движения автомобиля
По силе тяги:
или
Fк  F  Fв  F j
Teuт ηт
2 Ga dV
 ψ Ga  WVa 
δ
rд
g dt
По сцеплению ведущих колес с опорной поверхностью:
в
Fк  Fсц
или
Teuт ηт
  x Rz 2
rд
Условие возможности движения автомобиля
в
Fсц
 Fк  Fψ  Fв  F j
52
Тягово-скоростные свойства
Нормальные реакции опорной поверхности
Rz1 
Rz 2 
[Ga cos   b  (T f 1  T f 2 )  ( Fi  F jx )hg  Fв hв  (Tкj1  Tкj 2 )]
L
[Ga cos   a  (T f 1  T f 2 )  ( Fi  F jx )hg  Fв hв  (Tкj1  Tкj 2 )]
L
Коэффициент изменения нормальных реакций:
mR1 
Rz1
Rzст1

Rz1
Ga1
mR 2 
Rz 2
Rzст2

Rz 2
Ga 2
Значения коэффициентов
Условия движения
Разгон с максимальным ускорением
Преодоление подъема легковым автомобилем
Преодоление подъема грузовым автомобилем
Торможение с максимальной интенсивностью
Торможение на спуске
m R1
0,85 … 0,9
0,75 … 0,8
0,85 … 0,9
1,2 … 1,4
1,4 … 1,6
mR 2
1,05 … 1,12
1,08 … 1,12
1,05 … 1,1
0,65 … 0,75
0,45 … 0,55
53
Тягово-скоростные свойства
Тяговый баланс автомобиля
Fк  Fв  F  F j
При установившемся движении
F
Fк1
Fк 2
Fк 3
Fк 4
F  Fв
F
V
54
Тягово-скоростные свойства
Мощностной баланс
Pк  Pв  P  Pj
P
Pк1
Pк 2
Pк 3
Pк 4
P  PВ
P
V
55
Тягово-скоростные свойства
Динамическая характеристика автомобиля
из уравнения тягового баланса
Fк  Fв  F  F j
Fк  Fв F  F j

Ga
Ga
D
: Ga
Fк  Fв
D
Ga
D  динамический фактор
D1
D2
D3
D4

V
56
Тягово-скоростные свойства
Ускорения автомобиля при разгоне
аx
ax1
ах = dV / dt
ax2
ax3
ax4
Vmax V
ax
D   δ
g
g
a x  D  
δ
57
Тягово-скоростные свойства
Максимальное ускорение на горизонтальном
шоссе по условиям сцепления ведущих колес
Rzв x  F  F j │: Ga
Ga 
Ga a x δ
Rzв
x 

Ga
Ga
g Ga
a x max
 Rzв
g


 
x
G
δ
 a

58
Тягово-скоростные свойства
Время разгона
1
dV
ах = dV / dt ; dt 
ax
Время разгона в интервале скоростей V1 – V2:
T
V2
1
 a x dV
V
1
Интегрирование численным методом получают общее время разгона от Vmin до Vmax:
m
T
n
m-1
 ti   t п
j 1 i 1
j 1
где m – число передач в коробке передач;
tп – время переключения с одной передачи на другую;
n – количество временных интервалов при движении на j-ой передаче
59
Тягово-скоростные свойства
Время разгона
t i  Vi / a xiср
Vi  Vi1 

a xi 1  a xi  / 2
Vmin
Vп
V
Vп =  g tп / п
tп
t
60
Тягово-скоростные свойства
Путь разгона
tmax
V = dS / dt; dS = Vdt; S   Vdt
0
Интегрирование численным методом:
,
Vi ср = (Vi – 1 + Vi) / 2;
ti = ti – ti – 1;
.
Si = Vi ср ti = (Vi – 1 + Vi) (ti – t i – 1) / 2
n
S j   Si
i 1
где n – количество интервалов ti при движении автомобиля на j-й передаче.
61
Тягово-скоростные свойства
Путь разгона
m
Общий путь разгона:
S 
j 1
m-1
i 1
j 1
 Si   Sп j
где m – число передач в коробке передач;
Sп j – путь, пройденный автомобилем при переключении с j-й на (j + 1)-ю передачу.
Vп
V
Sп j = (Vj max – 0,5 Vп) tп
Vmin
,
n
Sп
S
62
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Безразмерные характеристики
гидродинамических передач
K; ; н
н
K; ; н
н max 
imax
 max
Kmax
н max
0
1 i
н
K
K=1
нК =1
нi = 0
K
0
1 i
а
б
Гидромуфта
Гидротрансформатор
63
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Безразмерные характеристики
гидродинамических передач
i = Т / Н – передаточное отношение;
Т и Н – угловые скорости турбинного и насосного колеса;
К = ТТ / ТН – коэффициент трансформации;
ТТ и ТН – момент на валу турбины и на валу насоса;
 = РТ / РН = ТТ Т / (ТН Н) = К i – коэффициент полезного действия;


 н  Т н  ж Da5н2 – коэффициент момента насоса;
ж – плотность рабочей жидкости (ж = 830 … 890 кг/м3);
Dа – активный диаметр
64
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Схема устройства и безразмерная характеристика
блокируемого гидротрансформатора
1
2
K; ; н

н
5
3
K=1
K
4
0
1 i
1 – насос, 2 – турбина, 3 – реактор,
4 – корпус, 5 – фрикционная муфта блокировки
65
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Схема устройства и безразмерная характеристика
комплексного гидротрансформатора
2
K; ; н
гм
н
3
5
гт
4
K
K=1
1
0
1i
1 – насос, 2 – турбина, 3 – реактор,
4 – корпус, 5 – муфта свободного хода
66
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Схема устройства и безразмерная характеристика
полимерического гидротрансформатора
2
6
K; ; н
1

В
А
Б
н
5
4
K
3
0
1 i
1 – насос, 2 – турбина, 3 – два реактора, 4 – корпус,
5 – муфта свободного хода, 6 – фрикционная муфта
67
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Входная (нагрузочная) характеристика системы
двигатель-гидротрансформатор
Р; Т
Ре
Р; Т
Ре
Т н1
Тен
Тен
Тнn
i1
i2
in
Т н2
Тн
Тн
н
н1 н2 нn н
а
б
непрозрачного
прозрачного
68
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Выходная характеристика системы
двигатель-гидротрансформатор
PТ ; T Т
PТ
TТ
A
Т
69
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Силовой баланс автомобиля с гидромеханической
трансмиссией
F
Fто I
Fто II
Ff + Fв
Fто III
Ff
V
m I
m II
m III
70
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Мощностной баланс автомобиля
с гидромеханической трансмиссией
P
РтI
РтII
РтIII
(Рf+Pв) rд
rк
Рf rд
rк
V
e III
e I
e II
71
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Динамическая характеристика автомобиля
с гидромеханической трансмиссией
D
I
II
III
V
72
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
График ускорений разгона автомобиля
с гидромеханической трансмиссией
аа
I
II
III
V
73
Тягово-скоростные свойства
автомобиля с ГМП
Графики времени разгона и пути разгона
автомобиля с гидромеханической трансмиссией
V
V
0
t
0
S
74