Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля Audi A8


Выбор исходных данных

Задание. Сделать анализ тягово-скоростных свойств автомобиля, AUDI A 8 если коэффициент суммарного дорожного сопротивления y=0,02.

Исходные данные для расчета:

Вид автомобиля – легковой автомобиль

Полная масса m, кг – 2200

Марка и тип двигателя – бензиновый, AMF.

Максимальная мощность Nemax, кВт – 142

Частота вращения вала двигателя при максимальной мощности nN, об/мин – 6000

Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя – нет

Передаточные числа:

Коробки передач

Uk1 ………………..3,5

Uk2 ………………..1,94

Uk3 ………………..1,3

Uk4 ………………..0,943

Uk5 ………………..0,789

Ukзх……………….3,444

Раздаточной коробки uрв,…………………….нет

Главной передачи u0 …………………………..3,875

Шины………………………………………..225R17

Статический радиус колес rст, м……………0,317

Габаритные размеры:

Ширина Вг, м…………………………………..1,88

Высота Нг, м……………………………………1,42

КПД трансмиссии h……………………………0,9

Коэффициент сопротивления воздуха K, Hc2 /м4 …0,2

Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами:

Максимальный крутящий момент двигателя Memax, Нм………………280

Частота вращения вала двигателя при максимальном крутящем моменте nM, об/мин……3200

Максимальная скорость Vmax, км/ч

Время разгона до 100 км/ч, с

Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки скоростной характеристики воспроизвести всю кривую мощности:

(1)

Где Ne, кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя n, об/мин;

Nemax, кВт – максимальная мощность двигателя при частоте вращения nN, об/мин;

А1 , А2 – эмпирические коэффициенты характеризующие тип двигателя внутреннего сгорания. Для бензинового А1 =1,0; А2 =1,0.

(2)

Nmin – минимальная частота вращения коленчатого вала.

(3)

(Н*м.)

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя

По результатам расчетов строим график внешней скоростной характеристики (рис. 1).

Рис. 1

Построение графиков силового баланса

При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значение составляющих уравнения силового баланса.

Pk – Py – Pw – Pj = 0.

Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из выражения, Н:

(4)

Где rд – динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным rст = 0,317 м.

Вторую составляющую силового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяют по формуле, Н:

Py = yG(5)

Где G = gm – полный вес автомобиля;

G = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

G = 9,81 × 2200 = 21582Н ;

Py = 0,02 ×21582 = 431,64Н ;

Силы сопротивления воздуха:

(6)

Где F – лобовая площадь, м2 ;

V – скорость автомобиля, км/ч.

F = a×Bг ×Hг (7)

Где a – коэффициент заполнения площади, для грузовика находится в пределах 0,78…0,8, принимаем a = 0,8, тогда

F = 0,8 × 1,88× 1,42=2,13 м2

Силу сопротивления разгону, H:

(8)

Где d – коэффициент учитывающий влияние инерции вращающихся масс;

J – ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с2 .

При построении и анализе графиков силового баланса величина Pj не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Pk и суммы сопротивлений движению (Py +PW )

График силового баланса и все последующие графики будем строить в функции скорости автомобиля V, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью

(9)

км/час

Где rk – радиус качения колеса, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу rст.

Для силы сопротивления воздуха

(10)

Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростейдвижения по формуле.

(11)

Результаты расчетов силового баланса и динамической характеристики автомобиля AUDIA8 (рис. 3, 4).

Рис. 2

Рис. 3

Оценка показателей разгона автомобиля

Ускорение j для разных передач и скоростей определяют по значениям D из таблицы 2, используя формулу

Где d = 1,04 + 0,04 ×uki2 ×uPB2 предварительно рассчитывается для каждой передачи

D1 =1,04+0,04×uk12 =1,04+0,04×3.52 =1,53;

D2 =1,04+0,04×uk22 =1,04+0,04×1,942 =1,19;

D3 =1,04+0,04×uk32 =1,04+0,04×1,32 =1,1;

D4 =1,04+0,04×uk42 =1,04+0,04×0,942 =1,07;

D5 =1,04+0,04×uk52 =1,04+0,04×0,7892 =1,06;

Расчетные данные для построения графиков ускорений сводят в таблице 3, где приводятся значения величин, обратных ускорениям 1/j, которые будут использованы при определении времени разгона АТС.

По данным таблицы 3 строят графики ускорений (рисунок 4) и величин, обратных ускорениям (рисунок 5).

Результаты расчетов ускорений и величин, обратных ускорениям

Время разгона получают как интеграл функции

(13)

Графическим интегрированием функции 1/j = f(V), используя график величин, обратных ускорениям. Для этого площадь над кривыми разбивают на произвольное число участков. Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге. Например, время разгона автомобиля на и-м участке от скорости Vи до Vи+1

Подсчитав площади участков Ftи и нарастающую сумму площадей, по формуле (14) вычисляем время разгона t. Расчеты сводим в таблице 4 и строим график времени разгона (рисунок 6).

Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции t = f(V), т. е. подсчетом соответствующих площадей графика времени разгона, поскольку

(15)

Методика расчета и построения аналогична предшествующей. Для этого площадь над кривойt=f(V) в интервале от Vmin до Vmax разбивают на произвольное число участков (5 или 6). Площади этих участков представляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующем интервале скоростей на данной дороге. Например, путь разгона автомобиля Sи (м) на и-м участке от скорости Vи до Vи+1

Sи =mv mt Fsи (16)

Fsи – площадь и-го участка на графике, мм2 .

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, по формуле (16) вычисляют путь разгона S, сводят расчеты в таблице 5 и строят график пути разгона.

Двигатель автомобиль тяговый скоростной

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

График мощностного баланса автомобиля

Уравнение баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne :

Ne – Nr – Ny – Nw – Nj = 0(17)

Или через мощность на колесах Nk :

Nk – Ny – Nw – Nj = 0(18)

Где Nr – мощность, теряемая в трансмиссии;

Ny, Nw – мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивление воздуха;

Nj – мощность, используемая для разгона.

Вначале вычислим мощность на ведущих колесах Nk. Эту величину определяют через мощность Ne (см. табл. 1), рассчитываемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии

Nk =Ne – h(19)

Значение мощностей Ny и Nw – рассчитывают с использованием величин Py и Pw, взятых из табл. 2 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:

(20)

(21)

Полученные значения величин Ny и Nw суммируют.

Данные расчетов сводим в таблице 6, и по ним строят график мощностного баланса автомобиля (рис. 7).

Мощности Nr и Nj определяются на графике как разности Nr = Ne – Nk ; Nj = Nk – (Ny – Nw ).

Рис. 7

Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля

Из внешней скоростной характеристики двигателя определим значения максимального крутящего момента Memax, частоту вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте nм и момент при максимальной мощности MN. Полученные значения Memax и nм сравнением с реальными данными. По значениям Memax и MN можно вычислить коэффициент приспосабливаемости двигателя.

(22)

Для двигателя автомобиля AUDIA8 значение Memax =280 Н. м.

Nм =3200 об/мин;

При y = 0,02 максимальная скорость автомобиля без ограничителя частоты вращения составляет 237 км/ч.

По динамической характеристике автомобиля для каждой передачи определим максимальное сопротивление ymax, которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость Vкр и максимально преодолеваемый продольный угол дороги imaxi при коэффициенте сопротивления качению f = 0,10 (грунтовая дорога после дождя).

Максимальный преодолеваемый дорожный уклон дороги:

Imaxi = ymaxi – f (23)

Для автомобиляAUDIA8 перечисленные параметры составляют:

Vmax =237 км/ч.;

Ymax1 =Dmax1 =0,49;

Ymax2 =Dmax2 =0,27;

Ymax3 =Dmax3 =0,18;

Ymax4 =Dmax4 =0,12;

Ymax5 =Dmax5 =0,1;

Imax1 =0, 49- 0,10 = 0.39 = 39%Imax5 = 0,1- 0,10 = 0 = 0%;

Imax2 =- 0, 27 – 0.10 = 0.17 = 17%;

Imax3 = 0, 18 – 0,10 = 0,08 = 8%;

Imax4 = 0, 12- 0,10 = 0.02 = 2%;

По графику ускорений определяются максимальное ускорение jmax для каждой передачи и оптимальные скорости перехода с одной передачи на другую на данной дороге.

С помощью графиков времени и пути разгона для принятого дорожного сопротивления определяют соответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.

В данной работе эти параметры составляют:

Jmax1 = 3.05 м/с2 ;

Jmax1 = 2.08 м/с2 ;

Jmax1 = 1,4м/с2 ;

Jmax1 = 0,95 м/с2 ;

Jmax1 = 0,75 м/с2 ;

Vпер1-2 = 58км/ч;

Vпер2-3 = 104 км/ч;

Vпер3-4 = 156 км/ч;

Vпер4-5 = 216 км/ч;

Вывод

В данной работе мы провели анализ тягово-скоростных свойств автомобиляAUDI A 8 для дороги с коэффициентом суммарного дорожного сопротивления y = 0,02. Были построены графики внешней скоростной характеристики, силового баланса, ускорений, мощностного баланса, а также графики времени и пути разгона автомобиля.

Основные полученные данные расчета:

Vmax =237 км/ч;

T100 = 13 с

S100 =183 м



Зараз ви читаєте: Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля Audi A8