Расчёт тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля

Размещено на 



Тольяттинский Государственный Университет

Кафедра: Автомобили и тракторы



























Расчёт тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля

























Тольятти 2010г.


Таблица.1.Тяговый расчёт автомобиля. Исходные данные

Параметр

Значение

Колёсная формула

42

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 Nmax=74кВт, Mmax=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 Vк на значение площади прямоугольника со сторонами Vк и (1/jср)к , переходим к приближённому интегрированию:



t1=t1, t2=t1+t2, tn=



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

t2– время разгона до скорости V2.

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 Vсрk.

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

Величина площади элементарного прямоугольника определяется следующим образом : 

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

Путь разгона от скорости Vo. до скорости V1: S1=S1,

до скорости V2: S2=S1+S2,. до скорости Vn: Sn=

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.

тяговой расчет автомобиль сопротивление

Таблица 3

об/мин

n(рад)

Vа

qП

900

94,2

7,766213

3,794536

1200

125,6

10,35495

4,135622

1500

157

12,94369

4,574162

1800

188,4

15,53243

5,110155

2100

219,8

18,12116

5,743601

2400

251,2

20,7099

6,474501

2700

282,6

23,29864

7,302854

3000

314

25,88738

8,22866

3300

345,4

28,47611

9,25192

3600

376,8

31,06485

10,37263

3900

408,2

33,65359

11,5908

4200

439,6

36,24233

12,90642

4500

471

38,83106

14,31949

4800

502,4

41,4198

15,83002

5100

533,8

44,00854

17,438

5400

565,2

46,59728

19,14343

5700

596,6

49,18601

20,94631

5800

607,07

50,04893

21,56893