Контрольная работа: 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 N_{e max} , кВт - 142

Частота вращения вала двигателя при максимальной мощности n_N , об/мин - 6000

Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя - нет

Передаточные числа:

Коробки передач

U_{k 1} ………………..3,5

U_k2 ………………..1,94

U_k3 ………………..1,3

U_k4 ………………..0,943

U_k5 ………………..0,789

U_{k зх} ……………….3,444

Раздаточной коробки u_рв ,…………………….нет

Главной передачи u₀ …………………………..3,875

Шины………………………………………..225\55R17

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

Габаритные размеры:

Ширина В_г , м…………………………………..1,88

Высота Н_г , 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 M_emax , Нм……………...280

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

Максимальная скорость V_max , 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 N_e , кВт – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя n, об/мин;

N_emax ,кВт – максимальная мощность двигателя при частоте вращения n_N , об/мин;

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

(2)

n_min – 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.

P_k - P_y - P_w – P_j = 0.

Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из выражения, Н:

(4)

где r_д – динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным r_ст = 0,317 м.

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

P_y = yG(5)

Где G = gm – полный вес автомобиля;

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

G = 9,81 × 2200 = 21582Н ;

P_y = 0,02 ×21582 = 431,64Н ;

Силы сопротивления воздуха:

(6)

где F – лобовая площадь, м² ;

V – скорость автомобиля, км/ч.

F = a×B_г ×H_г (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 P_j не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия P_k и суммы сопротивлений движению (P_y +P_W )

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 r_k – радиус качения колеса, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу r_ст .

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 ×u_ki ² ×u_PB ² предварительно рассчитывается для каждой передачи

d₁ =1,04+0,04×u_k1 ² =1,04+0,04×3.5² =1,53;

d₂ =1,04+0,04×u_k2 ² =1,04+0,04×1,94² =1,19;

d₃ =1,04+0,04×u_k3 ² =1,04+0,04×1,3² =1,1;

d₄ =1,04+0,04×u_k4 ² =1,04+0,04×0,94² =1,07;

d₅ =1,04+0,04×u_k5 ² =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 V_и до V_и+1

Подсчитав площади участков F_{t и} 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 V_min до V_max 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 S_и (м) на и-м участке от скорости V_и до V_и+1

S_и =m_v m_t F_{s и} (16)

F_{s и} – 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 N_e :

N_e – N_r - N_y - N_w – N_j = 0(17)

Или через мощность на колесах N_k :

N_k - N_y - N_w – N_j = 0(18)

Где N_r – мощность, теряемая в трансмиссии;

N_y , N_w – мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивление воздуха;

N_j – мощность, используемая для разгона.

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

N_k =N_e ·h(19)

Значение мощностей N_y и N_w – рассчитывают с использованием величин P_y и P_w , взятых из табл. 2 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:

(20)

(21)

Полученные значения величин N_y и N_w суммируют.

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

Мощности N_r и N_j определяются на графике как разности N_r = N_e – N_k ; N_j = N_k – (N_y - N_w ).

Рис. 7

Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля

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

(22)

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

N_м =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 y_max , которое может преодолеть автомобиль, критическую скорость V_кр и максимально преодолеваемый продольный угол дороги i_maxi при коэффициенте сопротивления качению f = 0,10 (грунтовая дорога после дождя).

Максимальный преодолеваемый дорожный уклон дороги:

i_maxi = y_maxi – f (23)

Для автомобиляAUDIA8 перечисленные параметры составляют:

V_max =237 км/ч.;

y_max1 =D_max1 =0,49;

y_max2 =D_max2 =0,27;

y_max3 =D_max3 =0,18;

y_max4 =D_max4 =0,12;

y_max5 =D_max5 =0,1;

I_max1 =0, 49– 0,10 = 0.39 = 39%I_max5 = 0,1– 0,10 = 0 = 0%;

I_max2 =– 0, 27 - 0.10 = 0.17 = 17%;

I_{max 3} = 0, 18 – 0,10 = 0,08 = 8%;

I_{max 4} = 0, 12– 0,10 = 0.02 = 2%;

По графику ускорений определяются максимальное ускорение j_max 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:

J_{max 1} = 3.05 м/с² ;

J_{max 1} = 2.08 м/с² ;

J_{max 1} = 1,4м/с² ;

J_{max 1} = 0,95 м/с² ;

J_{max 1} = 0,75 м/с² ;

V_пер1-2 = 58км/ч;

V_{пер 2 - 3} = 104 км/ч;

V_пер3-4 = 156 км/ч;

V_пер4-5 = 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:

V_max =237 км/ч;

T₁₀₀ = 13 с

S₁₀₀ =183 м