Реферат: 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………………………………………..225\55R17
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