35566

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЕЙ

Конспект

Логистика и транспорт

АТС и его эксплуатационные свойства4 Вопрос 2. Условия эксплуатации АТС. Тяговоскоростные свойства АТС ТСС АТС. Силы действующие на АТС9 Вопрос 5.

Русский

2013-09-17

3.43 MB

22 чел.

81

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Кафедра “Автомобильный транспорт”

                               ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЕЙ

Дисциплина для направления подготовки дипломированного специалиста

190600 «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования»

Специальность 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Специальность 080502 «Экономика и управление на предприятии (по отраслям)»

                                                        Конспект лекций

Разработал

Доцент кафедры АТ

_____________ Н. Н. Заводов

“ ____ “ _____________ 2005 г.

    Оглавление.

     Введение…………………………………………………………………..4

Тема 1. Эксплуатационные свойства автомобилей…………………4

      Вопрос 1.  АТС и его эксплуатационные свойства………………4  

      Вопрос 2. Условия эксплуатации АТС…………………………….6

Тема 2. Тягово-скоростные свойства АТС (ТСС АТС)………………….7       

      Вопрос 3. Оценочные показатели ТСС……………………………7

      Вопрос 4. Силы, действующие на АТС……………………………9

      Вопрос 5. Характеристики двигателя…………………………….10

      Вопрос 6. Мощность, подводимая к ведущим колесам…….......12

      Вопрос 7. Потери в трансмиссии…………………………………..12

Тема 3. Кинематика и динамика автомобильного колеса…………..12

     Вопрос 8. Радиусы колеса…………………………………………...13

     Вопрос 9. Скорость и ускорение  АТС…………………………….14

     Вопрос 10. Динамика автомобильного колеса…………………...14

     Вопрос 11. Режимы качения колеса……………………………….16

            Вопрос 12. Движение колеса по деформируемой дороге………..17

       Вопрос 13. Причины потерь мощности, связанные с качением18

            Вопрос 14. Влияние эксплуатационных и конструктивных фак-

      торов на величину к-та сопротивления качению…………………..19

     Вопрос 15. Предельные случаи качения колеса. К-т сцепле-

ния…………………………………………………………………………21

            Вопрос 16. Влияние эксплуатационных и конструктивных

       факторов на величину к-та сцепления………………………………..22

Тема 4. Силы сопротивления движению………………………………23

     Вопрос 17. Силы сопротивления дороги…………………………..23                

     Вопрос 18 Аэродинамика АТС………………………………………24

     Вопрос 19. Сила сцепления. Возможность движения…………….26

     Вопрос 20. Уравнение движения АТС………………………………27

     Вопрос 21.  Методы решения уравнений силового и мощностного

балансов……………………………………………………………………28

     Вопрос 22. Графики силового и мощностного балансов…………28

     Вопрос 23. Динамический фактор и динамическая

характеристика……………………………………………………………29

     Вопрос 24. Динамический паспорт………………………………….30

         Вопрос 26. Приемистость АТС. Путь и время разгона……………32

     Вопрос 27. Нормальные реакции, действующие на колеса каждой

 оси………………………………………………………………………….34

             Тема 5. Тормозные свойства……………………………………………..35

     Вопрос 28.  Тормозные системы и оценочные параметры……….35

     Вопрос 29.  Виды испытаний ТС и тормозной путь………………37

     Вопрос 30. Теоретическое определение замедления и тормозного

 пути…………………………………………………………………………38

     Вопрос 31. Служебное торможение…………………………………..39

     Вопрос 32. Оптимальное распределение тормозных сил…………40

             Тема 6. Топливная экономичность АТС…………………………………42

                  Вопрос 33. Оценочные показатели……………………………………42

                  Вопрос 34. Уравнение расхода топлива………………………………43

                  Вопрос 35. Влияние конструктивных и эксплуатационных

            факторов на топливную экономичность…………………………………44

             Тема 7. Управляемость АТС………………………………………………45

                  Вопрос 36. Общие положения. Оценочные показатели

            управляемости……………………………………………………………….45

                  Вопрос 37. Увод автомобильного колеса……………………………..49

                  Вопрос 38. Кинематика поворота автомобиля………………………51

                  Вопрос 39. Силы, действующие на автомобиль при повороте…….52

                  Вопрос 40. Круговое движение и переходные процессы………54

                  Вопрос 41. Стабилизация управляемых колес………………………55

                  Вопрос 42. Колебания управляемых колес…………………………..56

            Тема 8. Устойчивость АТС………………………………………………...58

                  Вопрос 43. Общие положения. Оценочные показатели

            устойчивости…………………………………………………………………58

                 Вопрос 44. Критические показатели по скольжению……………….59

                 Вопрос 45. Критические параметры движения по

            опрокидыванию…………………………………………………………….60

                 Вопрос 46. К-т поперечной устойчивости……………………………61

                 Вопрос 47. Курсовая устойчивость и действие внешних сил……..62

            Тема 9. Маневренность……………………………………………………63

                 Вопрос 48. Оценочные показатели……………………………………63

             Тема 10. Плавность хода…………………………………………………..66

                 Вопрос 49. Автомобиль – как колебательная система……………...66

             Тема 11. Проходимость…………………………………………………….68

                 Вопрос 50. Оценка профильной проходимости………………………69

                 Вопрос 51. Оценка опорно-тяговой проходимости…………………..71

                 Вопрос 52. Влияние конструктивных и эксплуатационных

              факторов на проходимость..……………………………………………..72

 

    Эксплуатационные свойства автомобиля.

      Введение

      Изучение эксплуатационных свойств направлено на приобретение знаний основных свойств автомобиля и необходимых навыков их оценки применительно к конкретным дорожным условиям.

      Эффективность работы автомобиля определяется совместным влиянием всей совокупности эксплуатационных свойств автомобиля, в которой основными являются следующие: тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, плавность хода и проходимость.

      Эти свойства изучаются по отдельности в определенной последовательности. Вместе с тем они тесно взаимосвязаны друг с другом и изменение одного свойства приводит к изменению других. При этом улучшение одних свойств может привести к ухудшению других.

      Поэтому особое значение приобретает поиск оптимальных решений, как при проектировании  автомобиля, так и при выборе режимов его движения в различных условиях эксплуатации.

      Измерители и показатели перечисленных эксплуатационных средств устанавливаются и определяются на основе закономерностей движения автомобиля.

      Возможность движения, само движение и его характер обусловлены взаимодействием колес автомобиля с поверхностью качения.

     Тема 1. Эксплуатационные свойства автомобилей.

      Вопрос 1.  АТС и его эксплуатационные свойства.   

     АТС – это машина, перемещение которой по поверхности качения (земли) осуществляется с помощью силы, создаваемой взаимодействием колес с дорогой или грунтом. К АТС относятся одиночные автомобили и автопоезда.

     Свойство вообще – это категория, выражающая некую сторону предмета, которая обуславливает его различие или общность с другими предметами и обнаруживается в его отношении к ним. Свойства вещей внутренне присуще им и существуют объективно независимо от человеческого сознания.

     Каждая машина, в том числе и АТС, имеет большое количество различных свойств. Знание этих свойств имеет огромное значение для специалистов автотранспорта.

     Так при проектировании необходимо знать совокупность свойств, которые необходимы для будущего АТС, чтобы наилучшим образом выполнять те функции, для которых он предназначен. Инженеру по эксплуатации знание свойств различных АТС позволяет сделать правильный выбор подвижного состава для перевозки различных грузов, выбрать оптимальную стратегию перевозок, оптимальные методы поддержания в эксплуатации свойств, заложенных при проектировании.

      В данном курсе изучаются эксплуатационные свойства АТС. Это группа свойств, определяющих степень приспособленности автомобиля к эксплуатации в качестве специфического транспортного средства.

     Оформление теории эксплуатационных свойств как  науки принадлежит академику Е.А. Чудакову. В 1935 году им выпущен первый в мире учебник «Теория автомобиля». Большой вклад в развитие общей теории эксплуатационных свойств внесли профессора Г.В. Зимелев и Б.С. Фалькевич. В дальнейшем наряду с общей теорией разрабатывались и вопросы отдельных эксплуатационных свойств.

     Эксплуатационные свойства включают в себя более мелкие групповые свойства, обеспечивающие движение, а именно:

  1.  Тягово-скоростные – совокупность свойств АТС, определяющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе в тяговом режиме в различных дорожных условиях.
  2.  Тормозные свойства – совокупность свойств АТС, определяющих максимальное замедление при его движении на различных дорогах в тормозном режиме, предельные значения внешних сил, при действии которых заторможенный автомобиль надежно удерживается на месте или имеет необходимые минимально установившиеся скорости при движении под уклон.
  3.  Топливная экономичность – совокупность свойств АТС, определяющих расходы топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в различных условиях эксплуатации.
  4.  Управляемость – совокупность свойств АТС, определяющих характеристики кинематических и силовых реакций автомобиля на управляющее воздействие.
  5.  Устойчивость – совокупность свойств АТС, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автомобиля и его звеньев.
  6.  Маневренность – совокупность свойств АТС, характеризующих возможность автомобиля изменять заданным образом свое положение на ограниченной площади в условиях, требующих движения по траекториям большой кривизны с резким изменением направления, в том числе и задним ходом.
  7.  Плавность хода – совокупность свойств АТС, обеспечивающих ограничение в пределах установленных норм вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов, элементов шасси и кузова.
  8.  Проходимость – совокупность свойств АТС, определяющих возможность движения автомобиля в ухудшенных дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных препятствий.

     Все свойства тесно связаны между собой, изменение одного из них приводит, как правило, к изменению других.

      В основе изучения любого эксплуатационного свойства заложена система оценочных показателей и характеристик (например, максимальная скорость или зависимость скорости от времени разгона).

      Соответственно имеется большое количество различного рода официальной документации, регламентирующей методики получения различных оценочных показателей и характеристик, а также их нормативные значения.  К таким документам относят ГОСТы, ОСТы, РД.

       Вопрос 2. Условия эксплуатации АТС.

       При этом следует четко понимать, что автомобиль является частью системы «автомобиль – водитель- дорога – среда» и его свойства проявляются во взаимодействии с элементами этой системы. Поэтому значимость определенного эксплуатационного свойства зависит от условий, в которых данное свойство проявляется, т.е. от условий эксплуатации.

        В целом условия эксплуатации определяются дорожными, транспортными и природно-климатическими условиями.

        В наибольшей степени на эксплуатационные свойства АТС влияют дорожные условия. К ним относят: элементы профиля и плана дорог, рельеф местности, вид и ровность покрытия, интенсивность и режим движения по дороге.

        Действующие СНиПы определяют основные нормы, параметры дорог и могут быть использованы для характеристики предельных условий движения АТС. Согласно СНиП 2.05.02. – 85 все дороги делятся на пять категорий. Основные критерии расчетная интенсивность и скорость движения, число полос, их ширина, наибольшие продольные уклоны и т.п.  На дорогах применяют покрытия 4-х типов: а) капитальные (от 1 до 4 категории); б) облегченные (от 3 до 4); в) переходные (щебеночные и гравийные - 4 и 5); г) низшие (грунтовые – 5).

         В зависимости от типа и состояния покрытия дороги имеют различные неровности, которые оказывают влияние на эксплуатационные свойства. Микропрофиль дороги характеризуют средней квадратичной величиной ординат неровностей в см. Так для асфальтобетона оно составляет 0,45…1,40, разбитое щебеночное более 3 см.

         По режиму движения все дороги подразделяются на: магистральные, городские и горные. Основной критерий – различные средние скорости движения. Типичные условия эксплуатации и режимы движения моделируются с помощью специальных ездовых циклов, разработанных на полигоне НАМИ.   

        Транспортные условия: вид груза, расстояние перевозки, режим работы, условия хранения, система ТО и Р. Эти условия определяют специализацию АТС, а следовательно его конструкцию, параметры и свойства.

        Размеры кузова и грузоподъемность определяют приспособленность АТС к перевозки тех или иных грузов. По дальности перевозок они бывают местные (до 50 км) и дальние. Условия сохранности грузов требуют соответствующей плавности хода.

        Природно-климатические условия определяются особенностями зон умеренного, холодного, жаркого и высокогорного климата.

        Основная характеристика – температура окружающей среды. Нормальный тепловой режим двигателя 80…100С обеспечивается при температуре окружающей среды около 20С. При увеличении температуры воздуха на входе на 10С его мощность снижается на 2…3%. В горных условиях мощность снижается из-за худшего наполнения цилиндров, поэтому и скорость на 40…50% ниже и расход топлива на 10…15% выше.

         Т.о. условия эксплуатации существенно влияют на эксплуатационные свойства, и это необходимо учитывать с целью обеспечения необходимой приспособленности АТС к конкретным условиям эксплуатации.

         Такого рода задачи могут быть успешно решены оптимизацией технических параметров АТС на основе имитационного моделирования транспортного потока на ЭВМ. Используется соответствующая классификация условий эксплуатации. Дальнейшее развитие – установление связи между категориями эксплуатации и различными числовыми характеристиками.

        Тема 2. Тягово-скоростные свойства АТС (ТСС АТС).       

        Вопрос 3. Оценочные показатели ТСС.

        Тяговым называют режим, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению.

        Диапазон скоростей автомобиля, от максимальной до минимально устойчивой, зависит от условий эксплуатации.

        Методы оценки тягово-скоростных свойств могут использоваться для:

  1.  анализа – определения скоростей, ускорений, предельных условий движения АТС;
  2.  синтеза – определения конструктивных параметров АТС, которые могут обеспечить заданные значения скоростей и ускорений в заданных дорожных условиях.

       Используемые оценочные показатели частично имеют нормированные значения, а часть из них определяются как среднестатистические или экстремальные.

       Наиболее употребительные:

- максимальная скорость . По ГОСТ 21398-75 определяется для полностью груженого АТС и должна быть не менее 80 км/час;

- условная максимальная скорость V . Это средняя скорость АТС на последних 400 м при его разгоне с места на участке 2000 м с полной подачей топлива и переключением передач при оборотах, соответствующих . Этот показатель определяет верхний предел скоростных свойств на ограниченном пути;

- время разгона на заданном пути 400 и 1000 м и до заданной скорости. Определяется при тех же условиях;

- скоростная характеристика «разгон-выбег» (зависимость изменения скорости от времени и пройденного пути) при разгоне с места с полной подачей топлива до максимальной скорости на пути 2000 м и выбег до остановки (рис.1);

Рис. 1 – Скоростная характеристика «Разгон-выбег»

- скоростная характеристика разгона на высшей передаче. Условия снятия те же, разгон с минимальной, устойчивой скорости при резком нажатии на педаль. Определяют на прямой передаче;

- скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем. Характеризует общий скоростной уровень АТС. Это зависимость средней скорости АТС от заданной допускаемой скорости при движении по специальной, скоростной дороге полигона НАМИ. Допускаемое отклонение скоростей не должно превышать 30 км/час;

- минимально устойчивая скорость на высшей передаче;

- максимальный подъем преодолеваемый АТС. Определяется при движении с места на низшей передаче, при полной подаче топлива. По ГОСТ 21398-75 для одиночных АТС с полной нагрузкой он должен быть не менее 25%, для автопоездов – 18%;

- установившаяся скорость движения на затяжных подъемах (определяется на заданном подъеме определенной длины). Так автопоезда с полной нагрузкой должны преодолевать подъем с уклоном 3% протяженностью не менее 3 км с установившейся скоростью не ниже 30 км/час;

- ускорения при разгоне (максимальные и средние на передачах). Ускорения определяют потенциальные возможности АТС при обгонах;

- сила тяги на крюке (максимальная на низшей передаче). Характеризует способность АТС к буксированию прицепов.

       

       Вопрос 4. Силы, действующие на АТС.

       При определении скоростей и ускорений АТС принимают различные допущения:

- считается, что АТС с механической трансмиссией имеют однозначную связь частоты вращения всех вращающихся масс с частотой вращения коленвала двигателя;

- пренебрегают  взаимными перемещениями всех отдельных масс, кроме относительного вращения деталей двигателя, трансмиссии и колес;

- считается, что центр масс АТС совершает плоское движение, копируя продольный профиль дороги, без колебаний, вызываемых ее неровностями;

- принимают, что все внешние силы, действующие на АТС, лежат в плоскости движения. Это позволяет вместо пространственной схемы рассматривать плоскую (велосипедную) схему, заменяя у каждого из мостов два колеса одним;

- проходящую через центр масс ось Сх, параллельную плоскости движения, называют продольной осью, ось Сy перпендикулярную плоскости движения называют поперечной осью, а ось Сz перпендикулярную дороге называют нормальной осью.

       Скоростью и ускорением АТС называют скорости и ускорения их центров масс. Для их определения достаточно знать внешние силы, действующие на АТС. Некоторые внешние силы определяются на основе соответствующих внутренних сил.

       К внешним силам действующим на АТС относят:

- силу тяжести;

- силы взаимодействия колес с дорогой;

- силы взаимодействия с воздухом;

- силы взаимодействия между звеньями АТС.   

        Сила тяжести. Различают снаряженный(собственный) вес АТС (без груза) и полный. В общем случае сила тяжести имеет две составляющие:*cos- перпендикулярную плоскости дороги и * sin- параллельную плоскости. - высота центра тяжести, м; a, b- расстояния соответственно от передней и задней осей до центра тяжести, м; L- база АТС, м.

        Силы взаимодействия колес с дорогой. При изучении ТСС в первую очередь в качестве таких сил рассматривают только продольные и нормальные реакции:

- сумма продольных реакций обеих колес оси (- против движения; - по движению).

- сумма нормальных реакций обеих колес данной оси. В общем случае:

                             +=  cos

         Кроме названных сил на колеса действуют моменты.  - момент сопротивления качению.

         Силы взаимодействия с воздухом.

         На каждую точку поверхности АТС действуют разные по величине и направлению силы, результирующая которых называется силой сопротивления воздуха Р, приложенной в метацентре лобовой площади АТС на высоте h по оси симметрии.  

         Силы взаимодействия  между звеньями.

         Сила в сцепном устройстве P, приложенная на высоте h.

         Основная движущая сила – продольная реакция дороги, действующая на ведущие колеса, возникает при подводе к ним мощности от двигателя, поэтому для е нахождения необходимо рассмотреть характеристики двигателя.

        Вопрос 5. Характеристики двигателя.

        До настоящего времени на АТС используются почти исключительно поршневые двигатели., поэтому основное внимание уделяется им.  Для исследования ТСС первоочередное значение имеют скоростные характеристики, т.е. графики зависимости , , ,  от оборотов двигателя .

        Различают внешние и частичные характеристики. Внешняя характеристика снимается при полной подаче топлива. Рассмотрим такую характеристику (см. рис.1.1).

              Рис. 2 Внешняя скоростная характеристика двигателя.

Здесь:

,  - максимальная мощность и максимальный крутящий момент двигателя соответственно;

, - номинальные (гарантируемые заводом – изготовителем) мощность и крутящий момент;

- момент, соответствующий номинальной мощности;

,  - обороты двигателя, соответствующие максимальной мощности и максимальному моменту;

, ,  - удельные расходы топлива: минимальный, соответствующий максимальной мощности, соответствующий максимальному моменту.

      Для оценки ТСС большое значение имеет запас крутящего момента:

                             М,% = (- )/*100                                   (1.1)

      А также два к-та:

- к-т приспособляемости по моменту: = /;

- к-т приспособляемости по оборотам:  = /.

      Эти показатели характеризуют устойчивость работы д.в.с. и его способность приспосабливаться к внешней нагрузке. Д.в.с. работает устойчиво, если при уменьшении оборотов и неизменном положении органов управления его крутящий момент увеличивается.

      Для бензиновых д.в.с.: М = 10…35%,  = 1,5…2,5; для дизельных: М = 10…15%,  = 1,45…2,0. (На дизелях применяют специальные корректоры, увеличивающие подачу топлива дополнительно).

      Скоростные характеристики снимают по стандартным методикам (ГОСТ 14846-81). Этим стандартом регламентируется комплектация д.в.с. и условия испытаний. В частности испытания проводят при снятых радиаторе, глушителе, вентиляторе, компрессоре, насосе усилителя и другом т.п. навесном оборудовании, условия испытаний стандартные по давлению, температуре и влажности.

       Все точки скоростной характеристики снимаются на установившемся режиме, т.е. таком при котором в течение хотя бы одной минуты остаются неизменными обороты, крутящий момент и температура двигателя.

       При снятии характеристики определяют при различных , а мощность рассчитывается по формуле: = * , (кВт).

       На АТС д.в.с. работает в других условиях: 1) часть мощности расходуется на привод устройств снятых при испытании; 2) реальные условия отличны от стандартных.

       В целом нужно понимать, что:

1) ВСХ снятые по стандартам различных стран существенно могут отличаться (на 3..5%). Поэтому при использовании данных из других литературных источников необходимо знать по каким стандартам получены эти характеристики.

2) Поскольку часть мощности расходуется на привод дополнительных устройств, а реальные условия отличаются от стандартных, реально мощность двигателя меньше той, которая получена при испытаниях. Поэтому при использовании ВСХ необходимо полученные значения мощности умножать на к-т коррекции, меньший единицы. Для приближенных расчетов его можно принимать равным: = 0,8…0,9.

       Для расчетов, особенно на ЭВМ удобно пользоваться аналитическими зависимостями. Так широко известна формула С.Р. Лейдермана:

             = a/+ b/- c/,                  (1.2)

где:

к-ты a, b, c имеют разные значения в зависимости от типа д.в.с.. Так для карбюраторных: a = b =c = 1. Для дизельных: a = 0,87; b = 1,13; c = 1.

        Более точные значения можно рассчитать по следующим формулам:

- для бензиновых д.в.с.: a=3 - 4  /2-1;  b=3-2a;  c=2-a.

- для дизельных: a=1- M,%/1002-/-1; b=21-a/2-; c=b/2.

        Вопрос 6. Мощность, подводимая к ведущим колесам.

        Представим схему АТС, в следующем виде:

               

ДВС

  М, N,

Трансмиссия

 ,,U

N,M

Колеса

               Рис. 3 Принципиальная схема передачи энергии от двигателя

                           к колесам АТС  

M   - условная вращающаяся масса, представляющая собой все вращающиеся массы д.в.с. и трансмиссии.

        Используя теорему об изменении кинетической энергии, имеем:

                                          dT/dt =  - - ,                         (1.3.)

где:  T =  /2, а dT/dt = d/dt. Тогда из формулы (1.3.):

                                          =  -  -  d /dt,            (1.4.)

        Удобно пользоваться к.п.д. трансмиссии:

        = N/ (N+  ), откуда:   = N (1 - )/ ,          (1.5.)   

        Подставляя (1.5.) в (1.4.) и группируя члены выражения, имеем:

                                          N= ( - d/dt) ,               (1.6.)

        Однако:     = / , где: = UUU. А: = и N= M,

Тогда записывая выражение для крутящего момента на ведущих колесах, получаем:           

                                       M=  - d/dt,          (1.7.)

         Вопрос 7. Потери в трансмиссии.

         Потери в трансмиссии включают в себя:

- потери в зубчатых зацеплениях;

- потери на трение в сальниках и подшипниках;

- гидравлические потери.

         В целом суммарная мощность, теряемая в трансмиссии:

           N= аV + вV+ (1-0,980,97 0,99)N,              (1.8.)

где:

аи в - к-ты, зависящие от числа механизмов в трансмиссии, их конструкции, массы АТС, передачи в к.п.п., вязкости масла и т.д.;

к – число пар цилиндрических шестерен;

l – число пар конических или гипоидных шестерен;

m – число карданных шарниров.

      Потери оценивают при выбеге АТС с определенной скорости. Для автомобилей различных типов потери в трансмиссии составляют от8 до 20%, т.е. = 0,8…0,92.

 

      Тема 3. Кинематика и динамика автомобильного колеса.

     Вопрос 8. Радиусы колеса.

     Различают следующие радиусы колеса:

  1.  свободный r- половина диаметра наибольшего сечения беговой дорожки колеса, плоскостью перпендикулярной оси его вращения, при отсутствии контакта колес с дорогой;
  2.  статический r - расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной силой, до опорной поверхности;
  3.  динамический r - расстояние от центра катящегося колеса до опорной поверхности;
  4.  кинематический (качения) r- отношение продольной составляющей поступательной скорости колеса к его угловой скорости, т.е. V/.

Продольной составляющей поступательной скорости колеса называют проекцию вектора поступательной скорости колеса на плоскость перпендикулярную оси вращения (плоскость качения).                                                       Статический, кинематический и динамический радиусы изменяются в зависимости от нагрузки на колесо, давления воздуха в шине. Кроме того, динамический радиус уменьшается при передаче растущего крутящего момента и увеличивается с увеличением скорости. Кинематический радиус уменьшается в большей степени с увеличением передаваемого момента. При полном буксовании он становится равном нулю, при полном скольжении стремиться к бесконечности. Значения статического и кинематического радиусов приводятся в справочной литературе.

   Примерные значения статического радиуса можно определить по формуле:    

                                  r= 0,5d +B,                                   (1.9.)

   где: В – номинальная ширина профиля шины в мм  (1-я цифра в обозначении шины); d -  посадочный диаметр обода в мм (2-я цифра в обозначении шины), обычно указывается в дюймах (в 1 дюйме 2,54 см или 25,4 мм); - к-т тангенциальной эластичности шины (обычно 0,95…0,97);  = Н/В в среднем от 0,7 до 1,0. Радиус качения для большинства шин на 2..4% больше статического.                                         

Вопрос 9. Скорость и ускорение  АТС.                                                                      Линейная скорость колеса связана с угловой скоростью через радиус: V= r. При движении по прямой линейная скорость колеса равна линейной скорости АТС, тогда:   =/u= (n/30u)= 0,105n/ u, а V= 0,105n r/ u,  (1.10.)   Нужно помнить, что при криволинейном движении скорости всех точек АТС различны. При этом под скоростью АТС понимают проекцию вектора скорости любой из точек продольной оси на эту ось. Ускорение АТС есть производная скорости: j= dV/dt= rd /dt= r.

Вопрос 10. Динамика автомобильного колеса.

      При качении колеса по недеформируемой дороге на него действуют следующие силы: Р- нормальная  сила; Р- продольная сила колеса; М - крутящий момент.                                                                                                                           Сила Р называется силой тяги, если она направлена против движения  и толкающей силой, если она направлена по движению. М подводится к колесу либо полуосью, либо от тормозного барабана.                                                    Со стороны опорной поверхности на колесо действуют: R- нормальная реакция, перпендикулярная опорной поверхности и направленная вверх, точка её приложения смещена вперед на величину а; R- продольная реакция, считается положительной, если направлена по движению, отрицательной, если направлена против движения.                                                                        Рассмотрим условия равновесия: Т.к. j=j, то:

                                     mj= R- P, откуда: Р= R- mj,                 (1.10)

     Пренебрегая неровностями дороги, считая её абсолютно гладкой: Р=R. Если I - момент инерции колеса относительно т. О:

                             Id/dt=M - Rr - Ra, откуда:

                         R = M/r - R a/r - I/r d dt,                          (1.11)

      Колесо, механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное. Как в любом механизме здесь есть потери. Их можно найти по разности мощностей (N - N), где: N - мощность, подводимая к колесу; а N - мощность, передаваемая от колеса к автомобилю.

     N = M, а   N = PV, подставляя в выражение разности уравнения (1.10) и (1.11), группируя члены получим:

    N - N = M (r -r)/r + a R r/r + (I/r+m r)j, (1.12)

    Первая часть выражения (1.12) отражает собой потери на качение:

    N = (M*(r - r)/r + aR r/r),                                              (1.13)

   А вторая потери, связанные с изменением кинетической энергии колеса:

    N = (I/r + m r)j,                                                                   (1.14)

   Потери, связанные с изменением кинетической энергии колеса, существуют только при наличии j.

   N- это безвозвратные потери мощности, возникающие при качении, эту мощность принято называть мощностью сопротивления качению.

   Поделив выражение (3) на , получим выражение для момента сопротивления качению:

   М= М(r- r)/r + аR r/r,                                                         (1.15)

  Поделив выражение (5) на r получим выражение для силы сопротивления качению:

   Р = М/r(r-r)/r + aR/r,                                                       (1.16)

  Если теперь выражение (6) поделить на R, то получиться некоторое выражение, определяющее условную количественную величину называемую коэффициентом сопротивления качению f:

   f = а/r + M/ R(r- r)/r r,                                                          (1.17)    

   f выражает собой энергетические потери колеса. Причем первая часть выражения (7) отражает собой силовые потери, связанные с наличием смещения нормальной реакции, которое вызывает появление момента направленного против движения: f = а/r, а вторая часть выражения (6) отражает собой кинематические потери, связанные с уменьшением радиуса качения при передаче тягового момента, что приводит к уменьшению линейной скорости колеса V при неизменной угловой скорости .   

  Анализируя выражения (1.12), (1.13) и (1.14) получим:

  N - N = N+N или N = N + N+N,                              (1.18)

   Выражение (1.18) отражает собой энергетический баланс колеса. Поделив обе части выражения на скорость V, получим силовой баланс колеса:

  Р = Р + Р + Р,                                                                                (1.19)

  Полезную силу иначе называют силой тяги. Сравнивая выражения (1.11) и (1.19) получаем, что Р = М/r, подставляя сюда значение М при V = 0 имеем:

  Р = Р = Мu/r,                                                                        (1.20)

  При расчетах вместо r используют r.   

  Вопрос 11. Режимы качения колеса.

  Для начала вспомним выражение (1.11):

  R = M/r - Ra/r - I/r * d/dt,  учитывая то, что j= dV/dt= rd/dt,

 имеем:

  R = M/r - Ra/r - I/r j/ r,                                                 (1.21)  

  Различают следующие режимы качения колеса:

  1) Ведущий (R0; М 0).

  Это режим при котором продольная реакция положительна и со стороны колеса на АТС действует сила тяги Р направленная по движению, а со стороны АТС на колесо действует сила Р направленная против движения.

  1.  Ведомый (М = 0; R 0).

  Режим при котором момент, подводимый к колесу равен нулю, а продольная реакция отрицательна и равна из выражения (11):

  R =  - (R a/r - I/r  j/ r),                                                      (1.22)

  1.  Свободный (R= 0; М 0).

  Режим, при котором весь подводимый момент расходуется на преодоление сопротивления движению и поддержание постоянной скорости. При этом выполняется равенство:

  M = R a/r - I/r j/ r,                                                               (1.23)                  

  4) Нейтральный (R  0; М 0). 

   Этот режим описывается неравенством:

   0   M   R a/r - I/r j/ r  и выражает собой движение при отпущенной педали газа и включенной передаче (замедление).

   5) Тормозной  (R  0; М  0).   

   Режим, при котором к колесу подводится тормозной момент, направленный в сторону противоположную направлению угловой скорости. Здесь:

R = -(M/r - R a/r - I/r * j/ r),                                                 (1.25)  

    Вопрос 12. Движение колеса по деформируемой дороге.

    Сначала рассмотрим случай, когда деформация колеса мала по сравнению с деформацией дороги (качение твердого колеса по деформируемой дороге).

    Соприкосновение колеса с дорогой происходит по сложной поверхности. Каждое сечение плоскостью перпендикулярной оси вращения – это дуга окружности с центром в т.О. Элементарные нормальные реакции dz, направлены к центру О. Равнодействующая этих реакций R,направлена туда же. Точка приложения её смещена вперед.

     В каждой точке к тому же действует элементарные касательные реакции dx перпендикулярные dz. На одной части контактной поверхности элементарные реакции  dx имеют проекцию в сторону движения, на другой части против движения. Т.к. они расположены под разными углами и направлены в разные стороны, то их равнодействующая Rне перпендикулярна R, а точка приложения  Rрасположена вне поверхности колеса. Только при буксовании или скольжении колеса Rперпендикулярна R.

     Продольной реакцией  Rназывают сумму проекций реакций Rи R на плоскость дороги. Расстояние от центра колеса до вектора реакции R называют сносом нормальной реакции.

     В общем случае схема расположения сил для данного случая аналогична предыдущей. Поэтому используются те же формулы, только вместо аставят а. Эти два рассмотренных случая являются предельными.

      Далее посмотрим качение деформируемого колеса по деформируемой дороге, т.е. когда деформация дороги и колеса имеют один порядок. Тогда соприкосновение колеса с дорогой происходит по сложной поверхности, являющейся кривой переменной кривизны. В результате деформации шины радиусы кривизны участка Оа больше радиуса колеса. Поэтому равнодействующая R пересекает линию ОО в точке О выше точки О. Точка приложения реакции R смещена на расстояние а в сторону движения. Элементарные реакции dx направлены по касательной к кривой и также часть из них направлена по движению, часть направлена против движения.

     Равнодействующая Rрасположена под углом к R. Точка приложения Rрасположена вне контактной поверхности. Обозначим R как сумму проекций реакций Rи R на плоскость перпендикулярную дороге, а R как сумму проекций реакций Rи R на плоскость параллельную дороге. Следовательно, схема приложения сил и в этом случае аналогична, формулы остаются теми же, только вместо а ставится а.

    Несмотря на то, что формулы во всех случаях одинаковы, физические процессы возникновения реакций R и Rразличны:

    В первом случае R равнодействующая элементарных сил упругости шины в результате её деформации, а Rравнодействующая элементарных сил сцепления (трения) шины с дорогой.

    Во втором случае R равнодействующая не только элементарных касательных реакций, возникающих в результате трения и сопротивления сдвигу (срезу) элементов грунта, но и проекций на плоскость дороги элементарных реакций, возникающих в результате упруго-пластической деформации грунта. А в R входят проекции элементарных касательных реакций на плоскость перпендикулярную дороге.

    В третьем (общем) случае в R и R входят элементарные нормальные реакции, возникающий в результате упругой деформации шины, и элементарные касательные реакции, возникающие в результате взаимодействия шины с грунтом.

    Знание этих процессов позволяет:

  1.  Определить причины потерь мощности, связанных с качением колеса.
  2.  Определить предельные значения Rи предельные значения моментов передаваемых через колеса без буксования или скольжения.

Вопрос 13. Причины потерь мощности, связанные с качением.

    Мерилом потерь, связанных с качением является коэффициент сопротивления качению f, который численно равен мощности в Вт, теряемой при качении колеса, нагруженного нормальной силой в 1Н при скорости 1 м/с.

   Из формулы (7) видно, что потери мощности происходят из-за:

1. Продольного сноса нормальной реакции а, а или а.

2. Неравенства кинематического и динамического радиусов.

   Причинами наличия сноса являются:

   В 1-м случае а- внутренние потери в материале шины, связанные с потерями в процессе сжатия-распрямления элементов шины в месте контакта колеса с дорогой, и в меньшей степени потери из-за трения элементов шины с дорогой. Несимметричность эпюры нормальных реакций при этом связана с тем, что элементарные нормальные реакции на набегающей части шины, больше элементарных нормальных реакций на сбегающей части.

   Во 2-м случае а- потери, связанные с пластической деформацией грунта, причина смещения несимметричность контактной поверхности и, как следствие, несимметричность нормальных реакций.

  В 3-м случае а – потери, связанные с внутренними потерями в шине и потерями на деформацию грунта.

   Причинами неравенства динамического и кинематического радиусов являются:

   В 1 случае  r r из-за наличия зоны скольжения в задней части контакта. Скольжение элементов шины вызывает потери мощности, которые должны покрываться за счет мощности, подводимой к колесу.

     Во 2-м случае изменение радиуса качения происходит в результате окружной деформации грунта и проскальзывания колеса относительно поверхности грунта.

     В 3-м случае имеются потери мощности, связанные как с окружной деформацией шины, так и с деформацией дороги.

     Т.о., в общем случае сопротивление качению обусловлено:

- гистерезисными потерями в материале шины;

- потерями на деформацию грунта;

- потерями на трение колеса о дорогу.

 Например:

     Ведомое колесо при качении по твердой дороге (85% - гистерезисные потери в шине; 10% - упругие деформации в материале дороги; 5%- потери связанные со скольжением контакта.

    Вопрос 14. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на величину к-та сопротивления качению.

    По общепринятой методике f определяется в ведомом режиме, при котором имеют место только силовые потери.

   Эксплуатационные факторы.

  1.  Тип дорожного покрытия.

Определяет в основном потери, связанные с деформацией опорной поверх-  

ности. Чем больше деформация поверхности, тем больше f.  Так на асфальтовом покрытии – f = 0,015…0,018, на укатанной грунтовой дороге - f = 0,025…0,035, на сухом песке - f = 0,1…0,3.

   Наличие промежуточного слоя воды увеличивает f на 3…5%, наличие снега на 20…50%. Имеющиеся на дороге неровности вызывают деформацию шины и связанные с этим гистерезисные потери. Так булыжное покрытие имеет f в 1,5 раза выше, хотя деформация дороги практически та же.

  1.  Скорость движения. С увеличением скорости движения f увеличивает-

ся. Причиной этого являются волнообразные деформации беговой дорожки колеса, вызываемые качением по опорной поверхности, частота колебаний которых совпадает с собственной колебаний шины.

  1.  Давление воздуха в шине.  Влияние давления воздуха в шине сказывается

на величине f по-разному на различных покрытиях. Так на дороге с твердым покрытием  увеличение давления приводит к уменьшению f, при этом минимум f соответствует номинальному давлению. При Дальнейшем увеличении давления f начинает увеличиваться. При движении по деформируемой дороге уменьшение давления воздуха в шине приводит к увеличению потерь, связанных с деформацией шины, при этом уменьшаются потери, связанные с деформацией дороги.

     4. Температура шины. При увеличении температуры шины на 100 С f уменьшается примерно в три раза.

     5. Нагрузка на колесо. Увеличение нагрузки на колесо при неизменном давлении воздуха в шине приводит к увеличению f, причем, чем больше увеличивается нагрузка, тем более интенсивно увеличивается f. Чем больше деформируется поверхность дороги, тем существеннее зависимость f от нагрузки. На дорогах с твердым подслоем увеличение нагрузки может привести к снижению f.

     6. Режимы качения колеса. У колеса в тормозном и ведущем режиме f растет с увеличением передаваемого момента, причем у тормозящего колеса эта зависимость меньше. При передаче момента ведущим колесом растут кинематические потери в степенной зависимости от величины передаваемого момента.  

     Конструктивные факторы.

     1. Толщина протектора. С увеличением толщины f увеличивается, особенно у диагональных шин. По мере износа f уменьшается. Для полностью изношенной шины f меньше на 20…25%. У вне дорожных шин при движении по асфальту f больше на 25…30%, чем у дорожных.

     2. Число слоев корда. У шин с шестислойным кордом f больше, чем у шины с трехслойным кордом на 5%.

     3. Отношение ширины обода к ширине шины. С увеличением этого отношения f уменьшается.

     4. Отношение высоты профиля шины к ее ширине. При уменьшении этого отношения f уменьшается.

     5. Строение каркаса шины. При скоростях до 30…35 м/с меньшие значения f имеют радиальные шины, в среднем на 15…20%. При больших скоростях у низкопрофильных диагональных шин f ещё меньше. При износе протектора эти различия стираются.

     6. Диаметр колеса. Увеличение диаметра колеса приводит к уменьшению f. Особенно сильно эта зависимость проявляется на дорогах с неровностями и на деформируемых дорогах.

     7. Ширина колеса. Увеличение ширины колеса на дорогах с твердым покрытием незначительно увеличивает f, а на дорогах с деформируемым покрытием существенно снижает.  

     8. Рецептура резины. При движении по твердой дороге более 60% потерь на качение связано с внутренними потерями в шине. По этому за счет применения так называемых малогистерезисных шин возможно снижение f на 40%.

             Лучшие образцы современных шин при использовании всех возможностей имеют f = 0,005.

Вопрос 15. Предельные случаи качения колеса. К-т сцепления.

Вспомним формулы (7) и (11):   

    f = а/r + M/ R (r-r)/r r,                                                         (1.17)    

   R = M/r - R a/r - I/r  j/ r,                                             (1.21)

 Из них видно, что величина продольной реакции Rоднозначно связана с радиусом качения. Однако вместо зависимости R= f(r) удобнее рассматривать зависимость некоторой безразмерной величины R/ Rот некоторой безразмерной величины, связанной с радиусом качения и условно называемой к-том буксования,% и к-том скольжения s,%. Причем:

            ,% = (V- V)/ V,%, а  s,% = (V- V)/ V,%,                 (1.26)  

где:  V- теоретическая скорость колеса, равная произведению радиуса качения колеса rв свободном режиме (R = 0) на угловую скорость;

 V - действительная скорость колеса, равная произведению радиуса качения r, соответствующего реально передаваемому через колесо моменту, на угловую скорость. Т.е. V=  r, а V=  r, тогда:

                      ,% =(1- r/r),% и  s,% =(1- r/r),%,                       (1.27)  

      В свободном режиме: (R = 0) ,% = 0 и  s,% = 0, т.к.  r= r.

      При полном буксовании: ,% = 100%, а  s,% =, т.к. r= 0.

      При полном скольжении: s,% = 100%, а  ,% = , т.к. r = .

      Эксперименты показали, что зависимость R/ Rот ,% или от s,%  во всех случаях и для всех шин и опорных поверхностей имеет одинаковую форму. На твердых дорогах максимум R/ R соответствует 15…25% ,% и s,% , а превышение максимума составляет 5…15%. На мокрых дорогах с твердым покрытием максимум R/ R соответствует 30…50% ,% и s,% , а превышение максимума составляет 30…50%.

   Если условия качения таковы, что ,% и s,% меньше соответствующего максимума R/ R , то возрастание продольной реакции R будет ограничиваться только величиной момента, подводимого к колесу. Увеличение М приводит к увеличению R и увеличению к-тов ,% и s,%. В этом случае отношение R/ R называют к-том продольной силы колеса и обозначают К.

    Начиная с некоторого момента М и соответствующих ему значений ,% и s,% величина продольной реакции Rограничивается условиями сцепления колеса с опорной поверхностью. Дальнейшее увеличение М при равномерном качении колеса невозможно. Если же все же М увеличивать, то это приведет к увеличению угловой скорости колеса, Rпри этом либо неизменна (если ,% и s,% не меняются), либо уменьшается (если ,% и s,% растут).

    В этих условиях Rназывают максимально возможной по сцеплению и обозначают R. Rдля одного и того же колеса и одной и той же поверхности различна для различных ,% и s,%. Отношение  R/ R максимально возможной по условиям сцепления продольной реакции к нормальной называют продольным к-том сцепления колеса с опорной поверхностью.     

            Природа  при движении по твердой дороге аналогична природе к-та сопротивления качению. При движении передняя часть контакта колеса с дорогой находится в состоянии трения покоя, а задняя – трения скольжения, причем скорость скольжения в разных точках контакта различна. При изменении величины передаваемого момента меняется соотношение между площадью той части контакта, на которой имеет место трение покоя и той, где происходит скольжение, а также меняются скорости скольжения. Это является основной причиной зависимости  от ,% и s,%.

      На деформируемых дорогах зависимость более сложная. Во-первых, Rравна разности проекций на плоскость дороги максимальных касательных и нормальных реакций, а во-вторых, R в этом случае обусловлена не только силами сцепления шины с поверхностью дороги, но и силами, необходимыми для среза грунта.

      Вопрос 16. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на величину к-та сцепления.

     Т.к.  существенно зависит от ,% и s,%, в качестве используемых значений к-та сцепления принимают значения, полученные при 100% скольжении в тормозном режиме.

     Эксплуатационные факторы.

  1.  Тип и состояние покрытия.

Асфальтобетон: сухой – 0,7…0,8 мокрый – 0,5…0,6  мокрый и грязный 0,35…0,4.

Обледенелое покрытие – 0,05…0,15. Спецпокрытия – 0,9…1,0.

   2.  Шероховатость покрытия. Оптимальный размер микронеровностей 2…3 мм, углы при вершине неровностей – 70…120. При износе дороги снижается, поэтому необходима специальная обработка покрытий, для восстановления сценых свойств.

3. Скорость движения. С увеличением скорости снижается, причем в большей степени на мокрой и грязной дороге (пленка воды, гидродинамическое давление, аквапланирование).

      4. Износ протектора. При износе протектора  уменьшается, причем более интенсивно при износах превышающих 50%. При полных износах и недостаточной шероховатости покрытия  снижается до 0,2…0,25. Правилами дорожного движения установлена предельная глубина рисунка протектора% грузовые – до 1,0 мм автобусы – до 2 мм легковые – до 1,6 мм.

    5. Давление воздуха в шине. Также как и в случае с f  влияет по-разному. На сухих чистых и твердых покрытиях увеличение давления приводит к некоторому уменьшению. На деформируемых дорогах уменьшение давления приводит к росту . На дорогах с твердым подслоем  увеличивается при увеличении давления воздуха в шине.

    6. Нормальная нагрузка. Увеличение нагрузки приводит в целом к снижению . На твердых дорогах эта зависимость незначительна из-за снижения к-та трения резины при увеличении удельных давлений. На деформируемых дорогах при увеличении нагрузки увеличивается отрицательная составляющая продольной силы, являющаяся проекцией Rна плоскость дороги. На дорогах с твердым подслоем увеличение нагрузки приводит к увеличению.

     Конструктивные факторы.

     1. Рисунок протектора. На твердых и сухих покрытиях  увеличивается при увеличении к-та насыщенности контакта. На мокрых дорогах с твердым покрытием  увеличивается при улучшении свободы выхода воды и грязи с поверхности контакта. На деформируемых дорогах  увеличивается при увеличении площади среза элементов грунта и очищении рисунка протектора.

     2. Диаметр колеса. Увеличение диаметра приводит к увеличению  незначительно на дорогах с твердым покрытием и существенно на деформируемых дорогах, что объясняется увеличением угла наклона реакции Rк плоскости дороги, в результате чего уменьшается отрицательная составляющая продольной реакции R.  

     Тема 4. Силы сопротивления движению.  

     Вопрос 17. Силы сопротивления дороги.

     В качестве основной силы, создающей сопротивление со стороны дороги, называют силу сопротивления качению, которая представляет собой сумму произведений нормальных реакций R, действующих на колеса АТС, на силовые составляющие к-та сопротивления качению:

                                           Р= Rf)

,                                            

     Если считать fодинаковыми для всех колес, а также принимая, что f=f и = Gcos, имеем: Р=  G fcos,                                          (1.28)

    Умножая обе части выражения (1.28) на Vполучаем выражение мощности сопротивления качению в кВт:

                           N= (G fcos V)/1000,                                      (1.29)

    Другой силой, которая может оказывать сопротивление со стороны дороги, является сила сопротивления подъему Р, в качестве которой понимают составляющую силы веса параллельную плоскости дороги:

                        Р= G sin  G tg Gi,%,                                (1.30)

   Соответственно:

                       N= (G sin V)/1000= (Gi V),                            (1.31)

   Эти две силы и создают общее сопротивление дороги Р:

           Р= Р+ Р= G fcos+ G sin  G( f+ i) = G,     (1.32)

   Сумму ( f+ i) =  называют суммарным к-том сопротивления дороги. Соответственно:           N=  (G V)/1000,                                     (1.33)                                                                                                                

   Вопрос 18 Аэродинамика АТС.

   На автомобиль действуют аэродинамические силы. Равнодействующую всех элементарных аэродинамических сил называют полной аэродинамической силой:         

                            P= cFq,                                                                 (1.34)

  где: c- безразмерный к-т полной аэродинамической силы

         F – площадь Миделя, в качестве которой принимается, выраженная в млобовая площадь, равная площади проекции АТС на плоскость перпендикулярную его продольной оси.

        Для грузовых АТС: F = В Н, для легковых: F = В Н, где: В – ширина колеи Ви Н- соответственно габаритная ширина и высота АТС.   

      q = V/2 – скоростной напор (кг/мс), равный кинетической энергии одного кубического метра воздуха, движущегося со скоростью, равной скорости движения автомобиля относительно воздушной среды.

    Результирующий момент элементарных аэродинамических сил, действующих на поверхность АТС, называют полным аэродинамическим моментом автомобиля:       

                         М= mFqb,                                                                (1.35)

   где: m- безразмерный к-т полного аэродинамического момента

          b – характерный линейный размер по ширине, в качестве которого обычно принимают ширину колеи.

          P и М раскладываются по осям прямоугольной системы координат. При этом проекцию силы Pна ось ОХ называют силой сопротивления воздуха Р:

                    Р= сF V,                                                                (1.36)

   где: с- к-т лобового сопротивления воздуха.

   Проекцию силы Pна ось ОУ называют боковой аэродинамической силой P.         

   Проекцию силы Pна ось ОZ называют подъемной аэродинамической силой Р.

   Проекцию момента Мна ось ОХ называют моментом крена М.

   Проекцию момента Мна ось ОУ называют опрокидывающим моментом М.

   Проекцию момента Мна ось ОZ поворачивающим моментом М.

   Все коэффициенты, входящие в расчетные формулы, определяются опытным путем, обычно при продувке в аэродинамической трубе.

  На ТСС основное влияние оказывают сила лобового сопротивления, подъемная сила и опрокидывающий момент.

  Лобовое сопротивление складывается из пяти составляющих:

1) Сопротивление формы – 55…60%. Обусловлено в основном разностью давлений  (спереди – повышенное, сзади – пониженное). Решающее значение имеет форма капота, крыльев, ветровых и боковых стекол, крыши, багажника.             

2) Внутренне сопротивление кузова – 10…15%. Создается потоками воздуха, проходящими внутри автомобиля (вентиляция, отопление, потоки через открытые форточки люки).

3) Дополнительные сопротивления – 10…15%. Вызываются выступающими частями (зеркала, антенны, фары, ручки)

4) Индуктируемое сопротивление – 5…10%. Вызывается взаимодействием боковой и подъемной силы в направлении продольной оси.

5) Сопротивление поверхностного трения – 5…10%. Вызывается силами вязкости пограничного слоя воздуха и зависит от величины этой поверхности и её шероховатости.

     Принимая плотность воздуха постоянной, равной 1,225 кг/м, можно считать с/2 = К, зависящим только от формы кузова и угла натекания. К можно рассматривать как характеристику автомобиля, а именно к-т сопротивления воздуха (к-т обтекаемости), который численно равен силе сопротивления воздуха, действующей на 1 мплощади автомобиля при скорости 1 м/с.

     В справочной литературе обычно приводятся значения с (к-та обтекаемости), их получают при продувке в аэродинамической трубе, реальные значения получают умножением на к-т 1,35.

     Для углов натекания 0 средние значения К составляют:

- легковые автомобили 0,18…0,35 кг/м;

- автобусы с капотной компоновкой 0,45…0,55 кг/м;

- автобусы с вагонной компоновкой 0,35…0,45 кг/м;

- грузовые бортовые 0,6…0,8 кг/м;

- грузовые фургоны 0,5…0,6 кг/м;

- цистерны 0,55…0,65 кг/м;

- автопоезда 0,85…0,95 кг/м.

      Для неподвижной среды:   Р= КF V,  при наличии ветра:                           V= , если =0, то: V= V+ V, а если =180, то:

V= V- V.

      Соответственно, мощность сопротивления воздуха в кВт:

                                 N= КF V/1000,                                           (1.37)

      Вопрос 19. Сила сцепления. Возможность движения.

       Известна такая характеристика взаимодействия колеса и опорной поверхности как к-т сцепления  = R/R, откуда видно, что максимальная продольная реакция не может быть больше произведения  R. Поскольку продольная реакция реализуется только на ведущих колесах, то в качестве R может рассматриваться нагрузка на ведущих колесах (G- если ведущие задние G - если передние и G- если ведущие все). Произведение веса приходящегося на ведущие колеса на к-т сцепления называют силой сцепления Р, которая по аналогии не может быть больше произведения  G. С другой стороны продольная реакция на колесе связана с силой тяги Р, уравнение (1.10):  Р= R- mj.

      В начале движения, в момент трогания с места Р= Р= R- mjпоступательное ускорение j мало и им можно пренебречь, тогда Р R. Поскольку максимальная величина продольной реакции R ограничена, то и сила тяги в этом момент ограничена условиями сцепления колеса с дорогой, т.е. максимальная Рне может быть больше произведения  G. В противном случае движение не возможно и колеса начинают буксовать. Т.о. возможность начала движения (условие трогания с места) может быть выражено в следующем виде: Р G.

     В случае проблем с троганием водитель может пытаться уменьшить силу тяги на колесах, уменьшая или увеличивая обороты двигателя, либо переходит на более высокую передачу и пробует тронуться на ней. Если при этом сопротивление дороги большое (подъем, снег, грязь и т.п.), то попытка также может оказаться неудачной (двигатель заглохнет). В этом случае нужно изменить условия, либо улучшить сцепление колеса с дорогой (песок, подручные средства), либо уменьшить сопротивление (убрать снег, грязь), либо увеличить нагрузку на ведущие колеса. В худшем случае придется ждать помощи.

      Вопрос 20. Уравнение движения АТС.

      Кроме вышеназванных сил для отдельных звеньев автопоезда внешними также являются силы взаимодействия в сцепном устройстве. Для различных звеньев автопоезда эти силы имеют различное направление и величину. Для тягача Р- сила сопротивления движению, для прицепа Р- движущая сила. Эту силу можно определить только из решения уравнения движению для каждого звена автопоезда.

      Напишем уравнение движения для одиночного автомобиля:

                            mj= R- R- P- P,                                         (1.38)

где: R- суммарная реакция дороги на ведущих колесах:

               R= Р- Rf - (Iu+Ij)/rr,                          (*)

   а R = - (Rf + Ij/ rr),                                                        (**)

      Подставляем выражения (*) и (**) в (1.38), с учетом того, что Р= Р, имеем:

      Р= P+ P+ (R+ R)f + mj,   

где: R+ R= Gcos, а  Gcos f = Ри = , тогда:

    mj = Р - сила сопротивления разгону (приведенная сила инерции), а - к-т учета вращающихся масс АТС, который показывает во сколько раз сила необходимая для разгона с заданным ускорением как поступательно движущихся масс, так и вращающихся масс АТС, больше силы необходимой для разгона только поступательно движущихся масс.  

    Удобнее считать = 1 + u+ ,                                            (1.39)

где: = Iu/ rr m,  а  = / rr m

    Для одиночных автомобилей обычно = = 0,04.                                                                                              

    Таким образом, получаем выражение:

                                  Р= P+ P+ Р+ Р,                                         (1.40)

называемое силовым или тяговым балансом автомобиля.  

   Уравнение силового баланса для автопоезда:

- для тягача: Р= P+ P+ Р+ Р + Р,                  

- для прицепа: mj= Р- P- P- P- P, по аналогии:

                     Р= P+ P+ P+ P, где: P= mj, а К=0,25К.

  При нескольких прицепах расчет начинают с последнего, для которого Р= 0.

  Мощностной баланс получаем при умножении всех сил, входящих в уравнение силового баланса на V:

                     N= N+ N+ N+ N,                                                  (1.41)

  Вопрос 21.  Методы решения уравнений силового и мощностного балансов.

  Эти уравнения относятся к дифференциальным с переменной Vи её производной j. Они не линейны, поскольку содержат члены нелинейно зависящие от V (Р, N, Р, N).

  В некоторых случаях (определение, максимальной скорости, максимального подъема, максимального ускорения) j считается либо заданным (j= 0), либо искомой величиной. Тогда эти уравнения превращаются в алгебраические.

  В целом,  уравнения силового и мощностного балансов могут быть решены либо графическими, либо аналитическими методами.

  К достоинствам графических методов относят возможность использования в качестве входного документа ВСХ и большую наглядность расчета. А недостаткам этих методов относят громоздкость и невозможность расчета характеристик движения на достаточно длинном участке дороги.

  Явным преимуществом аналитических методов является возможность применения ВТ. А как небольшой минус данных методов следует отметить отсутствия точных аналитических выражений для ВСХ двигателей.

  Использование аналитических методов обусловлено наличием достаточно точных математических зависимостей для нахождения всех составляющих силового или мощностного балансов.

 Решая эти уравнения относительно j можно исследовать разгон АТС. Принимая j= 0 можно находить максимальную скорость. А при j= 0 и f = const можно рассчитать максимальный подъем. Современное программное обеспечение позволяет проводить с достаточной точностью расчеты любых параметров движения на достаточно протяженных участках дорог различного профиля и покрытия.

  Вопрос 22. Графики силового и мощностного балансов.

  Графическое изображение зависимости сил, входящих в уравнение силового баланса от скорости движения называют графиком силового баланса (см. рис. 4).

                       

   

                    Рис. 4 – Тяговая характеристика автомобиля.

    

      При помощи его можно определить любую из величин в правой части, если все остальные известны. Рассчитать силу тяги на колесах, силы сопротивления качению, сопротивления подъему и силу сопротивления воздуха можно достаточно просто, зависимости их описывающие достаточно просты и однозначны.

       Поэтому чаще всего приходится находить из графика силового баланса силу сопротивления разгону в заданных условиях движения при заданной скорости.

      Исходной является ВСХ двигателя, хотя в принципе возможно применение этой же методике и при частичных характеристиках.

      Вместе с тем разница между силой тяги на колесах и силами сопротивления дороги и воздуха может быть использована не только на разгон, но и на преодоление дорожного сопротивления, для буксирования прицепа, поэтому эту разницу принято называть запасом силы тяги Р.

       В свою очередь графическое изображение зависимости мощностей, входящих в уравнение мощностного баланса от скорости движения называют графиком мощностного баланса (см. рис.5).

                                Рис. 5 –График мощностного баланса автомобиля

      Здесь также рассматривается величина запаса мощности, представляющая собой разность между тяговой мощностью при работе двигателя на ВСХ (полная подача топлива) и суммой сил сопротивления движению, входящих в правую часть равенства.

       Вопрос 23. Динамический фактор и динамическая характеристика.

       График силового баланса не совсем удобен для анализа возможностей АТС и сравнения с другими. АТС отличаются друг от друга параметрами двигателя и трансмиссии, имеют разную форму и вес. Поэтому более удобно пользоваться некоторой безразмерной величиной называемой динамическим фактором D.  

        Возьмем выражение силового баланса и сгруппируем в его левой части силы, зависящие от скорости и не зависящие от дорожных условий и ускорений. Эту разницу Р- Р = Р принято называть свободной силой тяги. Отношение свободной силы тяги к весу АТС и называют динамическим фактором D:

                     D = Р- Р/G= P+ P+ P/ G= f + i +j/g,             (1.42)

         Получаем уравнение силового баланса в безразмерной форме.    Зависимость динамического фактора от скорости называют динамической характеристикой АТС.

Рис. 6 – Динамическая характеристика автомобиля

        Характерные точки и участки динамической характеристики:

-  D соответствующий максимальной скорости АТС на прямой передаче на горизонтальной дороге (j= 0;  i = 0,  а D = f)            

- участок от точки D до точки D на высшей передаче определяет диапазон дорожного сопротивления, преодолеваемый без переключения передачи, а также диапазон устойчивого движения (аналогичные участки на других передачах определяют соответствующие диапазоны по каждой передаче)

- точка, соответствующая D на низшей передаче определяет максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое АТС, т.е. характеризует его проходимость.

           Вопрос 24. Динамический паспорт.

           Поскольку вес АТС может меняться от снаряженного до полного, и при этом будет меняться и его динамический фактор, то динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, пристраивая её слева, с использованием зависимости между масштабами (см. рис. 7).

                                                 ,                                           (1.43)

где: ао  -масштаб шкалы динамического фактора при загрузке 0 %;

      a100 – масштаб шкалы D при загрузке100%;

      Ga, Go – вес автомобиля, соответственно при полной нагрузке (100%) и без нагрузки (0%).

                               Рис. 7 Динамический паспорт автомобиля

           Вместе с тем изменение веса АТС влияет на величину нормальной реакции на ведущих колесах, а следовательно на возможность трогания. Известно, что величина силы тяги при трогании ограничена условиями сцепления колес с дорогой (Р G). Поделим обе части неравенства на Ga,. Поскольку в момент начала движения скорость мала, силой сопротивления воздуха можно пренебречь и тогда отношение Р/ Ga, = D. Отношение  G/Ga называют динамическим фактором по сцеплению D.

 Чтобы просмотреть возможность трогания на номограмму нагрузок наносят линии (пунктирные) соответствующие изменению динамического фактора по сцеплению от нагрузки. Расчет производится для значений коэффициента сцепления, в пределах от 0,1 до 0,7 для порожнего и полностью груженного состояний автомобиля.

             Полученный график называют динамическим паспортом АТС. С его помощью можно:

1) определить максимальный подъем, преодолеваемый АТС при любой загрузке и в порожнем состоянии, с учетом динамического фактора по сцеплению;

2) определить максимальную скорость АТС на любой передаче при любой загрузке и в порожнем состоянии;

3) определить возможность трогания с места при любой загрузке и в порожнем состоянии для соответствующих дорожных условий, характеризуемых величиной коэффициента сцепления;

4) определить возможность трогания и движения АТС при любой загрузке и в порожнем состоянии для соответствующих дорожных условий, характеризуемых величиной коэффициента сцепления и величиной коэффициента суммарного дорожного сопротивления.

Вопрос 26. Приемистость АТС. Путь и время разгона.

Приемистость – способность АТС быстро набирать скорость.

Оценку приёмистости автомобиля проводят по максимально возможным ускорениям, используя динамическую характеристику:

 ,                                                           (1.44)

где     ja – ускорение автомобиля, м/с2;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

δ – коэффициент учёта вращающихся масс, определяется по формуле (1.39);

ψ – суммарный коэффициент сопротивления дороги.

      Зависимость ускорения АТС от скорости на различных передачах приведена на рис. 6.

           

Рис. 6 – Примерный график ускорений автомобиля

С помощью данного графика, на основе методики предложенной Яковлевым, могут быть получены итоговые показатели тягово-скоростных свойств: графики времени и пути разгона АТС до максимальной скорости. Для этого на графике ускорений автомобиля выделяются участки скорости движения автомобиля, соответствующие его разгону на первой, второй и последующих передачах. Затем каждый из этих участков разбиваются на 4-6 интервалов. Границы интервалов и участков скорости обознаются последовательно V1 ,V2  ,V3  и т.д., соответствующие им значения ускорений обозначаются  j1 , j2 , j3  и т.д.

Время разгона автомобиля определяется для каждого интервала скоростей:

;          ;            и т.д.,      (1.45)

где    V – скорость в начале или в конце интервала, м/с;

j – ускорение в начале или в конце интервала, м/с2;

t – время разгона в данном интервале скоростей, с.

Затем для каждого интервала скоростей определяется путь разгона автомобиля:

        ;           ;          и т.д.,         (1.46)

где     S – путь разгона на интервале скоростей, м.

Суммарное время и суммарный путь разгона автомобиля до скорости Vi для i-го интервала определяют суммированием времени и пути разгона на всех предыдущих интервалах скорости:

,                                                      (1.47)

,                                                    (1.48)

Для обеспечения наибольшей интенсивности разгона скорость, при которой необходимо переключаться на следующую передачу, должна соответствовать максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, если ускорение на более низкой передаче (например, на первой) меньше ускорения на более высокой передаче (например, на второй), или соответствовать скорости, при которой кривые ускорений на более низкой и более высокой передачах пересекаются (как на рис. 6).

Потеря скорости за время переключения передачи:

ΔVn g ·ψ ·tn / δn ,                                                                      (1.49)

где   n – коэффициент учёта вращающихся масс при переключении передач (при расчетах принимают n = 1,03);

tn – время переключения передач (при расчетах принимают tn = 0,5-1,5 с, в зависимости от способа переключения передач).

Путь, пройденный автомобилем за время переключения tn с к-ой передачи на  (к+1)-ю передачу:

ΔSn = (Vk  max – 0,5 ·ΔVn)·tn ,                                             (1.50)

      На основании проведенных расчетов строятся графики времени и пути разгона (рис.7):

               Рис. 7 – Примерный график времени и пути разгона автомобиля

Вопрос 27. Нормальные реакции, действующие на колеса каждой оси.

       Знание нормальных реакций необходимо для:

       - определения максимально возможных по сцеплению продольных реакций на ведущих колесах

       - определения сил сопротивления колес с дорогой

       - для определения оптимального распределения тормозных  сил.

       В общем случае дорога может быть вогнутой или выпуклой, и соответственно могут меняться знаки в формулах. Считая, что кривизна отсутствует, а cos= 1,  sin= I и h=  h ,

имеем:

                         R= Gb/L - h/L - Ph/L,                   (1.44)

                         R= Ga/L + h/L + Ph/L,                 (1.45)

       В частном случае V= 0; f = 0; j=0; I = 0; P=0, тогда:

                        R= Gb/L  и R= Ga/L,                                                (1.46)

       Отношение нормальных реакций движущегося АТС к нормальным    реакциям неподвижного АТС называют к-том динамического изменения нормальных реакций m.

       Для тягового режима m 1 и m1, для тормозного режима m 1 и m1.

       Для разгона с максимальным ускорением: m=0,85…0,9 и m=1,05…1,12.

                   Тема 5. Тормозные свойства.

          Вопрос 28.  Тормозные системы и оценочные параметры.

         АТС в соответствии с ГОСТ Р4113-99 (Правило ЕЭК ООН № 13) «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств категорий М, N и О в отношении торможения.» должен иметь следующие тормозные системы:

         Рабочую тормозную систему (РТС), предназначенную для снижения скорости АТС и его полной остановки.

        Запасную тормозную систему (ЗТС), выполняющую функцию РТС при выходе из строя последней (прицепы и полуприцепы могут не иметь такой системы).

        Стояночную тормозную систему (СТС), предотвращающую возникновение возникновения движения остановленного транспортного средства под воздействием приложенных к нему случайных сил.

       Вспомогательную тормозную систему (ВТС), предназначенную для поддержания постоянной скорости АТС при его движении  под уклон самостоятельно или совместно с РТС, с целью её разгрузки. Устанавливается на автобусах, грузовых автомобилях грузоподъемностью более 12 т, горных АТС грузоподъемностью более 3 т и прицепах (полуприцепах) полной массой более 10 т.

       Роль запасной системы может выполнять стояночная или один контур РТС.

       Оценочные показатели.

       Для оценки ТС используют следующие оценочные показатели:

  1.  Эффективность действия РТС- это её способность обеспечить максимально возможное замедление. Поэтому оценочным параметром принято считать величину установившегося замедления (среднего или максимального) достигаемого АТС при приложении к тормозной педали нормируемого усилия, а также величину тормозного пути проходимого АТС в этих условиях при торможении от нормируемой начальной скорости до полной остановки.
  2.  Эффективность действия ЗТС оценивается теми же показателями, но установленные нормативы ниже.
  3.  Эффективность действия СТС оценивается по величине  тормозной силы, развиваемой тормозным механизмом при приложении нормируемого усилия на рычаге управления. Она должна удерживать АТС в отсутствие водителя неопределенное время.
  4.  Эффективность действия ВТС оценивается установившейся скоростью при движении под уклон с нормируемыми параметрами.
  5.  Эффективность действия тормозных систем прицепов и полуприцепов оценивается величиной суммарной тормозной силы всех тормозных механизмов.

      Нормируемые параметры устанавливаются для различных категорий транспортных средств, для соответствующих начальных скоростей и нормируемого усилия на педали. Категории транспортных средств подразделяются на: М – для перевозки пассажиров N – для перевозки грузов и О – для прицепов или полуприцепов.

Таблица 1 – Категории транспортных средств

Категория

Полная масса, т

Наименование АТС

М1

Соответствует полной массе базовой модели

Автобусы, пассажирские автомобили и их модификации, а также пассажирские автопоезда с числом мест для сидения более 8

М2

До 5

То же, имеющие более 8 мест для сидения

М3

Свыше 5

То же

N1

До 3,5

Грузовые автомобили, автомобили-тягачи, грузовые автопоезда

N2

Свыше 3,5 до 12

То же

N3

Свыше 12

То же

О1

До 0,75

Прицепы и полуприцепы

О2

До 3,5

То же

О3

До 10

То же

О4

Свыше 10

То же

      

          Так, для РТС, например, установлено:

           Для категории М: начальная скорость торможения –80 км/час и усилие на педали тормоза – 50 кг. При этом тормозной путь должен быть не более 43,2 м, а установившееся  замедление не менее 4 м/с.

Для категории М: начальная скорость торможения – 60 км/час и усилие на педали тормоза – 70 кг. При этом тормозной путь должен быть не более 32,1 м, а установившееся  замедление не менее 6 м/с.

Для категории N(полной массой более 12 т): начальная скорость торможения – 40 км/час и усилие на педали тормоза – 70 кг. При этом тормозной путь должен быть не более 17,2 м, а установившееся  замедление не менее 5,5 м/с.

       Для ЗТС нормы установившегося замедления составляют: для пассажирских АТС – не менее 3 м/с, для грузовых и автопоездов – не менее 2,8 м/с. Нормы тормозного пути рассчитываются по формуле:

                                            S=  AV+ ,

где: V- начальная скорость торможения, км/час

      А = 0,1 (для легковых и грузовых полным весом более 5 т)

      А = 0,15 (для автобусов полным весом до 5 т и всех грузовых АТС)

      А = 0,18 (для автопоездов).

     СТС при усилии на рычаге в 40 кг должна удерживать АТС на максимально возможном подъеме, но не менее 18%. Если СТС играет роль запасной, то она должна обеспечивать и её нормативы.

    ВТС должна обеспечивать постоянную скорость не более 30 км/час на спуске 7% протяженностью 7 км.

    Вопрос 29.  Виды испытаний ТС и тормозной путь.

    Для определения эффективности ТС используют следующие виды испытаний:

    1. Испытание типа «О» - для определения эффективности РТС при холодных тормозных механизмах.

    2. Испытания типа «1» -  для определения эффективности РТС при нагретых тормозных механизмах.

    3. Испытания тип «2» - для определения эффективности РТС при движении на затяжных спусках.

    Испытания первых двух типов проводят в аварийном режиме торможения. Аварийным называют торможение, совершаемое водителем для предотвращения ДТП. Графическое изображение процесса торможения в координатах «время-замедление» называют диаграммой торможения.

    Тормозным путем называют путь, проходимый АТС с момента нажатия на педаль до достижения некоторой заданной скорости или до полной остановки.

    Остановочным называют путь, проходимый АТС с момента возникновения аварийной ситуации до полной остановки.

    Рассмотрим диаграмму торможения:

             Рис. 8  Диаграмма торможения автомобиля

1 участок. От момента, когда водитель заметил опасность до начала нажатия на педаль – время реакции водителя t. В среднем t= 0,2…1,5 с. При расчетах принимают t= 0,8 с.

2 участок. От момента нажатия на педаль до возникновения тормозных моментов на колесах – время запаздывания тормозного привода t. Зависит от типа привода и конструкции тормозных механизмов:

- дисковые тормозные механизмы с гидравлическим приводом t= 0,05…0,007 с.

- барабанные тормозные механизмы с гидравлическим приводом t= 0,1…0,15 с.

- пневматический привод тормозов t= 0,2…0,4 с.

3 участок. Время увеличения замедления от нуля до некоторой величины, соответствующей максимальному установившемуся замедлению – время нарастания замедления t. В среднем t= 0,05…2,0 с. tувеличивается с увеличением массы автомобиля и к-та сцепления колес с дорогой. У неисправных или плохо отрегулированных тормозов t= 0,4…0,6 с.

4 участок. От достижения установившегося замедления до начала отпускания педали – время установившегося замедления t. Зависит от начальной скорости торможения и условий сцепления колес с дорогой.

5 участок. От начала отпускания педали до возникновения зазоров между трущимися поверхностями – время растормаживания t. Считается, что t 1,2 с.

      Вопрос 30. Теоретическое определение замедления и тормозного пути.

     Для расчета замедления рассмотрим участок 4, где замедление установившееся. Для этого участка уравнение движения имеет следующий вид:

                                     mj= R+ R+ P+ P,       

   Сопротивлением воздуха для приближенных оценок можно пренебречь, поскольку его сопротивление может составлять лишь несколько процентов от действующей тормозной силы. Величина продольных реакций на колесах АТС ограничена условиями сцепления колес с дорогой:

 R+ R= (R+ R)= Gcos, а  P= Gsin. Тогда уравнение примет вид:

                               Gj/g = Gcos+ Gsin,

Откуда: j= (cos+ sin) g  (+ i)g , для горизонтальной дороги:

j= g.

    Теперь попробуем вывести формулу для расчета тормозного пути.

На 2 участке, в течение времени запаздывания скорость снижается незначительно, поэтому путь на этом участке: S= V t. На участке 3 замедление нарастает до максимального, скорость в конце этого участка: V= V- j t/2, с учетом этого:  S= V t/2. На участке 4 замедление установившееся и в целом считается неизменным, однако на самом деле это не совсем так, потому что, в частности, изменяется к-т трения (при снижении угловой скорости растет, при увеличении температуры трущихся поверхностей снижается), кроме того, меняется к-т сцепления из-за изменения скорости, температуры шины и к-та буксования. При расчетах принимают величину установившегося замедления постоянной. В этом случае, если считать V- скоростью в начале участка, а V- скоростью в конце участка, то: S= (V- V)/2 j.

      Т.о. общая длина тормозного пути:

                  S= S+ S+ S= V t. + V t/2 + (V- V)/2 j,

         Если торможение происходит до полной остановки: V=0. Кроме того, учитывая что: j= g, имеем: S= V( t+ 0,5 t) + V/2g.

              Остановочный путь:  

S= V(t+ t+0,5 t)+ V2/(2 ·g · (φ ·cos α+f ± sin α)),                 (1.44)

где:  t- время реакции водителя, с.

         Вопрос 31. Служебное торможение.

        Формулы 1.42, 1.43 и 1.44 используют при расчетах аварийных режимов торможения. Для снижения скорости АТС и остановки в заранее планируемом месте применяют служебное торможение. Такое торможение может быть выполнено следующими способами:

1)Торможение двигателем (используется для получения небольших замедлений). Замедление  j в этом случае рассчитывается по формуле:

           j = (Р+ Р+ G)/ G,                                                        (1.45)

где:  Р- тормозная сила двигателя, Н

        - к-т учета вращающихся масс при торможении двигателем.

         Р= Мu/(r),                                                                         (1.46)

где: М- тормозной момент двигателя, Нм.

          = 1 + (Iu+ I)/(mrr),                                     (1.47)

2) Торможение с помощью рабочей тормозной системы (РТС) при отключенном двигателе (используется, когда требуется получить большие по величине замедления, чем это достигается двигателем). Замедление  j в этом случае рассчитывается по формуле:

            j = (Р+ Р+ G)/ G,                                                         (1.48)

где: Р- тормозная сила, создаваемая тормозной системой на колесах АТС

     - к- учета вращающихся масс трансмиссии, при отсоединенном двигателе.

           = 1 + I/(mrr),                                                                   (1.49)

3) Торможение с помощью РТС без отключения двигателя (используется с целью повышения эффективности торможения, особенно на дорогах с малыми значениями к-та сцепления ). Замедление  j в этом случае рассчитывается по формуле:

          j = (Р+ Р+ Р+ G)/ G,                                                 (1.50)

4) Торможение с помощью запасной тормозной системы (используется при отказе РТС, в качестве запасной используют либо один из контуров РТС, либо стояночную тормозную систему). Замедление  j в этом случае рассчитывается по формуле:

- при использовании для  торможения стояночной тормозной системы или при отказе переднего контура РТС:  

                       j=,                                                                  (1.51)

- при отказе заднего контура РТС и использовании для  торможения переднего:

             j=,                                                                    (1.52)

5) Замедление при движении накатом (используется для снижения скорости, а также как прием, применяемый водителями для экономии топлива). Замедление  j в этом случае рассчитывается по формуле:

            j = (Р+ Р+ G)/ G,                                                       (1.53)

где: Р- сила сопротивления трансмиссии проворачиванию (потери в трансмиссии), Н.

         Вопрос 32. Оптимальное распределение тормозных сил.

           Большое значение на результат торможения имеют конструктивные параметры тормозных систем и их техническое состояние. Практически сложно обеспечить одновременность и одинаковость максимально возможных тормозных сил по сцеплению колес с дорогой. Обычно эффективность обеспечивается с некоторым запасом.

            Для АТС с исправной тормозной системой можно считать гарантированным, что при приложении к тормозной педали силы в пределах нормируемых значений, максимально возможная тормозная сила будет обеспечиваться на дорогах с к-том сцепления равным нормативному замедлению, требуемому ГОСТом для данного АТС, деленному на g.

            Не выполняется условие о равенстве к-тов сцепления у всех колес, поскольку величина к-та зависит от величины нормальных реакций. В большинстве случаев не выполняется условие об одновременном достижении тормозными силами передних и задних колес, значений максимально возможных по сцеплению.

            Тормозной силой называют силу сопротивления движению автомобиля, искусственно создаваемую в результате действия тормозных механизмов: Р= М/r.

            При экстренном торможении Р Rи РR. Одновременное достижение продольными реакциями максимально возможных по условиям сцепления значений Rи Rможет быть обеспечено оптимальным распределением тормозных сил между колесами и осями АТС.

            Оптимальное распределение тормозных сил между осями АТС при полном использовании тормозных сил (j = g) обеспечивается при (Р= 0, Р= 0, i =0):

                 ==,                                                                (1.54)

          Если считать одинаковыми для всех колес, то оптимальное соотношение между тормозными силами равно соотношению суммарных, нормальных реакций действующих на правое и левое колесо каждой оси и должно быть переменным, т.к. а, b и hменяются в зависимости от нагрузки..

         Известно, что  достигает максимума при определенной величине скольжения, при этом обеспечиваются максимально возможные по сцеплению тормозные силы. Если у всех колес это значение достигается одновременно, то торможение будет оптимальным.

        Качение колеса со скольжением большим оптимального будет неустойчивым. Неустойчивость проявляется в том, что при неизменной величине тормозного момента, скорость скольжения растет и колесо переходит на юз. При этом  снижается, в результате уменьшается тормозная сила, снижается замедление и увеличивается тормозной путь. Неустойчивость снижает способность противодействовать внешним боковым силам, которые могут появиться из-за наличия уклона дороги, из-за неравенства тормозных сил справа и слева, из-за неравенства .

          Принято характеризовать РТС к-том распределения тормозной силы :  

           = = (b+h)/L,                                                                (1.55)

где:  - значение к-та сцепления при котором обеспечивается оптимальное распределение тормозных сил.

          К-т может быть постоянным или переменным, со ступенчатым или непрерывном изменением в зависимости от изменения давления в тормозной системе или изменения нормальных реакций, действующих на колеса АТС.

         При = const (0,8 для легковых АТС 0,3 для не груженого, грузового АТС 0,7 для груженого грузового АТС).  Тогда: =(b+h)/L

         Если , то первыми достигают величины максимально возможной по сцеплению тормозные силы колес передней оси. Если , то первыми достигают величины максимально возможной по сцеплению тормозные силы колес задней оси.

         Для достижения высокой эффективности торможения желательно, чтобы было близко к среднему, часто встречающемуся. Вместе с тем желательно, чтобы для хорошей устойчивости тормозные силы задних колес никогда не достигали величин максимально возможных по сцеплению. Согласно Правила № 13 ЕЭК ООН рекомендуется такое распределение тормозных сил, при котором передние колеса первыми достигали скольжения: у легковых АТС при 0,7 и у грузовых при 0,6.

        Для обеспечения эффективности торможения используются регуляторы тормозных сил (статические и динамические).

       Регулятор работает следующим образом.

       При малых усилиях на педали и малых давлениях жидкости (воздуха), давления в тормозных цилиндрах передних и задних колес одинаковы. Распределения тормозных сил определяется конструктивными особенностями и размерами тормозных цилиндров передних и задних колес.

      При увеличении усилия на педали после достижения определенного расчетного давления регулятор изменяет соотношение между давлением в тормозных механизмах передних и задних колес в пользу передних, в связи с этим изменяется и .

     При статическом регулировании изменение распределения тормозных сил соответствует определенной величине давления в тормозной системе, не зависящей от условий движения.

     При динамическом регулировании величина давления, при которой изменяется соотношение в системах передних и задних колес, связана с нормальной реакцией, действующей на задние колеса. Датчиком, определяющим эту зависимость, является прогиб упругого элемента задней подвески.

  Применение регуляторов позволяет приблизить распределение тормозных сил к идеальному, т.е такому при котором на всех колесах тормозные силы достигают величины максимально возможной по сцеплению одновременно. При этом обеспечивается не только минимальный тормозной путь, но и хорошая устойчивость и управляемость, поскольку колеса при оптимальной величине скольжения в полной мере сохраняют способность противостоять без поперечного скольжения достаточно большим поперечным силам. Однако это требует приложения к педали определенной силы (ни больше, ни меньше)

        Антиблокировочные системы автоматически поддерживают скольжение в режиме близком к оптимальному. Принцип действия таких систем основан на использовании в тормозных механизмах электронных устройств и датчиков, создающих при нажатии на педаль пульсирующее с высокой частотой давление, обеспечивающее поддержание в заданных пределах скольжение колес.

             Тема 6. Топливная экономичность АТС.

               Вопрос 33. Оценочные показатели.

          Основной измеритель топливной экономичности – путевой расход топлива в литрах на 100 км пройденного пути. В англоязычных странах (США, Великобритания и др.) топливную экономичность оценивают количеством миль, которые может проехать АТС на 1 галлоне топлива.

          К оценочным показателям и характеристикам топливной экономичности относят:

          1. Контрольный расход топлива. Измеряется при движении АТС на высшей (прямой) передаче, при движении по горизонтальной дороге с постоянной,   установленной для данного АТС, скоростью

         2. Топливная характеристика установившегося движения определяемая при движении по горизонтальной дороге с заданной постоянной скоростью от минимально устойчивой до максимальной.

         3. Топливная характеристика на дороге с переменным продольным профилем определяется при движении по участку со специально заданным профилем, причем для определения каждой  точки характеристики  АТС должно двигаться с максимально возможной для данных условий скоростью, но не превышающей заданную. Заданные скорости различны для различных участков.

          4. Расход топлива в городском и магистральном циклах.

          5. Топливно-экономическая характеристика (ТЭХ). График зависимости путевого расхода топлива от скорости установившегося движения по дорогам с различным к-том суммарного дорожного сопротивления.

Рис. 9 – Топливно-экономические характеристики автомобиля:

а) при различном дорожном сопротивлении

б) характеристика установившегося движения

          Является комплексным измерителем топливной экономичности. Такая зависимость может быть построена для каждой передачи. В общем случае кривые q= f (V) имею минимум, иногда минимум отсутствует.

          Вопрос 33. Уравнение расхода топлива.

          ТЭХ может быть построена по результатам испытаний или расчетным путем. Для этого необходимо иметь характеристики расхода топлива двигателем. В частности оценочным параметром в данном случае будет удельный, эффективный расход топлива q= Q/N, в г/кВтчас.

            Удельный расход топлива зависит от режима работы двигателя, характеризуемый оборотами и степенью использования мощности двигателя. Для расчета путевого расхода удобно пользоваться зависимостью q= f (U,%). Исходными для получения этой зависимости являются скоростная и нагрузочная характеристики Q= f (N).

Для малых U,%, путевой расход растет из-за снижения механического к.п.д. При больших U,%, путевой расход растет из-за обогащения горючей смеси экономайзером.

Зависимость удельного эффективного расхода топлива двигателя от оборотов и степени использования мощности учитывается к-ми  К и К. Т.о.:

     Q= = = = ,

Учитывая: q =q КК, и  плотность топлива , имеем:

               q= =

К-ты К и К можно получить либо с помощью реальных характеристик двигателя (ВСХ и нагрузочной),  либо по методике Шлиппе (приведена в методичке по курсовой работе), либо по эмпирическим формулам:

К=  А- В (/) + С В (/)  и К= А – ВU + СU,

где: А= 1,23; В= 0,792;  С= 0,56.

      А =2,75; В = 4,61; С = 2,86 (для карбюраторных)

   А = 1,7;  В = 2,63; С = 1,92 (для дизельных).

Формула путевого расхода позволяет рассчитывать расходы только на установившихся режимах работы, т.к. при разгонах и торможениях расход зависит еще и от углового ускорения коленчатого вала.

q= 280…320 г/кВтчас (для карбюраторных) и q= 210…240 г/кВтчас (для дизельных).

Вопрос 34. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на топливную экономичность.

Конструктивные факторы.                                                                                                                   

1. Тип двигателя. Дизельные двигатели имеют меньший удельный расход и меньшую зависимость от степени использования мощности. При уменьшении U,% от 100% до 10% q у карбюраторных двигателей увеличивается в 2-3 раза, у дизельных на 30%. Это обеспечивает меньший на 30…50 %. Меньшая токсичность отработавших газов.

2. Правильный выбор передаточных чисел коробки перемены передач и главной передачи.

3. Улучшение аэродинамики.

Уменьшение к-та сопротивления воздуха для легковых АТС может дать до 10% экономии, для грузовых использование всего комплекса мер по снижению воздушного сопротивления при скоростях 20…25 м/с дает уменьшение расхода на 10…15%.

        4. Энергетические характеристики шин. Уменьшение сопротивления качению на 10% за счет совершенствования шин дает экономию в 2,5…3,5%.

        5. Использование в карбюраторных двигателях электронных систем зажигания. Помимо экономии топлива дает значительное снижение токсичности.

        6. Использование в бензиновых двигателях непосредственного впрыска.

        Эксплуатационные факторы.

        1. Скорость.

         С увеличением скорости растет U,%  и уменьшается q, но одновременно растет и Р. Опыт показывает, что существует так называемая экономичная скорость, при которой расход топлива минимальный.

         2. Вес груза.

С увеличением загрузки АТС расход увеличивается, однако удельный расход уменьшается:

     q= == ,

При увеличении загрузки уменьшаются члены в квадратных скобках и уменьшается qиз-за увеличения U,%. Больше выгоды дает применение автопоездов: 1) к-т  у них ниже 0,55…0,65. 2) при увеличении загрузки автопоезда в два раза сила сопротивления воздуха увеличивается на 20…25% 3)при правильном подборе прицепа уменьшается удельный, эффективный расход за счет увеличения U,%.

         3. Квалификация водителя.

         Путевой расход зависит от степени использования мощности, а водитель сам определяет эту степень, поэтому от его квалификации напрямую зависит и расход топлива.

         4. Техническое состояние АТС.

         Влияние технического состояния АТС на расход достаточно сильно: 1) неисправная свеча на шестицилиндровом двигателе увеличивает расход на 20…25% 2) неправильно отрегулированное зажигание – на 60…80% 3) неправильное давление воздуха в шинах – на 5…10%.

          5. Соответствие бензина.

          При использовании не соответствующего для данного двигателя бензина расход может вырасти на 15…20%.

          6. Температурный режим.

          Снижение Температуры двигателя с 95 С   до 65 С увеличивает расход топлива на 15%.   

      

 Тема 7. Управляемость АТС.

 Вопрос 36. Общие положения. Оценочные показатели  управляемости.

 Под управлением автомобиля понимают целенаправленную организацию его движения. При движении на прямолинейных участках пределы изменения радиуса кривизны не велики, поэтому такое движение рассматривают условно как прямолинейное. Такая условность позволяет рассматривать эксплуатационные свойства отдельно при прямолинейном и отдельно при криволинейном движении. Доля криволинейного движения на дорогах, в зависимости от категории и длины участка, составляет от 2 до 15%.

  Исходя из особенностей криволинейного движения, выделяют два режима поворотов: с малыми радиусами и невысокими скоростями – характеризует в основном маневренность, а с большими радиусами и высокими скоростями – управляемость.

  При теоретическом изучении управляемости в качестве направляющей точки, определяющей траекторию движения, обычно выбирают центр масс АТС. Перемещение центра масс может быть разложено на составляющие: х, направленную по продольной оси и у, перпендикулярную ей. В качестве прямой для автомобиля принимают его продольную ось, положение которой определяют курсовым углом  между её проекцией на плоскость дороги и неподвижной прямой, принадлежащей этой плоскости.

  При изучении управляемости ограничиваются рассмотрением законов изменения курсового угла , а также бокового смещения у и их производных по времени. Скорость и ускорение в направление продольной оси считаются известными.    

  Возникающие в результате управляющего воздействия изменения курсовых и боковых параметров являются кинематической реакцией автомобиля на управляющее воздействие. Сопротивление повороту рулевого колеса при этом называют силовой реакцией автомобиля на управляющее воздействие.

  Характер функциональной зависимости между управляющими воздействиями и реакциями на них может служить оценкой свойств автомобиля как управляемого объекта.

  Для оценки управляемости используют достаточно много показателей. Среди них следует выделить оценочные показатели устойчивости управления, которые установлены и определяются на основе РД 37.001.005.-82, и оцениваются в баллах по субъективным ощущениям наблюдателей:

1) устойчивость управления траекторией

2) устойчивость курсового управления

3) устойчивость управления траекторией при торможении

4) устойчивость курсового управления при торможении

5) предельная скорость выполнения маневра

   6) скорость начала снижения устойчивости управления траекторией

           7) скорость начала снижения курсового управления.

               На основании протоколов испытаний определяют комплексные оценки устойчивости управления, которые должны быть не ниже нормативных.

              Среди других показателей могут быть выделены следующие:

1) характеристика статической, траекторной управляемости.

 Такая характеристика оценивается зависимостью кривизны траектории

К = /V = f(), где   - угол поворота рулевого колеса.

          Рис. 10  Характеристика статической траекторной управляемости

Такая зависимость позволяет оценить реакцию на поворот рулевого колеса. Графическое изображение зависимости не должно выходить за пределы заштрихованной области, а угол наклона касательной к кривой зависимости в любой точке не должен превышать углы наклона прямых, ограничивающих эту область. Такая характеристика снимается при различных значениях  и постоянной скорости, устанавливаемой для различных категорий АТС.

2) характеристика «рывок руля».

Данная характеристика представляет собой зависимость / = f(t), где

- текущее значение угловой скорости при входе в поворот, - ее установившееся значение. Зависимость описывает переходный процесс входа в поворот,  после быстрого (  7 рад/с) поворота рулевого колеса,  при различных установившихся значений  и постоянной скорости, соответствующих поперечному ускорению 4 м/с. Управление не затруднено,  если зависимость не выходит за пределы заштрихованной области.

3) характеристика «выход из поворота».

Такая характеристика позволяет оценить стабилизирующие свойства автомобиля. Испытания проводят при круговом движении со скоростями 30 и 40 км/час и ускорением 4 м/с, со снятием зависимости курсового угла от времени =f(t). Эта зависимость не должна выходить за пределы заштрихованной области.

4) характеристика легкости рулевого управления.

Легкость рулевого управления оценивается по силе на рулевом колесе, которая при поперечном ускорении 4 м/с и скоростях движения 40 и 60 км/час, не должна превышать 60…120 Н.

5) предельная скорость входа в заданный поворот.

Нормируется скорость при радиусах поворота 30 и 60 м по внутренней бровке поворота. Так, для грузовых автомобилей при радиусе поворота 30 м скорость входа должна быть не менее 45 км/час, при радиусе поворота 60 м – 70 км/час. Причем, при превышении предельной скорости на 5 км/час не должно наблюдаться отрыва всех колес одной стороны автомобиля от дороги. Поворота рулевого колеса, корректирующего занос, не должно быть до скорости 50 км/час при радиусе поворота  30 м и скорости 70 км/час при радиусе поворота 60 м.

6) предельная скорость входа в заданную «переставку».

Определяется на участке с размеченной траекторией. Нормируется значение скорости при боковом смещении «переставки» 3,5 м и длинах 12 и 20 м. Так, для грузовых автомобилей скорость входа при длине 12 м должна быть не менее 55 км/час, а при длине 20 м – не менее 80 км/час. При превышении предельной скорости на 5% не должно наблюдаться отрыва колес. Поворот рулевого колеса, корректирующий занос, не должен отмечаться до скорости 55 км/час при длине 12 м и 80 км/час при длине 20 м.   

Рис.  11  Разметка участка испытания для выполнения манёвров:

              а) «переставка»; б) «поворот»

7) средняя угловая скорость поворотов рулевого колеса на прямолинейном участке дороги.

Нормированные значения составляют 0,1 рад/с для скорости 60 км/час и 0,15 рад/с для скорости 100 км/час.

Вопрос 37. Увод автомобильного колеса.

При изучении качения колеса на повороте принято называть плоскость симметрии обода колеса, перпендикулярную оси вращения, плоскостью вращения, точку пересечения оси вращения с плоскостью вращения центром колеса, а скорость её перемещения – скоростью колеса. Точку пересечения следа плоскости качения на плоскость дороги с перпендикуляром к нему, опущенным из центра колеса, называют центром контактной площадки, прямую, проходящую через центр контактной площадки параллельно вектору скорости колеса, - продольной, а перпендикулярную ей прямую, проходящую через этот центр, поперечной осями контактной площадки.

Взаимодействие колеса с дорогой характеризуется продольной реакцией дороги R, боковой реакцией дороги R и нормальной реакцией дороги R и соответствующими моментами: М- моментом сопротивления качения, М- восстанавливающим моментом и М- стабилизирующим моментом.   

Со стороны автомобиля на колесо действуют приложенные к его центру: продольная Р, боковая Р и нормальная Р, а также моменты: М – тяговый (или тормозной), М- опрокидывающий и М- поворачивающий. Соответственно скорости колеса: V- продольная, V- поперечная, V- нормальная.

У колеса, снабженного эластичной шиной, под действием боковой силы происходит боковая деформация элементов, расположенных между контактной площадкой и ободом. В результате этого катящееся колесо движется одновременно со скоростями V (в плоскости вращения) и V (перпендикулярно этой плоскости). Вектор результирующей скорости V, равный геометрической сумме этих скоростей, направлен под углом   к плоскости вращения. Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется явлением бокового увода, а угол между этим вектором и плоскостью вращения – углом увода .  

С увеличением боковой силы угол увода растет при прочих равных условиях, однако этот процесс ограничивается при появлении зон скольжения в контакте колеса с дорогой.  Рассмотрим экспериментально полученную кривую зависимости Р= f().  На этой кривой условно выделяются три участка. На участке 0b зависимость практически линейна, он соответствует значениям Р, при которых зона скольжения практически отсутствует. Для этого участка:

                                          Р= ,                                                              (7.1)

где: - к-т сопротивления уводу. Он численно равен боковой силе в Н, вызывающий угол увода в 1 градус или 1 радиан.     

На участке bc значения Р такие, при которых скольжение происходит в значительной части контактной площадки и тем больший, чем больший угол увода. В точке с сила Р достигает значений максимально возможных по условиям сцепления колес с дорогой, а на участке cd  она равна: Р= R.

К-т = Р/ R называют к-том поперечного сцепления.

Условно на участке боковое перемещение колеса под действием боковой силы Р называют боковым уводом, а на участке cd – боковым скольжением.

Значение угла , при котором начинается боковое скольжение, зависит от конструкции шины, нормальной нагрузки, к-та  и ряда других факторов. Обычно на сухой твердой опорной поверхности  = 12…20. К-т  зависит от тех же факторов, что и к-т .

Действие боковой силы вызывает появление боковой реакции R. Предельное по сцеплению значение этой боковой реакции: R= R,           (7.2)

где: К= R/ R- к-т продольной силы.

Влияние различных факторов на явление увода было изучено Д.А. Антоновым, который предложил целый ряд эмпирических зависимостей. Так, для прямолинейного установившегося качения эластичного колеса по гладкой недеформируемой дороге: = qqqq,                                       (7.3)

где: - к-т сопротивления уводу ведомого колеса на линейном участке зависимости Р= f()

        q- к-т коррекции, учитывающий зависимость к-та сопротивления уводу от угла  при движении по дорогам с различным

        q- к-т коррекции, учитывающий влияние отклонения нормальной нагрузки от оптимальной

        q- к-т коррекции, учитывающий влияние на  продольных сил, действующих на колесо

        q- к-т коррекции, учитывающий влияние отклонения давления от нормального значения.

Т.к. при действии на колесо боковой силы,  вектор его скорости в результате увода или бокового скольжения отклоняется от плоскости вращения,  то происходит и обратное явление: при движении колеса таким образом, что вектор его скорости не совпадает с плоскостью вращения, возникает боковая реакция R. На этом основано направляющее действие управляемых колес,  т.е.  их способность создавать силы, изменяющие направление движения автомобиля. При повороте колес их центры в первое мгновение по инерции движутся вместе с автомобилем в первоначальном направлении, не совпадающем после поворота колес с их плоскостями вращения. В результате этого возникают реакции R, направленные так, что их моменты относительно центра масс, преодолевая инерцию автомобиля, вызывают его поворот. 

Боковая сила возникает и в том случае, когда плоскость вращения катящегося колеса совпадает с плоскостью, перпендикулярной дороге,  (угол развала). Данная сила пропорциональна углу развала: Р= к. К-т к приближенно можно принимать равным R.

Вопрос 38. Кинематика поворота автомобиля.

Возникающие при повороте автомобиля боковые силы вызывают увод колес, что приводит к отклонению направлений скоростей V и V (см. рис.). Углы и , на которые отклоняются направления скоростей V и V за счет увода или бокового скольжения, развала и кинематики подвески называют углами увода соответственно передней и задней осей. Отношение боковой силы, действующей на ось, к углу её увода называют к-том сопротивления уводу данной оси.

Мгновенным центром поворота автомобиля является точка О пересечения перпендикуляров к направлениям скоростей V и V. Найдем расстояния R и C от точки О до продольной оси  АБ и задней оси автомобиля. Для этого опустим перпендикуляр ОВ на продольную ось. Угол АОВ = , а угол ВОБ = - как углы с перпендикулярными сторонами. Из треугольников АОВ и ВОБ имеем:

                           АВ = С = Rtg и ВБ = Rtg(-).

Складывая эти два выражения получим:

                            R =   ,                                        (7.4)   

Отсюда:               С = ,                                                             (7.5)

Радиусом поворота автомобиля называют расстояние от центра поворота О до колеи переднего наружного колеса:

                            R= ,                                                                   (7.6)

При больших радиусах поворотов и соответственно малых углах  величиной 0,5В можно пренебречь и считать cos(=1, тогда R R. В дальнейшем при изучении управляемости разницей между Rи R пренебрегаем и называем R радиусом поворота.

Угловая скорость поворота автомобиля = V/ R.

Анализируя полученные выражения, характеризующие поворот автомобиля, можно сделать вывод о том, что, если пренебречь уводом осей центр поворота автомобиля должен находится на продолжении задней оси АТС, т.е.:

                             R    и   С = 0    

Видно, что при отсутствии увода кинематические параметры поворота при заданной базе АТС однозначно определяются величиной угла , а при наличии увода эти параметры зависят еще и от разности - . Значение и знак этой разности зависят от боковых сил, действующих на передние и задние колеса, а также от к-тов сопротивления уводу этих колес.

Свойства автомобиля изменять кинематические параметры поворота под действием внешних боковых сил при фиксированной величине угла  называют поворачиваемостью автомобиля.

При равенстве углов увода передней и задней осей (= ) автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью. В этом случае  и R остаются такими же как у автомобиля с жесткими колесами, однако центр поворота О смещен относительно оси задних колес.

Вопрос 39. Силы, действующие на автомобиль при повороте.

Движение автомобиля при его повороте сопровождается изменением его положения относительно неподвижной системы координат. Это движение связано с изменением как кинематических, так и динамических (силовых) параметров движения. В целом движение на повороте может быть описано следующими характеристиками:

1) силы инерции, действующие на автомобиль при повороте Р.

В общем случае силы инерции могут быть представлены в виде продольной составляющей Р и поперечной составляющей Р в системе координат связанной с автомобилем:

Р= m(j - V)  и  Р= m( V+ d V/dt)

Причем, положительное направление Рпротивоположно направлению движения автомобиля, а положительное направление Р- направление от центра поворота.

При отсутствии увода и с учетом угла поворота, как основного задающего параметра эти силы могут быть представлены в следующем виде:

Р= m(j - Vb/L) и Р= m( V+ V b/L + j b/L )

При этом составляющая Рможет быть представлена в виде трех слагаемых:

Р= mV= mV/R – проекция центробежной силы на поперечную ось.

Р= mV b/L – сила, возникающая в результате изменения угла поворота управляемых колес и изменения улов увода. При отсутствии увода эта ситла положительна при входе в поворот и отрицательна при выходе. При больших углах увода эта сила может быть отрицательна при входе в поворот и положительна при выходе.

Р= mj b/L  - сила, возникающая в результате изменения скорости движения автомобиля на повороте. При отсутствии увода она положительна при ускоренном движении и отрицательна при замедленном. При небольших  и больших углах увода эта сила может быть положительной и в процессе замедления.

2) реакции дороги R и R.

В общем случае: R= (Рb + J)/L  и  R= (Рa - J)/L  

где: J- момент инерции автомобиля относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр масс.

Учитывая, что J= m, где: ab, подставляя выражения для Р и  получим, без учета увода:

R= m(V/R + V + j)  и R= mV/R

Для установившегося кругового движения: R= mV/R  и R= mV/R.

Принято называть удельной боковой силой  отношение боковой силы, действующей на оси, к нагрузке, приходящейся на колеса этой оси.

При установившемся круговом движении =. При неустановившемся движении . Так, при малых углах увода, при входе в поворот или ускоренном движении , а при выходе из поворота или замедлении .

С точки зрения обеспечения устойчивости движения более желательным является выполнение условия .

3) продольные реакции R и R.

Продольные реакции на ведомых колесах R при криволинейном движении остаются практически такими же, как и при прямолинейном движении.

Для нахождения продольной реакции на ведущих колесах Rиспользуют уравнение движения в направлении продольной оси, откуда:

R= Р+ R + R + P

Уравнение силового баланса при криволинейном движении можно записать так:  Р= P+ P+ Р+ Р+ Р+ Р ,      

где:

Р- сила, возникающая в результате изменения кинетической энергии вращательного движения автомобиля. При входе в поворот и при разгоне кинетическая энергия вращательного движения автомобиля увеличивается за счет энергии, подводимой к ведущим колесам от двигателя, а при выходе из поворота и при снижении скорости энергия уменьшается, что приводит к снижению необходимой тяговой силы.

Р- сила сопротивления движению, возникающая в результате качения колес на повороте с уводом. Энергия, затрачиваемая на увод, теряется безвозвратно.

                           Р= G/K

где: K=KKL/( Ka+ Kb) – приведенный к-т сопротивления уводу всех колес автомобиля.

4) нормальные реакции R на колесах автомобиля.

При криволинейном движении автомобиля нормальные реакции существенно отличаются от тех же реакций при прямолинейном движении. В результате действия инерционных сил и моментов в поперечной плоскости, нормальные реакции перераспределяются по бортам. В тех случаях, когда нужно найти реакции, действующие на каждом из колес, даже у двуосного автомобиля задача оказывается статически неопределимой и реакции могут быть найдены приближенно.

Вопрос 40. Круговое движение и переходные процессы.

Рассмотрим круговое движение автомобиля с постоянной скоростью. Возникающие при этом углы увода, имеют следующие зависимости:

           = mV/(KR)          и       = mV/(KR)

Соответственно радиус поворота R:

             R = /

Из формулы видно, что при неизменном угле  радиус R зависит от V, причем характер этой зависимости определяется значением и знаком к-та при V. Обозначим выражение в круглых скобках как К- к-т поворачиваемости. Тогда:

                        R =  (L -  КV)/       = V/(L -  КV)

Если К0, то с увеличением скорости радиус уменьшается, а угловая скорость увеличивается. И наоборот при  К0, увеличение скорости приводит к увеличению радиуса и уменьшению угловой скорости. При К=0 величина радиуса не зависит от скорости, а угловая скорость пропорциональна линейной.

Видно, что при К0    , т.е. поворачиваемость избыточная, если К0, то    и поворачиваемость недостаточная, а при К=0 и = поворачиваемость нейтральная.

Отношение / используют как характеристику чувствительности автомобиля к управляющему воздействию на него водителя через рулевое управление.   

Если /=V/L, то поворачиваемость нейтральная, если /V/L, то избыточная, а если /V/L, то недостаточная.

Круговое движение возникает не сразу после поворота колес на постоянный угол . В результате поворота колес возникают силы, изменяющие определенным образом направление движения автомобиля, однако наличие инерционных факторов приводит к тому, что новые параметры движения устанавливаются не сразу, а через какой-то промежуток времени, в течение которого несмотря на то, что =const, параметры движения изменяются. Процесс изменения параметров движения при переходе от одного установившегося режима к другому называют переходным. Переходные процессы предшествуют любому установившемуся движению. Они занимают большую часть времени и имеют большое значение при оценке управляемости.

В теории управления принято оценивать переходные процессы по реакции управляемой системы на единичное, ступенчатое возмущение. Для автомобилей это соответствует реакции на быстрый (близкий к мгновенному) поворот рулевого колеса с последующим движением при =const («рывок руля»).

Переходный процесс характеризуется временем, в течение которого   достигает 95% . Это время тем больше, чем больше скорость.

Для автомобилей с избыточной поворачиваемостью переходный процесс заключается в асимтотическом приближении к .   

Переходные процессы автомобилей с недостаточной поворачиваемостью характеризуются наличием перерегулирования (заброса). В тех случаях, когда перерегулирование невелико, время переходного процесса для автомобилей с недостаточной поворачиваемостью обычно меньше, чем для автомобилей с избыточной поворачиваемостью и меньше зависит от скорости. Наличие значительного перегулирования свидетельствует о чрезмерной недостаточной поворачиваемости.

Вопрос 41. Условие управляемости АТС.

Рассмотрим схему движения автомобиля на повороте. Поскольку АТС имеет определенную массу то, чтобы направить эту массу в нужную сторону, необходимо преодалеть действие силы инерции, которой обладает АТС при движении. Необходимое усилие создается за счет действия сил сцепления колес с дорогой, а именно за счет появления боковой реакции R.

При повернутых на угол   колесах, реакция R имеет

Вопрос 41. Стабилизация управляемых колес.

Под стабилизацией понимают свойство управляемых колес сопротивляться отклонению под действием внешних сил от положения, соответствующего прямолинейному движению (нейтрального положения), и автоматически возвращаться к этому положению после прекращения воздействия внешних сил.

В целом внешние силы создают как стабилизирующие моменты, стремящиеся отклонить колеса от нейтрального положения, так и стабилизирующие, стремящиеся вернуть их в это положение. Отклонение от нейтрального положения возможны как в результате поворота водителем рулевого колеса, так и в результате случайных внешних воздействий (неровности, неуравновешенность колес и др.).

Действие стабилизирующих моментов несколько увеличивает силу, необходимую для поворота рулевого колеса, но зато для возвращения его к нейтральному положению достаточно только его отпустить. Чем меньше приходится водителю корректировать положение управляемых колес при их возвращении в нейтральное положение, тем качественнее стабилизация и лучше управляемость.

Возникновение стабилизирующих моментов обусловлено двумя основными причинами: особенностями процессов, происходящих в контакте колеса, катящегося с уводом, и наклонным расположением шкворней.

Элементарные боковые реакции в контакте колеса с дорогой имеют равнодействующую, которая приложена на расстоянии Е от центра контактной площадки и создает стабилизирующий момент шины:

                          М = RЕ = КЕ,

Этот момент сначала растет с увеличением угла увода, до углов 3..6, а потом начинает уменьшаться, т.к. увеличивается область контакта в которой происходит скольжение.

Стабилизация управляемых колес обеспечивается даже без специальных, конструктивных мероприятий за счет свойств катящихся с уводом колес. Однако момент М не всегда и не во всех- случаях достаточен для обеспечения оптимальной стабилизации. Он существенно снижается на скользких дорогах и при действии продольных сил. В этих случаях уменьшается не только реакция R, но и плечо Е.

Дополнительные стабилизирующие моменты получаются получаются в результате наклонного расположения осей шкворней. Осью шкворня условно называют ось, относительно которой поворачивается поворотная цапфа колеса, независимо от особенностей конструкции переднего моста. У большинства современных автомобилей каждый шкворень наклонен как в продольной, так и в поперечной плоскостях.

Вопрос 42. Колебания управляемых колес.

Отклонения управляемых колес под действием внешних сил при неподвижном управляемом колесе, как правило, носят колебательный характер. Основными причинами таких колебаний являются:

1) неуравновешенность (дисбаланс) управляемых колес

2)  особенности кинематического взаимодействия передней подвески и рулевого управления

3) взаимодействие колес с неровностями дороги

4) автоколебания.

1) неуравновешенность (дисбаланс) управляемых колес.

Если центр масс колеса не совпадает с его осью вращения, то нарушается статическая балансировка. Если центр масс совпадает с осью вращения, но масса расположена несимметрично относительно плоскости вращения, то не соблюдается динамическая балансировка.

Неуравновешенность обычно удобно оценивать условной неуравновешенной массой, сосредоточенной в одной точке полностью уравновешенного колеса. Дисбаланс задается моментом дисбаланса равным произведению неуравновешенной массы на плечо ее приложения. Анализ математического выражения этого момента показывает, что он имеет синусоидальный характер изменения. При этом частота колебаний равна частоте вращения колеса, а амплитуда пропорциональна моменту дисбаланса и квадрату скорости. Если неуравновешенны оба управляемых колеса, то наиболее неблагоприятным является случай, когда неуравновешенные массы колес смещены по фазе на угол 180.

Колебания колес относительно шкворней, вызываемые дисбалансом, приводят к колебаниям рулевого колеса и значительным, дополнительным  нагрузкам в деталях рулевого управления. Предельные дисбалансы для легковых АТС не более 30 Нсм, для грузовых не более 115 Нсм, а после балансировки,  они должны быть соответственно не более 5 Нсм и 30 Нсм.

2)  особенности кинематического взаимодействия передней подвески и рулевого управления и взаимодействие колес с неровностями дороги.

Поскольку управляемые колеса связаны с кузовом двойной связью (через детали подвески и детали рулевого привода), то перемещение колес относительно кузова могут вызывать их повороты относительно шкворней.

При зависимой подвеске повороты могут возникать в результате верикальных колебаний передней оси относительно кузова. Для того, чтобы вертикальные колебания оси не вызывали поворотов колес, необходимо, чтобы ось шарниров рессоры совпадала с центром шарового пальца сошки. Это условие выполняется только для какого-либо одного положения рулевой сошки, например, соответствующего прямолинейному движению. Т.о. колебания колес относительно шкворней, вызываемые вертикальными колебаниями моста, могут лишь уменьшаться, но не устраняться полностью. Частота таких колебаний равна частоте колебаний автомобиля, которая в свою очередь определяется характеристиками неровностей дороги.

3) автоколебания.

Автоколебания управляемых колес проявляются в том, что в определенном диапазоне скоростей даже на абсолютно гладкой дороге могут возникнуть незатухающие колебания колес относительно шкворней при неподвижном рулевом колесе. Их частота в зависимости от конструктивных особенностей рулевого управления лежит в пределах от 10 до 30 Гц, а амплитуда может достигать нескольких градусов. Одна из основных причин возникновения таких колебаний наличие гироскопической и упругой связи между колебаниями управляемого моста в поперечной плоскости и поворотами колес относительно шкворней.

Основным способом устранения автоколебаний является применение независимых подвесок передних колес. При выборе соответствующей кинематической схемы такой подвески уменьшаются наклоны колес в поперечной плоскости и синхронность этих наклонов у правых и левых колес, что уменьшает гироскопические моменты и в связи с этим затрудняет возникновение автоколебаний.

 

Тема 8. Устойчивость АТС.

Вопрос 43. Общие положения. Оценочные показатели устойчивости.

При управлении АТС водитель создает управляющие силы, поворачивая управляемые колеса. Однако, кроме этих управляющих сил на АТС действуют различного рода случайные силы (взаимодействие колес с дорогой, наклон дороги, аэродинамические силы и т.д.). Эти случайные силы принято называть возмущениями. Движение под действием заданных сил называют невозмущенным.

Влияние возмущений на характер движения может быть различным. При одних параметрах невозмущенного движения после временного отклонения, вызванного возмущением, параметры движения возвращаются к исходным. Такое движение называют асимтотически устойчивым. Если же отклонение, вызванное возмущением, с течением времени увеличивается даже после прекращения действия возмущения, а параметры движения не возвращаются к исходным, то движение называют асимтотически неустойчивым.

При изучении свойств АТС,  рассматривают условия устойчивости по боковому смещению, угловой скорости, опрокидыванию в поперечной и продольной плоскостях. Параметры невозмущенного движения, определяющие границу между устойчивостью и неустойчивостью, называют критическими. Различают критические параметры положения и критические параметры движения.

К основным оценочным показателям устойчивости относят показатели поперечной устойчивости.

Показатели положения:

- критический угол косогора  по боковому скольжению;

- критический угол косогора  по боковому опрокидыванию.

Показатели движения:

- критическая скорость  по боковому скольжению;

- критическая скорость V по боковому опрокидыванию;

- коэффициент поперечной устойчивости: = В/2h;

- критическая скорость АТС по курсовой устойчивости V;

- критическая скорость автопоезда по вилянию прицепа V.

Скорости  и  V соответствуют установившемуся круговому движению по дороге с заданным радиусом поворота и углом поперечного наклона плоскости дороги к горизонту (углом косогора). Скорость  V соответствует прямолинейному движению по горизонтальной дороге. Скорость V соответствует установившейся скорости прямолинейного движения, при которой виляние прицепа в каждую сторону превышает 3% его габаритной ширины. По приведенным выше показателям  нормы отсутствуют.

Критические углы косогора определяют на стенде.  Критические скорости определяются по результатам субъективной оценки при проведении испытаний «переставка», «поворот», «торможение на повороте».

Вопрос 44. Критические показатели по скольжению.

Рассмотрим схему движения АТС на вираже. Для нахождения критических параметров устойчивости удобно воспользоваться принципом Деламбера, т.е. рассматривать условия равновесия АТС с учетом силы инерции Р, приложенной в центре масс. Поскольку рассматривается движение по дороге с поперечным уклоном, то сила тяжести имеет составляющую Gsin, направленную противоположно составляющей Рcos.

Условия, при которых возникает боковое скольжение, можно найти, воспользовавшись уравнением равновесия поперечных сил и реакций дороги:

                                          Рcos- Gsin=  ,                                  (4.1)

где: R= R+R.

При боковом скольжении колес:

                    R= R; R= R; R=R; R=R,

Приближенно: R= (R+ R) = (Gcos+ Рsin),                  (4.2)

Таким образом: Рcos- Gsin = (Gcos+ Рsin),                    (4.3)

Учитывая, что Р= mV/R получим выражение для критической скорости по боовому скольжению:

                        =,                                                                  (4.4)                               

При движении по горизонтальной дороге:

                      =,                                                                                (4.5)

Критические скорости по скольжению переднего и заднего мостов в общем случае отличаются. Приближенно можно считать их равными в том случае, если к-ты динамического изменения нормальных реакций переднего и заднего мостов равны, а к-ты сцепления колес с дорогой для обеих мостов также одинаковы.

Если Рcos Gsin , то направление боковых реакций R меняется и опасность бокового скольжения в этом случае тем больше, чем меньше скорость и больше угол косогора. Наименьшее значение угла , соответствующего возникновению бокового скольжения при отсутствии скорости называют критическим углом косогора по скольжению. Из начального условия имеем при Р= 0:  = arctg ,                                                                                         (4.6)

Наибольшее влияние на критические по боковому скольжению скорости оказывают продольные реакции, возникающие в тяговом режиме на ведущих колесах или в процессе торможения. При действии значительных тяговых или тормозных сил существенно снижается способность колес сопротивляться боковому скольжению и, кроме того, возникает существенное перераспределение нормальных реакций, влиянием которого на критические скорости по боковому скольжению пренебрегать нельзя.

Вопрос 45. Критические параметры движения по опрокидыванию.

Условие потери устойчивости, при котором происходит опрокидывание – достижение равенства нулю нормальных реакций на внутренних колесах обеих мостов. Запишем условие равновесия при движении на вираже:

                        ( Рcos- Gsin)h= (Gcos+ Рsin)m,                (4.7)

Размер плеча m зависит от целого ряда факторов:

- расположения центра масс в поперечной и продольной плоскостях

- колеи передних и задних колес

- угловой жесткости подвески и плеча крена,  определяющих смещение центра подрессоренной массы. Принимая как допущение, что плечо m равно половине колеи, рассмотрим случай опрокидывания в сторону действия силы Р. Подставляя в полученное выражение Р= mV/R и m = В/2  и решая относительно скорости, имеем:

                             V=,                                                     (4.8)                                                                                             

Соответственно, при движении по горизонтальной дороге:

                             V= ,                                                                      (4.9)

Если Рcos Gsin , то увеличивается опасность опрокидывания в сторону действия составляющей силы тяжести Gsin тем больше, чем меньше скорость и больше угол косогора. Решая равенство относительно , имеем:

                             = arctg,                                                 (4.10)

Минимальное значение = arctg B/2h,                                                (4.11)

Следует отметить, что полученные выражения критических параметров не учитывают наклона кузова, т.е углов крена. Если при каких либо возмущениях, меняется крен кузова, то это приводит к уменьшению плеча m и увеличению h, что в свою очередь увеличивает вероятность опрокидывания даже до достижения критических параметров, рассчитываемых по полученным ранее формулам. В принципе водитель может вмешаться в развитие процесса, пока опрокидывание происходит не очень быстро, уменьшив силу Р, снизив скорость или увеличив радиус.

Из формул видно, что наличие виража повышает критические скорости. Это обстоятельство используют для повышения устойчивости движения на автомобильных дорогах. В России устраивают виражи на всех кривых с R 3000 м на дорогах первой категории и на кривых с R 2000 м – на остальных дорогах. Обычно угол виража не превышает 6.

При проектировании АТС за счет конструктивных соотношений обеспечивают выполнение условия  V, которое иллюстрируется графиком зависимости критических скоростей (рис. 9).

Рис. 9 График зависимости критических скоростей движения

                         от радиуса поворота

Вопрос 46. К-т поперечной устойчивости.

Потеря устойчивости по опрокидыванию опаснее, чем по боковому скольжению, поэтому АТС стараются спроектировать так, чтобы  V. Если подставить в это неравенство выражения, полученные ранее, то получится другое неравенство: B/2h .

Это условие является универсальным для устойчивости движения и положения.

Конструктивный параметр B/2h=  принято называть к-том поперечной устойчивости. В условиях эксплуатации значения не остаются постоянными, поскольку высота центра тяжести зависит от загрузки АТС. Чтобы надежно обеспечить выполнения неравенств, с учетом того, что при их выводе не учитывалось изменение m и наличие крена, желательно, чтобы  1.

Это требование практически всегда выполняется для легковых автомобилей и в большинстве случаев для не груженых  грузовых. Для грузовых АТС и автопоездов с полной загрузкой выполнение данного условия затруднительно, особенно при перевозке грузов малой плотности и контейнеров.

Кроме того, критический угол опрокидывания может быть использован как обобщающий критерий выполнения 1. Нормативы НАМИ указывают следующие нормы:

= (42,4 - 2,4) при 0,55 1 и = (25+ 15)при 1.

Минимально допустимое значение = 21, за исключением автомобилей контейнеровозов, предназначенных для эксплуатации на дорогах 1 и 2 категорий. Для них устанавливаются также допустимые углы поперечного крена подрессоренной массы.

Правильный выбор к-та поперечной устойчивости уменьшает вероятность опрокидывания, но не исключает её вовсе. Так, если при боковом скольжении колеса встретят препятствие, то при наличии боковой скорости может произойти опрокидывание. Как показывают расчеты и результаты экспериментов для большинства автомобилей минимальная боковая скорость при превышении которой начнется опрокидывание не превышает 5…6 м/с.

Вопрос 47. Курсовая устойчивость и действие внешних сил.

Неустойчивость проявляется по-разному. У одних АТС после прекращения возмущения курсовой угол стабилизируется, не возвращаясь к прежнему, но и не увеличиваясь, у других – отклонение продолжается и после прекращения возмущения. В первом случае АТС называют устойчивым по угловой скорости, а во втором – не устойчивым по угловой скорости. Как показывает теория и доказывает практика автомобили с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью всегда устойчивы по угловой скорости.  Для АТС с избыточной поворачиваемостью существует понятие критической скорости по курсовой устойчивости:

                                     V=,                                              (4.12)

При скоростях выше критической АТС с избыточной поворачиваемостью будет сохранять движение близкое к прямолинейному, если водитель будет все время подруливать (поворачивать управляемые колеса то в одну, то в другую сторону).

Внешние силы, действующие на АТС всегда случайны и неизвестны. Вызываемые ими отклонения в троектории движения и курсовом положении могут быть устранены лишь в результате корректирующих управляющих воздействий водителем. Необходимое число и величина корректирующих поворотов рулевого колеса (подруливание) зависит как от величины отклонения, так и от характера реакции АТС на возмущения, что зависит от конструктивных особенностей АТС.

Например, действие на АТС боковой силы Р и вызываемое этим действием отклонение могут быть компенсированы поворотом управляемых колес на угол:

                    = g(mk- mk)/ k k,                                           (4.13)

где: = Р/G.

Управляемые колеса поворачивают в сторону, противоположную направлению угловой скорости, вызываемой действием боковой силы.

Тема 9. Маневренность.

Вопрос 48. Оценочные показатели.

АТС должен иметь возможность существенно изменять направление движению на ограниченном пути. Это необходимо при маневрировании в местах погрузки и разгрузки на небольшой площади, на городских дорогах, характеризующихся большим количеством поворотов. Иногда возникает необходимость движения задним ходом или потребность в полном развороте, причем почти всегда, имеющаяся  для этого площадь ограничена.

Рис. 2.6. Показатели маневренности автопоездов при круговом движении.

Минимальный радиус поворота. Расстояние от центра поворота до оси следа переднего, забегающего колеса при максимальных углах поворота управляемых колес.

Внешний, габаритный радиус поворота. Расстояние от центра поворота до наиболее удаленной внешней, габаритной точки при максимальных углах поворота управляемых колес.

Внутренний, габаритный радиус. Расстояние от центра поворота до наиболее приближенной к центру поворота габаритной точки при максимальных углах поворота управляемых колес.

Эти три радиуса характеризуют площадь, необходимую для маневрирования и разворота автопоезда. По рекомендациям ЕЭК ООН регламентируется минимальный внешний, габаритный радиус поворота, который не должен превышать 12,5 м. Внутренний габаритный радиус регламентируется только для автопоездов, он должен быть не менее 5,3 м.

Поворотная ширина АТС по следу колес. Разность самого большого и самого малого радиусов поворота по осям следов соответствующих колес (наиболее удаленного и наиболее приближенного к центру поворота).

Габаритная полоса движения равна разности радиусов поворота точек, наиболее удаленной и наиболее приближенной к центру поворота.

На криволинейных участках дорог:

             ГПД = Rн – Rвн,                                       (2.11)

где Rн – наружный, габаритный радиус, либо принимается по исходным данным, либо рассчитывается по формуле (6.2):

                            ,     (2.12)

где L – база автомобиля, м (из исходных данных); L1 – передний свес, м (из исходных данных); п – максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса, град. п определяется из формулы (6.3) для минимально возможного радиуса поворота R:

                                    ,                                               (2.13)

            Rвн – внутренний, габаритный радиус, определяется по формуле (6.4), м:

            , .     (2.14)

Эти два показателя характеризуют ширину коридора, необходимого при совершении крутых поворотов, а также возможность движения в проездах заданной формы и размеров. Эти показатели в России не регламентируются.   По ограничениям габаритных радиусов можно считать, что ГПД должна быть в пределах 7,2 м.

Удельная тяговая сила. Определяется отношением тяговой силы на ведущих колесах,  к силе тяжести АТС при повороте его с минимальным радиусом на минимально устойчивой скорости  (около 5 км/час). Чем меньше эта сила, тем меньше нагружается двигатель при переходе от прямолинейного к криволинейному движению.

К-т использования сцепной силы при повороте. Определяют как отношение суммарной силы, действующей в контакте колес с дорогой, к потенциально возможной силе по сцеплению. Чем меньше это отношение, тем выше потенциальная возможность автопоезда к совершению крутых поворотов.

Усилие на рулевом колесе. Измеряют при плавном повороте управляемых колес из нейтрального положения до упора в одну и другую стороны.

Сложность осуществления управляемого движения задним ходом автопоезда. Определяется экспериментально при движении задним ходом: а) по длине пути, пройденного автопоездом с закрепленным рулевым колесом до начала складывания б) по числу поворотов рулевого колеса на единицу пути при управляемом движении автопоезда относительно прямой линии.

Все показатели маневренности носят частный характер и могут быть использованы только для сравнительной, качественной оценки автопоездов.

Основными,  конструктивными факторами, определяющими показатели маневренности, являются база и максимальный угол поворота управляемых колес, изменение которых существенно влияет на радиус поворота и другие показатели. Кардинальное улучшение показателей маневренности может быть получено, если сделать управляемыми и передние и задние колеса. Для автопоездов большая полоса движения необходима при седельном их варианте. В этом случае для улучшения показателей маневренности используют системы управления колесами полуприцепа (прицепной тележки).

Тема 10. Плавность хода.

Плавность хода – совокупность свойств АТС, обеспечивающих ограничение в пределах установленных норм вибронагруженности  водителя, пассажиров, грузов, элементов шасси и кузова. Нормы вибронагруженности устанавливаются такими, чтобы на дорогах, для которых предназначено АТС, в диапазоне эксплуатационных скоростей вибрации, котрые испытывают водитель и пассажиры не вызывали у них неприятных ощущений и быстрой утомленности, а вибрации грузов, элементов шасси и кузова – их повреждений.

Основным источником возникновения вынужденных колебаний являются взаимодействие колес с дорогой, нарушение дисбаланса колес, проблемы в подвеске и ходовой части.

Выступы и впадины, имеющие длины волн от 10 см до 100 м принято называть микропрофилем дороги. Мелкие неровности с длиной волны менее 10 см называют шероховатостью.

Основными устройствами, защищающими от чрезмерно больших динамических воздействий дороги и ограничивающих вибронагруженность допустимым уровнем, являются подвеска, шины, а для водителя и пассажиров ещё и упругие сидения.

Значения частот, перемещений, скоростей и ускорений различных колеблющихся элементов АТС определяются характеристиками их масс и упругих элементов, скоростью движения и характеристиками микропрофиля дороги.

Вопрос 49. Автомобиль – как колебательная система.

АТС  - сложная механическая система, состоящая из большого числа масс с различными связями. При изучении законов движения сложных механических систем используют понятие степеней свободы, под которым понимают сумму независимых перемещений элементов системы, каждый из которых рассматривается как твердое тело.

Степень подробности описания колебаний АТС, а следовательно, и число учитываемых степеней свободы зависит от характера решаемых задач. Для изучения колебаний в первом приближении удобно пользоваться колебательной системой, состоящей из трех масс. Первая – подрессоренная, включающая в себя массу кузова, двигателя, механизмов трансмиссии, массу груза, пассажиров и водителя. Эти элементы в совокупности рассматривают как твердое тело, имеющее две степени свободы – перемещение в вертикальном направлении и поворот в вертикальной плоскости. Неподрессоренные массы, куда относят передний и задний мосты вместе с колесами, имеют по одной степени свободы – вертикальные перемещения. Таким образом, система, имитирующая двухосный автомобиль, имеет три массы и четыре степени свободы.

 Для такой колебательной системы число собственных частот колебаний равно числу степеней свободы. Колебания могут быть свободными и вынужденными. Свободными называют колебания системы, которые она совершает после прекращения действия нагрузки (источника колебаний). Спереди и сзади подрессоренная масса опирается на дорогу через два последовательно включенных упругих элемента – упругий элемент подвески, имеющий жесткость с, и шину, имеющую жесткость с.

 Покажем, что при изучении колебаний нескольких упругих элементов, их можно заменить одним, имеющим специально подобранную жесткость, которую называют приведенной. Если обозначить суммарный прогиб двух элементов как f, то прогибы каждого можно расписать как f= P/c и f= P/c. Учитывая, что f= f+ f, имеем:

f= P/c+ P/c= P(1/с+ 1/ с) = Р (с+ с)/ с с.

С другой стороны: f= Р/с, отсюда: 1/ с= (с+ с)/ с с, т.е.

с= с с/(с+ с).

Характерны следующие соотношения жесткостей:

- легковые АТС особо малого класса с/ с= 3…4

- легковые АТС малого и среднего класса с/ с= 7…10

- легковые АТС высшего класса с/ с= 10…20

- грузовые АТС с/ с= 2,5…5.

Как подрессоренные, так и неподрессоренные массы совершают сложные двухчастотные колебания. Двухосное АТС имеет четыре собственные частоты – две низкие и две высокие. Наиболее простой оценочный показатель плавности хода – частота свободных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также вынужденных колебаний.

Частоты свободных колебаний, Гц подрессоренных масс определяют по зависимости:

            ,                  

где: z – частота свободных колебаний, Гц;

      fст – статический прогиб подвески, в качестве которого принимают перемещение колес относительно кузова за счет деформации упругого элемента подвески под действием силы тяжести, м.

           fст = G /C,

где:  G – статическая весовая нагрузка на подвеску данной оси, Н;

       C – суммарная жёсткость подвески данной оси, Н/м.

Плавность хода легковых автомобилей считается удовлетворительной при z = 0,8-1,2 Гц, грузовых при z = 1,2-1,8 Гц.

Частота свободных колебаний неподрессоренных масс (мостов автомобиля), совершающих высокочастотные колебания, обусловлена  жёсткостью шин, Гц.

             ,

где:   суммарная жёсткость шин данной оси, Н/м.

   - суммарная жесткость упругих элементов подвески оси;

mм – масса моста, кг.

Обычно принимают: mм1 = 0,1 ma ;  mм 2 = 0,15 ma ,                                                               

где:  mм1 и mм2 – масса соответственно переднего и заднего мостов;

ma – собственная масса автомобиля.

Помимо свободных, автомобиль совершает и вынужденные колебания, вызываемые неровностями дороги. Частота этих колебаний, Гц, определяется из выражения:

                 ωвын = Va /S ,

где:  Va скорость автомобиля, м/с;

 S – длина волн неровностей, м. На дорогах с твёрдым покрытием S = 0,5÷5 м.

Основными оценочными показателями плавности хода являются уровни вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов и характерных элементов шасси и кузова. Оценка вибронагруженности производится по средним квадратическим значениям ускорений колебаний (виброускорений) или скоростей колебаний (виброскоростей) в вертикальном и горизонтальном направлениях. Нормы виброускорений и виброскоростей установлены в зависимости от различных частот колебаний. Виброускорения проверяют в строго определенных местах, например, для водителя в месте его посадки, для пассажиров: у легковых АТС – на заднем сидении, с правой стороны, у автобусов – у левой стенки пассажирского салона и над передним и задним левыми колесами.

На автополигоне НАМИ плавность хода оценивают по ОСТ 37.001.291-84 по значениям средних квадратичных виброускорений на сидении водителя. Испытания проводятся для трех типов дорог:1) цементобетонная динамометрическая дорога с высотой неровностей до 6 мм 2) булыжная мощеная дорога без выбоин с высотой неровностей до 1,1 см 3) булыжная дорога с выбоинами до 3 см. Соответственно виброускорение на сидении водителя не должно превышать 1 м/с,  1,5 м/с,  2,3 м/с.

В тех случаях, когда реальные значения среднего квадратичного ускорения превышают нормативные, время работы, при котором сохраняется работоспособность и вызываемое вибрацией утомление не ведет к снижению производительности труда, уменьшается с 8 часов до следующих значений: при превышении допустимых норм в 1,4 раза – до 2 часов, в 2 раза – до 1 часа, в 4 раза – до 15 мин.

Для предупреждения перемещения незакрепленных грузов необходимо чтобы вертикальные ускорения пола грузовой платформы не превышали значения g. Исходя из этого значения средних квадратичных виброускорений с учетом необходимого запаса не должны превышать 0,15…0,3 g.      

               Наряду с колебаниями, вызываемыми неровностями, большое внимание уделяется нормированию звуковых колебаний (уровня шума) как внутри, так и снаружи АТС. Уровень шума проверяется при интенсивном разгоне на второй или третьей передаче.  Так для легковых АТС уровень шума установлен: внешний – 82 дБ внутренний – 80 дБ. Для автобусов внешний – 89 дБ, внутренний 82 дБ.

Тема 11. Проходимость.

Общие положения.

К ухудшенным дорожным условиям относят мокрые, грязные, заснеженные, обледенелые, разбитые и размокшие дороги. К препятствиям относят уклоны, барьерные препятствия (рвы, кюветы, каналы, насыпи), дискретные препятствия (пни, кочки, валуны и т.д.). Потеря проходимости может быть полная или частичная. Частичная проходимость связана со сниже-нием скорости, а также ростом расхода топлива. Проходимостью должны обладать АТС всех типов, но в зависимости от назначения в разной степени. По проходимости АТС подразделяются на дорожные, повышенной и высокой проходимости.

К дорожным относятся АТС предназначенные преимущественно для эксплуатации на дорогах с твердым покрытием. К их конструктивным особенностям относят отсутствие полного привода, шины с дорожным или универсальным протектором, использование простых неблокируемых дифференциалов.

АТС повышенной проходимости используются как для дорог с твердым покрытием, так и для движения вне дорог и преодоления препятствий. К их конструктивным особенностям относят полноприводность, использование широкопрофильных или арочных шин, блокируемых дифференциалов, высокий дорожный просвет, средства самовытаскивания, в некоторых конструкциях регулирование давления воздуха в шинах.

АТС высокой проходимости предназначены преимущественно для использования в условиях бездорожья, преодоления естественных и искусственных препятствий, а также водных преград. АТС такого типа отличаются своеобразной компоновочной схемой, полноприводностью, наличием самоблокирующих дифференциалов, использованием специальных шин, различного рода дополнительных устройств, причем некоторые из них являются плавающими и имеют специальный водяной двигатель.

Проходимость делится на профильную и опорную. Профильная проходимость характеризует возможность преодолевать неровности пути, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения. Опорная проходимость определяет возможность движения в ухудшенных дорожных условиях и по деформируемым грунтам.

Вопрос 50. Оценка профильной проходимости.

Большинство показателей профильной проходимости представляет собой геометрические параметры автомобилей и прицепного состава. К ним относят:

1. Дорожный просвет. Расстояние от одной из наиболее низко расположенных точек автомобиля до опорной поверхности в пределах базы или колеи. Определяет возможность движения по мягким грунтам и преодоления сосредоточенных препятствий. Дорожные просветы должны быть максимальными по условиям рациональной компоновки и устойчивости. Величина дорожного просвета устанавливается  для различных категорий АТС и составляет от 160 до 270 мм.

2. Передний и задний свесы. Расстояние от крайней точки контура передней (задней) выступающей части АТС по длине до плоскости, перпендикулярной опорной поверхности и проходящей через центры передних (задних) колес.

                                                                               

Рис.12  Схема, иллюстрирующая понятие радиусов проходимости и

                                                         способ их определения

Определяет проходимость АТС при переезде через канавы, пороги, кюветы. Чем меньше свес, тем менее вероятна потеря контакта колес с поверхностью при переезде через эти препятствия.

3. Угол переднего (заднего) свеса. Угол между опорной поверхностью и плоскостью, касательной к окружностям наружных диаметров передних (задних) колес и проходящей через точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого угла. Характеризует возможность преодоления препятствий с короткими подъемами и спусками. Для дорожных АТС угол переднего свеса должен быть не менее 25, а заднего не менее 20. Для АТС повышенной проходимости эти углы должны быть более 30, а высокой более 60…70.

4. Продольный радиус проходимости. Радиус цилиндра, касательного к окружностям, описанным свободными радиусами соседних колес, наиболее разнесенных по базе, и проходящего через точку контура нижней части АТС таким образом,что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого цилиндра. Характеризует проходимость по местности, имеющей насыпи и бугры.

5. Поперечный радиус проходимости. Радиус цилиндра, касательного к колесам одного моста и проходящего через точку контура нижней части АТС. Определяет проходимость при движении через неровности, ширина которых соизмерима с колеей АТС.

6. Наибольший угол преодолеваемого подъема. Угол подъема, имеющего протяженность не менее двукратной длины АТС, и ровную поверхность, преодолеваемый АТС без помощи инерции, нарушения условий нормальной работы двигателя и треьований безопасности движения. Установлено, что этот угол должен быть для одиночного АТС не менее 25%, для автопоезда не менее 18%.

7. Наибольший угол преодолеваемого АТС косогора. При движении АТС по ровному косогору без бокового скольжения колес более чем на ширину профиля шины и без нарушения условий нормальной работы двигателя и требований безопасности.

8. Углы гибкости в вертикальной и горизонтальной плоскостях (для автопоездов). Для прицепного такими углами являются углы возможного отклонения оси дышла прицепа от оси ТСУ тягача. Для седельного автопоезда углы гибкости определяются соответствующими предельными положениями продольных осей тягача и полуприцепа в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Они характеризуют проходимость по неровностям пути и способность к поворотам. По стандартам   угол гибкости для прицепного автопоезда должен быть в горизонтальной плоскости не менее 75, в вертикальной не менее 20, для седельного в горизонтальной не менее 90, а в вертикальной,  не менее 8.

9. К-т совпадения следов передних и задних колес.  Отношение ширины следа соответственно за передним и задним колесами. Чем ближе этот к-т к единице, тем меньше сопротивление движению АТС на деформируемом грунте, за исключением движения по болоту.

10. Угол перекоса мостов. Сумма углов поворота осей переднего и заднего мостов относительно продольной оси АТС. Характеризует приспособляемость колес АТС к неровностям местности без потери контакта колес с поверхностью. Перекос осей вызывает вместе с тем перераспределение нагрузок на колеса, что при наличии простого дифференциала приводит к уменьшению тяговой силы по сцеплению.

11. Ширина рва и высота вертикальной стенки (для полноприводных АТС). Используют два одинаковых АТС и один АТС обычной проходимости. Ширина рва от 0,5 до 2,3 м с диапазоном 0,3 м. Глубина не менее 1 м, наклон стенок 80. Вертикальная стенка (эскарп) имеет начальную высоту 0,4 м и далее через 0,2 м.

Вопрос 51. Оценка опорно-тяговой проходимости.

Основной оценочный показатель – тягово-скоростная характеристика на заданном участке грунта, определяющая зависимость удельной силы тяги на крюке АТС при его скорости на различных передачах. Одновременно определяется зависимость мощности сопротивления качению АТС от скорости движения.

Критерием предельного уровня проходимости является способность преодоления трудно проходимых участков грунта и наибольшая глубина снежной целины.

ТСС определяется на размокшей грунтовой дороге, сухом сыпучем песке и снежной целине с глубиной не менее 30…40 см. Предельная проходимость определяется на заболоченном лугу и тяжелой снежной целине. К единичным показателям опорно-тяговой проходимости относят:

1. Сцепную массу. Часть массы АТС, создающую нормальную нагрузку на ведущих колесах.

2. К–т сцепной массы. Определяется отношением сцепной массы к полной. Чем больше этот к-т тем меньше вероятность потери проходимости. Среднестатистическое значение к-та сцепной массы для тягача 0,693, для автопоезда 0,364.

3. Давление колес на дорогу. Отношение нормальной нагрузки к площади контакта. Очень важен для движения по деформируемым грунтам.

Остальные показатели опорно-тяговой проходимости: мощность сопротивления движению, полная сила тяги, сила тяги на крюке и т.п. рассматривались ранее в разделе ТСС.

Вопрос 52. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на проходимость.

1. Удельная мощность двигателя, кВт/т.

Увеличение удельной мощности приводит к повышению проходимости, поскольку при этом можно двигаться по трудному участку с более высокой скоростью, при котором время действия нагрузки на грунт меньше, а следовательно меньше деформация грунта и сопротивление движению При этом также требуется меньше число передач в коробке переключения передач, реже происходит разрыв силового потока, можно использовать гораздо более высокую кинетическую энергию для преодоления препятствий или трудных участков.

2. Конструкция дифференциала.

АТС с простым дифференциалом обладает худшей проходимостью.

3. Динамический фактор.

С увеличением динамического фактора проходимость существенно возрастает. У АТС повышенной проходимости динамический фактор достигает значений 0,6…0,8.

4. Использование спецсредств.

К ним относят цепи, браслеты, барабанные самовытаскиватели и лебедки.

Эксплуатационные факторы.

1. Сцепной вес. К-т сцепного веса. Чем они больше, тем выше проходимость. Для полноприводных они равны 100%.  Для дорожных к-т сцепной массы от 0,46 до 0,8 в зависимости от компановки и загрузки. У не груженных АТС к-т меньше и проходимость ниже. У груженых к-т сцепной массы выше и проходимость тоже (кроме переднеприводных).

2. Конструкция шин.

Наибольшую проходимость обеспечивают арочные шины с высокими грунтозацепами. Благодаря широкому профилю, малому внутреннему давлению, высокой эластичности каркаса давление в центре контакта шины меньше, чем по краям. Это приводит к тому, что мягкий грунт не вытесняется шиной, а уплотняется в контакте, образуя куполообразную форму, что обеспечивает высокий к-т сцепления.

3. Давление воздуха в шине.

С уменьшением давления в шине на деформируемых грунтах проходимость улучшается, поскольку глубина образующейся колеи при этом меньше.

4. Ширина профиля шины.

Увеличение ширины профиля оказывает более эффективное положительное влияние, чем увеличение диаметра, поскольку при этом пропорционально увеличению ширины, увеличивается максимально допустимая деформация шины. Увеличение ширины совместно с уменьшением давления в шине существенно увеличивает проходимость. Хуже обстоит дело на песчаных грунтах, где изменение размеров


qe

Me

Ne

qе, г/кВт*ч

N0, кВт

e, 1/c

Ме, Н*м

245

315

280

350

150

125

100

25

50

75

60

50

40

10

20

30

700

600

500

400

300

200

100

0

О

А

В

С

α2

α1

L2

L1

О1

А1

В

С1

B1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41116. Теплообмен при фазовых превращениях 848.5 KB
  Основные физические закономерности процесса конденсации. При конденсации пара происходит выделение тепла фазового перехода. Для возникновения процесса конденсации на поверхности твердого тела необходимо выполнение такого условия: температура поверхности стенки должна быть меньше температуры насыщения при данном давлении
41117. Идентификация технологических объектов и процессов 440.5 KB
  Модели в процессах познания и управления. Такие модели выступают в виде некоторого преобразователя рис. Эти модели отражают специфические взаимосвязи причин и следствий объектов при определенных допущениях.
41118. Представление данных в памяти компьютера 1.96 MB
  Основными задачами являются: приобретение студентом знаний о способах хранения данных в памяти компьютера и методах доступа к ним, о методах проектирования реляционных моделей данных, об использовании CASE-технологий при разработке приложений; приобретение навыков самостоятельной работы при создании концептуальных и логических моделей данных, при разработке физических моделей и управлению базой данных
41119. Общие сведения о SQL 3.27 MB
  Сегодня Oracle поставляет на мировой рынок огромное количество продуктов, услуг и решений, ее штат насчитывает более 43 тыс. человек, и доход этой компании, превысивший в 2000 году 10 млрд. долл., определяется не только продажами СУБД.
41120. Параллельные вычислительные системы 467 KB
  К распараллеливанию прибегают при проектировании отдельных устройств ЭВМ устройств управления буферов команд каналов обращения к памяти и модулей памяти многофункциональных арифметическологических устройств АЛУ повсеместно применяемых конвейеров и т. Сложилось представление о двух основных уровнях на которых в ВС применяются практические методы распараллеливания: на уровне программ процессов процедур первый уровень распараллеливания; на уровне команд и операций второй уровень распараллеливания. Уровень команд и операций...
41121. ПСИХОЛОГІЯ СТРАХУ ТА ФОБІЙ 69.5 KB
  Ознайомити студентів з особливостями емоції страху. Основні завдання: Охарактеризувати страх як емоційний стан поняття психологічна характеристика переживання страху причини та види страхів; Охарактеризувати фобію як емоційний стан; Порівняння емоцій страху та фобій; Визначити психотерапевтичні методи подолання страхів та фобій. Визначення емоційного стану людини за зовнішніми показниками Після читання лекції Характеристика страху та фобії; причини та наслідки переживання страхів та фобій; знання основних методів...
41122. учасні приклади біотехнологій в архітектурі.Об’єкти екологічного дизайну 1.48 MB
  Біосферна концепція розвитку екосистеми міста дизайнерські рішення як один з запобіжних факторів по зменшенню антропогенного навантаження на довкілля сучасні приклади проектування біопозитивних споруд В наш час багато Європейських організацій в тому числі і урядових структур погоджуються з тим що міста відіграють надзвичайно важливу роль в питаннях повязаних із зміною клімату. Усвідомлення цієї концепції відбулося через численні конференції та обговорення внаслідок чого деякі організацій виробили чітке прогресивне бачення того як...
41123. Основные понятия программного обеспечения систем защиты информации 277.5 KB
  Быстро развивающиеся компьютерные информационные технологии вносят заметные изменения в нашу жизнь. Информация стала товаром, который можно приобрести, продать, обменять. При этом стоимость информации часто в сотни раз превосходит стоимость компьютерной системы, в которой она хранится.