Evaluarea performantelor automobilului

Evaluarea performantelor automobilului

1 Bilantul de tractiune si caracteristica fortei la roata

Performantele reprezinta posibilitatile maxime in privinta, capacitatii de autopropulsare, capacitatilor de sporire a vitezei, capacitatilor de franare si capacitatilor de functionare economica din punct de vedere al consumului de combustibil. Cu ajutorul acestor studii se stabilesc criteriile de calitate, prin care se apreciaza si se diferentiaza autovehiculele. Criteriile de apreciere ale performantelor dinamice se fac prin studii utilizand caracteristica puterilor, caracteristica de tractiune si caracteristica dinamica.

Caracteristica fortei la roata (F_r)

Pentru fiecare punct al caracteristicii externe de functionare a motorului, se poate calcula, la mersul in fiecare treapta a cutiei de viteze, atat forta la roata F_r, cat si viteza de deplasare a automobilului V. Forta la roata se calculeaza cu relatia:

F_r= ;

Iar viteza de deplasare a automobilului este :

;

In care sunt viteze unghiulare ale rotii motoare si respectiv a arborelui motorului.

Prin caracteristica fortei la roata se defineste dependenta grafica dintre forta la roata si viteza de deplasare a automobilului. In cazul autovehiculului dat spre proiectare caracteristica fortei la roata, avand in vedere relatiile de mai sus arata astfel:

Caracteristica fortei la roata serveste pentru calculul caracteristicii dinamice. Pentru o singura treapta de viteze caracteristica fortei la roata este prezentata in continuare:

Pentru studiul performantelor automobilului la deplasarea pe un anumit drum caracterizat de o inclinare longitudinala si de un coeficient de rezistenta la rulare f, caracteristica se completeaza cu bilantul de tractiune dat de relatia:

F_R = R_r + R_p + R_d + R_a

Pentru rezolvarea problemelor legate de dinamicitatea automobilului se propune reprezentarea bilantului de tractiune sub forma:

F_R - R_a = R_r + R_p+ R_d

Membrul stang al acestei relatii reprezinta forta excedentara care poate fi folosita la invingerea rezistentei drumului si la accelerarea automobilului.

Calculul sub forma tabelara a valorilor vitezei in cadrul treptei considerate este reprezentat in tabelul urmator.

Relatiile de utilizare la construirea acestui tabel sunt mentionate anterior, iar rapoartele de transmitere ale transmisiei automobilului sunt:

Pentru treapta a- I -a: i_cv1= 3.18

Pentru treapta a- II -a: i_cv1= 2.38

Pentru treapta a- III -a: i_cv1= 1,54

Pentru treapta a- IV -a: i_cv1= 1.11

Pentru treapta a- V -a: i_cv1= 0,86

2Bilantul de putere si caracteristica puterilor

Caracteristica puterilor

Caracteristica puterilor este reprezentarea grafica a bilantului de putere functie de viteza automobilului, pentru toate treptele de viteze. Bilantul de putere al automobilului reprezinta echilibrul dinamic puterea la roata P_R si suma puterilor necesare invingerii rezistentelor la inaintare, respectiv rezistenta la rulare ( P_r ), rezistenta la urcarea pantei ( P_p ), rezistenta la demarare ( R_d ) si rezistenta aerului ( P_a ), dat de relatia :

P_R =P* =P_r+ P_a+ P_p+P_d

unde ;

P- puterea motorului

- randamentul transmisiei

In cazul autovehiculului dat spre proiectare, avand cinci rapoarte de transmitere ale cutiei de viteze de mers inainte, reprezentarea grafica a caracteristicii puterilor in coordonate putere-viteza arata astfel:

Relatiile de calcul pentru marimile din componenta tabelelor urmatoare sunt:

P_r= P_p = ;

P_a= P_R = ;

Deoarece studiul performantelor automobilului se face de obicei in functie de deplasarea cu viteze constante, pe o cale orizontala in stare buna se noteaza cu puterea consumata pentru invingerea rezistentei la rulare pe o cale orizontala buna considerata cu un coeficient al rezistentei la rulare f = ct. pentru viteze uzuale.

Unde P_ro =G_a * f *v.

Bilantul de putere va fi de forma:

P = P_R - (P_ro + P_a) = P_ex.

P_ex - este o putere numita excedentara fata de deplasarea cu viteza constanta pe o cale data.

Aceasta putere este utilizata de automobil in scopul sporirii vitezei maxime, invingerea rezistentelor maxime ale caii de rulare, sporirea vitezei si invingerea rezistentelor caii.

Puterea utilizata la deplasarea cu viteza constanta pe o cale orizontala este numita P_rez si se manifesta in orice conditii (pentru invingerea rezistentei aerului si a rezistentei la rulare apare un consum permanent de putere).

Studiul performantelor dinamice cu ajutorul caracteristicii puterilor se face functie de modul de utilizare a puterii disponibile.

Pentru o reprezentare grafica s-a folosit expresia bilantului de putere dat de relatia:

P_R = P*=P_r + P_a + P_p + P_d data sub forma

P_ex = P_d += P_R - P_rez unde

P_rez = P_a + P_ro si

f - coeficient al rezistentei de rulare

3 Acceleratia automobilului si caracteristica acceleratiilor

Acceleratia automobilului caracterizeaza in general calitatile de demarare , deoarece in conditiile egale cat aceeleratia este mai mare , cu atat creste viteza medie de exploatare .

Pentru determinarea acceleratiei , precum si pentru studiul performantelor de demarare se considera autovehicolul in miscare rectilinie , pe cale orizontala , in stare buna , cu un coeficient mediu al rezistentei la rulare .

In aceste conditii , in expresia bilantului de putere scris sub forma data de relatia urmatoare P_EX = P_R - P_REZ ,puterea excedentara va fi utilizata numai pentru accelerare

Avand in vedere schimbarea coeficientului de influenta al maselor aflate in miscare de rotatie relatia pentru acceleratiile automobilului in treptele cutiei de viteze este

a_k =

unde k este coeficientul de influenta al maselor an miscare de rotatie cind in transmisie este cuplata treapta k de viteza

Daca se urmareste determinarea acceleratilor autovehiculului in alte conditii decat cele de mai sus , pentru determinarea caracteristicii acceleratiilor se recomanda utiliyarea caracteristicii dinamice .

Din ecuatia de definitie a factorului dinamic, se poate deduce expresia acceleratiei de miscare a automobilului:

, pentru fiecare treapta.

Valorile acceleratiei vor depinde de drumul pe care ruleaza automobilul, caracterizat prin rezistenta specifica "", de regula demarajul automobilului se studiaza la deplasarea pe drum orizontal astfel =f.

Caracteristica acceleratiilor reprezinta dependenta grafica dintre acceleratia automobilului masurata in m/s², si viteza de deplasare a automobilului v_a.

Relatiile utilizate la construirea acestui tabel sunt cele mentionate anterior, iar rapoartele de transmitere ale transmisie autobehiculului sunt

Pentru treapta a- I -a: i_cv1= 3,18

Pentru treapta a- II -a: i_cv1= 2,38

Pentru treapta a- III -a: i_cv1= 1,54

Pentru treapta a- IV -a: i_cv1= 1.11

Pentru treapta a- V -a: i_cv1= 0,86

Pentru transmisia principala: i₀ =3,4

4 Timpul si spatiul de demarare

Studiul demararii automobilului presupune determinarea acceleratiei, a timpului si spatiului de demarare, precum si a indicilor cu ajutorul carora se poate aprecia capacitatea de sporirea a vitezei.

Acceleratia automobilului caracterizeaza in general calitatile lui de demarare, deoarece in conditii egale, cu cat acceleratia este mai mare cu atat creste viteza medie de exploatare.

Pentru determinarea acceleratiei, precum si pentru studiul performantelor de demarare se considera se considera autovehiculul in miscare rectilinie, pe o cale orizontala, in stare buna cu un coeficient mediu al rezistentei la rulare f.

In aceste conditii, expresia bilantului de putere, puterea excedentara Pex va fi utilizata numai pentru accelerare, si este data de relatia :

de unde rezulta

Utilizand relatiile se traseaza graficul caracteristicii de demaraj.

Determinarea timpului de demarare

Prin timp de demarare se intelege timpul necesar de crestere a vitezei automobilului intre viteza minima in treapta intai a cutiei de viteze si viteza maxima de deplasare in ultima treapta, facand ipotezele ca motorul functioneaza pe caracteristica externa si ca schimbarea treptelor se face instantaneu.

Pentru calculul timpului de demaraj se porneste de la definitia acceleratiei:

a=

De unde se deduce expresia timpului elementar:

;

Intrucat pentru acceleratie nu exista o functie analitica de variatie in raport cu viteza, se recurge prin integrare, la diagrama acceleratiei. La viteza maxima a automobilului, acceleratia fiind nula, inversul acceleratiei va fi infinit. Astfel expresia timpului de demaraj va fi:

;

Pentru calcularea timpului de demaraj este necesara calcularea inversului acceleratiei. Deoarece inversul acceleratiei tinde la infinit pentru viteza care tinde la viteza maxima, acesta se calculeaza pentru o valoare egala cu 0,9 din viteza maxima.

Inlocuind in relatie se calculeaza timpul de demaraj, necesar atingerii vitezei de 100 km/h (in treapta a IV a, a cutiei de viteze) , pentru un drum orizontal cu f=0,02, si sarcina maxima Ga=20000 N.

Spatiul de demarare

Prin spatiului de demaraj se intelege distanta parcursa de automobil in timpul demarajului.

Pentru calculul spatiului de demaraj se foloseste relatia de definitie a vitezei:

v=;

de unde se deduce expresia spatiului elementar:

ds=,

Din relatia de mai sus se observa cunoasterii functiei de dependenta a vitezei fata de timp. Astfel timpul necesar pentru demaraj de la viteza v_min1 la viteza v₁ este:

t₁= ;

Daca intr-un sistem de axe se i-a in abscisa vitezele de demaraj, iar in ordonata timpul necesar de demaraj pentru fiecare viteza, rezulta reprezentarea grafica a functiei v=v(t). Spatiul, de demaraj total S_d se exprima prin relatia: