Evaluarea performantelor - automobil

Evaluarea performantelor - automobil

1 Bilantul de tractiune si caracteristica fortei la roata

Caracteristica de tractiune sau caracteristica fortei la roata reprezinta curbele de variatie ale fortei la roata in functie de viteza de deplasare a autovehiculului pentru fiecare treapta a cutiei de viteze utilizata.

Construirea caracteristicii fortei la roata se face pe baza caracteristicii exterioare a motorului pornind de la curba puterii sau momentului utilizand relatiile:

(1.1)

sau

(1.2)

unde: M este momentul motor;

este raportul de transmitere al transmisiei, cand este cuplata treapta k de viteza cu raportul

este randamentul transmisiei;

raza dinamica a rotii.

Viteza de deplasare a autovehiculului se calculeaza cu relatia:

(1.3)

unde n este turatia motorului corespunzatoare coordonatelor P sau M din caracteristica exterioara a motorului.

Forma caracteristicii fortei la roata este prezentata in figura 6.1.

Fig.1.Caracteristica fortei la roata

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

(1.4)

Pentru o treapta a cutiei de viteze reprezentarea grafica a relatiei (6.4) este prezentata in figura 6.2. Variatia parabolica a fortei la roata este determinata de caracterul variatiei momentului motorului in functie de turatie. Pentru aceasta reprezentare coeficientul rezistentei este considerat constant (pentru viteze uzuale de deplasare) si de aceea rezistenta la rulare este reprezentata printr-o dreapta orizontala, paralela cu axa absciselor. Rezistenta la urcarea pantelor nu depinde de viteza, deci se reprezinta tot printr-o dreapta paralela cu axa absciselor. Rezistenta aerului se reprezinta printr-o curba de gradul doi.

La o viteza v oarecare segmentele marcate pe diagrama din figura 2. sunt proportionale cu urmatoarele forte:

- rezistenta la rulare;

- rezistenta la panta ( rezistenta totala a drumului cu resitenta specifica

- rezistenta aerului;

- forta la roata.

Fig.2.Caracteristica fortei la roata pentru o treapta a cutiei de viteze

Deoarece forta la roata echilibreaza totdeauna suma fortelor de rezistenta inseamna ca:

- rezistenta la demarare.

Punctul f unde caracterizeaza regimul la care autovehiculul trece de la o miscare accelerata la una uniforma, a carei acceleratie este egala cu zero. Rezulta ca abscisa punctului f determina viteza maxima pe cale cu rezistenta specifica

2 Bilantul de putere si caracteristica puterilor

Caracteristica puterilor este reprezentarea grafica a bilantului de putere functie de viteza autovehiculului pentru toate treptele cutiei de viteze.

Bilantul de putere al autovehiculului reprezinta echilibrul dinamic dintre puterea la roata si suma puterilor necesare invingerii rezistentelor la inaintare dat de relatia:

(2.1)

unde:

P este puterea motorului (pe caracteristica exterioara sau caracteristica partiala pe care urmeaza a se face studiul);

este randamentul transmisiei.

Reprezentarea grafica a relatiei (2.2) tinand cont de expresiile analitice ale puterilor functie de viteza pentru o treapta a cutiei de viteze este prezentata in figura 3.

Din reprezentarea grafica rezulta ca la o viteza v oarecare, segmentele marcate sunt proportionale la scara coordonatelor cu urmatoarele puteri:

Fig.3.Caracteristica puterii la roata.

Abscisa punctului g, unde determina viteza maxima la deplasarea pe o cale cu rezistenta specifica.

Deoarece studiul performantelor autovehiculului se face pe o cale orizontala in stare buna se propune pentru caracteristica puterilor forma din figura 5., unde cu s-a notat puterea consumata pentru invingerea rezistentei la rulare pe cale orizontala buna considerata cu un coeficient al rezistentei la rulare

Deci:

In acest caz segmentele marcate sunt proportionale dupa cum urmeaza:

Fig.5.Caracteristica puterii la roata.

unde este o putere numita excedentara fata de deplasarea cu viteza constanta pe calea data (sau disponibila). Aceasta putere este utilizata de automobil in urmatoarele scopuri:

sporirea maxima a vitezei;

invingerea rezistentelor maxime ale caii re rulare;

sporirea vitezei si invingerea rezistentelor caii.

Forma caracteristicii puterilor este prezentata in figura 6.

Fig.6. Caracteristica puterilor la roata

3. Acceleratia automobilului si caracteristica acceleratilor

Acceleratia automobilului caracterizeaza in general calittile 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 autovehiculul in miscare rectilinie, pe o cale orizontala, in stare buna, cu un coeficient mediu al reistentei la rulare f.

In aceste conditii puterea excedentara ce va fi utilizata numai pentru accelerare.

Deci : (3.1)

de unde se obtine pentru acceleratia medie :

(3.2)

Avand in vedere schimabarea coeficientului de influenta al maselor aflate in miscare de rotatie relatia (6.18) devine pentru acceleratiile automobilului in treptele cutiei de viteze :

(3.3)

unde este coeficeintul de influenta al maselor in miscare de rotatie cand in transmisie este cuplata treapta k de viteza.

Daca se reprezinta grafic relatia (3.3) in functie de viteza autovehiculului se obtine un grafic ca cel din figura 6.15.

Figura 3.1. Caracteristica acceleratiilor

O asemenea reprezentare poarta numele de caracteristica acceleratiilor.

De asemenea pentru determinarea caracteristicii acceleratiilor poate fi folosita caracteristica dinamica.

In acest caz se obtine :

4 Timpul si spatiul de demarare

Timpul de demarare

Timpul de demarare reprezinta timpul necesar pentru ca autovehiculul sa-si sporeasca viteza de la valoarea minima in prima treapta () pana la valoarea maxima in ultima treapta ()

Pornind de a expresia acceleratiei automobilului:

(1)

se poate scrie:

(2)

de unde se observa ca timpul de demarare , necesar cresterii vitezei intre si se obtine rezuma la integrarea relatiei :

(3)

Pentru efectuarea integrarii numerice prin metoda trapezelor, utilizand metoda trapezelor, datorita existentei in relatia (6.24) a termenului se construieste mai intai caracteristica inversului acceleratiilor

Figura 1. Caracteristica inversului acceleratiilor

Se unesc curbele prin punctele in care are loc schimbarea treptelor de viteza si se obtine astfel o curba continua ce va fi folosita pentru integrarea numerica a relatiei (3).

Figura 2. Caracteristica inversului acceleratiilor

Abscisa se imparte in 'n' intervale echidistante de valoare .

Figura 3. Calculul numeric al timpului de demarare.

Metoda trapezelor.

Fiecarei valori a vitezei , ii corespunde pe ordonata valoarea respectiva , . Timpul de crestere al vitezei cu in intervalul de viteze va fi :

Daca intr-un sistem de axe se iau in abscisa vitezele pana la care se face demararea, iar in ordonata timpul necesar de demarare pentru fiecare viteza se obtine o caracteristica , numita caracteristica timpului de demarare.

Figura Caracteristica timpului de demarare

Spatiul de demarare

Spatiul de demarare reprezinta distanta parcursa de autovehicul in timpul de demarare.

Pornind de la definitia vitezei se deduce :

(4)

sau tinand seama ca :

(5)

Determinarea spatiului de demarare se obtine prin integrarea uneia dintre relatiile (4) sau (5).

In cazul utilizarii relatiei (5) pornind de la caracteristica timpului de demarare, aplicand metoda trapezelor se recomanda metodologia urmatoare :

Figura 5. Metoda trapezelor pentru determinarea spatiului de demarare.

Se imparte ordonata in 'n' intervalle echidistante de valori . Fiecarei valori a timpului de demarare ii corespunde pe abscisa valoarea respectiva .

Ca urmare spatiul de demarare in intervalul va fi:

(6)

Pentru demararea in timpul se obtine:

(7)

unde: este pasul de integrare ;

valori ale vitezei corespunzatoare timpilor .

Aceste valori pot fi citite din caracteristicile timpului de demarare sau din tabloul in care au fost inscrise pentru trasarea caracteristicii timpului de demarare.

Daca intru-un sistem de axe se iau in abscisa vitezele de demarare si in ordonata distantele parcurse de automobil pana la atingerea acestor viteze se obtine o caracteristica: numita caracteristica spatiului de demarare.

Figura 6 Caracteristica spatiului de demarare