Parametrii geometrici si gravimetrici (masici) ai autovehiculelor cu roti

Parametrii geometrici

Gradul de adaptabilitate al autovehiculelor la anumite cerinte de exploatare si asigurarea conditiilor optime de securitate,confort si eficienta economica este determinat de urmatorii parametri geometrici :

-dimensiuni principale;

-capacitatea de trecere ;

-razele de viraj.

Dimensiunile principale sunt :

a) Dimensiunile de gabarit :-lungimea autovehiculului : reprezinta distanta dintre doua plane verticale perpendicular pe axa longitudinala a autovehiculului si tangente la punctele extreme ale acestuia in fata, respectiv in spate.

L=4288 [mm]-latimea autovehiculului : reprezinta dinstanta dintre doua plane verticale paralele cu planul longitudinal de simetrie al autovehiculului si tangent la punctele extreme de o parte si de alta a acestuia.

l=1822 [mm]-inaltimea autovehiculului : reprezinta distanta dintre planul de baza si un plan orizontal tangent la partea superioara a autovehiculului gol

H=1488 [mm]b) Ampatamentul : reprezinta distanta dintre axele geometrice ale puntilor

autovehiculului.In cazul autovehiculelor cu trei punti ampatamentul reprezinta dinstanta dintre axele puntilor din spate.In cazul autovehiculelor cu semiremorca se distinge ampatamentul autotractorului si ampatamentul semiremorcii.

L=2511 [mm]c) Ecartamentul rotilor din fata si ecartamentul rotilor din spate : reprezinta

distanta dintre planele mediane ale rotilor care apartin aceleiasi punti.In

cazul rotilor jumelate (roti duble) , ecartamentul este dinstanta dintre planele mediane ale rotilor duble.

E=1480 [mm]

d) Consolele fata si spate : reprezinta dinstanta dintre planul vertical care trece prin centrele rotilor din fata si punctul cel mai avansat al autovehiculului , respectiv dinstanta dintre planul vertical care trece prin centrele rotilor din spate si punctul cel mai din spate al acestuia.

Capacitatea de trecere

Capacitatea de trecere a unui autovehicul reprezinta capacitatea acestuia de a se deplasa pe drumuri rele si desfundate si in teren fara drum,precum si de a putea trece peste anumite obstacole verticale sau santuri.

Caracteristicile geometrice ale capacitatii de trecere sunt :

a) Lumina sau garda la sol (c) : reprezinta distanta verticala dintre partea cea mai de jos a sasiului complet incarcat si planul de sustinere;

b) Raza longitudinala de trecere (ρl): reprezinta raza suprafetei cilindrice tangent la rotile din fata , rotile din spate si punctul cel mai de jos al autovehiculului situate intre punti;

c) Raza transversala de trecere (ρt) : reprezinta raza suprafetei cilindrice tangent la suprafetele interioare ale pneurilor aceleiasi punti si punctul cel mai de jos al autovehiculului;

d) Unghiul de trecere fata sau unghiul de atac (α 1) si unghiul de trecere spate sau unghiul de degajare (α 2¿: reprezinta unghiul maxim dintre planul de sprijin si planul inclinat tangent la pneurile rotilor din fata , respectiv dn spate si caroseria autovehiculului aflat sub sarcina static,astfel incat nici un punct rigid al autovehiculului sa nu se situeze sub acest plan.

Razele de viraj ale autovehiculului

Determina posibilitatea acestuia de a vira pe o suprafata cat mai mica cu rotile de directive bracate la maxim cu viteza redusa.

Ri – raza de viraj interioara;

Re – raza de viraj exterioara;

R` - raza minima de viraj a autovehiculului;

Av – latimea spatiului ocupat de autovehicul in viraj;

U – latimea urmei virajului sau a fasiei de gabarit;

a – decalajul virajului

Greutatea si capacitatea de incarcare a autovehiculelor

Masele autovehiculelor sunt :

a) Masa proprie a autovehiculelor (M0) careia ii corespunde greutatea proprie G0. Aceasta reprezinta masa vehiculului carosat fara incarcatura , gata de drum cu 90% din carburant si a conducatorului auto (75 Kg).

Go=1150 [kgf]b) Masa totala maxima admisibila (Ma) careia ii corespunde greutatea totala

maxima admisibila Ga.Aceasta reprezinta masa proprie a autovehiculelor la care se adauga masa maxima a incarcaturii stabilita de constructor.

c) Masa totala maxima autorizata , careia ii corespunde greutatea totala maxima autorizata.Aceasta reprezinta masa totala maxima a fiecarui tip de autovehicul autorizat pentru circulatia pe drumurile publice conform legislatiei in vigoare. Nu poate depasi masa totala ethnic admisibila prevazuta de constructor.

d) Sarcina utila maxima constructive a autovehiculului (Mu) careia ii corespunde greutatea utila Gu a autovehiculului.Aceasta reprezinta masa maxima a incarcaturii prescrisa de constructor.

e) Sarcinile pe puntea din fata si pe puntea din spate reprezinta masele ce revin fiecare punti prin repartizarea masei totale maxime admisibile. Acestora le corespund greutatile pe puntea din fata sip e punte din spate notate cu G1 si G2.

Masa autovehiculului se considera aplicata in central de masa situate in planul vertical ce trece prin axa longitudinala de simetrie a autovehiculului. Pozitia centrului de masa se apreciaza prin coordonatele longitudinale a si b si inaltimea hg. In faza de proiectare a autovehiculului , alegerea pozitiei centrului de masa se poate face prin mai multe metode si anume:a) Utilizarea de valori in concordant cu valorile coordonatelor centrului de

masa al autovehiculelor considerate in studiul solutiilor similar;b) Utilizarea de valori medii dupa datele oferite de litaratura de

specialitate.Astfel de valori sunt indicate in tabelul urmator :

Fata de valorile recomandate in acest tabel trebuie avute in vedere urmatoarele aspecte :

-autoturismele de tipul “totul fata” au central de greutate deplasat spre puntea din fata.Pentru ele se recomanda a/L < 0.5;-autobuzele si autocamioanelor cu rotile simple la puntea din spate se realizeaza cu o distributie cat mai uniforma a masei totale de-a lungul sasiului.In acest caz,se recomanda a/L = 0.5.In celelalte cazuri in stare incarcata a/L se adopta spre limita superioara recomandata in tabel.a=1715 [mm]b=2572 [mm]

Masa autovehiculului se transmite caii prin intermediul puntilor.

Pentru autovehiculele cu doua punti , masele ce revin puntilor sunt :

;

Respectiv greutatile :

Masa admisa pe punte este limitata de distanta dintre punti si de calitatea drumului.In cazul drumurilor cu imbracaminte tare,masa admisa pe punte nu poate depasi 10000 Kg pentru punti situate la distante mai mici de 3 m si 9000 Kg pentru punti care au intre ele mai mult de 3 m.

Functie de masa repartizata puntilor se poate determina masa ce revine unui pneu.

Astfel :

-pentru pneurile puntii din fata:

-pentru pneurile puntii spate :

unde n – numarul de pneuri ale puntii spate.

Valorile Mp1 si Mp2 astel determinate conditioneaza impreuna cu viteza maxima a autovehiculului tipul pneurilor folosite si caractesiticile de utilizare.

Alegerea pneurilor

Functie de anvelopa aleasa , standardele dau indicatii asupra dimensiunilor principale.Pentru calculele de dinamica autovehiculului este necesara cunoasterea razei de rualare,care se apreciaza analitic functie de raza nominal a rotii si un coeficient de deformare.

-raza rotii libere determinata dupa diamentrul exterior precizat in STAS

λ-coeficient de deformare care depinde de presiunea interioara a aerului din pneu si are valorile :

λ=0.93-0.935 – pentru pneurile utilizate la presiuni mai mici de 600 kPa (6 bari);

λ=0.945-0.95 – pentru pneurile utilizate la presiuni mai mari de 600Kpa (6 bari).

Pentru calcule aproximative se pot considera raza libera egala cu raza nominal.

Raza nominala are expresia :

unde :

D – diametrul exterior al anvelopei;

d – diametrul interior al anvelopei;

H – inaltimea anvelopei;

B – latimea profilului.

Alegerea randamentului transmisiei

Valori recomandate pentru randamentul transmisiei

Pentru propulsarea autovehiculelor puterea dezvoltata de motor trebuie sa fie transmisa rotilor motoare ale acestuia.

Transmiterea fluxului de putere este caracterizata de pierderi datorate fenomenelor de frecare din organele transmisiei.

Experimentari efectuate au permis sa se determine urmatoarele valori ale randamentelor subansamblelor component ale transmisiei.

*cutia de viteze :

ηcv=0.97-0.98 (in treapta de prize directa);

ηcv=0.92-0.94 ( in celelalte trepte);

*reductor distribuitor:

ηcv=0.91-0.94;

*transmisia longitudinala:

Ηtl=0.990-0.995;

*transmisia principala:

η0=0.92-0.4 pentru transmisii principale simple;

η0=0.90-0.92 pentru transmisii principale duble.

Adopt:

Deoarece valoarea globala a randamentului transmisiei depinde de numerosi factori a caror influenta este dificil de apreciat,in calculi se opereaza cu valorile din figura de mai sus.

Fortele care actioneaza asupra automobilelor

In figura ce urmeaza este reprezentata schema fortelor si momentelor ce actioneaza asupra unui automobile singular , care urca o panta de unghi α,cu miscare accelerate.Aceste solicitari sunt prezentate si definite in cele ce urmeaza

Rezistenta la rulare

Generarea rezistentei la rulare

Rezistenta la rulare,Rr,este o forta cu actiune permanenta datorata exclusive rostogolirii rotilor pe cale,si este de sens opus sensului de deplasare al automobilului.

Cauzele fizice ale rezistentei la rulare sunt :

-deformarea cu histerezis a pneului;

-frecarile supericiale dintre pneu si cale;

-frecarile din lagarele butucului rotii;

-deformarea caii de rulare;

-percutia dintre elementele benzii de rulare si microneregularitatile caii de rulare.

Intre cauzele amintite mai sus , in cazul automobileleor care se deplaseaza pe cai rigide ,netede,aderente ponderea importanta o are deformarea cu histerezis a pneului.

Ca urmare a modului de distribuire a presiunilor in pata de contact dintre pneu si ale,central de presiune al amprentei este deplasat in fata cercului contactului cu marimea “a”.

Notand produsul care reprezinta momentul rezistentei la rulare expresia fortei datorate rostogolirii rotii pe cale devine :

Aceasta forta,generata de deplasarea suportului reactiunii normale fata de vertical centrului rotii se numeste rezistenta la rulare Rr si reprezinta forta cu care roata se opune deplasarii in sensul si directia vitezei automobilului.

Deoarece determinarea deplasarii “a” este dificila,ea fiind in acelasi timp o marime cu o valoare data pentru un pneu dat in conditii precizare de miscare,pentru calculul rezistentei la rulare este preferabila folosirea unei marimi relative,avand natura unui criteriu de similitudine,care permite extinderea utilizarii sale in conditii mai generale.Aceasta marime este coeficientul la rulare f dat de relatia :

Factori de influenta asupra rezistentei la rulare

Principalii factori care influenteaza rezistenta la rulare sunt :

-viteza de deplasare a autovehiculului;

-caracteristicile constructive ale pneului;

-presiunea interioara a aerului din pneu;

-sarcina normal pe pneu;

-tipul si starea caii de rulare;

-fortele si momentele aplicate rotilor.

Evaluarea prin experiment a unuia dintre factori nu este posibila deoarece toti parametrii de mai sus definesc pneul in timpul rularii lui.

Calcului rezistentei la rulare

Se constata ca multitudinea de factori amintiti mai sus face dificila determinarea cu exactitate a coeficientului rezistentei la rulare in orice moment al rularii rotii,de aceea apare necesitatea utilizarii unor relatii/seturi de relatii empirice pentru determinarea acestui coeficient.Exprimarea acestora este diversa prin numarul si calitatea marimilor de intrare.

Pentru calculele simple se poate adopta valoarea coeficientului rezistentei la rulare in functie de calitatea drumului pe care se deplaseaza autovehiculului,dupa recomandarile din tabelul urmator:

Pentru a se studia modul in care rezistenta la rulare influenteaza comportamentul dinamic al autovehiculului de proiectat pentru determinarea coeficientului rezistentei la rulare se pot folosi diverse relatii empirice de calcul.

O relatie in care este pusa in evident numai viteza de deplasare este :

Natura căii Starea căii

Coeficientul de rezistenţă la rulare

Asfalt sau beton bună 0,015-0,018

satisfacatoare

0,018-0,022

Şosea pietruită bună 0,020-0,025

Şosea pavată stare bună 0,025-0,030

cu hârtoape 0,035-0,050

Drum de pământ uscată bătătorită

0,025-0,035

după ploaie 0,050-0,150

desfundat 0,100-0,250

Drum cu gheată sau gheaţă

0,015-0,030

Drum cu zăpadă afânata 0,07-0,100

bătătorită 0,03-0,05

ai carei coeficienti se alec cu ajutorul diagramelor din figura urmatoare :

O alta relatie de calcul este :

unde V este in km/h iar coeficientii se aleg cu ajutorul diagramei de mai jos

Astfel relatia de calcul a rezistentei la rulare devine :

unde:

Ga este greutatea autovehivulului iar α este unghiul de inclinare longitudinala a drumului.

Puterea necesara invingerii acestei rezistente se calculeaza cu relatia :

unde v este viteza exprimata in m/s sau :

Rezistenta aerului

Calculul rezistentei aerului

Pentru calculul rezistentei se recomanda utilizarea relatiei :

ρ: densitatea aerului (ρ=1.225 kg/m^3);

-coeficientul de rezistenta al aerului,

A=BxH=2.202 [m^2] -aria sectiunii transversal maxime;

v: viteza de deplasare a autovehiculului [m/s].

Aria transversala maxima se determina cu suficienta precizie (erori sub 5%) dupa desenul de ansamblu al automobilului in vedere frontal utilizand relatia :

B : encartamentul autovehiculului [m];

H : inaltimea autovehiculului [m].

Valori medii ale parametrilor aerodinamici sunt prezentate in tabelul de mai jos :

Rezistenta la panta

La deplasarea autovehiculelor pe cai cu inclinare longitudinala , forta de greutate genereaza o component Rp dupa directia deplasarii data de relatia :

Aceasta forta este forta de rezistenta la urcarea pantelor si forta activa la coborarea pantelor.

Alegerea unghiului de inclinare longitudinala a caii se face functie de tipul si destinatia automobilului.

Deoarece rezistenta la rulare cat si rezistenta la panta sunt determinate de starea si caracteristicile caii de rulare , se foloseste gruparea celor doua forte intr-o forta rezistenta totala a caii ,data de relatia:

Tipul autovehiculului A [m²] Cx

Automobil sport 1,0-1,3 0,2-0,25

Autoturism cu caroseria închisă 1,6-2,8 0,3-0,5

Autoturism cu caroseria deschisă

1,5-2,0 0,65-0,8

Autobuz 3,5-7,0 0,7-0,8

Autocamion cu plaformă deschisă

3,0-5,3 0,9-1,0

Autotren rutier, cu două elemente caroserie

platformă

4,0-5,3 1,0-1,25

Autofurgon 3,5-8,0 0,6-0,75

Autotren rutier cu două elemente coroserie furgon

7,0-8,0 0,95-1,0

unde: este coeficientul rezistentei totale a caii de rulare.

Verificarea puterii la viteza maxima

Trasarea caracteristicii de turatie exterioara a motorului

Aprecierea motorului ca sursa de energie pentru autopropulsarea automobilului se face prin oferta de putere (P) si de moment (M).Oferta se exprima functie de turatia arborelui motor(n), printr-un camp de caracteristici P=f(n) si M=f(n) numite caracteristici de turatie.Domeniul de oferta este limitat de caracteristica de turatie la sarcina totala,care determina posibilitatile maxime ale motorului in privinta puterii si a momentului la fiecare turatie din domeniul turatiilor de functionare ale motorului.

Pentru autopropulsarea automobilelor majoritatea motoarelor sunt motoare cu ardere interna , cu piston in miscare de translatie si anume ; motoare cu aprindere prin scanteie (MAS) si motoare cu aprindere prin comprimare (MAC).

In figurele ce urmeaza sunt reprezentate caracteristicile exterioare,completate cu curbele consumului specific de combustibil ,pentru un motir cu aprindere prin scanteie si respectiv cu aprindere prin comprimare.

Semnificatia marimilor marcare in figura este cuprinsa in tabel.Optiunea pentru motor din categoriile de mai sus in vedere tipul ,caracteristicile si destinatia automobilului.

Deoarece la MAC domeniul de utilizare la propulsarea autovehiculelor este cuprins in intervalul turatiilor n0-nr se considera : nr=np=nmax; Pr=Pp=Pmax;

Mr=Mp=Mm; .

In literature de specialitate se prefer pentru evaluarea analitica a caracteristicii exterioare polinomul incomplete de gradul 3 sub forma :

Ai carui coeficienti sunt de forma :

Turaţia Mărimi corespunzatoare pentru:

Simbolul Semnificaţia Putere Moment Consum specific

n0 minimă de funcţionare P0 M0 ce o

nM de moment maxim PM Mmax -

nce de consum specific minim - - ce min

nP de putere maximă Pmax MP ce p

nmax maximă de funcţionare Pm Mm -

nr de regulator Pr Mr ce r

pentru MAS

pentru MAC

Cunoscand puterea in functie de turatia motorului,momentul motor se determina cu relatia :

unde:

Pentru completarea caracteristicii exterioare cu curba consumului specific de combustibil si consumul orar se propune utilizarea relatiilor :

Consumul specific :

Consumul orar :

Turatia de putere maxima :

Raportul pentru un motor cu aprindere prin scanteie este cuprins intre urmatoarele limite : 1…1.25.

Se calculeaza coeficientul de turatie :

Daca acesta nu se situeaza intre limitele : 30…50 , atunci se corecteaza valoarea lui Vmax.

Trasarea caracreristicii de turatie exterioara a motorului

n [rpm]

P [KW]

M [daN*m]

cs [g/KW*h]

c0 [kg/h]

800 7.996806 9.550185477 367.4274189 2.938246900 9.153758 9.717222128 361.1114322 3.3055261000 10.33907 9.87795137 355.2356018 3.6728071100 11.55078 10.0323732 349.76769 4.0400881200 12.78688 10.18048763 344.6789711 4.4073691300 14.04541 10.32229464 339.9437937 4.7746491400 15.32438 10.45779425 335.5392081 5.141931500 16.62181 10.58698644 331.4446485 5.5092111600 17.93573 10.70987123 327.6416612 5.8764921700 19.26414 10.82644861 324.1136709 6.2437721800 20.60508 10.93671857 320.8457799 6.6110531900 21.95656 11.04068113 317.8245942 6.9783342000 23.31659 11.13833628 315.0380731 7.3456142100 24.68321 11.22968402 312.4753994 7.7128952200 26.05442 11.31472435 310.1268657 8.0801762300 27.42825 11.39345727 307.9837766 8.4474572400 28.80272 11.46588279 306.0383631 8.8147372500 30.17584 11.53200089 304.2837087 9.1820182600 31.54565 11.59181158 302.713685 9.5492992700 32.91014 11.64531487 301.3228959 9.9165792800 34.26735 11.69251074 300.1066304 10.283862900 35.6153 11.73339921 299.0608209 10.651143000 36.952 11.76798027 298.1820092 11.018423100 38.27547 11.79625391 297.4673168 11.3857

3200 39.58374 11.81822015 296.9144215 11.752983300 40.87482 11.83387898 296.5215383 12.120263400 42.14673 11.8432304 296.2874048 12.487543500 43.39749 11.84627441 296.211271 12.854833600 44.62512 11.84301101 296.2928934 13.222113700 45.82764 11.83344021 296.5325332 13.589393800 47.00307 11.81756199 296.9309578 13.956673900 48.14943 11.79537636 297.4894478 14.323954000 49.26474 11.76688333 298.2098065 14.691234100 50.34702 11.73208288 299.0943753 15.058514200 51.39428 11.69097503 300.1460521 15.425794300 52.40455 11.64355976 301.3683162 15.793074400 53.37585 11.58983709 302.7652565 16.160354500 54.30619 11.52980701 304.3416076 16.527634600 55.19359 11.46346952 306.1027898 16.894914700 56.03609 11.39082462 308.0549581 17.262194800 56.83168 11.31187231 310.2050576 17.629474900 57.5784 11.22661259 312.560888 17.996765000 58.27426 11.13504546 315.1311787 18.364045100 58.91728 11.03717092 317.9256736 18.731325200 59.50549 10.93298897 320.9552308 19.09865300 60.03689 10.82249962 324.2319357 19.465885400 60.50952 10.70570285 327.7692318 19.833165500 60.92139 10.58259868 331.5820723 20.200445600 61.27051 10.45318709 335.6870941 20.567725700 61.55492 10.3174681 340.1028203 20.9355800 61.77262 10.1754417 344.8498948 21.302285900 61.92164 10.02710789 349.9513558 21.669566000 62 9.872466667 355.432955 22.036846100 62.00571 9.711518036 361.3235322 22.404126200 61.93681 9.544261997 367.6554563 22.77146300 61.79129 9.370698548 374.465146 23.13869

111Equation Chapter 1 Section 1Determinarea raportului de transmitere al transmisiei principale

Raportul de transmitere al transmisiei principale se determina din conditia ca in prize directa autovehiculul (icvn=1) sa se deplaseze pe un drum orizontal cu viteza maxima impusa in tema de proiectare, motorul functionand pe caracteristica de turatie la sarcina totala.

Unde: Vmax-viteza maxima a autovehiculului

Nvmax-turatia de viteza maxima

Determinarea rapoartelor de transmitere ale cutiei de viteze

Determinarea raportului de transmitere a cutiei de viteze in treapta I

Pentru valoarea maxima a raportului de transmitere, obtinut cand este cuplata prima treapta de viteza in cutia de viteze se pot formula ca performante dinamice independente sau simultane urmatoarele:

-panta maxima sau rezistenta specifica a caii

-acceleratia maxima de pornire din loc

Performantele date prin fortele la roata necesare pot fi formulate ca valori maxime cand fortele la roata oferite prin transmisie au valori maxime, respectiv motorul functioneaza la turatia momentului maxim iar in transmisie este cuplat cel mai mare raport de transmitere, respective:

- la automobilele cu o punte motoare

- la automobilele cu tractiune integrala

- raportul de transmitere in prima treapta a cutiei de viteze

- raportul de transmitere al transmisiei principale

- raportul de transmitere al reductor -distribuitorului

Din conditia de autopropulsare:

Pentru ca forta la roata necesara sa fie situata in domeniul de oferta trebuie ca ea sa nu depaseasca valoarea aderentei pentru conditia specifica de deplasare:

sau

Verificare:

-coeficient de aderenta

Functie de modul de organizare generala a transmisiei si de parametrii constructivi ai automobilului, greutatea aderenta are valorile:

-pentru automobilele 4x2 cu puntea motoare fata:

m1-coeficient de incarcare dinamica in regim de demarare la limita de aderenta pentru puntea fata dat de relatia:

13.15<14.14

Determinarea rapoartelor de transmitere a cutiei de viteze in celelalate trepte

In cazul etajarii cutiei in progresie geometrica, intre valoarea maxima si minima in cutia de viteze sunt necesare n trepte date de relatia:

determinata din conditia demarajului in domeniul de stabilitate al motorului.

Fiind determinat numarul de trepte si tinand seama ca , raportul de transmitere intr-o treapa k este dat de relatia:

Se poate introduce si n+1-a trapta cu valoare de 0.8-0.9.

Aceasta a “n+1”-a treapta nu este considerata in performantele dinamice , deoarece , datorita alungirii curbei puterii, puterile disponibile sunt relativ scazute, deci performantele automobilului sunt influientate negativ.

Ea reprezinta o treapa economica utilizata la deplasarea cu viteze constante mari, oferind totodata si posibilitatea unor usoare demaraje sau abordarea unor pante mici.

Calculul:

-ratia de etajare:

Determinarea vitezelor minime si maxime in fiecare treapta

Aceasta determinare se face pentru autovehiulul in cazu in care se deplaseaza pe un drum orizontal, cand aderenta pneurilor este maxima.

Se aleg doua turatii de functionare stabile a motorului si si se procedeaza la schimbarea treptelor de viteze. Pentru schimbarea unei trepte de viteze se consuma circa 1….3 secunde, timp in care viteza autovehicului se micsoreaza datorita rezistentelor de deplasare, din aceasta cauza viteza minima intr-o treapta superioara va fi mai mica decat viteza maxima intr-o treapta inferioara.

Viteza autovehiculului se calculeaza cu relatia urmatoare:

unde:

n-turatia motorului

-raza de rulare a autovehiculului

-rapoartele de transmitere din cutia de viteze

Calcul:

Trasarea diagramei ferastrau

Caracteristica de tractiune a autovehiculelor

Caracteristica de tractiune, numita si caracteristica fortei la roata, se determina in conditiile functionarii motorului la sarcina totala cu reglajele la valorile optime. Aceasta reprezinta graficul de variatie al fortei tangentiale la roata dezvoltata de motor, in functie de viteza de deplasare a autovehiculului, pentru fiecare treapata de viteza selectata FR=f(va).

Forta tangentiala la roata, notate “FR”, numita si forta de tractiune depinde de momentul efectiv dezvoltat de motor si de caracteristicile transmisiei autovehiculului si se determina cu relatia:

Unde:

Me-momentl motor efectiv (depinde de turatia motorului “n” );

i0-raportul de transmitere al transmisiei principale;

icv-raportul de transmitere al schimbatorului de viteze aferent treptei selectate;

ηtr-randamentul total al transmisiei autovehiculului;

rr-raza de rulare a rotii motoare.

Pentru reprezentarea grafica a caracteristicii de tractiune FR=f(va) se va avea in vedere ca legatura intre “FR” si “va “ se face prin intermediul turatiei “n” a arborelui motor.

Viteza “va” in [km/h] a autovehiculului se calculeaza cu relatia:

Caracteristica de putere a autovehiculelor

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

Bilantul de tractiune al autovehiculului

Bilantul de tractiune al autovehiculului reprezinta echilibrul tuturor fortelor care actioneaza asupra acestuia in cazul miscarii rectilinii, cu motorul functionand la sarcina totala si reglajele la valorile optime.

Bilantul de tractiune se utilizeaza pentru determinarea fortei disponibile pentru accelerare , a vitezei maxime, a pantei maxime pe care poate sa o urce autovehiculul , sau a rezistentelor la inaintare pe care le poate invinge autovehiculul cu o anumita viteza de deplasare.

Ecuatia bilantului de tractiune este:

unde:

Rr-rezistenta la rulare

Ra-rezistenta aerului

Rp-rezistenta la panta

Rd-rezistenta la demarare

-se calculeaza valoarea rezistentei aerului Ra a autovehiculului

-se calculeaza rezistenta la rulare Rr considerandu-se constanta valoarea coeficientuluirezistentei la rulare f si deplasarea autovehiculului pe drum orizontal (α=0 [⁰])

-se dau valori succesive vitezei de deplasare a autovehiculului de la va=0 pana la va=vmax si se calculeaza forta de rezistenta a aerului Ra si rezultanta Rr+Ra

-datele obtinute se noteaza in table

-se reprezinta grafic functia Ra+Rr =f(va) pe aceeasi coala de hartie si in acelasi sistem de coordonate cu cel al caracteristicii de tractiune

-se ia in considerare si rezistenta pantei Rp pentru diferite valori ale lui α =5⁰ , α=10⁰, α=18⁰.

Caracteristica de tractiune si bilantul de tractiune al autovehiculului pentru α=0 [⁰]

Caracteristica de tractiune si bilantul de tractiune al autovehiculului pentru α= 5 [⁰]

Caracteristica de tractiune si bilantul de tractiune al autovehiculului pentru α= 10 [⁰]

Caracteristica de tractiune si bilantul de tractiune al autovehiculului pentru α= 18 [⁰]

Bilantul de putere al autovehicului

Bilantul de putere al autovehiculului reprezinta echilibrul dinamic puterea la roata PR si suma puterilor necesare invingerii rezistentelor la ianaintare, respectiv rezistenta la rulare (Pr), rezistenta la urcarea pantei (Pp), rezistenta la demarare (Pd) si rezistenta aerului (Pa), dat de relatia:

Unde:

P-puterea motorului

ηt-randamentul transmisiei

Relatiile de calcul :

Se reprezinta grafic functia Pa+Pr+Pp=f(va) pe aceeasi coala de hartie si in acelasi sistem de coordonate cu cel al caracteristicii de putere la roata se obtine:

Caracteristica de putere si bilantul de putere al autovehiculului pentru α=0 [⁰]

Caracteristica dinamica a autovehiculelor

Rezultatele referitoare la performantele autovehiculului obtinute folosind caracteristica de tractiune nu permit compararea autovehiculelor intre ele doarece la valori egale ale fortei de tractiune “FR”, calitatile dinamice ale unui autovehicul cu greutatea totala mai mica sunt superioare celor ale unui autovehicul cu greutatea totala mai mare.

Dintre toate rezistentele la inaintare numai rezistenta aerului nu depinde cu greutatea autovehiculului.

Daca se grupeaza intr-un membru al ecuatiei bilantului de tractiune termenii care depend de greutatea totala a autovehiculului “Ga” si in celalalt membru termenii independent de “Ga” se obtine ecuatia:

sau,

Pentru compararea autovehiculelor din punct de vedere al performantelor dinamice se utilizeaza un parametru adimensional notat “D” numit factor dinamic sau forta detractiune excedentara specifica.

Factorul dinamic D se calculeaza cu relatia:

Aceasta reprezinta forta specifica disponibila pentru accelerarea autovehiculului pe un drum caracterizat prin coeficientul de rezistenta la rulare “f” si inclinarea longitudinala “α” sau panta “p” (p=tgα).

Termenii din relatia de mai sus care se refera la caracteristicile drumului se exprima global printr-un coefficient al rezistentei totale a drumului “ψ”.

,

relatia factorului dinamic devine:

Graficul care reprezinta variatia factorului dinamic “D” in functie de viteza de deplasare “va” pentru toate treptele de viteza ale autovehiculului, se numeste caracteristica dinamica.

Valorile factorului dinamic (pentru toate treptele de viteza ale autovehiculului)

Factorul dinamic depinde de valoarea fortei tangentiale la roata “FR” respectiv de capacitatea maxima a motorului de a genera o forta de tractiune la periferia rotilor motoare.

Conditia de aderenta este : ,unde:

Zi-reactiunea normal a drumului la puntea motoare

-coeficientul de aderenta al drumului

Forta de aderenta reprezinta capacitatea maxima a drumului de a impinge autovehiculul in sensul de deplasare. Aceasta capacitate se apreciaza prin “factorul de propulsie al caii de rulare” denumit si factor dinamic la limita de aderenta “D ” si se determina cu relatia:

Pentru usurarea rezolvarii aplicatiei valoarea reactiunii statice la puntea motoare se va determina cu una dintre urmatoarele relatii:

-pentru autovehiculul cu puntea motoare spate:

-pentru autovehiculul cu puntea motoare fata:

-pentru autovehiculul cu ambele punti motoare:

Reprezentarea grafica a variatiei factorului dinamic la limita de aderenta Dϕ=f(va) pentru diferite valori ale coeficientului de aderenta “ϕ” reprezinta caracteristica depropulsie a drumului (liniile curbe intrerupte).

Factorul dinamic la limita de aderenta

Caracteristica dinamica si caracteristica de propulsie a drumului

Pentru valori ale factorului dinamic D>Dϕ are loc patinarea rotilor motoare si din aceasta cauza solicitarea autovehiculului se poate realize numai pana la nivelul lui Dϕ.

Pentru valori ale factorului dinamic D<Dϕ aderenta este asigurata iar deplasarea este determinata numai de capacitatea motorului de a dezvolta o forta tangentiala la roata care sa depaseasca rezistentele la inaintare.

indicii de performanta ai autotuismului care se pot stabili cu ajutorul caracteristicii dinamice sunt:

Vmax-viteza maxima a autovehicolului pe un anumit tip de drum Ψ-rezistenta totala maxima a drumului ce poate fi invinsa de autovehicul cu

o anumita viteza de deplasare impusa P-panta maxima a drumului pe care se poate deplasa autovehiculul

Determinarea vitezei maxime

La atingerea vitezei maxime autovehiculul se deplaseaza in regim stabil de miscare (dv/dt=0). In acest caz factorul dinamic este:

Unde : -α-unghiul de inclinare al caii de rulare fata de orizontala

Pentru determinarea vitezei maxime de deplasare pe un drum caracterizat prin coeficientul de rezistenta totala “ψ1” se traseaza o dreapta de nivel de ordonata D=ψ1 care intersecteaza graficul factorului dinamic sau al caracteristicii de propulsie al drumului in punctul “A”. abscisa acestui punct reprezinta viteza maxima ce o poate realiza autovehiculul pe acel drum.

Pentru un alt drum caracterizat prin coeficientul de rezistenta totala “ψ2” se va obtine un alt punct de ordonata D=ψ2 al carui abscisa reprezinta viteza maxima ce o poate realiza autovehiculul pe drumul respectiv.

Pentru determinarea vitezei maxime de deplasare a autovehiculului pe un drum cu coeficientul de rezistenta la rulare “f” si panta “p” se utilizeaza caacteristica dinamica si caracteristica de propulsie a drumului parcurgand etapele:

-se calculeaza panta drumului in functie de unghiul de inclinare al drumului α=(0⁰,

3⁰, 5⁰) cu relatia:

-se calculeaza valoarea fiecarui coeficient de rezistenta totala al drumului “ψ”, corespunzator inclinarilor de mai sus pentru un drum din beton

-se traseaza dreptele orizontale de ordonate D=ψ pan acand acestea intersecteaza curbele factorului dinamic “D” sau factorului de propulsie “Dϕ”

-valorile absciselor acestor puncte reprezinta valorile vitezelor maxime cautate

Rezistenta totala maxima a drumului

Rezistenta totala maxima a drumului pe care poate sa o invinga autovehiculul deplasandu-se cu viteza “va” se determina prin ridicarea unei vertical de pe axa absciselor, din punctul corespunzator valorii vitezei “va” pana cand aceasta intersecteaza curba factorului dinamic ale celei mai mici trepte de viteza in punctul B. Ordonata acestui punct reprezinta rezistenta totala maxima a drumului D=ψ ce poate fi invinsa de viteza “va”.

Coordonatele punctului de tangent reprezinta rezistenta totala maxima a drumului, respectiv viteza de deplasare la care se poate invinge aceasta rezistenta cu schimbatorul de viteze intr-o anumita treapta.

Pentru determinarea rezistentei totale a drumului “ψ” ce poate fi invinsa de autovehicul cu o anumita viteza, se parcurg urmatoarele etape:

-se ridica drepte vertical din punctele corespunzatoare valorilor vitezei “va” ales, pana intersecteaza curbele “D” “Dϕ”

-ordonatele acestor puncte reprezinta valorile “ψmax” cautate

-datele obtinute se trec in trec in table

Panta maxima

Pentru pante mici, daca se considera : si sinα=p, atunci D=f+p rezulta p=D-f.

Atunci cand se cunoaste valoarea factorului dinamic “D” si coeficientul de rezistenta la rulare “f”, se poate calcula panta drumului “p” care poate fi urcata de autovehicul.

Aceasta se face trasand pe graficul caracteristicii dinamice o dreapta de nivel la distanta “f” fata de axa absciselor.

Panta maxima pe care se poate deplasa autovehiculul intr-o anumita treapta de viteza, este egal cu diferenta dintre valoarea factorului dinamic realizat la viteza critica “VMmax” al acelei drepte de viteza si valoarea coeficientului de rezistenta la rulare”f”.

Atunci cand conditia de aderenta nu este satisfacuta in anumite trepte de viteza, valorile factorului dinamic sunt limitate la valorile factorului dinamic la limita de aderenta “Dϕ” , iar indicii de performanta se stabilesc functie de aceste valori.

Pentru determinarea pantei maxime “p” ce poate fi urcata de autovehicul cu o anumita viteza se procedeaza astfel:

-se traseaza o dreapta orizontala la inaltimea “f” fata de axa absciselor

-se ridica verticale din dreptul fiecarei viteze “va” specificate in tabel pana la intersectia acestora cu graficul “D” sau “Dϕ” si se citesc ordonatele acestor puncte

-se calculeaza diferenta : D-f=p, sau Dϕ-f=p

-se determina unghiul de inclinare al drumului α=arcsin(p)

-datele obtinute se trec in tabel

Diagrama acceleratiilor autovehiculelor

Performantele si calitatile dinamice ale autovehiculelor sunt influientate semnificativ de cpacitatea de demarare a acestora.

Demarajul reprezinta procesul de crestere a vitezei autovehiculului si are o importanta importanta in cazul pornirii de pe loc si in traffic la depasirea altui autovehicul.

Studiul demarajului consta in determinarea unor parametri cu ajutorul carora se poate aprecia si compara capacitatea de demarare intre diferite tipuri de autovehicule.

Cei mai important parametri de apreciere a capacitatii de demaraj sunt: acceleratia de demaraj, timpul de demaraj si spatial de demaraj.

Procesul de demarare este caracterizat prin:

-acceleratia de demaraj –este acceleratia autovehiculului in timpul cand viteza sa creste de la zero sau de la o valoare inferioara “v0”, pana la o valoare superioara “vn”

-timpul de demaraj – timpul necesar cresterii vitezei autovehiculului de la zero pana la o valoare “vn” (de regula vn=100 km/h, sau vn=0.9*vmax ), cu schimbarea succesiva a treptelor de viteza, pe un sector de drum orizontal si rectiliniu, incarcat cu sarcina nominal si in conditii meteorologice standard. In unele cazuri timpul de demaraj se mai poate aprecia si prin timpul necesar de la pornirea de pe loc pana la

parcurgerea unei anumite distante “Sd” (in mod obisnuit se au in vedere doua valori Sd=400 m si Sd=1000 m)

-timpul de repriza –timpul necesar cresterii vitezei autovehiculului intr-o anumita trapta de viteza de la o valoare “va1” pana la o valoare “va2”

-spatiul de demaraj-spatiul parcus de autovehicul in timpul demarajului

Acceleratia de demaraj se poate studia cu ajutorul caracteristicii dinamice a autovehiculului si a relatiei:

unde:

FR-forta tangentiala la roata dezvoltata de motor

Ra-forta de rezistenta a aerului

Ga-greutatea autovehiculului

f-coeficientul de rezistenta la rulare

α-unghiul de inclinare longitudinala a caii de rulare

δ1-coficientul de influienta al maselor in miscare de rotatie asupra maselor in miscare de translatie ale autovehiculului

unde:

Jm-momentul de inertie al mecanismului motor, inclusiv volantul redus la arboreal cotit, pentru autoturisme Jm=0.02-0.07 kg*m^2

JR-momentul de inertie al unei roti a autovehiculului pentru autoturisme

JR=0.2-0.6 kg*m^2

n-numarul de roti ale autovehiculului

ηtr-randamentul mecanic global al transmisiei autovehiculului

itr-raportul total de transmitere al transmisiei autovehiculului

i0-raportul de transmitere al transmisiei principale

icvi-raportul de transmitere corespunzator treptei selectate din schimbatorul de viteze

rr-raza de rulare a rotii motoare

ma-masa autovehiculului

ma=Ga/g

Se observa ca acceleratia autovehiculului este direct proportionala cu diferenta D-ψ si invers proportionala cu “δi”.

Daca se cunoaste factorul dinamic “D”(caracteristica dinamica), se poate calcula acceleratia autovehiculului cu relatia anterioara.

Deoarece factorul dinamic maxim este limitat de aderenta, rezulta ca si acceleratia maxima poate fi limitata de aderenta rotilor motoare, respectiv:

Diagrama variatiei acceleratiei

Variatia factorului dinamic “D” in functie de viteza de deplasare a autovehiculului “va” si de trapta de viteza selectata, determina implicit si variatia acceleratiei in functie de acesti factori.

In cazul atingerii limitei de aderenta, deoarece factorul dinamic la limita de aderenta Dϕ are o variatie redusa in functie de viteza de deplasare ( are forma caracteristicii de propulsie a drumului ), rezulta ca si acceleratia autovehiculului se va mentine aproximativ constanta.

In cadrul etapei se vor rezolva urmatoarele:

-diagramele de variatie ale acceleratiei a=f(va) in functie de viteza de deplasare a autovehiculului pe un drum orizontal, din beton si in stare uscata cu ϕ=0.7…0.8 si pe drum in stare umeda cu ϕ=0.35

-diagramele de variatie ale acceleratiei a=f(va) in functie de viteza de deplasare a autovehiculului pe un drum in panta cu α=5⁰ si ϕ=0.7

-graficele de variatii ale inversului acceleratiei 1/a=f(va) in functie de viteza de deplasare “va” pentru toate categoriile de drum de mai sus.

Intrucat la viteze mari apropiate de viteza maxima acceleratia este foarte mica tinzand catre 0, reprezentarea raportului 1/a=f(va) se limiteaza la valoarea vitezei va=0.9*vmax.

Diagrama variatiei si inversei acceleratiei pentru α=0⁰

Diagrama variatiei si inversei acceleratiei pentru α=5⁰

Timpul si spatiul de demarare al autovehiculelor

Capacitatea de demarare a autovehiculelor este caracterizata de acceleratia acestuia, insa pentru a avea parametrii de apreciere mai usor de utilizat in compararea diferitelor tipuri de autovehicule, este mai utila determinarea timpului si spatial de demarare.

Pe baza definitiilor timpul de demarare si al timpului de repriza din lucrarea anterioara se poate scrie urmatoarea relatie de calcul a timpului de demarare de la o vitezainferioara Va1 la o viteza superioara Va2:

(1)

unde a reprezinta acceleratia miscarii autovehiculului.

Pentru spatial de demarare se poate scrie relatia:

(2)

Pentru rezolvarea aplicatiei se utilizeaza parametrii tehnici ai autovehiculului determinate in lucrarile precedente si graficele de variatie ale inversului acceleratiei functie de viteza autovehiculului la deplasarea pe urmatoarele categorii de drum:drum orizontal din beton in stare uscata, drum orizontal din beton in stare umeda, drum uscat din beton in stare uscata cu panta α=5 si drum din beton in stare umeda cu panta α=5⁰ ⁰.

Obiectivele urmarite in cadrul aplicatiei sunt:

1. Trasarea graficului de variatie al timpului de demarare in functie de viteza autovehiculului td=f(va) pentru urmatoarele situatii de deplasare:-drum orizontal din beton in stare uscata -drum orizontal din beton in stare umeda-drum in panta (α=5⁰) din beton in stare uscata

-drum in panta (α=5⁰) din beton in stare umeda Pentru trasarea diagramei td=f(va) se parcurg urmatoarele faze:-se determina timpul de demarare in functie de viteza de deplasare a autovehiculului cu ajutorul diagramei 1/a=f(va) pentru un anumit tip de drum.

Timpul de demarare corespunzator treptei de viteza “k”, reprezinta in baza relatiei (1) , aria suprafetei cuprinsa intre axa absciselor si curba de variatie a raportului “1/a”. Pentru determinarea pe cale grafica a suprafetei de sub curba “1/a”, se imparte intervalul de viteze considerate vok-vnk in mai multe suintervale sufficient de mici, de marimi egala cu “dv”. Trasand drepte verticale prin extremitatile acestor subintervale pana la curba inversului acceleratiei, se formeaza o succesiune de trapeze mixtilinii ΔTi ale caror arie se determina cu relatia:

Timpul de demarare de la viteza “vok” la viteza “vnk” in treapta respectiva de viteza va fi :

unde : -n- numarul de trapeze (interval de marime dv) din intervalul v0k-vnk.

-v0k si vnk [km/h]-intervalul de viteze pentru care se studiaza demarajul autovehiculului, corespunzator pozitiei schimbatorului in treapta “k” de viteze.

Valorile “1/ai” si “1/ai+1” se determina prin citire directa pe graficul variatiei 1/a=f(va) trasat in lucrarea precedent.

Pentru a se determina timpul de demarare de la pornirea de pe loc pana la “vmax”, se construieste diagrama inversului acceleratiei pentru toate treptele de viteza, considerandu-se ca trecerea de la o treapta la alta se face continuu, fara intreruperile necesare schimbarii angrenajelor din cutia de viteze.

Se imparte campul de viteze de la v0=0 pana la vn=0.9vmax in interval mici ca si in cazul unei singure trepte de viteza. Se determina ariile trapezelor formate intre axa absciselor si curbele raportului “1/a”.

Aceste arii insumate reprezinta timpul de demarare corespunzator intervalului considerat.valorile calculate se noteaza in tabel si se reprezinta grafic td=f(va).

Timpul de demarare pentru drum orizontal α=0 [⁰]

2. Trasarea diagramei spatiului de demarare in functie de viteza de deplasare a autovehiculului Sd=f(va), pentru fiecare dintre conditiile de deplasare.-determinarea timpului de demarare in cazul cresterii vitezei de la 0 la 100 km/h pe un drum orizontal din beton in stare uscata-determinarea timpului de demarare si a vitezei atinse dupa parcurgerea distantelor : S1=400 m si S2=1000 m, pe un drum orizontal din beton in stare uscata Spatial de demarare se determina cu ajutorul diagramei td=f(va) trasata in referatul precedent si reprezinta aria suprafetei cuprinse intre axa ordonatelor si cuba td=f(va). Pentru determinarea acestei arii se procedeaza in mod asemanator cazului determinarii timpului de demarare. Se imparte intervalul de timp pentru demarare in subintervale “dt” suficient de mici si se divide intreaga suprafata in trapeze mixtilinii a caror arie “ΔSi” se determina cu relatia:

Spatiul de demarare va fi: Datele obtinute se trec in tabel si se reprezinta grafic variatia spatiului de demarare “Sd” in functie de viteza autovehiculului “va”.

Spatiul de demarare pentru drum orizontal ( α=0 [⁰] )

Timpul de demarare pentru drum inclinat α=5 [⁰]

Spatiul de demarare pentru drum inclinat α=5 [⁰]

Se va determina astfel timpul de demarare si viteza finala atinsa dupa parcurgerea distantelor S1=400 m si S2=1000 m pe un drum orizontal din beton in stare uscata.

Pentru :

Parametrii capacitatii de franare ai autovehiculelor

Franarea este un regim tranzitoriu de miscare in care autovehiculul isi reduce viteza pana la o anumita valoare sau pana la repaus.

Imortanta deosebitape care o are capacitatea de franare in siguranta circulatiei si a rularii cu viteze ridicate pe drumurile publice face ca aceasta sa fie una dintre principalele limite in cresterea vitezelor de deplasare ale autovehiculelor.

Parametrii capacitatii de franare sunt:

-deceleratia maxima corespunzatoare procesului de franare

-timpul minim de franare

-spatiul minim de franare

-spatiul de oprire

Deceleratia la franare –reprezinta acceleratia miscarii autovehiculului in timpul procesului de franare.deoarece viteza autovehiculului se reduce, valoarea acceleratiei miscarii este negative.

Valoarea deceleratiei depinde de intensitatea cu care este actionat sistemul de franare, caracteristicile tehnice ale sistemului de franare, starea suprafetei caii de rulare, starea anvelopelor, viteza initiala a autovehiculului, daca franarea se executa cu motorul cuplat dau decuple de transmisie, etc.

Cand franarea se produce fara decuplarea motorului si cu pedala de acceleratie libera (mersul in gol corespunzator sarcinii motorului egala cu 0), asupra rotilor motoare se manifesta atat rezistentele exterioare datorate inaintarii autovehiculelor, forta de inertie a autovehicului in miscare de translatie, momentele de inertie ale rotilor si ale organelor transmisiei in miscare de rotatie , cat si influienta momentelor de inertie a motorului in miscare de rotatie si fortele de rezistenta din motor (fortele de frecare, rezistentele datorita admisiunii si comprimarii amestecului in cilindri, a evacuarii gazelor arse.etc.).

In cazul franarii intensive cu toate rotile si cu ambreiajul decuplat, deceleratia autovehiculului se determina cu relatia:

unde: - -coeficientul de influienta al rotilor aflate in miscare de rotatie asupra deplasarii autovehiculului in miscre de translatie

unde:

- -momentul de inertie al unei roti (pentru autoturisme -0.2……..0.6 )

-rr-raza de rulare a rotilor [m]

-ma-masa autovehiculului

-n-numarul de roti ale autovehiculului

- -forta de franare specifica generata de sistemul de franare

Valoarea fortei de franare specific “ ” este determinata de intensitatea actionarii sistemului de franare si poate varia intre (0…ϕ).

0-cand momentul de franare este nul (nu se franeaza)

ϕ-coeficientul de aderenta, cand roata franata atinge limita de aderenta a drumului (patinarea rotilor de maxim 18-25%)

μ-coeficientul de frecare de alunecare dintre pneu si calea de rulare ,in cazul blocarii rotilor, (μ<ϕ),

-f-coeficientul de rezistenta la rulare

-p-panta drumului; (semnul “+” pentru urcare si semnul “-“ pentru coborare)

-k-coeficientul de rezistenta aerodinamica frontal al autovehiculului

-A- aria sectiunii transversal a autovehiculului

-va-viteza autovehiculului [kmh]

-Ga-greutatea autovehiculului [N]

-g- acceleratia gravitationala

Daca franarea incepe la o viteza mai mica de 80 [km/h] influienta rezistentei aerului se poate neglija, iar in cazul deplasarii pe un drum foarte bun se poate neglija influienta rezistentei la rulare.

Valoarea maxima a deceleratiei se obtine atunci cand toate rotile ajung simultan

la limita de aderenta. In acest caz valoareafortei de franare specific “ ” este egala

cu valoarea sa maxima “ϕ” (la limita de aderenta: =ϕ).

In aceste ipoteze ecuatia deceleratiei devine :

In cazul deplasarii pe un drum orizontal (p=0) rezulta:

Daca in urma actionarii sistemului de franare se produce blocarea rotilor ( =μ), deceleratiile corespunzatoare celor trei ipoteze de deplasare sunt:

sau:

sau:

-Timpul de franare- reprezinta perioada de franare intensa cuprinsa intre momentul in care forta de franare a atins intensitatea impusa de conducatorul auto si momentul in care viteza s-a redus la valoare dorita , sau autovehiculul s-a oprit.

In cazul franarii cu motorul decuplat, daca viteza autovehiculului se reduce de la valoarea “va1” pana la valoarea “va2”, timpul minim de franare “tfmin” se determina cu relatia:

unde: cand franarea aere loc fara franarea rotilor

cand rotile sunt blocate

In cazul deplasarii cu viteza redusa (sub 80 km/h) pe o cale orizontala, la franarea autovehiculului influienta rezistentei aerului se poate neglija (Ra=0) si relatia de calcul a timpului de franare devine:

-in cazul franarii cu toate rotile fara blocarea lor:

-in cazul blocarii rotilor:

Daca franarea se executa pana la oprirea autovehiculului (va2=0) rezulta:

sau:

Influienta constructiei si a starii tehnice a mecanismului de franare, a greutatii totale a autovehiculului si a repartitiei dinamice a sarcinilor pe punti se apreciaza prin coeficientul de eficacitate al franei “Ke”.

Acsta reprezinta raportul dintre deceleratia maxima posibila (ϕ+f) si deceleratia dezvoltata in conditii reale la franarea intensiva.

-Spatiul minim de franare –reprezinta distant parcusa in timpul franarii cu intensitate maxima, cand viteza autovehiculului s-a micsorat de la va1 la va2.

Dintre parametrii capacitatii de franare, spatiul minim de franare determina in modul cel mai direct calitatile de franare si siguranta circulatiei.

Cand franarea se realizeaza cu toate rotile cu motorul decuplat in conditii ideale de franare (pneuri noi, carosabil uscat, sistem de franare in buna stare de functionare),spatiul minim de franare se calculeaza cu relatia :

Cand inceperea franarii are loc de la viteze relative mici rezistenta aerului se poate neglija, iar spatial minim de franare va fi :

In cazul franarii pe drum orizontal relatia devine:

Daca franarea se realizeaza numai cu rotile puntii fata si totodata se neglijeaza valoarea rezistentei la rulare a rotilor, atunci spatial minim de franare se determina cu relatia:

unde:

-hg-inaltimea centrului de masa al autovehiculului fata de calea de rulare (se poate considera hg=0.2L)

-b-distanta de la centrul de masa la puntea din spate

L-ampatamentul autovehiculului

Daca franarea se realizeaza numai cu rotile puntii din spate, spatial minim de franare se calculeaza cu relatia:

In cazul franarii pana la oprirea autovehiculului (va2=0), pentru fiecare dintre situatiile anterioare, spatial de franare secalculeaza cu relatia:

-daca franarea se realizeaza cu toate rotile

sau: ‘

-daca franarea are loc numai cu rotile puntii din fata:

-daca franarea are loc numai cu rotile puntii din spate:

In practica datorita influientei starii pneurilor, a caii de rulare si a eficientei mecanismului de franare, valorile reale ale spatiului minim de franare “Sfmin” sunt mai mari cu 30-40% fatade valorile calculate.

Spatiul de oprire “ Sopr”- reprezinta distant parcusa de autovehicul din momentul sesizarii de catre operator a necesitatii franarii si pana la oprirea completa a acestuia prin franare.

Spatiul de oprire este suma dintre spatial minim de franare “Sfmin” si spatial suplimentar de miscare “Ss” datorat factorilor tehnici si umani.

Spatiul suplimentar Ss se calculeaza cu relatia:

unde:

t1-timpul intarzierilor fiziologice

Reprezinta timpul de reactive al conducatorului auto din momentul sesizarii necesitatii franarii, pana la inceperea actionarii pedalei de frana (t1=0.5….1.0s).

t2-timpul intarzierilor mecanice.

Este timpul scurs din momentul inceperii actionarii pedalei, pana la inceperea efectului de franare . Depinde de tipul sistemului de franare (t2=0.2…..0.5s).

t3-timpul de initiere a franarii

reprezinta intervalul de timp din momentul inceperii efectului de franare pana cand forta de franare atinge valoarea sa maxima (t3=0.1s pentru frane cu comanda hidraulica, t3=0.5….1.0 s pentru frane cu comanda pneumatica).

t4=tfmin-timpul de franare intensiva corespunzatoare spatiului minim de franare.

Spatiul de oprire

Stabilitatea miscarii autovehiculelor cu roti

Stabilitatea unui autovehicul reprezinta capacitatea acestuia de a se opune alunecarii, deraparii, patinarii si rasturnarii.

Principalii factori care produc pierderea stabilitatii autovehiculului sunt:

-fortele care actioneaza asupra autovehiculului (forta de trectiune, forta de franare, fortele de inertie, forta lateral datorata vantului, etc.)

-caracteristicile geometrice ale caii de rulare ( inclinarile longitudinal sau transversal, denivelari, neregularitatii, curbe etc.)

-oscilatiile autovehiculelor ( tangaj, ruliu, giratie )

1.-La urcarea unei pante autovehiculul poate sa-si piarda stabilitatea prin alunecarea catre piciorul pantei, sau prin rasturnarea in raport cu axa rotilor din spate.

Deoarece la urcarea pantelor mari, viteza si acceleratia autovehiculului au valori reduse, se poate neglija influienta rezistentei aerului si rezistenta la demarare.

Conditia de stabilitate longitudinal la rasturnare la urcarea pantei este:

unde: - αr-valoarea maxima aa unghiului de inclinare longitudinal al caii de rulare fata de orizontala care asigura stabilitatea la rasturnare

a, b, hg-coordonatele centrului de masa al autovehiculului

Conditia de stabilitate longitudinala la alunecare a autovehiculului catre piciorul pantei este:

-in cazul puntii motoare in spate:

-in cazul puntii motoare in fata:

-cand ambele punti sunt motoare:

ϕ-coeficient de aderenta al caii de rulare

2.-La deplasarea rectilinie cu viteza mare pe drum orizontal este posibila pierderea stabilitatii longitudinal datorita actiunii fortei de rezistenta frontal a aerului si a fortei portante.

Conditia de stabilitate longitudinala la rasturnare in acest caz este:

unde:

-va-viteza de deplasare a autovehiculului [km/h]

-ha-inaltimea metacentrului fata de calea de rulare ha=(0.45……0.5 *H)

-ρ-densitatea aerului

-Cz-coeficient de portanta, (Cz=0.3…0.5)

-A-aria sectiunii transversal a autovehiculului

-k-coeficient aerodinamic frontal (k=0.6125Cx)

-Cx-coeficientul de rezistenta al aerului

3.-La deplasarea autovehiculului pe o cale de rulare cu inclinare transversal, sau in viraje se poate pierde stabilitatea prin alunecarea sau prin rasturnarea transversal.

Conditiile de stabilitate transversal la rasturnare in cazul deplasarii in viraje cu viteza constanta va=constant) pe o traiectorie de raza constanta sunt:

-pentru calea de rulare cu inclinare transversala

-pentru calea de rulare orizontala:

unde:

-R- raza medie a traiectoriei autovehiculului

-E-ecartamentul mediu al rotilor autovehiculului

-β-unghiul de inclinare transversala al caii de rulare

Conditiile de stabilitate transversala la derapare in aceleasi situatii de deplasare ale autovehiculului sunt:

-pentru calea de rulare cu inclinare transversala

-pentru calea de rulare orizontala:

unde:

-ϕy-coeficientul de aderenta pe directive transvarsala dintre roti si calea de rulare

ϕy=0.8·ϕ

Factorii care influienteaza stabilitatea transversala a autovehiculului la derapare sunt:

-forta laterala a vantului

-inclinarile transversal ale caii de rulare

-interactiunea dintre rotile autovehiculului si calea de rulare la demarare si la franare

-bracarea brusca a rotilor de directive

4.-La deplasarea autovehiculului cu viteza constant ape o cale de rulare rectilinie cu inclinare laterala “β”, sau in cazul stationarii conditiile de stabilitate transversala sunt:

-conditia de stabilitate transversala la rasturnare:

-conditia de stabilitate transversala la derapare:

5.-La deplasarea autovehiculului cu viteza constanta pe o cale de rulare rectilinie fara inclinare transversala, in cazul rotirii bruste a rotilor de directive, conditiile de stabilitate transversala sunt:

-pentru evitarea rasturnarii:

-pentru evitarea deraparii:

unde: -viteza unghiulara de bracare a rotilor de directie

Valorile unghiurilor limita de stabilitate longitudinal

Se calculeaza viteza maxima la limita de stabilitate la rasturnare longitudinala fata de axa puntii din spate in cazul deplasarii rectilinii pe o cale de rulare orizontala.

Viteza limita de stabilitate la rasturnarea transversal

Viteza limita de stabilitate la derapare in viraj vad [km/h]

Viteza unghiulara limita de bracare a rotilor de directie

Determinarea consumului de combustibil pentru autovehicul

In cazul in care nu se cunosc caracteristicile de consum de combustibil ale motorului, evaluarea performantelor consumului de combustibil ale autovehiculului se face prin calculul cantitatii de combustibil necesara efectuarii parcusului de referinta in conditiile specifice standardelor de consum de combustibil.

Conform principiului lui Carnot nu se poate transforma in energie utila mai mult de 40 % din energia consumata.

In practica la un motor cu aprindere prin scanteie se risipeste 70…..75% din energia combustibilului consumat (in oras pana la cca 85%), iar la un motor cu aprindere prin comprimare, avand un randament mai ridicat, numai 60%. Aceasta inseamna ca din 10 litri de combustibil pot fi utilizati cel mult 3 litri la autovehiculele echipate cu MAS si de cel mult 4 litri la autoturismele echipate cu MAC. Energia celor 3 sau 4 litri de combustibil intr-un bilant energetic este reprezentata astfel:

-imperfectiunile motorului care face ca o parte din cumbustibil sa treaca fara a se transforma, in gazelle de evacuare

-disiparea energiei sub forma de caldura transmisa prin chiulasa, collector, teava de esapament, bloc motor etc.

-frecari mecanice: piston-cilindru, biela-arbore cotit, lagare

-antrenare accesorii: pompe, ventilator, alternator etc.

-efectul de pompaj al amestecului de admisie

-organele transmisiei: angrenajele cutiei de viteze, punti motoare, jocuri in arborii transmisiilor

-invingerea rezistentelor la rulare si arezistentei aerului

-sporirea vitezei de deplasare a autovehiculului

-invingerea eventualelor pante ale drumului

Regulamentul ECE, considera consumul mediu echivalent pentru un parcus de 100 km pe ciclu descris mai sus, 25 km cu viteza v=90 km/h.

Din expresia lucrului mecanic necesar efectuarii parcusului de control de 100 km, obtinut prin arderea combustibilului, cantitatea de combustibil consumat, exprimata in litri pentru 100 km este data de relattia:

unde:

-q [J/kg]-este puterea calorifica a combustibilului cu valorile:

benzina:

motorina:

-densitatea combustibilului, cu valorile:

benzina:

motorina:

ηi-randamentul indicat al motorului cu valorile:

-la functionarea pe caracteristica externa:

MAS: 0.25….0.33

MAC: 0.35…..0.40

-la functionarea pe caracteristici partiale:

MAS: 0.10….0.20

MAC: 0.15…0.3

-ηm-randamentul mecanic al motorului cu valorile:

MAS: 0.70…0.85

MAC-fara supraalimentare: 0.70….0.82

MAC-cu supraalimentare: 0.80….0.90

-ηtr-randamentul transmisiei automobilului, cu valoarea determinata anterior

-Lciclu-lucrul mecanic necesar

-Sciclu=1018 m –lungimea spatiului parcus de autovehicul la efectuarea unui ciclu

-ΣR90-suma fortelor de rezistenta la inaintare corespunzatoare deplasarii autovehiculului pe distant de 25 km cu viteza constanta de 90 km/h

-ΣR120-suma fortelor de rezistenta la inaintare corespunzatoare deplasarii autovehiculului pe distant de 25 km cu viteza constanta de 120 km/h.

Determinarea lucrului mecanic necesar parcurgerii ciclului ECE

Conform parcursului urban simulate, secventele ciclului descris cuprind deplasari cu viteza constanta, deplasari uniform accelerate, deplasari uniform decelerate si mers in gol.

Din cele patru regimuri, semnificative pentru consumul de combustibil, sunt primele trei deoarece necesita un consum de energie pentru parcurgerea lord at de relatia:

Lrul-lucrul mecanic consumat de rezistenta la rulare

Laer-lucru mecanic consumat de rezistenta aerului

Ld-lucrul mecanic consumat de rezistenta la demarare

Lucrul mecanic al rezistentei la rulare

Expresia lucrului mecanic al rezistentei la rulare este dat de relatia:

unde:

ma[kg]-masa totala a autovehiculului

g=9.81 [m/s^2]-acceleratia gravitational

f0-coeficientul rezistentei la rulare

Sciclu=1018[m]-lungimea spatiului parcus de autovehicul la efectuarea unui ciclu

Cu valorile f=f0, la parcurgerea ciclului definit mai sus, lucrul mecanic necesar invingerii rezistentei la rulare este:

Lucrul mecanic al rezistentei aerului

Expresia lucrului mecanic al rezistentei aerului este data de relatia:

Ρ=1.22 este densitatea aerului

cx-coeficientul de rezistenta al aerului

A [m^2]-aria sectiunii transversal maxime

Vi [m/s]-viteza autovehiculului la parcurgerea unei secvente “i” a ciclului

si[m]-spatiul parcus de autovehicul in secventa “i”

In functie de regimul de deplasare al autovehiculului in diversele secvente ale ciclului - deplasari cu viteza constanta, deplasari uniform accelerate, deplasari uniform decelerate - expresiile lucrului mecanic consumat de rezistenta aerului.

Cu valorile de mai sus, parcurgerea ciclului definit mai sus, lucrul mecanic necesar invingerii rezistentei aerului este:

Lucrul mecanic al rezistentei la demarare

Expresia lucrului mecanic al rezistentei la demarare este data de relatia:

unde:

ma [kg]-masa totala a autovehiculului

δk-coeficientul de influienta al maselor aflate in miscare de rotatie cand este cuplata trapta “k” de viteza

ai [m/s^2]- acceleratia autovehiculului in secventa “i” considerate

si[m] –spatiul parcus de autovehicul in secventa “i"

In functie de regimul de deplasare al autovehiculului in diversele secvente ale ciclului, este necesar un consum de energie pentru invingerea rezistentei aerului numai in regimul accelerarii.

Lucrul mecanic de decelerare este pierdut prin franare, astfel ca el nu se regaseste in bilantul consumului de combustibil al autovehiculului.

Cu valorile de mai sus, la parcurgerea ciclului definit mai sus, lucrul mecanic necesar invingerii rezistentei la demarare este:

Din dezvoltarile de mai sus, se obtine pentru lucrul mecanic necesar parcurgerii ciclului ECE relatia:

Determinarea lucrului mecanic necesar deplasarii cu viteze constant

Pentru determinarea consumului de control de combustibil Regulamentul ECE, considera consumul mediu echivalent exprimat in litri pentru un parcus de 100 km din care 25 km sunt parcusi cu viteza constanta v=90 km/h si 25 km sunt parcusi cu viteza constanta v=120 km/h.

Expresia lucrului mecanic necesar deplasarii cu viteza constanta este:

unde:

-este suma rezistentelor la inaintare corespunzatoare deplasarii cu viteze constant vi

Vi[m/s]-este vitazaconstanta de deplasare ( dupa caz vi=90/3.6=25[m/s] si respectiv vi=120/3.6=33.33[m/s])

fi-coficientul rezistentei la rulare corespunzatoare vitezei constante de deplasare

-parcusul cu viteza vi=constanta.

Parametrii de calcul ai autoturismului

a) Lucrul mecanic necesar parcurgerii ciclului ECE:

b) Lucrul mecanic necesar parcurgerii distantei de control da 50 km pe ciclu ECE:

c) Lucrul mecanic necesar deplasarii cu viteza constanta de 90 km/h pe distanta de 25 km

d) Lucrul mecanic necesar deplasarii cu viteza constanta de 120 km/h pe distanta de 25 km

e) Cantitatea de combustibil consumata