Rok akademicki 2012/2013

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ TRANSPORTU

KATEDRA BUDOWY POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

BUDOWA POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

LABOLATORIUM

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI TRAKCYJNYCH POJAZDÓW

SAMOCHODOWYCH

Grupa TzK 31 ES

Strona | 2

Dane do projektu otrzymane od prowadzącego laboratorium:

Marka pojazdu:

Alfa Romeo

Model:

33

Rodzaj silnika:

1.8 td

Moc silnika:

62 kW

przy obrotach

4200 obr/min

Moment obrotowy silnika:

178 N

przy obrotach

2400 obr/min

Przełożenie I biegu:

3.545

Przełożenie II biegu:

1.864

Przełożenie III biegu:

1.323

Przełożenie IV biegu:

1.027

Przełożenie V biegu:

0.854

Przełożenie przekładni głównej: 3.182

Ogumienie:

175/70 TR 13

Masa:

1040 kg

Wymiary pojazdu:

1,814 x 1,35 m

W trakcie szukania wartości współczynnika oporu aerodynamicznego natrafiono na inne
niż podane wartości wymiarów pojazdu. W późniejszych obliczeniach przyjęto wartości:

Wymiary pojazdu b x h

1

:

1,614 x 1,35 m

Współczynnik oporu aerodynamicznego Cx

2

:

0.36.

1

http://en.wikipedia.org/wiki/Alfa Romeo 33 Series

2

http://en.wikipedia.org/wiki/Automobile drag coefficient - Daily Mail Motor Review 1984

Strona | 3

1. Wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej jednostki napędowej.

Na podstawie danych mocy i momentu silnika obliczono wartości powyższych dla
prędkości obrotowych 0,2n

N

, n

M

i n

N

.

Skorzystano z zależności:

=

[

]

=

30

Wynik obliczeń przedstawia Tabela 1.

Charakterystyka zewnętrzna jednostki

napędowej

pr.obr.silnika

0,2n

N

n

M

n

N

n

S

840

2400

4200

N

S

12,4

44,74

62

M

S

141

178

141

Tabela 1.

Charakterystykę obrazuje Wykres 1.

Wykres 1.

N

Ms

0

50

100

150

200

250

300

350

0

10

20

30

40

50

60

70

0

1000

2000

3000

4000

5000

Ms [Nm]

N [kW]

n [obr/min]

Charakterystyka zewnętrzna jednostki napędowej

Strona | 4

2. Sporządzenie charakterystyki trakcyjnej.

Charakterystyka trakcyjna jest wykresem siły napędowej w funkcji prędkości jazdy
pojazdu dla poszczególnych biegów. Do obliczeń korzystamy z:

r

d

– promień dynamiczny wynikający z wymiarów obręczy koła i ogumienia r

d

= 0,24m,

η

m

– sprawność mechaniczna, na biegach pośrednich przyjęto η

m

= 0,88.

Korzystając z wzorów:

=

=

∗

∗

∗

[ ]

= 0,377

∗

∗

ℎ

Otrzymujemy wyniki zawarte w Tabeli 2.

n

S

840

2400

4200

M

S

141

178

141

F

n

1

5724

7228

5724

v1

6,863

19,61

34,31

F

n

2

3010

3801

3010

v2

13,05

37,29

65,26

F

n

3

2136

2697

2136

v3

18,39

52,54

91,95

F

n

4

1658

2094

1658

v4

23,69

67,68

118,4

F

n

5

1379

1741

1379

v5

28,49

81,4

142,4

Tabela 2.

Charakterystykę trakcyjną obrazuje Wykres 2.

Wykres 2.

I

II

III

IV

V

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0

50

100

150

F

n

[N]

v[km/h]

Wykres siły napędowej F

n

=f(v)

Strona | 5

3. Sporządzenie charakterystyki dynamicznej.

Charakterystyka dynamiczna jest wykresem współczynnika dynamicznego w funkcji
prędkości jazdy pojazdu dla poszczególnych biegów. Do obliczeń korzystamy z:

=

+

[1]

= 0,047 ∗

∗

∗

[ ]

=

∗ [ ]

gdzie:

F

a

- opór aerodynamiczny

A=0,75 b x h [m

2

]

m

c

– masa całkowita

pojazdu

g = 9,81 [m/s

2

]

Wyniki obliczeń przedstawia Tabela 3 a obrazuje je Wykres 3.

n

S

840

2400

4200

M

S

141

178

141

F

n

1

5724

7228

5724

v1

6,9

19,6

34,3

F

a

1,3

10,6

32,6

F

n

-F

a

5723

7217

5692

D1

0,40

0,51

0,40

F

n

2

3010

3801

3010

v2

13,1

37,3

65,3

F

a

4,7

38,5

118

F

n

-F

a

3005

3762

2892

D2

0,21

0,27

0,20

F

n

3

2136

2697

2136

v3

18,4

52,5

91,9

F

a

9,4

76,3

234

F

n

-F

a

2127

2621

1902

D3

0,15

0,18

0,13

F

n

4

1658

2094

1658

v4

23,7

67,7

118

F

a

15,5

127

388

F

n

-F

a

1643

1967

1270

D4

0,12

0,14

0,09

F

n

5

1379

1741

1379

v5

28,5

81,4

142

F

a

22,4

183

561

F

n

-F

a

1357

1558

818

D5

0,10

0,11

0,06

Tabela 3.

m

c

wg UE = m

w

+ m

osoby

* ilość osób + m

bagażu

m

w

= masa pojazdu + 68kg kierowca + 7kg bagaż podręczny

m

osoby

= 70kg

m

bagażu

= 50kg

Wykres 3.

D1

D2

D3

D4

D5

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0

50

100

150

D [1]

v[km/h]

Charakterystyka dynamiczna D=f(v)

Strona | 6

4. Określenie podstawowych oporów ruch.

Opory toczenia obliczamy z wzoru:

=

∗

(1 + ∗

)[ ]

gdzie:

f

0

= 0,015,

k - przyjmujemy 5*10

-5

.

Opory aerodynamiczne obliczamy jak w pkt.3. Wyniki z obliczeń powyższych oporów
przedstawia Tabela 4. Dodatkowo dokonano ich zsumowania i wszystkie zależności
względem prędkości jazdy na płaskiej drodze (bez wzniesienia) przedstawiono na
Wykresie 4.

v

[km/h]

F

t

[N]

F

a

[N]

Σ

F

t

+F

a

[N]

0

212,6

0,00

212,63

6,86

213,1

1,30

214,43

13,05

214,4

4,71

219,15

18,39

216,2

9,35

225,58

19,61

216,7

10,63

227,35

23,69

218,6

15,52

234,12

28,49

221,3

22,44

243,70

34,31

225,2

32,56

257,71

37,29

227,4

38,45

265,87

52,54

242

76,33

318,31

65,26

257,9

117,7

375,67

67,68

261,3

126,6

388,01

81,40

283,1

183,1

466,26

91,95

302,5

233,7

536,28

118,4

361,8

387,9

749,72

142,4

428,3

561,0

989,37

Tabela 4.

Wykres 4.

Z uwagi na fakt, że pojazdy w czasie ruchu nieustannie pokonują jakieś podjazdy i
zjazdy, ostatnimi z oporów, które należy uwzględnić w tym projekcie są opory
wzniesienia. Korzystając z wzoru:

=

∗

ℎ

100

[ ]

gdzie: h

w

- wysokość wzniesienia mierzona na 100m drogi.

Przyjmujemy Δh

w

= 5% i nanosimy sumę wszystkich oporów na wykres charakterystyki

trakcyjnej pojazdu, co przedstawia Wykres 5. Obliczenia przedstawia Tabela 5.

Ft

Fa

Σ Ft+Fa

0

200

400

600

800

1000

1200

0

50

100

150

Ft [N]

Fa [N]

Σ Ft+Fa [N]

v [km/h]

Opory toczenia i

opory aerodynamiczne

Strona | 7

v

[km/h]

h

w

=0% h

w

=5% h

w

=10% h

w

=15% h

w

=20% h

w

=25% h

w

=30% h

w

=35% h

w

=40% h

w

=45% h

w

=50%

6,86

214

923

1632

2341

3050

3758

4467

5176

5885

6593

7302

13,05

219

928

1637

2345

3054

3763

4472

5181

5889

6598

7307

18,39

226

934

1643

2352

3061

3769

4478

5187

5896

6605

7313

19,61

227

936

1645

2354

3062

3771

4480

5189

5898

6606

7315

23,69

234

943

1652

2360

3069

3778

4487

5196

5904

6613

7322

28,49

244

952

1661

2370

3079

3788

4496

5205

5914

6623

7331

34,31

258

966

1675

2384

3093

3802

4510

5219

5928

6637

7345

37,29

266

975

1683

2392

3101

3810

4519

5227

5936

6645

7354

52,54

318

1027

1736

2445

3153

3862

4571

5280

5988

6697

7406

65,26

376

1084

1793

2502

3211

3920

4628

5337

6046

6755

7463

67,68

388

1097

1806

2514

3223

3932

4641

5349

6058

6767

7476

81,40

466

1175

1884

2593

3301

4010

4719

5428

6136

6845

7554

91,95

536

1245

1954

2663

3371

4080

4789

5498

6206

6915

7624

118,4

750

1458

2167

2876

3585

4294

5002

5711

6420

7129

7837

142,4

989

1698

2407

3116

3824

4533

5242

5951

6660

7368

8077

Tabela 5.

Wykres 5.

I

II

III

IV

V

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0

50

100

150

Fn [N]

v [km/h]

Pełny wykres trakcyjny pojazdu

Strona | 8

5. Sprawdzenie prawidłowości przełożenia I biegu – i

1

.

Aby przełożenie biegu I było prawidłowe powinno spełniać dwa podstawowe warunki:

∗

∗

∗

∗

≤

≤

∗

∗

∗

∗

∗

Pierwsze kryterium sprawdzające (lewa strona równania) mówi, że pierwszy bieg musi
być tak dobrany, aby pojazd był w stanie pokonać maksymalne wzniesienia, jakie
występują na drogach publicznych.

Drugie kryterium sprawdzające (prawa strona równania) mówi, że siły napędowe przy
ruszaniu nie mogą przekroczyć siły przyczepności.

φ

max

przyjmujemy 0,115 – szosy w terenie niegórzystym,

G

1

– obciążenie osi napędzanej, (napęd przedni, pełne obciążenie) G

1

=G*49%,

m

1

– współczynnik odciążenia kół przednich m

1

= 0,87,

μ – współczynnik przyczepności, przyjmujemy 1- suchy asfalt dobrej jakości.

Wyniki obliczeń wyglądają następująco:

0,800 ≤

3,545

≤ 2,964

Kryterium drugie nie zostało spełnione.

6. Sporządzenie wykresu rozpędzania pojazdu.

Do sporządzenia wykresu rozpędzania korzystamy z używanego we wcześniejszych
obliczeniach wzoru:

= 0,377

∗

∗

ℎ

Tym razem jednak sporządzamy wykres, na którym na osi rzędnych umieszczamy
prędkość obrotową silnika a nie jak wcześniej siłę napędową. Dzięki temu wykres
przedstawiać będzie graficzny obraz rzeczywistych zakresów użytkowych prędkości
obrotowych silnika podczas rozpędzania (Wykres 6).

Strona | 9

Wykres 6.

7. Wnioski.

Analiza otrzymanych danych pozwoliła przećwiczyć wyznaczanie różnych charakterystyk
pojazdu. Na szczególną uwagę zasługuje charakterystyka dynamiczna, której wykresem
jest zależność współczynnika dynamicznego od prędkości jazdy pojazdu. Dzięki tej
zależności możemy porównywać własności trakcyjne zupełnie różnych pojazdów.
Kolejny przydatnym narzędziem jest tzw. pełny wykres trakcyjny, który obrazuje jakie
maksymalne wzniesienie mógłby pokonać w pełni obciążony pojazd. Otrzymany wynik,
mówiący o wzniesieniu z nachyleniem 50% jest oczywiście wartością czysto teoretyczną
ponieważ takie nachylenia nie występują na dogach publicznych. Można natomiast
spotkać wzniesienia o nachyleniu powyżej 20% ( np. drogi w Alpach) i według
otrzymanego wykresu wjeżdżanie na takie wzniesienia analizowanym tutaj pojazdem
wymagać by mogło redukcji do I biegu. Analizując wykres 4 możemy z niego odczytać
maksymalną prędkość na płaskiej drodze (bez wzniesienia) jaką może rozwinąć nasz w
pełni obciążony pojazd. Wartość tej prędkości wyznacza miejsce przecięcia linii oporów
toczenie i oporów aerodynamicznych. Jest to wartość około 115 km/h.

Niespełnione drugie kryterium prawidłowości doboru biegu I mówi nam, że samochód
dysponuje bardzo dużym zapasem siły napędowej i podczas ruszania możliwe jest
zerwanie przyczepność między podłożem a ogumieniem kół napędzanych.

Wykres 6 przedstawia zależność n=f(v). Linia pomarańczowa pokazuje zmiany zakresu
rzeczywistej pracy tego silnika. Pionowe odcinki tej linii przedstawiają zakresy użytkowe
prędkości obrotowych poszczególnych biegów. Dla biegów niższych zakresy są większe
niż dla biegów wyższych.

v1

v2

v3

v4

v5

n max

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0

50

100

150

n [obr/min]

v[km/h]

Wykres rozpędzania pojazdu