background image

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 

 

background image

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 

background image

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

background image

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

 

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)

background image

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

+ m

osoby

 * ilość osób + m

bagażu 

m

= 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)

background image

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. 

[km/h]

 

F

t

 [N]

 

F

[N]

 

Σ 

F

t

+F

[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: 

=

100

[ ] 

gdzie: h

w

 - wysokość wzniesienia mierzona na 100m drogi.  

Przyjmujemy Δh

= 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

background image

Strona | 7  

 

[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

background image

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

 

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).  

 

 

background image

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