Lekcja 18

Temat: Wykres trakcyjny i charakterystyka dynamiczna samochodu

W dotychczasowych rozważaniach rozpatrywano równowagę siły napędowej i siły oporów ruchu oraz mocy na kołach pojazdu i mocy oporów ruchu tylko na jednym biegu. Rzeczywiste wykresy charakterystyk trakcyjnych (ruchowych) wyglądają tak jak to przedstawia rys.18.1 na przykładzie samochodu z czterostopniową skrzynią biegów.

Rys.18.1 Charakterystyka ruchowa samochodu w układzie a) siła - prędkość, b) moc - prędkość

Charakterystykę ruchową w układzie moc - prędkość rys.18.1b sporządzono przy stałej sprawności układu napędowego, dlatego moc na kołach
na każdym biegu osiąga taką samą wartość maksymalną (im wyższy bieg tym wyższa sprawność a tym samym większa wartość
).

Charakterystyka trakcyjna (ruchowa) najczęściej przedstawiana jest graficznie w postaci wykresu zależności siły napędowej (dysponowanej) na kołach pojazdu od prędkości jazdy na wykresie są również naniesione krzywe siły oporów ruchu (siły zapotrzebowanej) w funkcji prędkości samochodu rys.18.2.

Rys.18.2 Charakterystyka trakcyjna (ruchowa) samochodu z czterobiegową skrzynią biegów

Wartość siły napędowej i oporów ruchu oraz prędkość pojazdu wyznaczono z następujących zależności

• wartość siły napędowej

• wartość siły oporów ruchu przy
  ,
  ,
  

• prędkość pojazdu

[m/s]

Z zależności na siłę napędową
i prędkość pojazdu
określa się pary liczb
dla prędkości obrotowych silnika od
do
, wstawiając do wzorów kolejno odpowiadające sobie pary wartości
odczytane z charakterystyki zewnętrznej silnika.

Pary liczb
wyznaczają położenie punktów w układzie współrzędnych
-
oraz krzywej poprowadzonej przez te punkty. Na wykresie charakterystyki trakcyjnej jest tyle krzywych ile przełożeń posiada skrzynia biegów w układzie napędowym.

Krzywą oporów ruchu na drodze poziomej oznaczono przez
, natomiast kolejne krzywe przedstawiające sumę
dla wzniesień o coraz większym pochyleniu
oznaczono odpowiednio przez
,
,
,
.

Prędkość maksymalną samochodu wyznacza rzut punktu
na oś odciętych, punkt ten powstał
w wyniku przecięcia krzywej siły napędowej na biegu najszybszym z krzywą siły oporów ruchu na drodze poziomej.

Z charakterystyki trakcyjnej pojazdu można określić:

• prędkość maksymalną samochodu,

• największe wzniesienie możliwe do pokonania na danym biegu (przełożeniu w skrzyni biegów),

• największą prędkość możliwą do osiągnięcia podczas pokonywania wzniesienia o określonym pochyleniu.

Jeżeli będą znane warunki drogowe podczas ruchu pojazdu przy stałej prędkości, opisane przez współczynnik oporów toczenia
i kąt nachylenia wzniesienia
wówczas z równania oporów ruchu możemy wyznaczyć przebieg wykresu siły oporów ruchu na danym biegu. Znane warunki drogowe (to

jest
i
) pozwalają również obliczyć wartość siły przyczepności
kół do nawierzchni drogi
i zaznaczyć tą wartość na charakterystyce trakcyjnej rys.18.3.

Rys.18.3 Charakterystyka trakcyjna z naniesioną siłą przyczepności

W ruchu ustalonym (
pomiędzy siłą oporów ruchu, siłą napędową oraz siłą przyczepności zachodzi następujący związek wynikający z:

• równania bilansu sił

• ograniczenia siły napędowej przez siłę przyczepności

W czasie ruchu pojazdu na pierwszym biegu przy prędkości zawartej w przedziale od
do
rys.18.3 zwiększenie obciążenia silnika (zwiększenie momentu obrotowego) spowoduje pełen poślizg kół napędzanych, ponieważ dysponowana siła napędowa na drodze o przyczepności
przekroczy wartość siły przyczepności
. W przedziale prędkości od
do
wykres siły napędowej

w funkcji
leży powyżej siły przyczepności
w tych warunkach drogowych nie można wykorzystać najwyższych wartości momentu obrotowego silnika.

Różnicę pomiędzy siłą napędową (dysponowaną) a siłą oporów powietrza nazywamy zapasem (lub nadmiarem) siły napędowej.

W ten sposób możemy zapisać równanie bilansu sił tylko, dlatego że siła oporów powietrza
dla danego samochodu jest z wystarczającą dokładnością jedną niezmieniającą się charakterystyką. Natomiast siły oporów ruchu
zmieniają się w zależności od warunków drogowych i nie zależą od prędkości pojazdu. Na wykresie trakcyjnym
we współrzędnych
-
rys.18.4 linie określające zmienne opory ruchu są równoległe do osi odciętej wykresu (oś
).

Rys.18.4 Wykres trakcyjny
i wyznaczenie zapasu siły napędowej na charakterystyce

Wykres ten pozwala w łatwy sposób określić siły oporów ruchu, jakie samochód pokonać musi podczas jazdy w różnych warunkach. W tym celu należy wykonać odpowiednią podziałkę na osi rzędnych, aby móc odczytywać wartości siły zapasu
.

Pole zakreskowane na rys. 18.4 jest graficznym przedstawieniem siły zapasu podczas ruchu samochodu w dobrych warunkach drogowych (mały współczynnik oporów toczenia, kąt nachylenia drogi
).

Im większe są wartości siły zapasu tym większe przyspieszenia osiągnąć może samochód podczas ruchu.

Z postaci jawnego równania bilansu sił po odpowiednim jego przekształceniu można wyznaczyć przyspieszenie i obliczyć jego wartość dla samochodu poruszającego się w określonych warunkach drogowych.

po przekształceniu

zauważ że

Z ostatniego równania wynika, że największe przyspieszenie osiąga pojazd, gdy:

• ciężar pojazdu jest mały (mała masa),

• siła napędowa jest duża: moment obrotowy silnika
  duży, przełożenie całkowite
  w układzie napędowym duże (przenoszenie momentu obrotowego silnika w układzie napędowym odbywa się na najniższych biegach), promień dynamiczny koła
  mały, sprawność mechaniczna
  układu przeniesienia napędu duża,

• prędkość samochodu mała (małe wartości sił oporów powietrza),

• współczynnik oporów toczenia
  i kąt nachylenia drogi
  posiadają małe wartości (warunki drogowe sprzyjają małym oporom ruchu).

Do porównania własności ruchowych samochodu stosuje się również wykres trakcyjny, na którym zastąpiono zapas (lub nadmiar) siły napędowej
bezwymiarowym wskaźnikiem dynamicznym
rys.18.5.

Rys.18.5 Charakterystyka dynamiczna samochodu

jeżeli:

to

stąd

Dla małych wzniesień z wystarczającym przybliżeniem nie popełniając dużego błędy można przyjąć, że

wówczas

Wskaźnik dynamiczny jest wielkością niemianowaną można go również podać w procentach wówczas

Dla danego samochodu wskaźnik dynamiczny jest wielkością zmienną podobnie jak zmienna jest siła napędowa lub zapas siły napędowej. Za wartości porównawcze przyjmuje się największe wartości wskaźnika dynamicznego na biegu pierwszym i najwyższym. Orientacyjne wartości wskaźnika dynamicznego dla różnych rodzajów samochodów podano w tablicy 3.1.

Wartości wskaźnika dynamicznego

Rodzaj samochody
		bieg pierwszy	bieg najwyższy
Samochody osobowe małe	0,25 ÷ 0,30	0,08 ÷ 0,10
Samochody osobowe duże i średnie	0,35 ÷ 0,50	0,12 ÷ 0,18
Autobusy	0,30 ÷ 0,40	0,05 ÷ 0,07
Samochody ciężarowe małe	0,35 ÷ 0,45	0,07 ÷ 0,10
Samochody ciężarowe średnie i duże	0,32 ÷ o,40	0,05 ÷ 0,06

Przeprowadzając analizę równania

dla określonych warunków drogowych w których odbywa się ruch samochodu można wyznaczyć graniczne wartości charakteryzujące własności ruchowe samochodu takie jak:

• maksymalna prędkość,

• maksymalne przyspieszenie,

• największe wzniesienie, jakie pokonać może pojazd w czasie ruchu.

Maksymalną prędkość osiąga pojazd, gdy jego możliwości dynamiczne są wykorzystane tylko do pokonania siły oporów toczenia wówczas
, natomiast
,
.

Największe przyspieszenie osiąga samochód, gdy jego możliwości dynamiczne w maksymalnym stopniu wykorzystane zostaną na przyspieszenie,
to

Maksymalne wzniesienie do pokonania przez pojazd jest możliwe wówczas, gdy
, a możliwości dynamiczne pojazdu wykorzystane zostaną tylko do pokonania oporów drogowych

4

POD.NAD-TS-3

Lekcja18

tablica 3.1

---