Экспериментальный метод определения тягово-скоростных свойств автомобиля заключается в следующем.

Автомобиль разгоняют с первой или второй передачи (в зависимости от марки автомобиля-лаборатории) до максимально возможной скорости, последовательно включая 2-ю, 3-ю и 4-ю передачи, переводят движение в режим наката (нейтральная передача). Весь процесс записывается на самопишущий прибор (рис. 2), т.е. фиксируют изменение скорости автомобиля по времени (рис. 3).

Рис.2 Схема самопишущего прибора Н-338

Эксперимент проводится на горизонтальном участке с асфальтобетонным покрытием. Тогда, в силовом балансе (6) значение P_i= 0.

Перед испытанием проводят тарировку для определения масштабов записи будущих замеров. Скорость автомобиля фиксируется по вертикальному отклонению стрелки прибора, а время процесса определяется скоростью протяжки ленты (1мм в секунду), на которой будет записан процесс. Для выяснения масштаба записи прибора по скорости автомобиль разгоняют до скорости 25 км/ч (6, 94 м/с) по спидометру и производят запись (участок I-I на рис. 3).

Рис. 3. Графическая диаграмма результатов испытаний

По величине отклонения стрелки находят масштаб записи скорости автомобиля (м/с в одном миллиметре по вертикали).

По скорости протяжки ленты определяют масштаб записи времени: 1мм в секунду.

Процесс «разгон-накат» с диаграммы переносят на лист миллиметровки формата А4. Цель этого переноса заключается в следующем:

1.Дальнейшие расчеты ведутся графическим методом, а значит, необходимо иметь график как можно большего масштаба.

2.При записи процесса на линию записи накладываются помехи, связанные с вибрацией кузова и с инерционными факторами, не влияющие на рассматриваемый процесс «разгон-накат», поэтому от них освобождаются и, по возможности, идеализируется вид будущего графика.

3.Для дальнейших расчетов применяют метод графического дифференцирования, требующий прямоугольных координат, в то время как на диаграммной ленте процесс записывается в криволинейных координатах.

При переносе точек с осциллограммы «разгон-накат» на график (рис. 4) выбирают точки экстремума:

- начала движения (0);

- выключения 2-й передачи (А);

- включения 3-й передачи (В);

- выключения 3-й передачи (С);

- включения 4-й передачи (D);

- выключения 4-й передачи (Е);

- остановки (К).

На кривых разгона по осциллограмме на каждой передаче выбирают еще по три промежуточных точки, а на кривой выбега еще семь промежуточных точек. Таким образом, на кривой процесса «разгон-накат» выбирают 23 точки и определяют координаты выбранных точек в миллиметрах по осциллограмме (табл. 1).

Таблица 1

Сводная таблица обработки диаграммы

Зная масштабы записи по времени и по скорости, полученные координаты переводят в секунды (время) и м/с (скорость автомобиля), результаты сводят в табл. 1.

По максимальным значениям времени и скорости автомобиля выбирают масштабы будущего графика, учитывая необходимость как можно большего увеличения. На оси наносят шкалы в выбранных единицах измерения и точки по координатам (из табл. 1). Полученные точки соединяют плавной кривой (см. рис. 3).

Для построения графика силового баланса определяют все соcтавляющие этого баланса, формула (6), с учетом того, что уклон отсутствует (P_i= 0):

P_к = Р_f + к ∙ F ∙ V_ср ² + M_a ∙ j ∙ δ, (7)

где V_ср – средняя скорость автомобиля на данном участке (находится из графика), м/с;

j – ускорение (или замедление) на данном участке (находится из графика), м/с².

, (8)

где и – скорость в начале и конце рассматриваемого участка соответственно, м/с.

Формула (7) содержит три неизвестных: , Р_¦ и , а так как одно уравнение с тремя неизвестными не решается, определяются условия движения автомобиля, когда два неизвестных из этого уравнения равны нулю.

Рис. 4. Исходный график «разгон-накат»

При движении накатом 0, а сила инерции P_j меняет знак, становится движущей и занимает положение слева от знака равенства вместо силы Р_к. В этом случае в уравнении будет только два неизвестных: Р_f и :

P_j = Р_f + к ∙ F ∙ V_ср ² (9)

Экспериментами установлено, что при движении автомобиля со скоростью менее 4 м/с сопротивление воздуха мало по сравнению с остальными силами, действующими на автомобиль. Поэтому этой силой сопротивления в расчетах пренебрегают. Уравнение силового баланса (6) приобретет вид:

Р_f. (10)

Раскрывая это уравнение, получаем:

M_a ∙ j ∙ δ = Р_f (11)

В этом уравнении одно неизвестное – Р_f;

М_а – масса автомобиля 4600 кг;

δ – при выбеге на нейтральной передаче 1, 03 из формулы (5).

Это уравнение применимо только для режима движения накатом при скорости движения менее 4 м/с (участок на рис. 4). Замедление на этом участке определяют по формуле

, (12)

где – изменение скорости, м/с;

– изменение времени, с.

Так определяется сила сопротивления качению колес Р_f и далее она считается постоянной.

Затем приступают к решению уравнения (9), в котором неизвестным остается только :

М_а ∙ j ∙ δ = Р_f + к ∙ F ∙ V_ср ²;

Определяем неизвестное:

к ∙ F = (М_а ∙ j ∙ δ – Р_f) / V_ср ². (13)

Уравнение (9) есть уравнение силового баланса для режима наката (участок на рис. 4). На этом участке замедление – величина переменная, поэтому для его нахождения прибегают к методу графического дифференцирования. Участок разбивают на 5 приблизительно равных отрезков и для каждого из них вычисляют к ∙ F. Результаты заносят в табл. 2.

Таблица 2

Расчетная таблица фактора обтекаемости

Участок
К-1
1-2
2-3
3-4
4-Е

Затем полученные значения фактора обтекаемости усредняют:

. (14)

На основании полученных значений: силы сопротивления качению Р_f и фактора обтекаемости для автомобиля-лаборатории , можно определить все силы, действующие на автомобиль для различных условий движения.

По сумме сил сопротивления находят тяговую силу на колесах в режиме разгона, используя уравнение силового баланса (7).

Поскольку все эти силы постоянно меняют свое значение, применяют метод графического дифференцирования. Для этого каждый участок разгона на соответствующей передаче разбивают на 5 отрезков и для каждого отрезка производят расчет . Результаты расчета сводят в табл. 3.

Строить график силового баланса на базе полученных значений и нерационально, т.к. имеет место большой разброс результатов. С этой целью просчитывается и строится на формате А4 скоростная характеристика двигателя (рис. 5), на которой вычисленные значения графически усредняются.

Для расчета и используются следующие зависимости:

; (15)

, (16)

где – крутящий момент двигателя, Н·м;

– угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с;

– радиус качения колеса автомобиля-лаборатории 0, 47м;

– передаточное отношение трансмиссии,

, (17)

где – передаточное число включенной передачи в коробке передач (вторая - 3, 09; третья – 1, 71; четвертая – 1, 0);

– передаточные число главной передачи 6, 83;

– коэффициент полезного действия трансмиссии ≈ 0, 9.

Таблица 3

Сводная таблица величин режима разгона

Отрезок

Номер передачи

Py

0-1

1-2

2-3

3-4

4-А

В-6

…

12-Е

Масштаб графика выбирают из условия полного заполнения листа. По оси абсцисс располагают (от 0 до ). Значение для автомобиля-лаборатории (автобус ПАЗ 672) принимают из справочника 335 рад/с. Минимальную угловую скорость коленчатого вала двигателя принимают равной рад/с. На графике проводятся штриховыми линиями эти значения. Далее, на график наносятся 15 точек М_е при соответствующей скорости из табл. 3, которые затем соединяют тонки ми линиями последовательно по мере увеличения значений (см. рис. 5).

Интерполяцию проводят между штриховыми линиями по закону изменения для двигателей внутреннего сгорания и учитывают усредненность ее положения, т.е. суммы площадей между кривой и ломаной сверху и снизу должны быть приблизительно одинаковы.

Рис. 5 Скоростная характеристика двигателя

Для дальнейших расчетов полученная кривая считается за скоростную характеристику двигателя в процессе разгона автомобиля на всех передачах и принимается за основу при построении силового баланса автомобиля.

Выбирают 5 скорректированных значений крутящего момента двигателя на скоростной характеристике (включая точки при , и при ). Остальные две точки выбирают произвольно. Рассчитывают скорректированные значения сил по формуле:

(18)

и скорость автомобиля по формуле:

(19)

Расчеты производят, записывая значения в табл. 4.

Таблица 4

Таблица значений скоростной характеристики двигателя

Номер точки	Номер передачи
…

По полученным в табл. 4 данным строят три кривых на

2-й, 3-й и 4-й передачах (рис. 5).

Рис. 6 Силовой баланс автомобиля

Затем, на график наносят кривые зависимостей (учитывая принятое допущение, что ) и .

Зависимость рассчитывается по формуле (3). Скорости движения автомобиля можно взять те же, что при построении Р_к4.

Полученный график является силовым балансом автомобиля, полученным на основании эксперимента «разгон-накат».