Динамический фактор и Динамическая характеристика

Уравнения тягового и мощностного балансов (глава 2) включают параметры, характеризующие динамические качества автомобиля (ψ, v, dv/dt). Но они неудобны для сравнения между собой автомобилей, имеющих различный вес (массу).

Перенесем силу сопротивления воздуха из правой части уравнения тягового баланса в левую:

Р_к - Р_w = Р_f + Р_h + Р_j .

Разделим обе части полученного уравнения на полный вес автомобиля G:

.

В развернутом виде это уравнение имеет вид:

. (1)

Выражение, находящееся в левой части этого уравнения, отражающее отношение избыточной тяговой силы (Р_к - Р_w) к весу автомобиля G, получило название динамического фактора (D), и служит для оценки тяговых и динамических качеств различных автомобилей в различных условиях их движения (качество дороги, нагрузка автомобиля и т.д.).

По определению динамический фактор есть отношение избыточной тяги к полному весу автомобиля, и является обобщенным показателем его динамических свойств:

.

Важным достоинством этого фактора является то, что в условиях установившегося движения численные значения динамического фактора и суммарного коэффициента дорожного сопротивления равны (ψ = D). В этом случае, зная динамический фактор автомобиля, можно сразу определить, какое дорожное сопротивление он может преодолеть.

Как следует из уравнения (1) левая его часть отражает величину избыточной силы тяги, которая преодолевает силу сопротивления качению, подъему и силу инерции.

Из уравнения тягового баланса для установившегося движения по горизонтальной дороге (j = 0; sinα = 0) следует:

.

При движении без ускорения на подъем (j = 0):

D = ψ= f + sinα ,

где ψ= f + sinα – коэффициент дорожного сопротивления.

Отсюда следует, чем больше динамический фактор, тем больший подъем может быть преодолен автомобилем:

sinα = D – f , то есть α = arсsin (D - f)

Для ускоренного или замедленного движения по горизонтальной дороге (Р_h = 0):

.

Следовательно, чем больше величина D, тем большее ускорение при прочих равных условиях может развивать автомобиль:

. (2)

Из выражения (1) следует, что:

.

Таким образом, за счет использования инерции автомобиля преодолеваемый им подъем может быть увеличен.

Так как касательная сила тяги и сила сопротивления воздуха изменяются в функции скорости, то и динамический фактор зависит от скорости. График, показывающий изменение динамического фактора в зависимости от скорости движения D = f(v) автомобиля на различных передачах, называется динамической характеристикой автомобиля (рис.1). Это основная характеристика автомобиля, отражающая его тягово-скоростные качества.

При построении этой характеристики по оси абсцисс откладывается скорость движения автомобиля, а по оси ординат – динамический фактор в виде десятичной дроби. График служит в качестве основного показателя, наглядно характеризующего динамику автомобиля. С его помощью определяют максимальные скорости движения автомобиля на разных участках дороги, предельные величины подъемов, преодолеваемых с установившейся скоростью, величины ускорений, развиваемых автомобилем.

При установившемся движении автомобиля по горизонтальной дороге, когда динамический фактор равен коэффициенту сопротивления качению (D = f ), значения f откладываются по оси ординат динамической характеристики в том же масштабе, что и динамический фактор, в виде десятичной дроби.

Отрезки ординат, заключенные междукривыми D и f, представляют собой ту часть динамического фактора, которая может быть использована для разгона автомобиля (запас по динамическому фактору при разгоне).

Максимальное сопротивление качению, которое автомобиль может преодолеть при движении на какой либо передаче, определяется максимальным значением динамического фактора на этой передаче, достигаемым примерно при той же скорости, что и соответствующие Р_{к mах}. В этом случае движение возможно лишь при одной определенной скорости, называемой критической (v_кр).

Так же как и величина максимальной касательной силы тяги Р_φ, максимальное значение динамического фактора ограничивается сцеплением шин ведущих колес автомобиля с опорной поверхностью D_φ. Поэтому все значения динамического фактора, превышающие его возможную величину по сцеплению, которое подсчитывается по формуле:

, (3)

не могут быть практически реализованы в данных дорожных условиях.

Предельная по буксованию является величина D_φ, которая может иметь место обычно на низшей передаче, когда Р_w можно принять равной нулю, а Р_к = Р_{φ mах}.

При этом:

где λ – доля веса автомобиля, приходящегося на его ведущие колеса.

Для полноприводного автомобиля λ =1, поэтому D_φ = φ.

На динамической характеристике автомобиля можно отметить несколько характерных точек, которые часто приводятся в технических характеристиках автомобиля:

v_max – максимальная скорость движения автомобиля по дороге, характеризуемой суммарным коэффициентом дорожного сопротивления ψ = 0,015;

D₁ - динамический фактор на прямой дороге при некоторой наиболее употребительной для данного типа автомобиля скорости движения (обычно 0,4…0,5 от v_max);

D'_max - максимальное значение динамического фактора на высшей передачи и соответствующее ему значение критической скорости v_кр, определяющие возможность движения автомобиля на тяжелой дороге;

D₂ - динамический фактор на промежуточных передачах, характеризующий способность автомобиля к преодолению длительных подъемов;

D_max - максимальный динамический фактор на низшей передаче, характеризующий возможность преодоления максимального дорожного сопротивления.

Приведенные пять характерных точек достаточно полно определяют динамические качества автомобиля.