Назначение, свойства и качество автомобиля и системы ВАДС

Автомобиль как транспортное средство и «устройство, предназначенное для перевозки по дорогам людей, грузов или оборудования, установленного на нем» [1, с.2], традиционно считают «источником повышенной опасности» [2, с.84]. Однако этот источник угрозы для жизни и здоровья водителю, пассажирам и пешеходам может обладать конструктивной безопасностью – активной, пассивной, послеаварийной и экологической [3, с.7].

Автомобиль как потенциальный источник опасности может обладать «цепью» свойств – надежностью, живучестью, безопасностью и безаварийностью. Все эти свойства отдельного автомобиля и автопарка можно измерять долями единицы, подобными общетехническому коэффициенту полезного действия (КПД) η, имеющему интервалы 0≤ η ≤ 1 и задающему цель инженерного поиска: η→1.

Топливную экономичность автомобиля, измеряемую по ГОСТ 20306-85 расходом топлива в литрах на 100 км, тоже можно измерять долями единицы и определять как свойство (объективную особенность, способность) автомобиля работать с наибольшим КПД в условиях нормальной и реальной эксплуатации.

Поскольку автомобиль является наземным транспортным средством и предназначен для перевозки в собственной снаряженной массе m_о суммы масс водителя, пассажиров, грузов или установленного специального оборудования

m_г = γq (3.1)

с мгновенной действительной, а не расчетной (теоретической υ_т) скоростью

(3.2)

по разным дорогам, улицам и опорным поверхностям, характеризуемым приведенным коэффициентом дорожных сопротивлений

ψ = f cos α ± sin α ≈ f ± I (3.3)

и коэффициентом сцепления

, (3.4)

то эти показатели (количественные характеристики) назначения и условий движения автомобиля можно и целесообразно синтезировать в формулах (символизированных определениях) полезной мощности автомобиля

N_mr = m_г υ_a (ψg ± j), (3.5)

полезной (транспортной) работы автомобиля

, (3.6)

коэффициента полезного действия (КПД) автомобиля

, (3.7)

часового расхода топлива автомобилем

(3.8)

и транспортной производительности автомобиля

, (3.9)

где m_o и m_а – соответственно собственная снаряженная и полная масса автомобиля, т;

m_г – полезная масса (водителя, пассажиров, грузов или специального оборудования), т;

q – грузоподъемность автомобиля, заданная заводом – изготовителем, т;

f – коэффициент сопротивления качению;

α – угол подъема (спуска), рад.;

γ – коэффициент использования грузоподъемности;

r_к – радиус качения ведущих колес, м;

u_тр – передаточное отношение трансмиссии;

n – частота вращения колесного вала двигателя, об/мин;

i – относительный подъем (+) или спуск (-) дороги, улицы или иной опорной поверхности; при малых значениях

i ≈ sinα≈ tgα ≈ α;

λ – коэффициент нормальной нагрузки ведущих колес; у полноприводного автомобиля λ = 1;

R_х ,R_у и R_z – соответственно продольная, боковая и нормальная реакции опорной поверхности на колесо, кН;

φ_х и φ_у – соответственно коэффициенты продольного и бокового сцепления шин с опорной поверхностью в интервале

0,05 ≤ φ ≤ 0,85;

g – ускорение свободного падения; g = 9,8 м/с²;

j – ускорение (+) или замедление (-) автомобиля, м/с²;

δ – коэффициент буксования ведущих колес, имеющий интервал 0 ≤ δ ≤1;

L – пробег автомобиля, км;

β – коэффициент использования пробега;

N_е – эффективная мощность двигателя, кВт;

η_е – эффективный КПД двигателя;

G_т – часовой расход топлива, кг/ч;

Н_и – низшая теплота сгорания топлива;

Н_и ≈ 42,5 МДж/кг – дизельное топливо;

Н_и ≈ 44 МДж/кг – автомобильный бензин;

Отсутствие в формулах (5) - (9) аэродинамических сопротивлений движению, а также инерции вращающихся масс обусловлено тем, что конструкция большинства автомобилей должна обеспечивать защиту водителя, пассажиров и грузов от атмосферных воздействий и должна быть приспособлена к движению с любой полезной массой m_в≤m_г≤γq, как правило, не вращаемой.

Поскольку масса водителя m_в в собственную массу снаряженного автомобиля m_о не входит и является условно полезной, то минимальные значения полезной мощности N_а, КПД η_а и транспортной производительности автомобиля W_а при m_г = m_в не имеют нулевых значений и позволяют определить часовой расход топлива порожним автомобилем

. (3.10)

Себестоимость мегаджоуля полезной работы автомобиля целесообразно разделить на четыре слагаемых:

, (3.11)

где С_а – себестоимость полезной физической работы автомобиля,

руб/МДж;

Ц_тм – комплексная цена топлива и сгорающего вместе с ним моторного масла, руб/л;

ρ_т – плотность топлива, кг/л;

Б_а – балансовая стоимость автомобиля, руб.;

а – суммарный коэффициент нормативных отчислений или реальных затрат на техническое обслуживание (ТО), текущий (ТР) и капитальный (КР) ремонты, реновацию, налоги, страхование; а ~ 0,4;

З_от – затраты на оплату труда водителей, руб;

П_а – потери дохода и затраты, обусловленные аварийной дефективностью автомобиля, в том числе возмещением материального ущерба и компенсацией морального вреда участникам ДТП, руб.

Первое слагаемое формулы (3.11) характеризует топливную экономичность автомобиля как его приспособленность к перевозкам с наименьшими затратами на топливо и работе с наибольшим КПД

(3.12)

или

, (3.13)

определимом экспериментально на стенде с беговыми барабанами. Сама же себестоимость С_а может характеризовать качество системы ВАДС (водитель-автомобиль-дорога-среда).