Расчет тягового усилия, определение динамического фактора и определение максимальной скорости автомобиля в различных дорожных условиях
Расчет тягового усилия, определение динамического фактора и
определение максимальной скорости автомобиля в различных дорожных условиях
Введение
автомобиль дорожный
тяговый
В данной работе
рассматривается автомобиль Ford Fusion - субкомпактвэн, выпускавшийся компанией
Ford Motor Company и разработанный её европейским отделением. Отличительные
особенности: невысокая цена, повышенная безопасность, высокий клиренс,
просторный салон. Выпускался в Германии, на заводе в городе Кёльн. Построен на базе
автомобиля Ford Fiesta.
В СНГ завоевал
большую популярность благодаря высокому клиренсу и небольшой цене. Среди
автомобилей Ford занимал второе место по количествам продаж, уступая лишь Ford
Focus. Существовала модификация Ford Fusion Calero, не поставлявшаяся в СНГ, с
неокрашенными в цвет кузова бамперами и боковыми накладками. В 2005 году
претерпел рейсталинг, в ходе которого изменились передний и задний бамперы,
молдинги, светотехника и дизайн передней панели.
Название модели
переводится как «слияние», «сплав». Разработчики пытались подчеркнуть, что
создали автомобиль, который вобрал в себе свойства хэтчбека гольф-класса и
«паркетного» вседорожника. Дизайн автомобиля получился агрессивным, из-за
широких молдингов в бамперах и по бокам автомобиля, неокрашенных в цвет кузова,
высокому клиренсу, и более серьёзному (по сравнению с Fiesta) дизайну. Модель
отличается довольно большим багажным отделением (337 л).
1. Технические
характеристики автомобиля
Параметры объекта исследования
приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Технические
характеристики автомобиля
|
Параметр автомобиля
|
Значение параметра
|
|
Модель автомобиля
|
Ford Fusion
|
|
Тип кузова
|
субкомпактвэн
|
|
Количество дверей / мест
|
5 / 5
|
|
Тип двигателя
|
бензиновый
|
|
Рабочий обьем, см3
|
1596
|
|
Количество / расположение цилиндров
|
4 / рядное
|
|
Степень сжатия
|
11
|
|
Максимальная мощность, кВт / (об/мин)
|
75 / 6000
|
|
Максимальный крутящий момент, Н·м / (об/мин)
|
143/4000
|
|
Тип трансмиссии
|
механическая
|
|
Привод
|
на передние колеса
|
|
Коробка передач
|
5-ступенчатая
|
|
Передаточные числа коробки передач
|
I II III IV V 3,15 1,93 1,28 0,96 0,76
|
|
Передаточное число главной передачи
|
4,25
|
|
Колесная база, мм
|
2485
|
|
Длина / ширина / высота, мм
|
4020/1708/1503
|
|
Снаряженная масса, кг
|
1080
|
|
Размер шин
|
195/65 R15
|
|
Максимальная скорость, км/ч
|
178
|
|
КПД трансмиссии
|
0,91
|
|
Коэффициент лобового сопротивления
|
0,32
|
2. Расчет тягового
усилия
Расчёт тягового усилия производится
по формуле:
крутящий
момент (кНм),
передаточное
число включенной передачи,
передаточное
число главной передачи,
КПД
трансмиссии,
радиус
колеса (м).
В нормальных условиях динамический
радиус колеса 
принимается
равным статическому радиусу 
.
Статический радиус найдем по формуле:
= 0,5D + zH, (м)
z - коэффициент вертикальной деформации (0,8…0,85),
D - посадочный диаметр обода шины (м),
H - высота профиля шины (м).
м
Для вычисления крутящего момента по
формуле:
Найдем 
по формуле Лейдермана:
n - выбранная частота вращения коленчатого вала, об/мин,
-
частота вращения, соответствующая максимальной мощности, об/мин
Скорость движения автомобиля на
каждой передаче рассчитывается по формуле
частота
вращения коленчатого вала,
Данные расчета приведены в таблице
2. График зависимости тягового усилия от скорости автомобиля представлен на
рисунке 1.
Таблица 2 - Расчет тягового усилия
Ford Fusion
|
n1, об/мин
|
n2
|
n3
|
n4
|
n5
|
n6
|
n7
|
n8
|
|
1400
|
2000
|
2600
|
3200
|
3800
|
4400
|
5000
|
5600
|
|
Ne1, кВт
|
Ne2
|
Ne3
|
Ne4
|
Ne5
|
Ne6
|
Ne7
|
Ne8
|
|
22,26563
|
32,9355
|
43,48237
|
53,35277
|
61,99321
|
68,85022
|
73,37031
|
75
|
|
Me1, кН*м
|
Me2
|
Me3
|
Me4
|
Me5
|
Me6
|
Me7
|
Me8
|
|
151,8834
|
157,267
|
159,7141
|
159,2247
|
155,7987
|
149,4363
|
140,1373
|
127,9018
|
|
1 передача
|
3,77
|
|
|
|
|
|
|
|
V1, км/ч
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
V7
|
V8
|
|
9,209713
|
13,15673
|
17,10375
|
21,05077
|
24,99779
|
28,94481
|
32,89183
|
36,83885
|
|
Pk1, Н
|
Pk2
|
Pk3
|
Pk4
|
Pk5
|
Pk6
|
Pk7
|
Pk8
|
|
7920,907
|
8201,669
|
8329,289
|
8303,765
|
8125,098
|
7793,288
|
7308,334
|
6670,237
|
|
2 передача
|
2,1
|
|
|
|
|
|
|
|
V1, км/ч
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
V7
|
V8
|
|
16,53363
|
23,61947
|
30,70531
|
37,79115
|
44,87699
|
51,96283
|
59,04867
|
66,13451
|
|
Pk1, Н
|
Pk2
|
Pk3
|
Pk4
|
Pk5
|
Pk6
|
Pk7
|
Pk8
|
|
4412,176
|
4568,569
|
4639,657
|
4625,439
|
4525,917
|
4341,089
|
4070,955
|
3715,517
|
|
3 передача
|
1,43
|
|
|
|
|
|
|
|
V1, км/ч
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
V7
|
V8
|
|
24,28015
|
34,68593
|
45,09171
|
55,49749
|
65,90327
|
76,30905
|
86,71483
|
97,12061
|
|
Pk1, Н
|
Pk2
|
Pk3
|
Pk4
|
Pk5
|
Pk6
|
Pk7
|
Pk8
|
|
3004,482
|
3110,978
|
3159,385
|
3149,704
|
3081,934
|
2956,075
|
2772,127
|
2530,09
|
|
4 передача
|
1,08
|
|
|
|
|
|
|
|
V1, км/ч
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
V7
|
V8
|
|
32,14872
|
45,92674
|
59,70477
|
73,48279
|
87,26081
|
101,0388
|
114,8169
|
128,5949
|
|
Pk1, Н
|
Pk2
|
Pk3
|
Pk4
|
Pk5
|
Pk6
|
Pk7
|
Pk8
|
|
2269,119
|
2349,55
|
2386,109
|
2378,797
|
2327,614
|
2232,56
|
2093,634
|
1910,837
|
|
5 передача
|
0,85
|
|
|
|
|
|
|
|
V1, км/ч
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
V7
|
V8
|
|
40,84779
|
58,35398
|
75,86017
|
93,36637
|
110,8726
|
128,3788
|
145,885
|
163,3911
|
|
Pk1, Н
|
Pk2
|
Pk3
|
Pk4
|
Pk5
|
Pk6
|
Pk7
|
Pk8
|
|
1785,881
|
1849,183
|
1877,956
|
1872,202
|
1831,919
|
1757,107
|
1647,768
|
1503,9
|
Рисунок 1 - График зависимости
тягового усилия от скорости автомобиля
. Определение
динамического фактора
Динамический фактор автомобиля,
является показателем его тягового и скоростного качеств и определяется по
формуле
тяговое
усилие автомобиля, (Н)
сила
сопротивления воздуха, (Н)
вес
автомобиля. (Н)
Сила сопротивления воздуха находится
по формуле
коэффициент
аэродинамического сопротивления автомобиля,
лобовая
площадь, 
скорость
движения автомобиля. (км/ч)
Лобовая площадь может быть
определена по чертежу автомобиля [1], а при его отсутствии - приближенно по
выражению:
коэффициент
заполнения, (0,78…0,8)
высота
автомобиля, (м)
ширина
автомобиля. (м)
Величины Pk, Pw и D рассчитаны в зависимости от
скорости движения автомобиля и представляют в виде графиков динамической
характеристики.
Значения скорости для разных режимов
берётся из предыдущего расчета. Результаты расчетов приведены в таблице 3.
По этим зависимостям можно найти и
ускорения автомобиля (таблица 4) для разных передач и скоростей:
- коэффициент трения о поверхность.
Значения коэффициента для разных
поверхностей:
- для
асфальта; 
- для
песка; 
д - коэффициент учета вращающихся
масс, находится по формуле:
g - ускорение свободного падения. (м/c2)
Таблица 3 - Расчет динамического
фактора автомобиля
|
Сx
|
F, м
|
G, Н
|
|
|
0,32
|
2,38
|
12831,48
|
|
|
Pw1, Н
|
Pw2
|
Pw3
|
Pw4
|
Pw5
|
Pw6
|
Pw7
|
Pw8
|
|
4,984414
|
10,17227
|
17,19114
|
26,04102
|
36,72191
|
49,23381
|
63,57671
|
79,75063
|
|
Pw1, Н
|
Pw3
|
Pw4
|
Pw5
|
Pw6
|
Pw7
|
Pw8
|
|
16,06417
|
32,78402
|
55,40499
|
83,92708
|
118,3503
|
158,6746
|
204,9001
|
257,0267
|
|
Pw1, Н
|
Pw2
|
Pw3
|
Pw4
|
Pw5
|
Pw6
|
Pw7
|
Pw8
|
|
34,64374
|
70,70151
|
119,4855
|
180,9959
|
255,2324
|
342,1953
|
441,8844
|
554,2998
|
|
Pw1, Н
|
Pw2
|
Pw3
|
Pw4
|
Pw5
|
Pw6
|
Pw7
|
Pw8
|
|
60,73644
|
123,9519
|
209,4787
|
317,3169
|
447,4664
|
599,9273
|
774,6995
|
971,783
|
|
D1, %
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
D8
|
|
60,29142
|
62,43907
|
63,37895
|
63,11106
|
61,63541
|
58,95199
|
55,06081
|
49,96186
|
|
D1, %
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
D8
|
|
32,86037
|
33,94889
|
34,3266
|
33,99352
|
32,94963
|
31,19495
|
28,72946
|
25,55317
|
|
D1, %
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
D8
|
|
21,74494
|
22,29389
|
22,29095
|
21,73613
|
20,62942
|
18,97083
|
16,76035
|
13,99799
|
|
D1, %
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
D8
|
|
15,81066
|
15,94483
|
15,56321
|
14,6658
|
13,25262
|
11,32365
|
8,878898
|
5,918362
|
|
Pw1, Н
|
Pw2
|
Pw3
|
Pw4
|
Pw5
|
Pw6
|
Pw7
|
Pw8
|
|
98,05257
|
200,1073
|
338,1813
|
512,2746
|
722,3873
|
968,5193
|
1250,671
|
1568,841
|
|
D1, %
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
D8
|
|
11,75381
|
11,45179
|
10,59998
|
9,198364
|
7,246947
|
4,745729
|
1,69471
|
-1,90611
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость динамического фактора от
скорости автомобиля выглядит следующим образом (рисунок 2):
Рисунок 2 - Динамический фактор
автомобиля Ford Fusion
Таблица 4 - Расчет ускорений
автомобиля
|
д1д2д3д4fасфfпесgд5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,74
|
1,25
|
1,132
|
1,088
|
0,014
|
0,2
|
9,81
|
1,066
|
|
a1асф, м/c2
|
|
3,398399
|
3,519482
|
3,572472
|
3,557369
|
3,474173
|
3,322883
|
3,103501
|
2,816026
|
|
a2асф, м/c2
|
|
2,577783
|
2,66321
|
2,692853
|
2,666713
|
2,584788
|
2,447081
|
2,253589
|
2,004314
|
|
a3асф, м/c2
|
|
1,88322
|
1,930792
|
1,930538
|
1,882457
|
1,786549
|
1,642814
|
1,451252
|
1,211864
|
|
a4асф, м/c2
|
|
1,424313
|
1,43641
|
1,402001
|
1,321086
|
1,193666
|
1,01974
|
0,799307
|
0,532369
|
|
a5асф, м/c2
|
|
1,080371
|
1,052578
|
0,974188
|
0,845203
|
0,665621
|
0,435443
|
0,154669
|
-0,1767
|
Ускорения автомобиля на разных
поверхностях представлены на рисунках 3, 4, 5.
Рисунок 3 - График ускорений
автомобиля на асфальте
Рисунок 4 - График ускорений
автомобиля на песке
Рисунок 5 - График ускорений
автомобиля на грунте
. Определение
максимальной скорости автомобиля при различных дорожных условиях
Потребная мощность двигателя
определяется по формуле
мощность,
затрачиваемая на трение колёс о поверхность дорожного покрытия, (кВт)
мощность,
затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, (кВт)
КПД
трансмиссии.
Мощность, затрачиваемая на преодоление
сопротивления воздуха, определяется по формуле
коэффициент
аэродинамического сопротивления автомобиля,
лобовая
площадь, (
скорость
движения автомобиля. (км/ч)
Мощность, затрачиваемая на трение
колёс о поверхность дорожного покрытия, определяется по формуле
коэффициент
трения о поверхность,
ускорение
свободного падения, (м/c2)
снаряженная
масса автомобиля, (кг)
скорость
движения автомобиля. (км/ч)
Расчетные значения мощностей
приведены в таблице 5. По этим значениям построен график, изображенный на
рисунке 6.
Таблица 5 - Расчет мощностей
Рисунок 6 - Баланс мощностей
автомобиля
Заключение
При заданных технических
характеристиках был выполнен расчет тягового усилия автомобиля Ford Fusion с
построением графика зависимости тягового усилия от скорости движения на разных
передачах. Определен динамический фактор автомобиля, построен график
зависимости динамического фактора от скорости движения на разных передачах.
Определена максимальная скорость и ускорение автомобиля в различных дорожных
условиях и графически определена максимально возможная скорость, развиваемая
автомобилем при движении по различным покрытиям: 
Список использованных
источников
1.
http://quto.ru/Ford/Fusion/I/hatchback5d/
2.
http://auto.otzyv.ru/technicals.php? id=540
.
http://avtomarket.ru/catalog/Ford/Fusion/43953/
.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Ford_Fusion