STUDIUL DINAMIC AL AUTOVEHICULULUI 1.1. STUDIUL SOLUȚIILOR SIMILARE Pentru realizarea de noi modele de autovehicule în etapa actuala de dezvoltare,… [311677]

CAPITOLUL 1

STUDIUL DINAMIC AL AUTOVEHICULULUI

1.1. [anonimizat], [anonimizat], de cerințele potențialilor beneficiari și de tendințele previzionate pentru viitor.

[anonimizat], având caracteristici similare celui dat prin tema de proiect și se va întocmi un tabel cu date (bancă de date) cât mai cuprinzătoare.

[anonimizat].

În tabelul 1.1 [anonimizat], performanțele și consumul de combustibil.

[anonimizat], absolut necesare pentru calculul de dinamica si constructie a acestuia si anume:

– organizarea generală a autoturismului;

– amenajarea interioară;

– stabilirea caracteristicile dimensionale;

– stabilirea caracteristicile masice și determinarea repartizartiției acesteia pe punți și pe roți;

– alegerea anvelopelor și determinarea dimensiunilor caracteristice ale acesteia ([anonimizat]). ete.

1.2. TENDINȚELE DE DEZVOLTARE

Până în prezent am fost martorul unei dezvoltări uluitoare a [anonimizat].

Trei științe majore s-au dezvoltat și au marcat trecutul nu prea îndepărtat:

– fizica, știința care a reușit înțelegerea structurii atomilor prin prisma mecanicii cuantice.

– biologia ([anonimizat], biochimia și genetica), prin care s-a reușit înțelegerea structurii celulei și a mecanismelor vieții.

– informatica, prin care s-au dezvoltat în simbioză mijloacele de comunicare și de calcul.

Începutul secolului al 21-lea surprinde omenirea în fața unor noi provocări extraordinare: [anonimizat], poluarea la toate nivelurile și sub toate formele posibile (chimică, electromagnetică, etc.), [anonimizat], terorismul cu toate formele lui ([anonimizat], atacuri cu gaze de luptă).

[anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], noi inovații. Se vor construi autovehicule care să corespundă așteptărilor și nevoilor beneficiarilor urmărind marirea rezistentei si eliminarea riscurilor (cu referire la siguranță autovehiculelor, a persoanelor și a bunurilor transportate), în condițiile maximizării confortului, a bucuriei și plăcerii conducerii precum și a beneficiilor economice.

Direcțiile de analiză au în vedere orientarea generală în ceea ce privește ansamblul autovehicul (modul de organizare a familiei de autovehicule urmarite), varianta de motorizare, tipul și organizarea transmisiei, construcția sistemelor și a instalațiilor auxiliare, amenajarea interioară, elementele de confort și siguranță, ete.)

Domeniile de acțiune s-au extins asupra tuturor parților componente ale autovehiculelor și s-a încercat aplicarea celor mai noi și eficiente soluții de îmbunatățire a diverselor sale parți componente.

Caroseria (șasiul) acestor categorii de autovehicule, cu destinație de deplasare pe căi amenajate, dar și în teren, și care este suportul tuturor subansamblurilor acestuia (motor, transmisie, mecanisme de ghidare, sistemele de rulare, suspensie, frânare și direcție, instalații) este necesar să aibă rezistență sporită, rigiditate corespunzătoare (acesta nu trebiue să sufere deformații în timpul exploatării), greutate mică, preț de cost scăzut, posibilități simple și rapide de montare (demontare) și întreținere ușoară a ansamblului și a subansamblurilor menționate.

Referitor la caroserii cercetarile efectuate au condus la realizarea unor caroserii având masă redusă, coeficienți aerodinamici cât mai mici, datorită folosirii oțelurilor de înaltă rezistență, cu o limita de elasticitate ridicată și a altor categorii de materiale (materiale plastice, compozite, ceramice). Dimensiunile principale ale postului de conducere și limitele de amplasare a organelor de comanda manuala la autovehicul sunt reglementate în STAS 6689/1-81 și se aleg astfel încât acestea să fie în permanență în raza de actiune determinată de dimensiunile antropometrice ale conducatorului auto și astfel încât să se realizeze o caroserie de siguranță și securitate.

În domeniul materialelor din care se executa piesele autovehiculelor, tendința este aceea de înlocuire fontei și otelului cu aluminiul si aliajele sale, cu mase plastice si materialele compozite.

Motoarele autovehiculelor au beneficiat și beneficiază în continuare de o atenție deosebită, eforturile de sporire a performanțelor lor fiind îndreptate în mai multe direcții: reducerea costurilor de fabricație și a consumului de combustibil, mărirea puterii litrice, reducerea emisiilor poluante, realizarea într-o formă cât mai ușoara și mai compactă.

Pentru modelele de viitoare, se extinde nomenclatorul reperelor ce vor fi realizate din materiale neconventionale. Datorita posibilitatilor de obținere economică, prin procedee moderne de turnare și prelucrare, a bunei rezistențe la coroziune, conductibilitatii termice ridicate, aspectului placut si greutății reduse, reperelor din aluminiu se folosesc pentru o serie de piese, cum sunt blocurile motoarelor, chiulasele, pistoanele, cilindrii (Mercedes foloseste tehnologia elaborata de Reynolds Metals la turnarea blocului motor din aliaj supereutectic pe baza de aluminiu cu 17% siliciu, pistoanele si cilindrii se executa din aluminiu tratat special impotriva coroziunii, camasile cilindrilor sunt finisate dupa lepuire cu scule diamantate si supuse ulterior decaparii electrochimice), radiatoarele.

Materialele ceramice, cum sunt nitrurile si carburile de siliciu, carburile si nitrurile de bor, titanatul de aluminiu, oxidiul de zirconiu, silicatul de magneziu-aluminiu, etc., datorita conductibilitatii si dilatarii termice reduse, bunei porozitati si calitatilor antifrictiune acceptabile, precum si simplitatii tehnologiilor de executie a pieselor, se extind ca inlocuitoare ale celor traditionale in constructiile supapelor, scaunelor si ghidurilor de supape, camerelor de ardere divizate, izolatorului termic al capului pistonului, colectoarelor de evacuare, rotoarelor turbinei.

Motoarele TSI sau TDI cu dublă supraalimentare ofere avantaje nete prin reducerea consumului de combustibil și a emisiilor de CO2, care totodată să realizeze puteri și cupluri remarcabile.

Injecția directă a benzinei plus supraalimentareputerea permit ca evoluția puterii și cuplului să atingă niveluri superioare, în ciuda capacității reduse a cilindrilor.

O altă preocupare constantă este aceea a creării unor familii de motoare pornindu-se de la un monocilindru sau de la un motor de bază, de la care funcție de necesități se realizează o serie de motoare cu puteri și capacități diferite având unele părți componente identice, procedeul favorizând folosirea tipizarii în tehnologia de fabricație și de exploatare a autovehiculelor.

Folosirea supraalimentarii prin diferite procedee, este tot mai des întalnită la motoarele de autoturisme, procedeul asigurând cresterea puterii și a momentului cu scăderea turațiilor corespunzătoare și a consumului de combustibil.

Numeroase sunt și preocupările legate de ameliorarea camerei de ardere, a tubulaturii de admisie și evacuare, a geometriei de dispunere și acționare a supapelor, a numărului, marimii și locului de amplsare, dispozitive de alimentare stratificată cu combustibil, a înlocuirii materialelor metalice cu materiale ceramice, a realizării motoarelor adiabatice cu un raport de comprimare variabil, etc.Ultimele realizări în domeniul arderii, alimentării și aprinderii care permit reglaje îmbunătățite de avans și dozaj vor conduce la creșterea performanțelor motoarelor respective, la reducerea consumului de combustibil și a agenților poluanți. Se fac în prezent eforturi considerabile pentru limitarea emisiei de gaze nocive prin folosirea unor dispozitive de purificare a gazelor de evacuare.

Transmisia autovehiculelor ca element de adaptare a posibilităților energetice ale motorului la cerințele energetice le autovehiculului, a fost și este în atenția cercetătorilor și a constructorilor de autovehicule, urmărindu-se prin soluțiile constructive adoptate cresterea performantelor dinamice si economice, sporirea confortului și a siguranței.

Realizarea de transmisii cu dublu ambreiaj (figura 1.1) cu mai mult de 5 trepte, îmbină într-un mod eficient avantajele unei cutii de viteze manuale cu cele ale uneia automate (confort, schimbarea treptelor fără întreruperi de tracțiune, randament ridicat) și care sunt deja realizate firmele consacrate (Volkswagen VW, Audi, BMW, Skoda, Seat).

Pe lângă transmisiile mecanice o folosire deosebită au transmisiile automate și care în ultima vreme sunt controlate electronic.

La autoturismele cu tracțiune integrală diferențialele interaxiale clasice blocabile sau autoblocabile pot fi considerate ca făcând parte din prima generație, iar diferențialele cu frecare internă marită și vâscocuplajele pot constitui cea de-a doua generație de diferențiale, a treia generație reprezentând-o diferențialele autoblocabile cu detectare de cuplu denumite TORSEN (SENsibil la momentul de TORsiune).

La autoturismele cu tractiune integrala semipermanenta sau, mai corect, TOD (Torque On Demand – cuplu atunci cand este solicitat), si pe multe din categoriile SUV (spre exemplu, pe modelele din gama VW cu tractiune fata si disponibile in variante 4×4), este utilizat cuplajul Haldex preponderent ca diferential interaxial care este practic un ambreiaj multidisc in baie de ulei comandat de catre o centrala electronica prin intermediul unui actuator hidraulic care asigura cuplarea celor doi arbori,  de intrare si respectiv de iesire (figura 1.3).

Acest cuplaj sta la baza asa numitelor diferentiale active, cum este si diferentialul interaxial care echipeaza Mitsubishi Lancer Evo VII si urmatoarele. O aplicatie interesanta este asa numitul AYC (Active Yaw Control), introdus pentru prima data pe Mitsubishi Evo IV si care, prin utilizarea unui diferential activ similar, livreaza un cuplu mai mare pe roata spate dinspre exteriorul virajelor pentru a permite parcurgerea mai rapida a acestora.

Unele autovehicule utilizeaza o solutie similara dar cu un actuator electric. De exemplu, modelele BMW cu tractiune integrala xDrive fabricate dupa 2003 realizeaza cuplarea ambreiajului multidisc cu ajutorul unui servomotor electric care actioneaza un disc cu came (figura 1.4).

Puntile autoturismelor

La astfel de autoturisme, tendința este de a prelua tot ce este nou în constructia de punți utilizate la autoturismele de competiții sportive și anume: punți cu mecanisme de ghidare a roților multilink (figura 1.5 a-puntea din față, b-puntea din spate). Caracteristic acestora, este faptul ca mecanismele de ghidare a roților sunt alcatuite dintr-un numar de brațe mai mare de trei.

Puntile moderne, sunt déjà echipate cu suspensii adaptive (realizand astfel caracteristici dinamice sportive și confort sporit și optim la rulare).

Acest sistem inovator permite adaptarea permanentă a suspensiilor la condițiile curente ale suprafeței de rulare și la situația de mers curentă. În funcție de propriile preferințe, șoferul are posibilitatea de a alege între un mod de rulare ″sportiv″, ″normal″ sau ″confortabil″ și care se poate face asta prin simpla apăsare a unui buton.

Și despre suspensii, putem spune ca fac obiectul unor studii aprofundate privind condiționarea reciprocă dintre pneu, suspensie și calea de rulare. Acestea au permis să se obțină prin simulare pe calculator a fenomenelor complexe care au loc în timpul deplasarii autovehiculului, putându-se obține suspensii corespunzatoare pentru fiecare model executat, cu efect deosebit asupra confortului, a siguranței în deplasare și a stabilității.

Sistemul de frânare, cunoaște de asemenea preocupari intense de îmbunătățire și anume:

– generalizarea sistemelor de frânare cu mai multe circuite;

– utilizarea pe scara larga a controlului electronic al frânarii (ABS);

– utilizarea pentru componentele sistemelor de frânare, a materialelor având caracteristici superioare.

Majoritatea autovehiculelor moderne sunt echipate fie cu frâne disc, fie cu frane mixte, (adică cu frâne disc la roțile din față și frâne cu tambur la roțile din spate). S-a generalizat și folosirea limitatoareler de frânare. Pentru o mai mare siguranță în exploatare se folosesc indicatoare ale uzării garniturilor de frână, frâne autoreglabile, aparate sau sisteme care să impiedice blocarea roților în cazul frânelor intensive, servomecanisme de acționare comandate de galeria de admisie a motorului sau de către o pompa suplimentară.

Sistemele de frânre având dispozitive de antiblocare a roților (ABS) (figura 1.6) și ESP îi vin în ajutor șoferului în situațiile critice. ESP susține șoferul în situații extreme, intervenind controlat asupra frânelor și a managementului motorului, pentru a împiedica deraparea mașinii. ABS menține manevrabilitatea autovehiculului la frânarea puternică, astfel încât șoferul să poată evita obstacolul și pentru a nu se ajunge la o coliziune.

Asistentul pentru frânare-confort susține șoferul în anumite situații, intensificând forța de frânare oținând astfel, distanța de frânare semnificativ redusă.

Sistemul de amplificare în două etape a forței de frânare asigură un răspuns rapid al frânelor la o cursă scurtă a pedalei, precum și o dozare optimă și un efort minim la frânare, până la valoarea optimă pentru ABS (frânare maximă).

Sistemul de directie este conceput în soluții constructive legate de tipul mecanismelor de ghidare și a suspensiei folosite, astfel încât între acestea să se asigure corelarea cinematica (fara blocaje) iar roților sa li se asigure o geometrie corespuzatoare. În ce priveste tendintele de dezvoltare se remarcă: extinderea folosirii servodirecțiilor; reducerea reacțiunilor inverse de la roata spre volan; creșterea comodități în conducere și a siguranței în deplasare, prin folosircea unor mecanisme servo, respectiv prin folosirea unor volane și axe de volan rabatabile sau telescopice.

Pentru îmbunatatirea manevrabilității și stabilității în viraje, sunt preocupări pentru găsirea unor soluții constructive de sisteme de direcție cu acțiune asupra celor 4 roți.

Sistemele de direcție cu servosisteme suplimentare de acționare (electro-mecanice sau electro-hidraulice) și control electronic de funcționare sunt variante care tind să se generalizeze în construcția autovehiculelor.

Servodirecțiile electro-mecanice (figura 1.7) realizează o forță auxiliară reglată electric în funcție de viteza de rulare care acționează numai în cazul în care este necesară în beneficiul conducătorului auto.

Servosistemele elector-mecanice suplimentare actionează după cum se observă astfel: – la cel din figura 1.7, a pe arborele volanului; – in cazul prezentat in figura 1.7,b acționează asupra cremalierei.

Servodirecția electro-hidraulică reprezintă o formă superioară a servodirecției hidraulice cunoscute deja.

Diferența principală este reprezentată de propulsorul pompei hidraulice, care oferă presiunea necesară pentru asistența forței sistemului de direcție.

La servodirecția electro-hidraulică, electromotorul acționează pompa, care funcționează în funcție de asistența necesară a forței sistemului de direcție. La viteze foarte reduse sau în cazul în care autovehiculul este staționat, debitul pompei hidraulice crește pentru a asigura o asistență superioară a forței sistemului de direcție.

Avantajul în comparație cu o servodirecție hidraulică este reducerea consumului de carburant, oferind totodată o funcție nouă de confort și siguranță: revenirea activă a direcției în poziția mediană îmbunătățește confortul, iar compensarea vântului lateral permite un confort suplimentar în beneficiul conducătorului auto în cazul unui carosabil înclinat într-o parte sau al unui vânt lateral constant. O senzație unică la volanul modelelor echipate cu acest sistem este oferită de adaptarea individuală a forței de asistare a sistemului de direcție în funcție de motorizarea și de dotarea corespunzătoare.

Aceste funcții suplimentare sunt disponibile prin cuplarea sistemului de comandă la CAN Data Bus

La viteze ridicate, turația scade, având în vedere că nu este necesară o asistență. Avantajele oferite de servodirecția electro-hidraulică sunt reprezentate de confortul superior prin intermediul unei direcții ușor de acționat la efectuarea manevrelor, dar rigid la viteze ridicate, la care se adaugă reducerea consumului de carburant, având în vedere că energia este consumată în funcție de necesități.

Bordul și aparatura de bord sunt realizate în designuri atractive care înglobează sisteme de mare importanță cum sunt urmatoarele: sistemul multimedia si de navigație, sistem audio performant (bass reflex), card mâini-libere, asistență la pornirea în rampă, modul eco de optimizare a consumului.

Aparatura electronică asistată de calculator este de un real folos, ea supraveghind și informând conducătorul despre diferiți parametrii necesari conducerii în siguranță, informații asupra funcționării organelor în mișcare, urmărind atingerea unor limite maxime de uzură, indică consumul instantaneu și rezerva de combustibil etc.

La capitolul siguranță intră echipamente ca: ABS, airbag, centuri ajustabile în înălțime, tetiere pentru locurile din spate, faruri de ceață. Referitor la ergonomie se disting echipamente care la clasele medii și mari sunt indispensabile: coloana volanului și scaunul șoferului ajustabile în înălțime, direcție servoasistată, oglinzi reglabile din interior. Confortul este însumarea ergonomiei cu echipamente indispensabile: aerul condiționat, transmisia automată, tapiseria din piele, geamuri acționate electric.

Sistemele de asistență sunt elemente de actualitate cu caracter de generalizare în viitor. Printre acestea amintim: lane assist; funcția automată de reglare a distanței; front assist; side assist; asistentul pentru frânare; parkpilot; rear assist.

1.3 ORGANIZAREA GENERALĂ ȘI STABILIREA PARAMETRILOR PRINCIPALI AI AUTOTURIMULUI

1.3.1. Alegerea soluției de organizare generală a autovehiculului

Ținând seama de soluțiile similare, extrase si analizate din literatura de specialitate și având în vedere tendințele de dezvoltare, se adoptă in aceasta etapa urmatoarele:

– soluția de organizare generală a autovehiculului;

– soluția de organizare a transmisiei;

– sistemele de directie, de franare, de suspensie și amenajarea interioară.

Astfel, pentru autoturismul dat prin temă, ținând cont de domeniul de utilizare al acestuia, respectiv transportarea a 5 persoane si a bagajelor acestora, atât în mediul urban, interurban, pe cai rutiere amenajate sau neamenajate (teren) organizării generala, a transmisiei si a sistemelor acestuia, constituie problema fundamentală de concepție constructivă. Pe baza acestei organizări se stabilește caracterul în mișcare și în același timp i se limitează posibilitatea de dezvoltare ulterioara.

Soluția adoptată în acest caz, este soluția (4×4), a carei reprezentare schematică este redată in figura 1.1.

Acesta este un vehicul rutier, autopropulsat, alcătuit din mai multe ansambluri, subansambluri și mecanisme, care pot fi împărțite în următoarele grupe:

– motorul 1;

– transmisia (ambreiajul 2, cutia de viteze 3, reductorul distribuitor 4, transmisia longitudinala catre rotile din fata 13, transmisia longitudinala catre rotile din spate 14, rotile din fata 8; transmisia finala la rotile din fata 9 (transmisia principala, diferentialul arbori planetari); transmisia finala la rotile din spate 16 (transmisia principala, diferentialul arbori planetari);

– sistemele de conducere:

– sistemul de direcție (coloana de direcție 6; casete de direcție 11)

– sistemul de franare(mecanismul de actionare si franele).

– sistemul de sustinere si propulsie (suspensia, cadrul, punțile și roțile);

– caroseria 7;

– instalațiile auxiliare (bordul 5, elemente de pornire, semnalizare, ventilație, încălzire, sisteme de siguranta si control);

– echipamentul electric si electronic.

Din cate se observa echipamentul de tracțiune este divizat în mai multe grupuri importante si anume: – motorul 1 care constituie sursa energetică a autovehiculului, este dispus longitudinal, asigură simplitate constructivă, bună accesibilitate la motor și întreținere ușoară. Ambreiajul 2, cutia de viteze 3 si cutia de distributie 4 sunt dispune în prelungirea motorului.

La autoturismul cu tractiune integrala, atat puntea din fata cat si puntea din spate sunt motoare. Fluxul de putere de la cutia de distribultie 4 (reductorul distribuitor) la transmisia principală a puntilor fata si spate, se face prin transmisiile cardanice (longitudinale) 13,14.

Amenajarea interioară.

În cazul autoturismelor compartimentul pentru pasageri e amplasat la mijloc pentru ca aceștia să fie cât mai bine protejați contra accidentelor.

În figura 1.10, se observă organizarea postului de conducere, volanul, bordul, în variantă modernă, compartimentului pasageri cu spațiu generos, tapiterie in diverse variante (materiale si culori) și facilități de confort deosebite.

1.3.2 Stabilirea dimensiunile geometrice principale

Pentru un autovehicul aflat în faza proiectării dinamice, alegerea parametrilor geometrici trebuie să aibă în vedere pentru dimensiunile interioare si exterioare ale sokutiilor similare existente și recomandările standardelor in vigoare.

Orientarea asupra dimensiunilor geometrice, se face în funcție de tipul și destinația autovehiculului și este făcută și prin utilizarea valorilor medii ale dimensiunilor geometrice găsite în literatura de specialitate (vezi soluțiile similare analizate tabelul 1).

Tendințele actuale în dezvoltarea autoturismelor de tipul celui dat spre proiectare, sunt de a realiza transportul de persoane si bagajele acestora, pe căi rutiere amenajate, dar si pe drumuri neamenajate, precum și pe terenuri natural fără drum, și de a putea trece peste obstacole verticale, de diferite marimi. Acestea sunt caracterizate de capacitate de trecere marită, de siguranță sporită, accesibilitate ușoară în compartimentul pasageri, confort pentru acestia si pentru sofer.

Pentru astfel de autovehicule avand capacitate de trecere marita de mare importante sunt si maniabilitatea, stabilitatea autovehiculului, calitatea suspensiei, raportul dintre forța de tracțiune și forța de aderență.

Principalele dimensiuni geometrice ale autovehiculului (figura 1.11), conform STAS 6698/2-80 sunt:

– Lungimea L, reprezintă distanța dintre două plane verticale, perpendiculare pe planul longitudinal de simetrie al autovehiculului și tangente la punctele extreme din față și din spate. Toate elementele din fața sau din spatele autovehicului (bare de protecție, carlige de tracțiune) sunt incluse intre aceste două plane;

– Lățimea l, reprezintă distanța între două plane verticale și paralele cu planul longitudinal de simetrie, tangente la autovehicul, de o parte si de alta a sa. Toate organele laterale ale autovehiculului fixate rigid, cu excepția oglinzilor retrovizoare sunt cuprinse între aceste plane;

– Înălțimea autovehiculului H, reprezintă distanța dintre planul de sprijin și planul orizontal tangent la partea superioară a autovehiculului, fără încărcătură, cu pneurile umflate la presiunea indicată de producător.

– Ampatamentul A, reprezintă distanța dintre axele geometrice ale punților autovehiculului;

– Ecartamentul B, reprezintă distanța dintre planele mediane ale roților aceleiași punți. În cazul punților din spate echipate cu roți duble ecartamentul se definește ca fiind distanța dintre planele perpendiculare pe calea de rulare și paralele cu planul de simetrie al autovehiculului, care trec la jumătatea distanței dintre roțile dispuse de acceași parte a punții respective.

– Consola față C1, reprezintă distanța dintre două plane verticale, transversale, care trec, respetiv, prin punctul extrem din fața autovehiculului și axa punții față.

– Consola spate C2, reprezintă distanța dintre două plane verticale transversale, care trec, respectiv, prin punctul extrem din spatele autovehiculului și axa punții spate.

Se adoptă pentru autoturismul dat prin tema de proiectare figura 1.2, următoarele dimensiuni :

lungime totală––––––4246 [mm];

lățimea–––––––––1615 [mm];

înălțimea––––––––-1750 [mm];

ampatamentul––––––-2740 [mm];

console față / spate––––686/820 [mm]

ecartament față / spate––-1562/1572 [mm]

1.3.3. Determinarea masei autovehiculului, repartiția acesteia pe punți și roti, stabilirea coordonatelor centrului de masa

Masa totală automobilului (Ma), face parte din parametri generali ai acestuia și reprezintă suma masei tuturor mecanismelor și agregatelor din construcția acestuia, precum și masa încărcăturii. Suma masei mecanismelor și agregatelor automobilului reprezintă masa proprie și se notează cu m0 , iar masa încărcăturii prescrise reprezintă masa utilă și se notează cu mu .

Masa utilă reprezintă o caracteristică constructivă esențială a autovehiculului, prin ea caracterizându-se posibilitatea de utilizare a acestuia. Aceasta este determinată de capacitatea de încărcare, a autovehiculului prevăzută prin tema de proiectare, în concordanță cu capacitatea de încărcare a tipurilor similare. La autoturisme capacitatea de încărcare se precizează de regulă prin numărul de locuri (persoane) si masa bagajelor acestora.

Pentru autoturismul dat prin tema de proiectare, masa utilă este determinata cu relatia:

, n=5 locuri;

Dacă se ia în considerație și o încărcătura suplimentară: ms =165[kg].

mu=5 x 75+5 (20)+300=375+100+165

unde: n- reprezintă numărul de locuri:

Rezultă: mu=640 [kg]

Masa totală ma, se determină cu relația:

unde: mo – este masa proprie.

Masa proprie se stabileste tinând seama de valoarea rezultată din solutiile similare sau în funcție de coeficientul de utilizare a greutăți (vezi anexa 1 [zz]) mo=1820 [kg].

Rezulta masa totala este: ma=1820+640=2460 [kg]

Greutatea totală (Ga):

Ga = mag = 24600 [N] = 2460 [daN]

Coordonatele centrului de masă. Coordonatele centrului de masă.

Masa autovehiculului este considerată în centrul de greutate situat în planul vertical, ce trece prin axa longitudinală de simetrie a autovehiculului. Poziția centrului de masă se apreciază prin coordonatele longitudinale a și b și înălțimea hg conform STAS 6926/2-78.

Alegerea poziției centrului de masă se poate face prin mai multe metode precum :

– utilizarea de valori în concordanță cu valorile coordonatelor centrului de masă al autovehiculelor considerate în studiul soluțiilor similare .

– utilizarea de valori medii după date oferite de literatura de specialitate.

– determinarea analitică a coordonatelor centrului de masă.

Utilizînd valori medii din literatura de specialitate se adoptă parametrul =0.5 pentru autovehiculul încărcat, unde A este ampatamentul autovehiculului.

Din relația anterioară va rezulta distanța :

a=A[mm]

Știind că A-a=b, rezultă că, b=2460-1230=1230 [mm].

Cu ajutorul coordonatelor longitudinale a, b, găsite se va determina greutatea pe puntea față cu următoarea relație:

G2 = [daN]; G2==1230 [daN]

G1 = [daN]; G1= =1230 [daN]

Înălțimea hg se determină prin aceiași metodă știind că raportul: =0,35 de unde va rezulta, înălțimea hg=0,35xA=0,35×2740=959 [mm]

1.3.4 Alegerea roților și determinarea razelor roții

Roțile de automobil sînt alcătuite dintr-o jantă metalică, pe care se montează o anvelopă de cauciuc în interiorul căruia se află sau nu o cameră cu aer comprimat. Rigiditatea anvelopei este dată de raportul dintre creșterea forței care acționează asupra pneului și deformația determinată de această creștere. Rigiditatea depinde de materialul anvelopei, de construcția ei, de presiunea aerului din pneu și de duritatea suprafeței de sprijin.

Alegerea tipului de pneuri este condiționată de mai mulți factori cum ar fi, viteza maximă transmisă prin tema de proiect, și greutarea ce revine roților din spate și față.

În funcție de greutatea repartizată punților se poate determina masa ce revine unui pneu folosind relațiile:

– pentru pneurile punții față:

Gp1= ; Gp1==615 [daN]

– pentru pneurile punții spate:

Gp2=; Gp2 ==615 daN

unde: n=2 sau 4, reprezintă numărul de pneuri ale punții;

Pentru asigurarea unei bune confortabilități puntea față trebuie să fie caracterizată de o elasticitate mai mare decât puntea spate. La obținerea elasticității punții față contribuie și utilizarea presiunii interioare a aerului din pneu mai mică în față decât în spate.

Prin reducerea presiunii pneurilor pe puntea din față, se reduce rigiditatea laterală a pneului, astfel că prin sporirea deviațiilor laterale se favorizează imprimarea unui caracter constructiv de subvirare, caracterizat de tendința de autostabilizare pe traiectoria rectilinie.

În figura 1.13 sunt redate principalele dinensiuni ale anvelopei.

Se adoptă din literatura de specialitate conform STAS 9090-80, ținând cont și de soluțiile similare pneurile in constructie radiala 225 R16 95T, cu următoarele caracteristici principale:

-janta marimea 16’’;

– lățimea secțiunii maxime–225 [mm];

– raza libera–––––––343 [mm];

– raza statica––––––-309 [mm];

– sarcina pe pneu––––-690 [kg];

– viteza maxima–––––190 [km/h].

1.4. DEFINIREA CONDIȚIILOR DE AUTOPROPULSARE.

1.4.1. Rezistența la rulare. Alegerea mărimii coeficientului de rezistență la rulare.

Rezistența la rulare (Rr) este o forță cu acțiune permanentă la rularea roților pe cale, de sens opus deplasării autovehiculului.

Cauzele fizice ale acestei rezistențe la rulare sunt:

– frecările superficiale dintre pneu și cale;

– frecările din lagărele roții;

– deformarea cu histerezis a pneului;

– deformarea căii;

– percuția dintre elementele pneului și microneregularitățile căii;

– efectul de ventuză produs de profilele cu contur închis pe banda de rulare.

Rezistența la rulare depinde de un număr mare de factori de influență, printre care semnificativi sunt:

– construcția pneului;

– viteza de deplasare;

– presiunea aerului din pneu;

– forțele și momentele ce acționează asupra roții.

În calculele de proiectare dinamică a autovehiculului, rezistența la rulare este luată în considerare prin coeficientul rezistenței la rulare "f", care reprezintă o forță specifică la rulare definită prin relația:

,

unde: Rr – rezistența la rulare;

Ga cos – componenta greutății automobilului normală pe cale.

Pentru autoturismul din tema de proiectat se adoptă în funcție de condițiile de exploatare: f = 0,02.

Calculul rezistenței la rulare se face cu formula:

Rr = f Ga cos N

Pentru: = 0 Rr = 0,02 24600 cos 0 = 492 [N]

Pentru: = 25 Rr = 0,02 24600 cos 25 = 445302,565 [N]

Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 1.1.

1.4.2. Rezistența la pantă și rezistența totală a căii de rulare.

La deplasarea autovehiculului pe căi cu înclinare longitudinală, greutatea dă o componentă (Rp) după direcția deplasării, dată de relația:

Rp = Ga sin N

Această forță este forță de rezistență la urcarea pantelor și forță activă la coborârea pantelor.

Rp = 24600 sin 25 = 10198 [N]

Deoarece rezistența la rulare cât și rezistența la pantă sunt determinate de starea și caracteristicile căii de rulare, se folosește gruparea celor două forțe într-o forță de rezistență totală a căii (R) dată de relația:

R = Rr + Rp = Ga (f cos + sin ) = Ga N,unde:

– coeficientul rezistenței totale a căii:

= f cos + sin ;

Pentru valori maxime se obține:

max = f cos max + sin max = 0,02 cos 25 + sin 25 = 0,44

R max = Ga max =246000,44= 10824 [N]

Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 1.1.

1.4.3. Rezistența aerului. Alegerea mărimii coeficientului de rezistență a aerului.

Rezistența aerului (Ra) reprezintă interacțiunea după direcția deplasării, dintre aerul în repaus și autovehiculul în mișcare rectilinie. Este o forță de acțiune permanentă, de sens opus sensului de deplasare al autovehiculului.

Cauzele fizice ale rezistenței aerului sunt:

– repartiția inegală a presiunilor pe partea din față și spate a caroseriei;

– frecarea dintre aer și suprafețele pe lângă care are loc trecerea acestuia;

– energia consumată pentru turbionarea aerului și rezistența curenților exteriori folosiți pentru răcirea diferitelor organe și ventilarea caroseriei.

Pentru calculul rezistenței aerului, se folosește relația:

N

unde: = densitatea aerului atmosferic;

= 1,225 kg/m3; cx = coeficientul de rezistență a aerului; cx = 0,5;

A = aria secțiunii transversale maxime, m2;

v = viteza de deplasare a autovehiculului, m/s.

Notând cu kg/m3 – coeficientul aerodinamic, rezistența aerului este:

Ra = k A v2 N

k = 0,5 1,225 0,5 = 0,30625 kg/m3

A = H l m2

unde: H – înălțimea autovehiculului m;

l – lățimea autovehiculului m.

Rezultă: A = 1,750 1,615 = 2,826 [m2]

Rezultă: Ra max = 0,30625 2,826 44,442 = 1709,7 [N].

Rezultatele obținute sunt centralizate în tabelul 1.1.

1.4.4. Rezistența totală

Se calculează cu relația:

Rezultatele obținute sunt centralizate în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

1.4.5. Puterea necesară pentru a învinge rezistența la rulare

Puterea necesară pentru a învinge rezistența la rulare se calculează cu relația:

unde: – v viteza automobilului m/s;

– f coeficientul rezistenței la rulare f=0,015…0,025;

adopt: f=0,02;

– α, înclinarea drumului α=29°;

– Ga, greutatea totală a autoturismului.

În funcție de valorile vitezei, v m/s, variația puterii necesare pentru a învinge rezistența la pantă (Pr), este dată în tabelul 1.2.

1.4.6. Puterea necesară pentru a învinge rezistența la pantă

Puterea necesară pentru a învinge rezistența la pantă se calculează cu relația:

În funcție de valorile vitezei, v m/s,variația puterii necesare pentru a învinge rezistența la pantă (Pp), este dată în tabelul 1.2.

1.4.7. Puterea necesară pentru a învinge rezistența aerului

Puterea necesară pentru a învinge rezistența aerului se calculează cu relația:

În funcție de valorile vitezei, v m/s, variația puterii necesare pentru a învinge rezistența aerului (Pa), este dată în tabelul 1.2.

1.4.8. Puterea totală necesară pentru a învinge rezistența totală

Puterea totală necesară pentru a învinge rezistența totală, se calculează cu relația:

Rezultatele obținute sunt centralizate în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2

Graficele de variație pentru puterile rezistente la înaintare sunt prezentate în figurile 1.14 și 1.15

Figura 1.14

Figura 1.15

1.4.9. Ecuația generală de mișcare rectilinie.

Pentru stabilirea ecuației generale a mișcării, se consideră autovehiculul în mișcare rectilinie pe o cale cu înclinare longitudinală , în regim tranzitoriu de viteză cu accelerație pozitivă (demarare).

Luând în considerare acțiunea simultană a forțelor de rezistență și a forței motoare (de propulsie), din echilibrul dinamic după direcția mișcării se obține ecuația diferențială de ordinul I, dată de relația:

numită ecuația generală de mișcare rectilinie a automobilului.

Forța la roată (FR) disponibilă e determinată ca mărime de performanțele motorului, dată prin caracteristica de turație și parametrii cinematici ai transmisiei, prin relațiile:

M, P = momentul, respectiv puterea într-un punct din caracteristica de turație a motorului cu turația n;

itr = raportul de transmitere al transmisiei;

t = randamentul transmisiei;

rr = raza de rulare a roților m;

v = viteza de deplasare m/s.

În funcție de condițiile de autopropulsare ale autovehiculului, în ecuația de mișcare se definesc mai multe forme particulare ale relatiei și anume:

– la pornirea din loc cu accelerație maximă:

unde: – – accelerația maximă în prima treaptă a cutiei de viteze.

– deplasarea pe calea cu panta maximă:

N

Deoarece viteza de deplasare în acest regim este mică se neglijează rezistența aerului, astfel că ecuația capătă forma:

N

– deplasarea cu viteză maximă:

N

1.5. CALCULUL DE TRACȚIUNE.

1.5.1. Determinarea randamentul transmisiei.

Pentru propulsarea autovehiculului, puterea dezvoltată de motor trebuie să fie transmisă roților motoare ale acestuia.

Transmiterea fluxului de putere este caracterizată de pierderi datorate fenomenelor de frecare din organele transmisiei. Calitativ, pierderile de putere din transmisie se apreciază prin randamentul transmisiei t:

unde: cv – randamentul cutiei de viteze;

TL – randamentul transmisiei longitudinale;

R – randamentul reductorului sau distribuitorului fluxului de putere.

Randamentul transmisiei principale are valori cuprinse între 0,820,94.

Se adoptă: t = 0,89.

La transmisiile mecanice, pierderile de putere cele mai mari se înregistrează în subansamblele prevăzute cu roți dințate, cum sunt: cutia de viteze, cutia de distribuție și transmisia principală. Pierderile de putere din aceste mecanisme se datoresc frecării dintre flancurile dinților, frecărilor din lagăre și elemente de etanșare, învingerii rezistențelor hidraulice și puterii consumate de pompele auxiliare de ungere a angrenajelor.

Randamentul transmisiei depinde de o serie de factori, care se referă, pe de o parte, la cantitatea, calitatea și temperatura uleiului din carterele organelor transmisiei și, pe de altă parte, la calitatea pieselor și a montajului acestora.

Micșorarea randamentului poate să apară pe timpul exploatării autovehiculului.

Din acest motiv, este necesar ca în exploatarea autovehiculului la temperaturi joase ale mediului ambiant, să se utilizeze uleiuri speciale, a căror vâscozitate să nu varieze prea mult cu temperatura. O dată cu uzura pieselor în exploatare, pierderile de putere în transmisie cresc din cauza măririi frecărilor cauzate de creșterea jocurilor și al angrenărilor incorecte.

Randamentul împreună cu rapoartele de transmitere, caracterizează influența transmisiei asupra calităților dinamice și economice ale autovehiculului.

1.5.2. Determinarea caracteristicii externe a motorului.

Aprecierea motorului ca sursă de energie pentru autopropulsarea autovehiculului se face prin oferta de putere și moment. Oferta se exprimă funcție de turația arborelui motor printr-un câmp de caracteristici: P = f (n) și M = f (n), numite caracteristici de turație. Domeniul de ofertă este limitat de caracteristica externă, care determină posibilitățile maxime ale motorului și repartiția puterii și momentului la fiecare turație din domeniul turațiilor de funcționare ale motorului.

Alegerea tipului motorului și a mărimilor caracteristice.

Pentru propulsarea autovehiculelor majoritatea motoarelor sunt motoare cu ardere internă cu piston în mișcare de translație. Existența unei mari varietăți de motoare cu ardere internă cu piston impune mai multe criterii de clasificare.

Cel mai important criteriu, care le diferențiază din punct de vedere funcțional, constructiv, al performanțelor tehnico-economice și al exploatării este modul de aprindere al amestecului carburant:

– motoare cu aprindere prin scânteie (Otto);

– motoare cu aprindere prin compresie (Diesel).

Se alege pentru propulsarea autovehiculului un motor cu aprindere prin scânteie.

Alegerea mărimilor caracteristice ale motorului:

– coeficientul de elasticitate al motorului, ce:

ce = 0,45 0,65. Se adoptă ce = 0, 571.

– coeficientul de adaptabilitate, ca:

, n0 = 700 rot/min, nP = 5600 [rot/min]

nM = ce nP = 0,571 5600 = 3200 [rot/min]

Calculul caracteristicii externe a motorului.

Pentru determinarea coeficienților polinomiali , , se folosește sistemul de ecuații:

Deci:

Verificare:

Puterea la viteză maximă este dată de relația:

Pv max = 108,3 [kW]

Punând condiția ca puterea la viteză maximă să corespundă punctului de turație maximă (Pv max, Pm), pentru puterea maximă a motorului se obține relația:

Pmax = 108,3 kW

Pentru evaluarea analitică a caracteristicii externe se folosește polinomul incomplet de gradul III:

Tabelul 1.3.

Datele obținute sunt centralizate în tabelul 1.3 iar reprezentarea grafica a caracteristicii externă a motorului, este prezentată în în figura 1.16.

Figura 1.16

1.5.3. Determinarea mărimii rapoartelor de transmitere.

Funcționarea automobilului în condiții normale de exploatare are loc în regim tranzitoriu, gama rezistențelor la înaintare fiind foarte mare.

Astfel, la roțile motoare ale automobilului necesarul de forță de tracțiune și de putere la roată sunt câmpuri de caracteristici având în abscisă viteza aleasă de conducător. Pentru a putea acoperi cu automobilul acest câmp de caracteristici, transmisia trebuie să ofere un asemenea câmp, a cărui delimitare este realizată din următoarele condiții:

– motorul să echilibreze prin posibilitățile proprii întreaga gamă de rezistențe. Este posibil când puterea furnizată este constantă în toate regimurile de funcționare. Dacă această valoare corespunde puterii maxime se obține caracteristica ideală de tracțiune: FR v = Pmax = ct.

unde: FR – forța la roată, N; v – viteza de deplasare, m/s; PRmax – puterea maximă la roată.

– viteza maximă este delimitată prin puterea maximă de autopropulsare:

unde: FRvmax – forța la roată necesară deplasării cu viteză maximă.

– când v 0, rezultă o forță la roată infinită. Ca urmare, la viteze mici limita este dată de aderența roții cu calea:

FRmax FR Gad

unde: = 0,7 0,8 – coeficientul de aderență; = 0,8;

Gad – greutatea aderentă.

Determinarea valorii maxime a raportului de transmitere al transmisiei.

Pentru valoarea maximă a raportului de transmitere, obținut când este cuplată prima treaptă de viteză în cutia de viteze se pot formula ca performanțe dinamice independente simultane următoarele:

– panta maximă, max;

– accelerația maximă de pornire din loc, amax.

itmax = icv1 i0

unde : icv1 – raportul de transmitere în prima treaptă a cutiei de viteze;

i0 – raportul de transmitere al transmisiei principale.

Din condiția de autopropulsare,

se obține:

Pentru ca forța la roată necesară să fie situată în domeniul de ofertă trebuie ca:

FRmax Gad, sau: Gad

unde: ,m1 – coeficientul de încărcare dinamică la limita de aderență pentru puntea față.

Rezultă: Gad 24132 N

i0 =2,944 < it max = 11,92

Determinarea valorii minime a raportului de transmitere al transmisiei.

Valoarea minimă a raportului de transmitere al transmisiei este determinată din condiția cinematică de realizare a vitezei maxime de performanță când motorul funcționează la turația maximă:

Deci,

Rezultă: it min = 40328

Determinarea numărului de trepte pentru cutia de viteze și a mărimii rapoartelor de transmitere.

În absența altor condiții de dimensionare a transmisiei, valoarea minimă se consideră realizată printr-o cutie de viteze având treapta finală treaptă cu raport de priză directă (in = 1). În acest caz, it min = i0, iar raportul de transmitere în prima treaptă a cutiei de viteze este dat de relația:

În cazul cutiei de viteze în progresie geometrică, între valoarea maximă icv1 și minimă icvn = 1 sunt necesare n trepte de viteză, date de relația:

n 3,52

Se adoptă n = 4 trepte.

Fiind determinat numărul de trepte și ținând cont că icvn = 1, într-o treaptă k raportul de transmitere este dat de relația:

Determinarea rapoartelor de transmitere ale transmisiei necesare realizării performanțelor de viteze în zone de turație ale motorului caracterizate de funcționare economică.

Autovehiculul, în funcție de tipul și destinația sa, este utilizat în special la anumite viteze medii de mers.

Viteza medie de mers reprezintă media vitezelor stabilizate de deplasare într-un anumit regim, deci fără considerarea opririlor și regimurilor tranzitorii.

Astfel de viteze mici, corespunzătoare regimurilor urbane de deplasare se numesc viteze urbane medii (vum), iar cele mai mari viteze interurbane medii (vim).

Pentru ca automobilul să funcționeze economic este necesar ca motorul să funcționeze în zone cu consum favorabil, respectiv la o turație medie economică (nec).

Cinematic, funcționarea automobilului este asigurată în condițiile de mai sus, dacă în transmisie se realizează rapoartele1…4 calculate

Pentru a funcționa pe căi de rulare orizontale cu viteze constante mari se introduce o treaptă suplimentară (n+1), cu valoarea icv5<1.

Adopt: icv5=0,75.

Această treaptă nu este considerată în performanțele dinamice. Din cauza alungirii curbei puterii, puterile disponibile sunt relativ scăzute, deci performanțele automobilului sunt influențate negativ.

Deci rapoartele finale sunt: icv1 = 4,5

icv2 = 2,725

icv3 = 1,65

icv4 = 1,00

icv5 = 0,8

Verificarea etajării cutiei de viteze. Diagrama fierăstrău.

Verificarea etajării cutiei de viteze se realizează prin construirea diagramei fierăstrău, care reprezintă variația vitezei în funcție de turația arborelui cotit, pentru fiecare din treptele schimbătorului de viteze.

m/s

unde: rr – raza de rulare, m;

n – turația arborelui cotit, rot/min;

icvk – raportul de transmitere al cutiei de viteze în treapta k;

i0 – raportul de transmitere al transmisiei principale.

Folosind relația de mai sus se calculează variația vitezei în funcție deturație, iar rezultatele obținute se centralizează în tabelul 1.4.

Tabelul 1.4

Graficului dat în figura 1.16, reprezentat în funcție de datele din tabelul 1.4, că această cutie de viteze este bine etajată și că este compatibilă cu motorul ales inițial.

Figura 1.16

1.6. PERFORMANȚELE AUTOVEHICULULUI.

Performanțele reprezintă posibilitățile maxime ale autovehiculului în privința vitezei, demarajului și capacității de frânare, precum și indici de apreciere a acestora.

Determinarea performanțelor autovehiculului este necesară pentru aprecierea comportării în exploatare. Studiul performanțelor autovehiculului se face cu ajutorul bilanțului de putere, bilanțului de tracțiune și ecuației generale de mișcare, pe baza căreia se obțin parametrii și indicii caracteristici deplasării cu regim tranzitoriu de accelerare sau de frânare.

1.6.1. Caracteristica puterilor și bilanțul de putere al autoturismului.

Caracteristica puterilor este reprezentarea grafică a bilanțului de putere în funcție de viteza automobilului pentru toate treptele cutiei de viteze.

Bilanțul de putere reprezintă echilibrul dinamic dintre puterea la roată și suma puterilor necesare învingerii rezistențelor la înaintare, respectiv rezistența la rulare, rezistența la urcarea pantei, rezistența aerului și rezistența la demaraj.

Bilanțul de putere al automobilului este dat de relația:

kW

unde: PR – puterea la roată;

P – puterea motorului;

t – randamentul transmisiei;

Pr – puterea necesară învingerii rezistenței la rulare;

Pp – puterea necesară învingerii rezistenței la urcarea pantei;

Pa – puterea necesară învingerii rezistenței aerului;

Pd – puterea necesară învingerii rezistenței la demaraj.

Reprezentarea grafică a relației de mai sus ține cont de expresia puterii în funcție de viteză pentru o treaptă a cutiei de viteze.

Puterea utilizată la deplasarea cu viteză constantă pe cale orizontală este numită putere rezistentă (Prez) și se manifestă în orice condiții.

Prez = Pa + Pr kW

Puterea excedentară (Pex), reprezintă diferența dintre puterea la roată și suma puterilor necesare învingerii rezistențelor la înaintare.

Pex = PR – Prez = PR – (Pa + Pr) kW

Puterea excedentară este utilizată de autovehicul în următoarele scopuri:

– sporirea maximă a vitezei;

– învingerea rezistențelor maxime ale căii de rulare;

– sporirea vitezei și învingerea rezistențelor căii.

Pe baza datelor centralizate în tabelul 1.5 se reprezintă grafic caracteristica puterilor și bilanțul de putere (figura 1.17).

Tabelul 1.5

Figura 1.17

1.6.2. Caracteristica forței la roată și bilanțul de tracțiune.

Caracteristica forței la roată sau caracteristica de tracțiune reprezintă curbele de variație ale forței la roată în funcție de viteza automobilului pentru fiecare treaptă a cutiei de viteze.

Caracteristica forței la roată se construiește pe baza caracteristicii exterioare a motorului, pornind de la curba puterii efective sau de la curba momentului efectiv utilizându-se relațiile:

; N

unde: itr – raportul de transmitere al transmisiei;

t – randamentul transmisiei;

rr – raza de rulare a roții, m;

vk – viteza de deplasare în treapta k, m/s.

Pentru studiul performanțelor automobilului la deplasarea pe un anumit drum, caracterizat de o înclinare longitudinală și un coeficient de rezistență la rulare f, caracteristica se completează și cu bilanțul de tracțiune dat de relația:

N

sau: N

unde: FR – forța totală la roată;

Rr – rezistența la rulare;

Rp – rezistența la urcarea pantei;

Ra – rezistența aerului;

Rd – rezistența la demarare.

Bilanțul de tracțiune reprezintă echilibrul tuturor forțelor care acționează asupra autovehiculului la mișcarea rectilinie, pe un drum oarecare, având admisia plină a motorului, respectiv forța totală la roată obținută prin însumarea forțelor tangențiale de la toate roțile motoare echilibrează suma tuturor rezistențelor la înaintare, adică rezistența la rulare, rezistența la urcarea pantei, rezistența aerului, inclusiv rezistența la demarare.

Forța excedentară (Fex), reprezintă diferența dintre forța la roată și rezistența aerului:

N

Pe baza relatiior de mai sus au fost obținute datele aferente, care sunt centralizate în tabelul 1.6.

Tabelul 1.6

Pe baza valorilor obtinute reprezintă grafic caracteristica forțelor la roată (figura 1.18).

Figura 1.18

1.6.3. Caracteristica dinamică.

Forța de tracțiune excedentară (Fex), care se utilizează la învingerea rezistențelor drumului și rezistenței la demarare, caracterizează dinamicitatea autovehiculului, dar nu poate fi folosită ca indice de comparație pentru autovehicule de greutăți diferite, deoarece la valori egale ale forței excedentare folosite, calitățile dinamice ale unui autovehicul cu greutate totală mai mică sunt superioare celor ale unui autovehicul cu greutate totală mai mare.

Aprecierea calităților dinamice ale autovehiculelor se face cu ajutorul factorului dinamic D, care este o forță de tracțiune excedentară specifică, deci un parametru adimensional dat de relația:

unde: – rezistența specifică la rulare;

– rezistența specifică la urcarea pantei;

– rezistența specifică la demaraj.

Expresia factorului dinamic mai poate fi scrisă și sub forma:

Reprezentarea grafică a factorului dinamic în funcție de viteză pentru treptele cutiei de viteze se numește caracteristică dinamică.

Factorul dinamic și caracteristica dinamică se utilizează la rezolvarea problemelor referitoare la stabilirea performanțelor automobilului, cum ar fi: viteza maximă, panta maximă și rezistența totală maximă.

Pe baza calculelor effectuate, datele obținute sunt centralizate în tabelul 1.7 iar reprezentarea grafică a caracteristicii dinamice este prezentată în figura 1.19.

Tabelul 1.7

Figura 1.19

1.6.4. Accelerațiile autoturismului. Caracteristica accelerațiilor.

Accelerația autovehiculului caracterizează în general calitățile lui dinamice deoarece, în condiții egale cu cât accelerația este mai mare cu atât crește viteza medie de exploatare.

Pentru determinarea accelerației și pentru studiul performanțelor de demarare se consideră autovehiculul în mișcare rectilinie, pe o cale orizontală, în stare bună, cu un coeficient mediu al rezistenței la rulare f. Valoarea accelerațiilor autovehiculului se poate determina cu ajutorul caracteristicii dinamice utilizând relația:

de unde:

unde: = f cos + sin – coeficientul rezistenței totale a căii;

g – accelerația gravitațională, m/s2;

– coeficientul maselor de rotație;

;

icvk – raportul de transmitere în treapta k a cutiei de viteze;

M = 0,02; R = 0,02.

Curbele accelerației în funcție de viteză a = f (v) sunt asemănătoare cu cele ale caracteristicii dinamice și numărul lor corespunde numărului de trepte din cutia de viteze.

Rezultatele calculelor sunt centralizate în tabelul 1.8 iar caracteristica accelerațiilor este reprezentată în figura 1.20.

Tabelul 1.7

Figura 1.20

1.6.5. Caracteristica inversului accelerațiilor.

Pentru inversul accelerațiilor rezultatele calculelor sunt centralizate în tabelul 1.9 iar caracteristica inversului accelerațiilor este reprezentată în figura 1.20.

Tabelul 1.9

Figura 1.20

1.6.6. Caracteristicile de demarare.

Capacitatea de demarare a autovehiculelor este caracterizată de accelerație însă pentru a avea indicii de apreciere mai ușor de utilizat în compararea diferitelor tipuri de autovehicule, este necesară determinarea timpului și spațiului de demarare. Determinarea timpului și spațiului de demarare se face cel mai ușor prin metoda grafoanalitică.

Timpul de demarare.

Prin timp de demarare (td) se înțelege timpul în care automobilul plecând de pe loc atinge 0,9 din viteza maximă.

Valoarea timpului de demarare se obține prin integrarea timpului elementar:

s

Pentru aceasta, pe o diagramă ca în figura următoare, se trasează curba inversului accelerației în funcție de viteză pentru o treaptă oarecare și apoi se alege o ordonată corespunzătoare unei viteze v1 căreia i se dă o creștere dv.

Suprafața elementară este:

unde: A – scara de proporționalitate a vitezei;

B – scara de proporționalitate a inversului accelerației.

Rezultă că:

s

unde: reprezintă suma tuturor suprafețelor elementare dintre viteza inițială v0 și viteza finală vn.

Figura 1.21

În scopul determinării timpului total de demarare a autovehiculului se construiește graficul inversului accelerației (graficul dat în figura 1.19) pentru toate treptele cutiei de viteze și se procedează analog ca în cazul unei singure trepte.

Un asemenea grafic permite stabilirea momentelor optime de schimbare a vitezelor, care se află în punctele de intersecție ale curbelor inversului accelerației la diferite trepte.

La viteza maximă accelerația autovehiculului este egală cu zero, iar inversul ei este , astfel încât curba respectivă tinde asimptotic către verticala vmax. Din această cauză, în domeniul vitezei maxime, accelerația este așa de mică încât creșterea vitezei nu mai este perceptibilă și de aceea determinarea timpului de demarare se face până la valoarea vitezei egală cu 0,9vmax.

Rezultatele calculelor pentru timpul de demarare în funcție de viteză sunt centralizate in tabelul 1.8, iar graficul de variație este reprezentat în figura 1.21.

Spațiul de demarare.

Spațiul parcurs de autovehicul în timpul de demarare se numește spațiu de demarare. Pentru determinarea spațiului de demarare (Sd) se pleacă de la relația generală a vitezei autovehiculului din care se poate scrie că ds = v dt, de unde lungimea spațiului de demarare corespunzător intervalului cuprins între timpul inițial t0 și timpul final tn este:

m

Figura 1.22

Curba timpului de demarare pentru o treaptă de viteză.

Integrarea acestei funcții se face grafic și în acest scop se utilizează curba variației timpului de demarare în funcție de viteză, după cum se arată în figura 1.22, la care se alege un punct corespunzător unui timp de demarare oarecare t1 și i se dă o creștere dt.

Suprafața elementară este: = v dt A M

unde: A – scara de proporționalitate a vitezei;

M – scara de proporționalitate a timpului de demarare.

Rezultă că: m

Pentru a determina spațiul total de demarare de la pornirea din loc până la 100 km/h se procedează la fel pornind de la diagrama timpului total de demarare, construită pentru toate treptele cutiei de viteze.

Rezultatele calculelor pentru spațiul de demarare în funcție de viteză sunt centralizate in tabelul 1.10, iar graficul de variație este reprezentat în figura 1.23 și figura 1.24.

Tabelul 1.10

Figura 1.23

Figura 1.24

1.6.7. Frânarea și parametrii capacității de frânare.

Frânarea este procesul prin care se reduce parțial sau total viteza autovehiculului. Frânarea se realizează prin generarea în mecanismele roților a unui moment de frânare (Mf), ce determină apariția unei forțe de frânare la roți îndreptată după direcția de deplasare a automobilului dar în sens opus.

Capacitatea de frânare prezintă o importanță deosebită, deoarece influențează mult posibilitatea utilizării integrale a vitezei și accelerației autovehiculului în timpul exploatării.

În timpul frânării, o parte din energia cinetică acumulată de autovehicul se transformă în energie calorică prin frecare în frâne, iar o parte se pierde la învingerea rezistențelor la rulare și a rezistenței aerului, care întotdeauna se opun mișcării autovehiculului.

Aprecierea și compararea capacității de frânare a autovehiculelor se face cu ajutorul timpului de frânare (tf) și a spațiului de frânare minim (Sf min) în funcție de viteză. Acești parametri pot fi determinați în intervalul a două viteze, dintre care ultima poate să fie egală cu zero în cazul frânării totale.

Timpul minim de frânare se determină cu relația:

Dacă frânarea este totală (v2 = 0), timpul minim de frânare este:

Spațiul de frânare se determină cu relația:

Dacă frânarea este totală (v2 = 0), atunci se poate neglija și coeficientul de rezistență la rulare (f = 0) și relația pentru spațiul de frânare minim devine:

Rezultatele calculelor pentru timpul șI spațiul de frânare în funcție de viteză pentru trei valori ale coeficientului de aderennță sunt centralizate in tabelul 1.11, iar graficele de variație pentru timpul șI spațiul de frânare sunt reprezentate în figurile 1.25 șI 1.26.

Tabelul 1.11

Timpul 1.25

Figura 1.26

1.7. PERFORMANȚELE ECONOMICE ALE AUTOVEHICULULUI

Consumul de combustibil este o caracteristică economică a autovehiculului și reprezintă cantitatea de combustibil consumată de motorul autovehiculului la parcurgerea unei distanțe date. În cazul autovehiculelor aflate în faza de proiecare, aprecierea consumului de combustibil este reglementată și trebuie să aibă în vedere parametrii cuprinși în standardele de consum.

1.7.1. Definirea parametrilor consumului de combustibil.

– consumul de combustibil – reprezintă consumul de combustibil într-o oră și este apreciat în Kg, sau litri.

,

unde: – consumul specific de combustibil – reprezintă cantitatea de

combustibil necesară producerii unui KW într-o oră.

– reprezintă consumul de combustibil la 100 Km parcurși.

,

unde: – densitatea motorinei;

– viteza de deplasare.

1.7.2. Calculul consumului de combustibil, la viteză stabilizată

.

Se face cu relația: (l/100km)

Rezultatele calculelor sunt prezentate pe fiecare treapta în tabelele 1.12–1.17 considerând două valori ale coeficientului rezintenței specifice a drumului pentru fiecare treaptă, pentru care se obțin respectiv două valori ale puterilor rezistente la înaintare, respectiv douăvalori ale consumului de combustibil.

Tabelul 1.12

Tabelul 1.13

Tabelul 1.14

Tabelul 1.15

Tabelul 1.16

Reprezentarea grafica a consumului de combustibil pe fiecare treapta sunt reprezentate in figurile 1.27–1.32.

Figura 1.27

Figura 1.28

Figura 1.29

Figura 1.30

Figura 1.31

Figura 1.32

Figura 1.33