Относительные скоростные и топливно-экономические показатели автомобилей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ТРАНСПОРТ

УДК 629.33.016

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ СКОРОСТНЫЕ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ АВТОМОБИЛЕЙ

© 2014 г. Л.Я. Шкрет, А.А. Поманисочка, В.А. Беловицкий, А.А. Чёрный

Шкрет Леонид Яковлевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-56-72.

Поманисочка Артём Алексеевич - студент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.

Беловицкий Виталий Алексеевич - студент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.

Чёрный Александр Александрович - студент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.

Skret Leonid Yakovlevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Motor Transport and Road Traffic Organization», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-56-72.

Pomanisochka Artem Alekseevich - students, department «Motor Transport and Road Traffic Organization», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI).

Belovitsky Vitaly Alekseevich - students, department «Motor Transport and Road Traffic Organization», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI).

Cherniy Alexander Alexandrovich - students, department «Motor Transport and Road Traffic Organization», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI).

Представлены зависимости скоростных и топливно-экономических показателей современных легковых автомобилей, в том числе их приемистость при распространенных скоростях движения 60 -120 км/ч.

Ключевые слова: автомобиль; автомобильное транспортное средство; скорость; приёмистость; ускорение; путь разгона; время разгона.

The article presents various kind of dependence between speed and fuel economy of modern passenger cars including pick-up (throttle response) at common speeds of 60 to 120 km/H

Keywords: car; motor vehicle; speed; acceleration; throttles response; acceleration path; acceleration time.

Непрерывное совершенствование автомобильной техники, в том числе улучшение её тягово-скоростных и топливно-экономических показателей, побуждает провести относительный (сравнительный) анализ этих показателей, в частности, с целью оценки реальных возможностей их улучшения для отдельных типов и марок современных АТС.

Одним из параметров тяговой динамичности современных автомобилей является их разгонная скоростная характеристика [1 - 4]. Из-за непрерывного возрастания количества АТС на автодорогах, в том числе автотранспорта, движущегося с относительно низкими скоростями (у) до 60 км/ч, возникает необходимость в частых их обгонах другими участниками движения. Для оценки интенсивности разгона при обгонах, на перекрестках и в других случаях строят скоростные характеристики автомобилей.

Время т и путь 5 обгона можно оценить по скоростным характеристикам АТС у = _Дт). В качестве примера на рис. 1 представлены несколько таких типичных зависимостей по известным данным [3] и др. На

этих графических зависимостях условно можно выделить три характерные участка А, В и С. Значительный практический интерес представляет участок В в пределах у = 60^100 км/ч. По статистическим данным при таких скоростях движутся многие типы автомобилей по автодорогам РФ.

v, км/ч 160 140 120 100 80 60 40 20 0

/ 7- С

V

/

^4

B

A

10 20 30 40 50 60 т, с Рис. 1. Зависимости v = fr) автомобилей: 1 - MERCEDES-BENZ GL 500; 2 - CITROEN C4 SEDAN; 3 - CHEVROLET COBALT; 4 - NISSAN ALMERA

На основании рис. 1 и известных математических методов обработки опытных данных для участка В установлена степенная зависимость следующего вида:

v = v0 + alx 1

(1)

где v0 - исходная скорость начала разгона автомобиля.

Для рассматриваемых автомобилей 1 - 4 устанавливаем соответственно: ах = 3,98; 2,68; 2,08; 1,97; Ь = 0,79; 0,80; 0,179; 0,765. Из формулы (1) получаем:

■ = 1öi1g[(v-v0)/а1 IVbi

(2)

Например, для автомобиля 1 и исходных условий: V = 100 км/ч = 27,8 м/с; v0 = 60 км/ч = 16,7 м/с; а\ = 3,98; Ь = 0,79 по формуле (2) получаем т = 3,6 с. Данный результат легко проверить приблизительно по рис. 1, если построить для участка V = 60^100 км/ч, к примеру, автомобиля 1 прямоугольный треугольник, гипотенуза которого представляет линеаризированный участок зависимости V = /(т). Горизонтальный катет этого треугольника в соответствующем масштабе представляет искомую величину т = 3,6 с. Тангенс угла наклона указанной гипотенузы относительно оси т соответствует ускорению j = dv/dт = 3,04 м/с2 = = 0,31я, где я = 9,81 м/с2.

Дифференцируя выражение (1), определяем ускорение:

. dv _ъ

J = — = а2х 2 d х

(3)

Для автомобилей марок 1 - 4 соответственно: а2 = 0,715; 0,214; 0,162; 0,151; Ь2 = 0,821; 0,20; 0,22; 0,235.

Путь разгона (обгона)

= Jöx vd х = азх~

(4)

мости v = /(т) применим к конкретной его марке с установленными исходными константами а1 и b1. Другие константы выражаются через них: а2 = а1* b\, b2 = bi—1; а3 = ai/(bi+l); b3 = bj+1.

Можно отметить, что во всех известных методах аналитического определения параметров v, т, j и s также используется ряд опытных коэффициентов или условно известных исходных количественных данных.

Полученные формулы (1) - (4) в общем виде, вероятно, применимы для других типов АТС.

Как известно, тяговую динамичность АТС оценивают также по времени разгона от 0 до 100 км/ч и 80 - 120 км/ч. По мнению многих специалистов (А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин, Г.В. Зимелев и др.) приемистость целесообразно оценивать по интенсивности наращивания скорости, т. е. по величине ускорения автомобиля в конкретном диапазоне скоростей от начала разгона до его завершения. Значения его можно определить по формуле (3), из которой следует, что для ряда типов автомобилей, в частности 1 - 4 (см. рис. 1), оно изменяется по степенной зависимости (причём знак минус при показателе степени).

Как правило, приемистость АТС повышается с увеличением удельной мощности N^ - их энергообеспеченности (энерговооруженности), N^ = М,н/Ма, (кВт/т или Вт/кг), здесь N^ - номинальная мощность двигателя, кВт или Вт; Ма - полная масса автомобиля, т или кг. При сравнении характерных параметров АТС используется также обратная величина: MJN^.

С учетом принятых обозначений и данных [3] и др. на рис. 2 представлены зависимости т = fN™) для двух пределов изменения скорости АТС - 0^100 км/ч, кривая I1; 60^100 км/ч кривая I2 и кривая II Q = fN^), где Q - путевой расход топлива по смешанному циклу, л/100 км.

Для автомобилей 1 - 4: а3 = 3,37; 1,49; 1,76; 1,12; Ь3 = 1,179; 1,80; 1,179; 1,765.

Формулы (1) - (4) позволяют количественно оценить параметры т, j, s = /т) обгона одного АТС другим, движущимся с повышенной скоростью v>60 км/ч.

Пример. Исходная скорость начала обгона v0 = 60 км/ч, необходимый путь обгона составляет 35 м. Этот путь складывается из трех составляющих частей: уменьшение дистанции между рассматриваемыми автомобилями, непосредственный обгон, увеличение дистанции между обгоняемым и обгоняющим АТС. По формуле (4) определяем продолжительность обгона для автомобилей 1 - 4: т = 4,7; 5,8; 6,8; 7,1 с. Из расчета следует, что автомобиль 1 совершает указанный обгон примерно в 1,5 раза быстрее, чем автомобиль 4. Можно показать, что для пути обгона 50 м это соотношение примерно сохраняется.

Изложенный метод оценки показателей т, j и s разгона автомобиля на основании известной зависи-

т, с 16 12 8 4 2 0

Q п, 100 км 10

8

6

4

_¿J__

ч</ __2_

ч с- _1

"-CL _ _ Cj\ -1

_ __ -j-j- '

40

50

60

70

Рис. 2. Зависимости т = fWeM): I - для скоростей в интервале 0 - 100 км/ч, I2 - для 60 - 100 км/ч; Q = f (NeM) - кривая II; марки автомобилей: 1 -4 - см. рис. 1; 5 - KIA PRO CEED; 6 - OPEL ASTRA GTC; 7 - BMW X5 xDRYVE 35i;

8 - AUDI Q7 3.0 TDI; 9 - INFINITI QX 35

Величины т = fiN^) и Q = ^Ыем) - обратно пропорциональны. Как правило, с уменьшением N^ снижается приемистость автомобиля, т.е. возрастает т; но

ъ

з

s

одновременно улучшается топливная экономичность. Существенный практический интерес представляет сравнение т и Q для близких по величине Ыем ~ const. Например, при Ыем = 52 Вт/кг дизельный автомобиль 6 значительно превосходит другие по величинам т и Q. Сравнительно большие отклонения характерных величин т и Q кривых Ib I2, и II закономерны. Эти отклонения обусловлены тем, что рассматриваемые показатели и ряд других зависят не только от удельной мощности Ыем, но и от иных факторов автомобиля -его особенностей: типа двигателя (бензиновый, дизельный, гибридный и др.), трансмиссии, корректирующих устройств двигателя (обогатителя, корректора угла опережения зажигания (впрыска топлива) и иных). Аналогичные приближенные зависимости характерных параметров АТС и двигателей - тенденции их изменения от важных факторов регулярно публикуются различными авторами. Несмотря на приближенный характер зависимостей Ib I2 и II, они позволяют количественно оценить реально достижимый уровень величин т и Q с известной удельной мощностью Ыем. Например, если автомобиль имеет №ем = 70 Вт/кг, то для него в пределах v = 60^100 км/ч реально возможны т не более 5 с и по смешанному циклу эксплуатации Q < 9,5 л/100 км.

Приведенные данные по топливной экономичности различных типов автомобилей дополняют работу [5] и подтверждают улучшенные эксплуатационные качества современных турбодизелей, аналогичных

Поступила в редакцию

рассмотренному выше, в том числе при относительно малых Ыеш. Эти данные могут быть полезны, в частности, для отдельных категорий владельцев или покупателей АТС при выборе марки автомобиля с приемлемыми и рассмотренными выше техническими показателями, например при интенсивной эксплуатации автомобиля и необходимости частых обгонов других АТС с целью экономии топлива и времени, а также при экспертизе дорожно-транспортных происшествий.

Литература

1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: теория эксплуатационных свойств: учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». М., 1989. 240 с.

2. Гасанов Б.Г. Теория эксплуатационных свойств автомобилей. Новочеркасск, 2013. 230 с.

3. Кулешов М. 60 часов «За рулём» // За рулём. 2013. № 8. С. 81 - 94.

4. Пожидаев С.П. Экспресс-оценка динамических свойств автомобилей // Автомобильная промышленность. 2013. № 9. С. 8 - 9.

5. Шкрет Л.Я. Топливная экономичность турбодизелей и как её можно улучшить в эксплуатации // Автомобильная промышленность. 2008. № 12. С. 12 - 15.

24 января 2014 г.