Определение коэффициента сопротивления движению автомобиля

Определение коэффициентов сопротивления движению по выбегу автомобиля Текст научной статьи по специальности « Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Рабинович Э.Х., Замай Я.Н., Иршенко В.А.

Точность дорожного метода определения коэффициентов сопротивления воздуха и качению Сх и f можно повысить, подобрав нужную зависимость f(v) в расчетной модели. Это позволяет опустить нижнюю границу рекомендуемого диапазона большей скорости до 100 км/ч.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Рабинович Э.Х., Замай Я.Н., Иршенко В.А.

DETERMINING OF Cd & Crr BASED ON COASTING OF CAR

The accuracy of the on-road method of determining the air-drag coefficient and vehicle rolling Cd & Crr can be improved by the selection the necessary dependence f(v) in the analysis model. This allows to extend the lower limit of the recommended range of greater speed to 100 km/h.

Текст научной работы на тему «Определение коэффициентов сопротивления движению по выбегу автомобиля»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ

ПО ВЫБЕГУ АВТОМОБИЛЯ

Э.Х. Рабинович, доц., к.т.н., Я.Н. Замай, В.А. Иршенко, студенты, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Аннотация. Точность дорожного метода определения коэффициентов сопротивления воздуха и качению Сх и f можно повысить, подобрав нужную зависимость f(v) в расчетной модели. Это позволяет опустить нижнюю границу рекомендуемого диапазона большей скорости до 100 км/ч.

Ключевые слова: автомобили легковые, выбег, замедление, аэродинамическое сопротивление, сопротивление качению, эксперимент, расчет.

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФЩГСНТШ ОПОРУ РУХУ ЗА ВИБ1ГОМ АВТОМОБ1ЛЯ

Е.Х. Рабшович, доц., к.т.н., Я.М. Замай, В.А. 1ршенко, студенти, Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет

Анотаця. Точтсть дорожнього методу визначення коефщент1в опору повтря й кочення Сх й f можна тдвищити, тд1бравши потр1бну залежтсть f(v) у розрахунковт модел1. Це дозво-ляе опустити нижню межу рекомендованого д1апазону бтьшог швидкост1 до 100 км/год.

Ключов1 слова: автомобм легков1, виб1г, уповтьнення, аеродинам1чний отр, отр коченню, експеримент, розрахунок.

DETERMINING OF Cd & Crr BASED ON COASTING OF CAR

E. Rabinovich, Assoc. Prof., Cand. Sc. (Eng.), Y. Zamay, V. Irshenko, St., Kharkiv National Automobile and Highway University

Abstract. The accuracy of the on-road method of determining the air-drag coefficient and vehicle rolling Cd & Crr can be improved by the selection the necessary dependence f(v) in the analysis model. This allows to extend the lower limit of the recommended range of greater speed to 100 km/h.

Key words: passenger car, coast-down, deceleration, drag, rolling resistance, experiment, calculation.

Дорожные испытания автомобиля в режиме выбега широко используются в отечественной и мировой практике. Регистрируют параметры выбега — путь, скорость и (или) замедление в зависимости от времени, по ним вычисляют коэффициенты сопротивления воздуха Сх и суммарного дорожного сопротивления у (который часто именуют коэффициентом сопротивления качению /). Продувка в аэродинамической трубе дает лишь точечное значение Сх на высокой скорости, поскольку нигде в мире не продувают авто-

мобили на реальных скоростях из-за большой турбулентности в переходных режимах [1]. Сопротивление качению шин на барабанных стендах обычно не измеряют при скоростях ниже 15 км/ч. Стенд не имитирует всего многообразия режимов работы шины на реальной дороге. Поэтому определение сопротивлений движению дорожными методами является неотъемлемой частью испытаний автомобиля.

Известны разные методики вычисления коэффициентов Сх и у по выбегу автомобиля.

Многие авторы (например, [2, 3]) описывают зависимость суммарного сопротивления движению F от скорости v полиномом второй степени [3]

и утверждают, что a — это преимущественно сопротивление качению, Ь — это зависимость сопротивления качению от скорости плюс потери в трансмиссии, причем иногда Ь

0, а с^п)2 — это сила сопротивления воздуха (уе — скорость автомобиля относительно воздуха). Другие (например, [4]) отвергают такое толкование, опираясь на более надежную полиномиальную модель сопротивления качению, а сопротивление воздуха определяют вычитанием расчетного сопротивления качению из общего сопротивления движению автомобиля при выбеге. Сопротивлениями холостого хода трансмиссии пренебрегают.

В работе [5] приведен подробный анализ всех показателей, входящих в расчеты сопротивлений движению. В частности, предложена формула для расчета лобовой площади автомобиля F (здесь записана с привычными обозначениями)

F = с хB хH — (К’-Вш) х П’

Тот же результат дало бы увеличение коэффициента заполнения с 0,8 до 0,84.

В справочнике [6] описан более разумный метод разделения сопротивлений, однако и там сопротивление качению Pf считается постоянным до 100 км/ч. В работе [7] этот метод развит нами, снято допущение о постоянстве сопротивления качению и ограничение применимости метода скоростью до 100 км/ч. Для разделения сопротивлений используются значения замедлений выбега > и >2 на двух скоростях — VI и V2. В работе [8] показано, что результат расчета Сх зависит от выбора этих скоростей и на основании нескольких примеров рекомендовано сочетание VI = 113-123 и V2=27-49 км/ч. Кроме того, показано, что сопротивление воздуха следует рассчитывать с переменным показателем степени при скорости п(V) [9]. В таких случаях графики зависимостей Сх(уг) при разных VI стягиваются в довольно узкий жгут, а средние расчетные значения Сх оказываются достаточно близкими к объявленным (рис. 1). Однако у некоторых автомобилей графики остаются довольно далекими друг от друга, и выбрать по ним можно лишь диапазон возможных расчетных значений Сх (например, от 0,402 до 0,418 у Сг^е, рис. 2).

Цель и постановка задачи

где с — коэффициент заполнения, В, Н — ширина и высота автомобиля, К’ — колея передняя, Вш — ширина шины, П’ — дорожный просвет под передней осью. Автор предлагает с=0,918 и утверждает, что эта формула дает лучшее приближение к фактическим данным автомобилей, чем формула SAE Л269

Целью исследования является повышение надежности расчетов движения автомобилей за счет снижения неопределенности вычисления коэффициентов сопротивления движению по данным выбега автомобиля. А задачей — усовершенствовать приемы обработки экспериментальных данных с целью уменьшения размаха расчетных значений Сх.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

у = -0,6567х + 49,091

Рис. 4. Диаграммы выбега хэтчбека Ford Fiesta с высокой и низкой скорости

Среднее замедление в области 120-100 км/ч — 0,464 м/с2, в области 27-49 км/ч — 0,184 м/с2. Искомые значения коэффициентов: Сх = 0,35-0,362 (на дороге; при продувке было бы

Правильный выбор зависимости коэффициента сопротивления качению от скорости f(v) снижает неопределенность значения Сх. При правильном выборе зависимости f(v) можно без ущерба для точности опустить нижнюю границу рекомендованного диапазона высокой скорости V1 до 100 км/ч.

1. Пути развития сотрудничества КамАЗа и НАМИ в области испытаний способом выбега / Д.Х. Валеев, В.С. Карабцев, С.В. Бахмутов, В.А. Петрушов // ФГУП «НАМИ». — Режим доступа: http://www.aae-press.rU/f/88/28.pdf .

2. About coastdown testing. — Режим доступа к статье: http://www.edison2.com/blog/ 2010/8/25/about-coastdown-testing.html.

3. Estimation of Road Load Parameters via On-road Vehicle Testing / Rahul Ahlawata, Jürgen Bredenbeckb, Tatsuo Ichigec. — Режим доступа к статье: http://www, aanddtech.com/Docs/ TTX%202013 .pdf.

4. Ligterink N.E. Correction algorithms for WLTP chassis dynamometer and coast-down testing / Norbert E. Ligterink, Pim van Mensch, Rob F.A. Cuelenaere et al // WLTP-08-37e TNO-rapport.

5. Pannone G. Technical Analysis of Vehicle Load Reduction Potential For Advanced Clean Cars (Contract 13-313). Draft Final Report — Task 8 — (Version 1.1) / Greg Pan-non, // CONTROLTEC, LL. — Режим

доступа: https://www.arb.ca.gov/research/ rsc/3-27-15/item1dfr13-313.pdf.

6. Автомобильный справочник BOSCH: Пер. с англ. — 2-е изд., перераб. и доп. -М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. — 992 с.

7. Рабинович Э.Х. Определение сопротивлений движению автомобиля методом однократного выбега / Э.Х. Рабинович, З.Э. Кемалов, А.В. Сосновый // Автомобильный транспорт: сб. науч. тр. — 2008. — Вып. 22. — С. 46-48.

8. Измерение аэродинамического сопротивления движению автомобиля дорожным методом / Э.Х. Рабинович, В.П. Волков, Е.А. Белогуров, Д.В. Никитин // Метро-лопя та вимiрювальна техшка: матерiали VIII Мiжнар. наук.-техн. конф. «Метро-лопя-2012», 9-11 жовтня 2012 р., Харюв: наук. пращ. — Х.: ННЦ «1нститут метрологи», 2012.- С. 390-393.

9. Сопротивление движению легкового автомобиля на скоростях 30-160 км/ч /

B.П. Волков, Э.Х. Рабинович, Е.А. Белогуров и др. // Машинобудування та мета-лообробка: Мiжвузiвський збiрник (за галузями знань). — 2012. — Вип. 36. —

10. The Pneumatic Tire /U.S. Department of Transportation. National Highway Traffic Safety Administration. DOT HS 810 561 2006. — 707 с. — Режим доступа: http://www.nhtsa.gov/staticfiles/safercar/ pdf/ PneumaticTire_HS-810-561.pdf

Рецензент: С.И. Ломака, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 13 сентября 2016 г.

Источник статьи: http://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-koeffitsientov-soprotivleniya-dvizheniyu-po-vybegu-avtomobilya

Расчетно-практическая лабораторная работа № 3 Определение показателей сопротивлений движению автомобиля

Определение показателей сопротивлений движению автомобиля

Цель работы: Изучить расчетно-экспериментальные методы определения показателей, характеризующих сопротивления движению автомобиля.

Коэффициент сопротивления качению f применяют для оценки энергетических затрат, связанных с качением колес. Величину f определяют в условиях дорожных испытаний. Коэффициент сопротивления качению f – это отношение горизонтальной силы, вызывающей равномерное качение колеса по горизонтальной дороге, к вертикальной реакции дороги. Такое определение f позволяет легко выявить его значение дорожными испытаниями автомобиля на горизонтальном участке дороги, при которых горизонтальная сила Рf фиксируется по показаниям динамометра, а вертикальная реакция дороги равна весу автомобиля G = m·g автомобиля (m — масса автомобиля; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения):

Определяют коэффициент сопротивления качению f при дорожных испытаниях автомобиля с небольшой начальной скоростью, когда сопротивлением воздуха можно пренебречь. Коэффициент f мало изменяется с изменением скорости V движения автомобиля от 0 до 20 км/ч, в этом диапазоне скоростей его можно считать постоянным (f = f0 = const). Величина f0 зависит от состояния (качества) опорной поверхности дороги. Обычно при движении автомобиля по асфальтированной или бетонной дороге (при отсутствии колеи) значение f0 не превышает интервал: f0 = 0,01…0,032 (при нормальном техническом состоянии шин). При дальнейшем увеличении скорости движения автомобиля (более 20 км/ч) коэффициент сопротивления качению возрастает пропорционально квадрату скорости V, например, согласно следующей эмпирической зависимости (по данным НАМИ):

Коэффициент дорожного сопротивления является интегральным показателем, учитывающим качественные (f) и профильные (углы уклонов α) свойства дороги, определяется как:

Коэффициент обтекаемости kw характеризует аэродинамическое сопротивление движению автомобиля при повышенных скоростях, свыше 5,5 м/с (20 км/ч). Так как сила сопротивления воздуха Рw (аэродинамическое сопротивление движению автомобиля) определяется как: Рw = Fw kw V 2, то по уравнению баланса сил при условии движения по горизонтальной дороге:

при уже определенном ранее значении Рf = f·G и заданных величинах Рк и V, можно рассчитать величину коэффициента kw для данного скоростного движения автомобиля.

Данные для расчета

При испытаниях легкового автомобиля с лобовой площадью Fw = 2,2 м2 осуществлено 2 заезда на одном и том же горизонтальном участке (α = 0о) испытательной дороги со скоростями 5 м/с и 25 м/с (соответственно 18 и 90 км/ч). При этом регистрировались величины крутящих моментов на вторичном (выходном) ва­лу коробки передач, которые при равномерном движении с ука­занными выше скоростями соответственно составили 17,52 и 45,93 Н·м. Передаточное число главной передачи 4,2; КПД трансмиссии 0,96; радиус качения колес 0,3 м; полная масса автомобиля 1,5 т. Для режима движения автомобиля с малой скоростью (5 м/с) сопротивлением воздуха пренебречь.

1. Определить коэффициент сопротивления качению f0 автомо­биля (заезд со скоростью 5 м/с (

Источник статьи: http://pandia.ru/text/80/295/82065.php

КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ

В общем случае коэффициентом сопротивления движению тела по опорной поверхности называется отношение сил, препятствующих этому движению, к весу тела. Следовательно, коэффициент сопротивления движению позволяет учесть потери энергии при перемещении тела на данном участке.

В зависимости от природы действующих сил в экспертной практике пользуются различными понятиями коэффициента сопротивления движению.

Коэффициентом сопротивления качению — ƒ называют отношение силы сопротивления движению при свободном качении транспортного средства в горизонтальной плоскости к его весу.

На величину коэффициента ƒ, помимо типа и состояния дорожного покрытия, оказывает влияние целый ряд других факторов (например, давление в шинах, рисунок протектора, конструкция подвески, скорость и др.), поэтому более точное значение коэффициента ƒ может быть определено в каждом случае экспериментальным путем.

Потеря энергии при перемещении по поверхности дороги различных объектов, отброшенных при столкновении (наезде), определяется коэффициентом сопротивления движению ƒ_g. Зная величину этого коэффициента и расстояние, на которое переместилось тело по поверхности дороги, можно установить его первоначальную скорость, после чего во многих случаях.

Значение коэффициента ƒ можно приближенно определить по таблице 3[5].

Дорожное покрытие	Коэффициент, ƒ
Цемент и асфальтобетон в хорошем состоянии	0,014—0,018
Цемент и асфальтобетон в удовлетворительном состоянии	0,018—0,022
Щебенка, гравий с обработкой вяжущими материалами, в хорошем состоянии	0,020—0,025
Щебенка, гравий без обработки, с небольшими выбоинами	0,030—0,040
Брусчатка	0,020—0,025
Булыжник	0,035—0,045
Грунт плотный, ровный, сухой	0,030—0,060
Грунт неровный и грязный	0,050—0,100
Песок влажный	0,080—0,100
Песок сухой	0,150—0,300
Лед	0,018—0,020
Снежная дорога	0,025—0,030

Как правило, при перемещении отброшенных при столкновении (наезде) объектов движение их тормозится неровностями дороги, острые кромки их врезаются в поверхность покрытия и т.п. Учесть влияние всех этих факторов на величину силы сопротивления движению конкретного объекта не представляется возможным, поэтому значение коэффициента сопротивления движению ƒ_g может быть найдено лишь экспериментальным путем.

Следует помнить, что при падении тела с высоты в момент удара гасится часть кинетической энергии поступательного движения за счет прижатия тела к поверхности дороги вертикальной составляющей сил инерции. Поскольку потерянную при этом кинетическую энергию учесть не удается, нельзя определить и действительное значение скорости тела в момент падения, можно определить лишь нижний ее предел.

Отношение силы сопротивления движению к весу транспортного средства при свободном качении его на участке с продольным уклоном дороги называется коэффициентом суммарного сопротивления дороги ψ. Величина его может быть определена по формуле:

где:	f	—	коэффициент сопротивления качению;
α	—	угол уклона дороги.

Знак (+) берется при движении транспортного средства на подъем, знак (—) — при движении на спуске.

При перемещении по наклонному участку дороги заторможенного транспортного средства коэффициент суммарного сопротивления движению выражается аналогичной формулой:

где	φ	—	коэффициент сцепления шин с поверхностью дороги;
	—	коэффициент эффективности торможения транспортного средства/

ВРЕМЯ РЕАКЦИИ ВОДИТЕЛЯ

Под временем реакции водителя в психологической практике понимается промежуток времени с момента поступления к водителю сигнала об опасности до начала воздействия водителя на органы управления транспортного средства (педаль тормоза, рулевое колесо).

В экспертной практике под этим термином принято понимать промежуток времени t₁, достаточный для того, чтобы любой водитель (психофизические возможности которого отвечают профессиональным требованиям) после того, как возникнет объективная возможность обнаружить опасность, успевал воздействовать на органы управления транспортного средства.

Очевидно между этими двумя понятиями имеется существенная разница.

Во-первых, не всегда сигнал об опасности совпадает с моментом, когда возникает объективная возможность обнаружить препятствие. В момент появления препятствия водитель может выполнять другие функции, отвлекающие его на какое-то время от наблюдения в направлении возникшего препятствия (например, наблюдение за показаниями контрольных приборов, поведением пассажиров, объектами, расположенными в стороне от направления движения, и т. п.).

Следовательно, время реакции (в том смысле, какой вкладывается в этот термин в экспертной практике) включает в себя время, прошедшее с момента, когда водитель имел объективную возможность обнаружить препятствие, до момента, когда он фактически его обнаружил, и собственно время реакции с момента поступления к водителю сигнала об опасности.

Во-вторых, время реакции водителя t₁, которое принимается в расчетах экспертов, для данной дорожной обстановки величина постоянная, одинаковая для всех водителей. Она может значительно превышать фактическое время реакции водителя в конкретном случае дорожно-транспортного происшествия, однако фактическое время реакции водителя не должно быть больше этой величины, так как тогда его действия следует оценивать как несвоевременные. Фактическое время реакции водителя в течении короткого отрезка времени может меняться в широких пределах в зависимости от целого ряда случайных обстоятельств.

Следовательно, время реакции водителя t₁, которое принимается в экспертных расчетах, по существу является нормативным, как бы устанавливающим необходимую степень внимательности водителя.

Если водитель реагирует на сигнал медленнее, чем другие водители, следовательно, он должен быть более внимательным при управлении транспортным средством, чтобы уложиться в этот норматив.

Было бы правильнее, по нашему мнению, назвать величину t₁ не временем реакции водителя, а нормативным временем запаздывания действий водителя, такое название точнее отражает сущность этой величины. Однако поскольку термин «время реакции водителя» прочно укоренился в экспертной и следственной практике, мы сохраняем его и в настоящей работе.

Так как необходимая степень внимательности водителя и возможность обнаружения им препятствия в различной дорожной обстановке неодинаковы, нормативное время реакции целесообразно дифференцировать. Чтобы сделать это, необходимы сложные эксперименты с целью выявления зависимости времени реакции водителей от различных обстоятельств.

В экспертной практике в настоящее время рекомендуется принимать нормативное время реакции водителя t₁ равным 0,8 сек. Исключение составляют следующие случаи.

Если водитель предупрежден о возможности возникновения опасности и о месте предполагаемого появления препятствия (например, при объезде автобуса, из которого выходят пассажиры, или при проезде с малым интервалом мимо пешехода), ему не требуется дополнительное время на обнаружение препятствия и принятие решения, он должен быть подготовлен к немедленному торможению в момент начала опасных действий пешехода. В подобных случаях нормативное время реакции t₁ рекомендуется принимать 0,4—0,6 сек (большее значение — в условиях ограниченной видимости).

Когда водитель обнаруживает неисправность органов управления лишь в момент возникновения опасной обстановки, время реакции, естественно, возрастает, так как при этом необходимо дополнительное время для принятия водителем нового решения, t₁ в этом случае равно 2 сек.

Правилами движения водителю запрещается управлять транспортным средством даже в состоянии самого легкого алкогольного опьянения, а также при такой степени утомления, которая может повлиять на безопасность движения. Поэтому влияние алкогольного опьянения на t₁ не учитывается, а при оценке степени утомляемости водителя и его влияния на безопасность движения следователь (суд) учитывает обстоятельства, которые вынудили водителя управлять транспортным средством в подобном состоянии.

Полагаем, что эксперт в примечании к заключению может указать на возрастание t₁ в результате переутомления (после 16 час работы за рулем примерно на 0,4 сек).

Источник статьи: http://lektsii.org/15-71517.html