Динамика скоростных автомобилей

К динамическим качествам скоростных автомобилей предъявляют различные требования в зависимости от того, к какому типу эти автомобили относятся.

Серийные автомобили, приспособленные к скоростным соревнованиям, и дорожно-гоночные автомобили должны обладать высокой приемистостью и обеспечивать получение возможно большей максимальной скорости.

От рекордно-гоночных автомобилей, предназначенных для рекордов на короткие дистанции со стартом с хода, требуется лишь получение наибольшей скорости, так как разгон происходит не на зачетной дистанции.

Улучшение динамики серийных автомобилей

Динамические качества серийных автомобилей можно улучшить: 1) повышением мощности двигателя, 2) изменением передаточного числа главной передачи, 3) применением шин с повышенным внутренним давлением и 4) путем уменьшения сопротивления качению.

Другие способы для улучшения динамики (улучшение обтекаемости, снижение веса) не могут быть использованы для серийных автомобилей вследствие действующего в настоящее время положения о сохранении внешней формы и всего оборудования автомобиля.

Выше были рассмотрены способы повышения мощности двигателя (см. стр. 33). Поэтому здесь будут рассмотрены вопросы, связанные с рациональным использованием мощности.

В соответствии с повышением мощности двигателя должно быть подобрано передаточное число главной передачи так, чтобы обеспечить автомобилю получение более высокой максимальной скорости.

Для обычного легкового автомобиля максимальная скорость не имеет большого значения, но важно при средних скоростях движения иметь достаточно большой запас мощности для преодоления могущих встретиться дополнительных дорожных сопротивлений.

При установившемся движении автомобиля мощность, подводимая к задним колесам, расходуется на преодоление сопротивления качению и сопротивления воздуха.

Затрата мощности на сопротивление качению Nf определяется следующим выражением:

Затрата мощности на преодоление сопротивления воздуха Nw будет равна:

Общая затрата мощности на преодоление сопротивления движению автомобиля:

Затраты мощности на сопротивление воздуха примерно при скорости 65—80 км/час становятся равными затратам мощности на сопротивление качению. При дальнейшем росте скорости затраты мощности на сопротивление воздуха резко возрастают.

Мощность, подводимая к задним колесам автомобиля Nk, равна произведению эффективной мощности двигателя Ne и коэффициента полезного действия силовой передачи ηm:

Распределение мощности на преодоление различных сопротивлений носит название рабочего баланса.

Рис. 120. График рабочего баланса серийного автомобиля «Москвич»

Рис. 121. График рабочего баланса серийного автомобиля «Москвич», подготовленного к скоростным соревнованиям

На рис. 120 представлен график рабочего баланса серийного автомобиля «Москвич», а на рис. 121 — аналогичный график для автомобиля «Москвич», подготовленного к скоростным соревнованиям.

Максимальная скорость, достигнутая автомобилем, соответствует на графике пересечению кривой мощности на ведущих колесах Nk с кривой мощности суммарных сопротивлений Ns.

Наиболее высокая максимальная скорость автомобиля достигается в том случае, когда кривая суммарных сопротивлений Ns пересекается с кривой мощности на колесах в точке перегиба последней.

В серийных легковых автомобилях это пересечение всегда происходит за точкой перегиба кривой Nk примерно на 10—15%. Вследствие этого автомобиль может легче преодолевать встретившееся повышенное сопротивление пути, например подъем дороги, так как с уменьшением скорости не происходит падения мощности.

Для серийного автомобиля, подготовленного к линейным шоссейным гонкам, это пересечение кривых должно быть взято ближе к точке перегиба кривой Nk. В этом случае запас мощности и тягового усилия будет несколько меньше, но максимальная скорость движения будет несколько выше. Для автомобиля, участвующего в линейных скоростных соревнованиях, необходимо иметь относительно небольшой запас мощности для преодоления небольших подъемов, случайных порывов ветра и т. п. Скоростные соревнования проводятся обычно по дорогам с ровным рельефом местности и поэтому значительные подъемы при расчетах во внимание не принимаются. В случае соревнований на короткие дистанции по дорогам с ровным рельефом для получения наибольшей скорости кривая Ns должна пересекаться с кривой Nk в точке ее перегиба.

На рис. 122 представлен примерный рабочий баланс автомобиля М-20, подготовленного для скоростных соревнований на среднюю дистанцию (200—500 км).

Рис. 122. Примерный рабочий баланс автомобиля М-20, подготовленного для скоростных соревнований на среднюю дистанцию

Относительное положение кривых Ns и Nk и точка их пересечения определяются при прочих равных условиях выбором передаточного числа главной передачи.

Зависимость между числом оборотов коленчатого вала двигателя и скоростью автомобиля (при движении на прямой передаче) выражается следующей формулой:

Откуда передаточное число главной передачи

Подставив значение rk являющееся постоянной величиной, произведя преобразования и обозначив полученную постоянную величину через A, получим i0=A nm/va.

Необходимое передаточное число может быть выбрано на основании построения графиков рабочего баланса автомобиля, когда известна кривая Ns.

Нанеся кривую мощности на колесе Nk, зависящую от числа оборотов коленчатого вала двигателя, подбирают масштаб скорости таким образом, чтобы получить ее пересечение с кривой Ns в определенной выбранной точке. Очевидно, что скорость автомобиля, соответствующая оборотам коленчатого вала двигателя пт в выбранной точке пересечения:

Соответствующий отрезок на оси абсцисс от 0 до nm, представляющий шкалу оборотов, обозначим через s. Чтобы получить масштаб скорости, вычисляют длину отрезка а (в мм) шкалы va, соответствующего скорости 10 км/час. Составим пропорцию:

откуда

Таким образом, для оси абсцисс получили вторую шкалу скорости va, которая строится под шкалой для числа оборотов n.

Зная величину va, соответствующую заданному числу оборотов nm, определяют значение передаточного числа главной передачи i0.

Для расчетов, связанных с построением графика рабочего баланса, можно пользоваться данными, приведенными в табл. 24 для отечественных легковых автомобилей, используемых для скоростных соревнований:

Кривая мощности двигателя строится по данным стендовых испытаний.

С увеличением мощности двигателя (при большой степени его форсировки) передаточное число главной передачи уменьшается, что подтверждается результатами всесоюзных автомобильных соревнований.

В табл. 25 приведены данные по автомобилям М-20, принимавшим участие во Всесоюзных автомобильных соревнованиях 1950 г. Из таблицы видно, в каких пределах производилось изменение передаточного числа главной передачи при увеличении мощности двигателей.

При уменьшении сопротивления качению улучшаются динамические качества серийных автомобилей. К потерям на сопротивление качению относятся, помимо трения колес о поверхность дороги и деформации шин, также потери на трение в подшипниках передних колес и в подвеске.

В разделе, посвященном шинам, приводились данные о влиянии внутреннего давления в шинах на величину коэффициента сопротивления качению f. При больших скоростях движения уменьшение давления в шинах намного снижает величину коэффициента f.

В серийных автомобилях не увеличивают внутреннее давление в шинах более 3,5—4 кг/см². При дальнейшем повышении внутреннего давления в шинах значительно уменьшается мягкость хода. При этом водитель ощущает резкие удары в руль, что затрудняет управление автомобилем.

Давление в шинах задних колес может быть несколько большим, чем давление в шинах передних колес.

Для уменьшения потерь на трение в подшипниках их затяжка должна быть правильно отрегулирована. Колеса должны вращаться легко, что проверяется по затуханию свободного вращения их в приподнятом положении.

Кроме того, должна быть проверена правильность установки задних колес по отношению к передним, в противном случае может возникнуть некоторый перекос, увеличивающий потери на сопротивление качению.

Проверке подлежат также углы стабилизации передних колес.

Чем меньше потери на сопротивление качению, тем больший путь проходит автомобиль по инерции, т. е. тем лучше его накат; последний и является наилучшим критерием для оценки правильности произведенных работ.