Экспериментально-расчетная методика определения коэффициента сопротивления качению шин автомобилей

,

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЮ ШИН АВТОМОБИЛЕЙ

Ереван ГИУА, МГУП

Известные методы определения коэффициента сопротивления качению шин автотранспортных средств дают искаженные от действительных значения этого коэффициента, так как не учитывают силу сопротивления воздушной среды, действующей на автомобиль.

Предлагаемая экспериментально-расчетная методика, учитывая указанную силу, дает более точные значения вышеупомянутого коэффициента.

Как известно [1,2,3], коэффициент сопротивления качению шин автотранспортных средств, можно определить методом выбега. Согласно работе [1], при экспериментах, скорость автомобиля не превышает 15-20 км/ч. Ограничение скорости вызвано тем, чтобы не учитывать воздействие силы воздушной среды. Автор работы [2], принимая во внимание то, что коэффициент сопротивления дороги (Ψ) равен сумме коэффициента сопротивления качению шин (f) и уклона продольного профиля дороги (i), предлагает, что на участке выбега, Ψ можно определить при начальной скорости 50 км/ч (для заданной ГОСТ скорости [2]).

Если в работе [1] использована формула f=δ´Vо²/(254Sв), то в работе [2] используется выражение Ψ =f+i= Vо²/(2gSв). Очевидно, что при горизонтальном участке выбега i = 0 и f = Vо²/(2gSв).

Автор работы [3], для определения коэффициента f, независимо от начальной скорости Vо, применяет формулу: PfSв=m(Vо²-V ²)/2=Pf(Vо-V)t, (в указанных формулах: δ´- коэффициент учета вращающихся масс трансмиссии; Sв - путь выбега; P - сила сопротивления качению; V - конечная скорость; m - масс автомобиля; t - время выбега).

Необходимо отметить, что в вышеупомянутых выражениях не отражено влияние силы сопротивления воздушной среды на коэффициент f, в результате чего, полученные его значения, по сравнению с действительными, будут несколько иными.

На ровном, горизонтальном участке выбега на автомобиль действует как сила сопротивления воздушной среды (Pw), так и сила сопротивления качению шин (обозначим последнюю через Pf). Так как на участке выбега Sв транспортное средство движется с некоторым замедлением, то уравнение его движения будет

где Vср - средняя скорость, которая определяется средним значением силы Pw, на участке выбега, м/с; KF – фактор обтекаемости, Н·с²/м².

Решив уравнение (1), получим

Все параметры, кроме силы Pf=mgf, входящие в уравнение (2), известны. В момент остановки автомобиля (или когда Vо уменьшается до V), который через время t (оно непосредственно измеряется во время эксперимента) проходит весь участок выбега, скорость V(t) = 0 (или V(t)=V), то есть имеем следующее уравнение

Уравнение (3) можно решить с помощью компьютерной техники (например, программным пакетом MathCAD). Для определения значений t в зависимости от Vо и m, нами были проведены экспериментальные исследования. Определив, таким образом, значения t и подставив их в формулу (3), можно найти величины Pf, что в конечном итоге даст возможность определить значения коэффициента f. Результаты этих расчетов приведены в таблице

Значение Pf и f зависимости от Vо, Pв и m автомобиля ГАЗ-3110 с шинами 205/65R15

* - m1 и m2 – общая масса автомобиля при данной нагрузке, m1= 1610 кг, m2= 1825 кг;

** - Pв1 и Pв2 – внутренние давления воздуха в шинах, для передних шин Pв1=2,1×105Па, для задних Pв1= 2,5×105Па и для передних шин Pв2=2,0×105Па, для задних – Pв2= 2,4×105Па.

Для более наглядного представления зависимости f от Vо, Pв и m, на рисунке приведены графики, построенные по данным таблицы.

Анализ данных таблицы, а также графиков на рисунке показывает:

по мере увеличения начальной скорости выбега коэффициент сопротивления качению шин возрастает. Например, при Vо= 5.55 м/с, f = 0.0106, а при Vо = 16.66 м/с f =0.0129. То есть увеличение скорости в три раза вызывает увеличение f – примерно в 1,22 раза (22%);

увеличение общей массы автомобиля на 13% (нагрузка на колесо на 3%), влечет за собой возрастание коэффициента f – на 4-5%;

при неизменной массе автомобиля (m= 1825 кг) уменьшение внутреннего давления воздуха в шинах на 0,1·105 Па, увеличивает коэффициент f, в диапазоне скоростей от 20-60 км/ч примерно на 10-17%;

на горизонтальном участке дороги первой категории коэффициент f, при средних скоростях движения находится в пределах 0,0111 – 0,0134.

Сопоставление этих значений с литературными данными показывает, что последние несколько завышены (примерно на 18-22%). Так, согласно работе [2], коэффициент f, для легковых автомобилей, на дорогах первой категории, составляет 0,013 – 0,014.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующий общий вывод: предлагаемая экспериментально-расчетная методика даст возможность для более точного определения коэффициента сопротивления качению шин конкретного автомобиля в данных дорожных условиях. Методику можно успешно реализовать при расчетных исследованиях качения и аэродинамики автотранспортных средств.

Библиографический список

1. Максапетян автомобиля и трактора. Ереван: Луйс. 19с.

2. Токарев коэффициента сопротивления дороги по скорости и пути выбега. //Автомобильная промышленность. 1998. № 1. С. 17-18.

3. Московскин оптимальных параметров автомобиля. Эксперимент или расчет?// Автомобильная промышленность. 1997. № 6. С. 7-12.