Badania Trakcyjne - Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn ...

Wybrane zagadnienia budowy pojazdów samochodowych
Instrukcja do ćwiczenia
Badania trakcyjne: wyznaczanie
współczynnika oporu toczenia, oporu
powietrza, charakterystyki dynamicznej,
badania procesu hamowania.
Komputerowe opracowanie wyników
pomiarów

Spis treści
1. Cel ćwiczenia ......................................................................................................... 3
2. Wprowadzenie ....................................................................................................... 3
2.1. Równanie ruchu samochodu .......................................................................... 3
2.2. Charakterystyka dynamiczna samochodu ...................................................... 5
2.3. Wyznaczanie współczynników oporów toczenia i powietrza metodą
wybiegu ......................................................................................................... 7
2.4. Wyznaczenie wartości opóźnienia hamowania samochodu .......................... 8
2.4.1. Opóźnienie hamowania samochodu ....................................................... 10
3. Wytyczne do sprawozdania ................................................................................. 18
4. Literatura .............................................................................................................. 23
2

1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie metod, zakresów i warunków badań drogowych
intensywności rozpędzania i dróg wybiegu samochodu oraz aparatury pomiaroworejestracyjnej
w celu określenia charakterystyki dynamicznej samochodu i wyznaczania
współczynnika oporu toczenia i oporu powietrza oraz wyznaczenia wartości opóźnień
samochodu podczas intensywnego hamowania na róŜnych nawierzchniach drogowych.
2. Wprowadzenie
Charakterystyki dynamiczne samochodu oraz współczynniki, oporu powietrza i oporu
toczenia są podstawą opracowania charakterystyki technicznej pojazdu.
2.1. Równanie ruchu samochodu
Nieustalony prostoliniowy ruch samochodu opisuje równanie:
F − 0
(1)
∑ =
nn
F op
gdzie:
F nn - siła napędowa na kołach samochodu w ruchu nieustalonym,
F - suma oporów ruchu samochodu.
∑ op
F
nn
I
s
dωs
= υ ⋅ Fnu
− ⋅ibx
⋅ig
⋅ηm
⋅
(2)
r
dt
F
M
d
⋅i
⋅i
s bx g
nu
= ⋅ηm
(3)
rd
gdzie:
υ 1 - współczynnik spadku momentu obrotowego silnika w nieustalonych warunkach ruchu,
F nu - siła napędowa na kołach samochodu w ruchu ustalonym z prędkością V,
I s - moment bezwładności wału korbowego wraz z kołem zamachowym silnika,
r d - promień dynamiczny opony koła napędowego,
i bx - przełoŜenie biegu x w skrzyni biegów,
i g - przełoŜenie przekładni głównej,
η m - sprawność mechaniczna układu napędowego,
ω s - prędkość kątowa wału korbowego,
M s - moment silnika przy określonej prędkości obrotowej.
F F + F + F + F + F
op
= (4)
t
p
b
w
u
1 RóŜnice pomiędzy osiągami silnika uzyskiwanymi w warunkach ustalonych i nieustalonych
spowodowane są następującymi przyczynami:
- zmianą napełnienia cylindrów silnika świeŜym ładunkiem,
- zmianą składu mieszanki,
- zmianą przebiegu spalania,
- zmianą oporów mechanicznych.
3

F
t
2
( f + k ⋅V
)
= Q ⋅
(5)
t
F
b
F
2
p
= ρ ⋅ A⋅cx
⋅V
(6)
2
= Q ⋅sin α
( )
F w (7)
Q ⋅dV
= +
g ⋅dt
4I
r
d
k
dωk
⋅
dt
(8)
F t - opór toczenia,
Q - cięŜar samochodu,
f t - współczynnik oporu toczenia,
k - współczynnik określający wzrost oporu toczenia w zaleŜności od prędkości jazdy,
V – prędkość jazdy,
F p - opór powietrza,
c x - współ czynnik czołowego oporu aerodynamicznego,
A - powierzchnia czołowa samochodu,
F w - opór wzniesienia,
α - kąt pochylenia wzdłuŜnego drogi,
F b - opór bezwładności,
I k - moment bezwładności koła jezdnego,
ω k - prędkość kątowa koła jezdnego,
F u - opór uciągu.
V
=
⋅r
=
ω
⋅r
s
ω
k d
d
(9)
ibx
⋅ig
Opór uciągu F u stanowi sumę oporów toczenia, powietrza, wzniesienia i bezwładności,
holowanych przez samochód, przyczep.
Korzystając z równań (1) – (9) moŜna otrzymać wyraŜenie w postaci:
Q ⎛ I
s
⋅ g 2 2 4Ik
⋅ g ⎞ dV
⋅ Fnu
= Ft
+ Fp
+ Fw
+ Fu
+
ibx
ig
m
⋅
g
⎜1+
⋅ ⋅ ⋅η
+
Q rd
Q r
⎟
2
2
⎝ ⋅
⋅
d ⎠ dt
I
s
⋅ g 2 2
δ
x
= ⋅ibx
⋅ig
⋅η
2
m
Q ⋅ r
υ
(10)
1 (11)
d
4I
=
⋅ g
Podstawiając wyraŜenie (11) i (12) do (10) otrzymuje się:
k
δ
2
2
(12)
Q ⋅rd
Q
⋅ Fnu
= Ft
+ Fp
+ Fw
+ Fu
+
1 2
g
( 1+
δ + δ )
dV
⋅
dt
υ
(13)
PowyŜsze równanie opisuje nieustalony ruch samochodu.
4

2.2. Charakterystyka dynamiczna samochodu
Charakterystyka dynamiczna przedstawia zaleŜność wskaźnika dynamicznego od
prędkości jazdy samochodu.
Wskaźnikiem dynamicznym samochodu D nazywa się stosunek zapasu siły napędowej
na kołach, przeznaczonej na pokonanie oporów ruchu zaleŜnych od cięŜaru samochodu, do
całkowitego cięŜaru samochodu.
Zapasem siły napędowej jest róŜnica między siłą napędową na kołach a oporami
powietrza.
D
( V )
D
F − nu
Fp
=
(14)
F
Q
V
gdzie:
D x (V) – charakterystyka dynamiczna na biegu x.
x
( ) − F ( V )
nux p
=
(15)
Q
Rys.1. Charakterystyka momentu obrotowego silnika
5

Rys.2. Charakterystyka dynamiczna samochodu
Dysponując charakterystyką momentu obrotowego silnika M s moŜna, korzystając ze
wzoru (15), obliczyć charakterystykę dynamiczną samochodu (rys.1) na poszczególnych
biegach (rys.2). Charakterystykę dynamiczną moŜna otrzymać równieŜ metodą
doświadczalną poprzez rozpędzanie samochodu na poszczególnych biegach i mierzeniu
przyrostu prędkości w czasie. Wniosek ten wynika bezpośrednio ze wzoru (13).
υ ⋅ F
nu
( V ) − F ( V )
Q
p
=
( ) ( ) F
2
u
1
ft
+ k ⋅V
+ sin α + + ⋅( 1+
δ1
+ δ
2
)
Q g
dt
poniewaŜ z doświadczenia wynika, Ŝe υ=0,95 ÷ 0,98, nie popełniając wielkiego błędu a
znacznie upraszczając obliczenia, moŜna załoŜyć, Ŝe:
czyli:
υ ⋅ F
nu
( V ) − F ( V ) F ( V ) − F ( V )
Q
p
≅ υ ⋅
nu
Q
p
= υ ⋅
F 1
υ D
+
D( V )
dV
2
u
( V ) = ( ft + k ⋅V
) + sin( α ) + + ⋅( 1+
δ1
δ
2
)
Q g
dt
⋅
(18)
Przy załaŜeniu, Ŝe samochód porusza się bez przyczepy F u =0, po drodze poziomej α=0
oraz k= 0
otrzymujemy:
a dla biegu x
1
⎛ 1
⎝ g
dV
dt
( V ) ⋅⎜
⋅( 1+
δ + δ ) + f ⎟
D =
1 2
t
⎞
⎠
dV
(16)
(17)
υ
(19)
1
⎛ 1
⎝ g
dV
dt
( V ) ⋅⎜
⋅( 1+
δ + δ ) + f ⎟
Dx
=
1x
2
t
υ
(20)
⎞
⎠
6

dV
Z równania (20) wynika, Ŝe na podstawie wykresu ( V ) i f t moŜna odtworzyć
dt
charakterystykę dynamiczną. NaleŜy więc wyznaczyć doświadczalnie f t oraz uzyskać przebieg
prędkości samochodu w czasie. Pomiary V(t) naleŜy przeprowadzić podczas rozpędzania
samochodu na poszczególnych biegach, przy pełnym obciąŜeniu silnika.
2.3. Wyznaczanie współczynników oporów toczenia i powietrza metodą
wybiegu
Współczynniki oporów toczenia f t oraz powietrza c x wyznacza się często metodą
wybiegu. Istota tej metody polega na obserwowaniu ruchu rozpędzonego pojazdu po
wyłączeniu napędu w okresie gdy skrzynia biegów nie przekazuje napędu (dźwignia zmiany
biegów jest w połoŜeniu neutralnym).
Korzystając z równania (13) oraz zakładając, Ŝe
F w = F u = 0 oraz δ 1 =0, k=0
otrzymuje się równanie ruchu samochodu podczas wybiegu
NaleŜy podstawić:
otrzymuje się
1
⋅
g
F + F
Q
+ ⋅
g
dV
dt
( 1+
2
) ⋅ = 0
t p
δ
(21)
( 1+
)
1 dV
⋅
g dt
dV
⋅
dt
=
f
ρ ⋅ A⋅cx
⋅V
+
2⋅Q
δ
2
t
(22)
ft
ρ ⋅ A⋅c
⋅V
= +
1+
δ +
x
2
2⋅Q
⋅ 1
( δ )
2
2
2
(23)
2
V = z
(24)
f t = L
(25)
1 δ
+ 2
ρ ⋅ A⋅c
x =
2⋅Q
⋅ δ
1
⋅
g
dV
dt
( 1+
)
2
K
= L + K ⋅ z
Doświadczalnie moŜna wyznaczyć przebieg prędkości w czasie , a na podstawie tego
1 dV
2
= f V (rys.3). Z wykresu otrzymuje się stałe L i α
g dt
f t
= L ⋅( + )
(28)
sporządzić wykres ( )
1 δ 2
(26)
(27)
7

c x
=
2⋅Q
⋅
( 1+
) ⋅tg( α )
δ 2
ρ ⋅ A
(29)
1 dV
2
Rys.3. ZaleŜność = f ( V )
g
dt
2.4. Wyznaczenie wartości opóźnienia hamowania samochodu
Jak projektowane są samochody w aspekcie procesu hamowania? Konstruktorzy dąŜą do
uzyskania rozwiązań zapewniających największą skuteczność hamowania. Jednak producent
pojazdu musi dąŜyć do obniŜania kosztów tak, aby samochód moŜna było łatwo sprzedać na
rynku. W takiej sytuacji wymagania normatywne stanowią dolne ograniczenie w upraszczaniu
konstrukcji samochodu. Wymagania formułowane w przepisach dotyczą przede wszystkim
skuteczności procesu hamowania (czyli moŜliwości uzyskania określonego opóźnienia i
długości drogi hamowania); stateczności ruchu pojazdu w czasie hamowania (czyli zdolności
samochodu do zachowania w czasie hamowania załoŜonego przez kierowcę toru jazdy) oraz
niezawodności układu hamulcowego.
Podstawowym dokumentem formułującym wymagania stawiane układom
hamulcowym samochodów jest Regulamin 13 Europejskiej Komisji Gospodarczej - EKG
(ang. Economic Commission for Europe - ECE). Część przepisów Regulaminu została
włączona do Polskiej Normy PN-88/S-47000. Ze względu na wymagania stawiane układom
hamulcowym pojazdy zostały podzielone na kategorie i grupy M, N, O.
Wymagania względem układów hamulcowych samochodów osobowych
i cięŜarowych:
1. Długości drogi hamowania dla samochodów osobowych i cięŜarowych na
nawierzchni poziomej i suchej przedstawione są w tabeli 2.1.
2. Hamulce powinny umoŜliwić wyhamowanie pojazdu na nawierzchni suchej z
opóźnieniem co najmniej 0,8 g.
3. Przy hamowaniu, niezaleŜnie od obciąŜenia samochodu i stanu nawierzchni
(µ=0,2÷0,8), nie powinno nastąpić blokowanie kół osi tylnej samochodu, a w
przypadku gwałtownego hamowania zawsze powinno wystąpić wcześniej
zablokowanie kół przednich.
8

4. Na drodze o nawierzchni śliskiej µ≤0,2 hamulce powinny umoŜliwiać uzyskanie
opóźnień co najmniej a h = 0 ,1 ÷ 0, 85 .
g
5. Wszystkie samochody powinny posiadać dwuobwodowe układy hamulcowe.
Tabela 2.1 Warunki badania skuteczności hamowania typu 0, Regulamin ECE 13, wersja 13-09.
V – prędkość pojazdu [km/h]; S – droga hamowania [m]; F – siła nacisku na pedał hamulca [N].
Kategoria
pojazdu
M1 M2 M3 N1 N2 N3
Badanie z
odłączonym
silnikiem
V 80 km/h 60 km/h 60 km/h 80 km/h 60 km/h 60 km/h
S ≤
2
v
0.1⋅
v +
150
2
v
0.15⋅
v +
130
a ≥ 5.8 m/s 2 5.0 m/s 2
H
Badanie z
włączonym
silnikiem
V=80% V max
ale nie
przekraczając
S ≤
160 km/h
2
v
0.1⋅
v +
130
100
km/h
90 km/h
120
km/h
2
v
0.15⋅
v +
103.5
100
km/h
90 km/h
a
H
≥ 5.0 m/s 2 4.0 m/s 2
F ≤ 500 N 700 N
Tabela 2.2. Długość drogi hamowania samochodów z prędkości V=100 km/h
Typ samochodu
Długość drogi
hamowania w [m]
Hamulce
Formuła 1 28,0 Tarczowe - kompozyt
Samochód osobowy – wersja
sportowa Audi S, BMW M5
37,0 Tarczowe
Samochód osobowy
Mercedes 400 SE
39,4 Tarczowe
Opel Astra GT 1994 44,5 Tarczowe/bębnowe
Polonez 1986 48,0 Tarczowe/bębnowe
Polski Fiat 126p 1974 55,0 Bębnowe
Kilka przykładów praktycznych pomiarów długości drogi hamowania, Auto- TM 9/1997 i
następne; Motor 44/2003 .
Samochód Golf IV, droga hamowania od prędkości V=100km/h do zatrzymania
- ogumienie Michelin Energy MXV3A 43,8m
9

- ogumienie Conti Eco Contact CP 46,6m.
Samochód Audi A4, droga hamowania na nawierzchni mokrej, jw.
- ogumienie Michelin Alpin 2 61,8m,
- ogumienie Fulda Kristall Montero 69,0m.
Samochody dostawcze, hamowanie od prędkości V=100km/h
VW T4 48,8m
Mercedes Sprinter 412D 54,9m
Iveco Turbodaily 61,7m.
Podane wyŜej informacje wskazują, Ŝe na drogach jeŜdŜą samochody, w których
zastosowane rozwiązania konstrukcyjne dają róŜnej długości drogę hamowania w tych
samych warunkach. Dodatkowo, zmiana typu ogumienia i zuŜycie mają powaŜny wpływ na
długość drogi hamowania w róŜnych samochodach.
2.4.1. Opóźnienie hamowania samochodu
Określenie średniego opóźnienia pozwala ocenić skuteczność hamowania, jednak tylko
w odniesieniu do prędkości początkowej hamowania oraz do długości drogi przebytej podczas
hamowania. Średnie opóźnienie a śr odpowiada takiemu stałemu opóźnieniu, które
odpowiadałoby zatrzymaniu hamowanego samochodu po przebyciu takiej samej długości
drogi hamowania, jak podczas rzeczywistej próby.
Średnie opóźnienie hamowania moŜna określić następującymi metodami.
Metody pośrednie:
1. Polega na pomiarze prędkości początkowej V o i całkowitej drogi hamowania S h oraz
określeniu średniego opóźnienia ze wzoru:
2
Vo
aśr
= 2 ⋅ S
h
2. Polega na pomiarze przebiegu prędkości poruszania się samochodu w czasie. Średnie
opóźnienie hamowania odczytuje się z wykresu (rys.4 b) wprowadzając styczną do
przebiegu prędkości podczas intensywnego hamowania. Wartość tangensa kąta α
nachylenia stycznej do osi czasu określa średnie opóźnienie hamowania samochodu
a śr
= tgα .
10

Wykres hamowania z 50km/h
a)
V [m/s]
16,0
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0 1 2 3 4
t [s]
b)
Rys. 4. Przykład wyznaczenia średniego opóźnienia hamowania a) – przebieg prędkości
w funkcji czasu podczas hamowania b) – aproksymacja przebiegu prędkości (współczynnik
kierunkowy prostej stojący przed „x” określa średnie opóźnienie hamowania)
Metoda bezpośrednia
W metodzie bezpośredniej mierzy się za pomocą opóźnieniomierza rzeczywiste
opóźnienie samochodu oraz czas trwania hamowania. Istnieje równieŜ moŜliwość pomiaru
siły wywieranej na pedał hamulca
Wykres opóźnienia hamowania z 50km/h
ah [m/s 2 ]
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
0 1 2 3 4
t [s]
Rys.5. Przykład przebiegu opóźnienia hamowania samochodu w czasie
11

Metody badań
W celu wyznaczenia charakterystyki dynamicznej samochodu oraz współczynników
oporu toczenia i oporu powietrza na podstawie badań drogowych, konieczne jest uzyskanie
przebiegów zmian:
- drogi w funkcji czasu,
- prędkości chwilowej w funkcji czasu,
- prędkości chwilowej w funkcji drogi,
- przyspieszeń w funkcji czasu.
Dane niezbędne do przeprowadzenia obliczeń samochodu VW – Transporter
Masa własna m w – 1645 kg
Wysokość pojazdu H – 1940 mm
Szerokość pojazdu B – 1840 mm
Moment bezwładności wału korbowego wraz z kołem zamachowym silnika I s – 0,22 kgm 2
Moment bezwładności koła jezdnego I k – 0,82 kgm 2
Sprawność mechaniczna η m – 0,9
PrzełoŜenie biegu pierwszego i b1 – 3,778
PrzełoŜenie biegu drugiego i b2 – 2,105
PrzełoŜenie biegu trzeciego i b3 – 1,345
PrzełoŜenie biegu czwartego i b4 – 0,971
PrzełoŜenie biegu piątego i b5 – 0,795
PrzełoŜenie przekładni głównej i g – 3,45
Ogumienie pojazdu 205/70 R15
Współczesne metody badawcze opierają się na specjalistycznej aparaturze pomiarowo –
rejestracyjnej. Najistotniejszym elementem tej aparatury jest głowica Correvit S-CE do
bezstykowego pomiaru prędkości poruszającego się pojazdu oraz przy badaniach opóźnień
hamowania opóźnieniomierz AMX520. Głowica mocowana jest do nadwoziu pojazdu za
pomocą specjalnego uchwytu(rys.6) w taki sposób, Ŝeby odległość głowicy od nawierzchni
jezdni wynosiła 30 cm (±5 cm). Jest połączona przewodami z kartą pomiarową Dagbook oraz
laptopem umoŜliwiającym sterowanie kartą pomiarową jak równieŜ zapis zarejestrowanych
danych na dysku komputera. Głowica Correvit umoŜliwia nam rejestrację prędkości
wzdłuŜnej i poprzecznej poruszającego się samochodu w funkcji czasu. Przyspieszenie
samochodu oraz przebytą drogę moŜna określić pośrednio. Przebieg przyspieszenie moŜna
uzyskać po zróŜniczkowaniu względem czasu przebiegu prędkości. Długość przejechanej
drogi natomiast uzyskujemy poprzez scałkowanie zarejestrowanej prędkości.
Głowica Correvit
Rys.6. Przykład mocowania głowicy Correvit
12

Rys.7. Schemat pomiaru optycznego
Parametry techniczne przyrządu
Zakres prędkości: 0.5 do 350 kmh
Kąt pomiaru: ±40°
Moc pobierana: 9 do 14.5 V; 75 W
Odległość od podłoŜa: 300 ±50 mm
Temperatura pracy: - 25 do 50° C
Temperatura przechowywania: - 40 do 85° C
Wilgotność względna: 5 do 80%
Wymiary (dł x szer x wys): 164 x 78 x 84 mm
Waga: 1.6 kg
Opóźnieniomierz AMX 520
Wyświetlacz ma za zadanie ułatwić diagnoście sprawne przeprowadzenie badania
pojazdu. Ukazują się na nim komentarze umoŜliwiające poruszanie się po poszczególnych
poziomach obsługi przyrządu, oraz wyświetlane są wyniki przeprowadzonych badań.
13

Rys. 8. Widok płyty czołowej przyrządu
W tabeli 2.3 przedstawiono opis klawiszy umieszczonych na klawiaturze przyrządu.
TABELA 2.2. Opis funkcji klawiszy klawiatury przyrządu
TABELA 2.2. cd.
14

Oprócz elementów znajdujących się na płycie czołowej, przyrząd wyposaŜony jest w trzy
dodatkowe złącza, oraz diodę sygnalizacyjną. Na rysunku 9 pokazano widok ścianki bocznej
przyrządu wraz z umieszczonymi na niej elementami.
Rys. 9. Widok ścianki bocznej
Tester zawiera następujące elementy (rys. 9):
1. Złącze komputerowe 1 (Gl) (RS232); słuŜy do komunikacji przyrządu z komputerem
klasy PC, na którym zainstalowane jest odpowiednie oprogramowanie.
2. Złącze 2 (G2) słuŜy do podłączenia czujnika siły nacisku na pedał hamulca lub
standardowej drukarki szeregowej.
3. Złącze ładowania akumulatorów wewnętrznych (G3); słuŜy do podłączenia
zewnętrznego źródła napięcia o wartości 9 - 12 V w celu naładowania (doładowania)
wewnętrznych akumulatorów zasilających przyrząd.
4. Dioda sygnalizacyjna; słuŜy do sygnalizacji ładowania akumulatorów.
Obsługa przyrządu
Przyrząd został tak zaprojektowany i wykonany, aby zapewnić prostą jego obsługę.
Przyrząd powinien być obsługiwany przez dwie osoby (jedna zajmuje się prowadzeniem
badanego pojazdu natomiast druga czuwa nad prawidłowym wykonaniem badania (obsługuje
przyrząd i obserwuje komunikaty pojawiające się na wyświetlaczu).
Wymiana informacji pomiędzy układem mikroprocesorowym a osobą (osobami)
obsługującą go, dokonywana jest za pomocą klawiatury i wyświetlacza. Na wyświetlaczu
pojawiają się komunikaty, dzięki którym w łatwy sposób moŜna wybrać rodzaj badania, jakie
chcemy przeprowadzić, jak równieŜ moŜliwe jest zorientowanie się, w której części programu
(w którym etapie diagnozowania) przyrząd znajduje się w chwili obecnej. Dzięki
zastosowaniu klawiatury, diagnosta moŜe zdecydować, jaki rodzaj badania chce
przeprowadzić, poprzez wciśnięcie odpowiedniego klawisza zgodnie z informacjami
ukazującymi się na wyświetlaczu.
Przyrząd umoŜliwia dołączenie czujnika siły nacisku na pedał hamulca. Dzięki
zastosowania systemu procesorowego przyrząd automatycznie wykrywa podłączenie lub brak
czujnika. Jest to waŜne, gdyŜ w trybie pracy automatycznej rozpoczęcie pomiaru następuje po
przekroczeniu ustawionego progu przez jedną z wielkości w danej chwili mierzonej (siły lub
przyspieszenia). Odłączenie lub podłączenie zewnętrznego czujnika powoduje odpowiednie
zmiany na wyświetlaczu przyrządu.
Czujnik podczas pomiaru naleŜy umieścić na płycie podłogowej samochodu rys.10
Rys. 10. Przykładowe umiejscowienie czujnika opóźnień w samochodzie

Rys. 11. Widok drzewa wyboru
Dane techniczne opóźnieniomierza AMX 520
Zakresy pomiarowe: Wartość: Rozdzielczość pomiaru:
- czujnik przyspieszenia
- czujnik siły nacisku
+/- 1g
+/- 1kN
+/- 0.01 g
+/- 10 N
Pamięć układu do10 pomiarów. Jeden pomiar to 5s rejestracji ciągłej.
17

3. Wytyczne do sprawozdania
Politechnika Radomska im. K. Pułaskiego
IEPiM INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN
LABORATORIUM (z przedmiotu) BUDOWA SAMOCHODÓW I TEORIA RUCHU
Ćwiczenie nr .............. (wg harmonogramu)
Temat ćwiczenia:
Data wykonania ćwiczenia ....-....-.... Prowadzący .............................
Wydział MECHANICZNY Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN
Rok akademicki ........./........ Semestr ....... Grupa .....
Wykonawcy ćwiczenia
1. Nazwisko Imię
2. .................................................
3. .................................................
1. Cel ćwiczenia
OCENY (uwagi Prowadzącego)
sprawdziany sprawozdanie końcowa
.................
.................
.................
.................
.................
.................
................
................
.................
Celem ćwiczenia jest poznanie metod, zakresów warunków badań drogowych
intensywności rozpędzania i dróg wybiegu samochodu oraz aparatury pomiaroworejestracyjnej
w celu określenia charakterystyki dynamicznej samochodu i wyznaczenia
współczynnika oporu toczenia i oporu powietrza. Celem ćwiczenia jest takŜe poznanie
procesu przebiegu hamowania w czasie prób drogowych.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Sprawdzić i zanotować w tabeli (protokole pomiarów) dane identyfikacyjne
samochodu. Stan i cięŜar pojazdów wraz z ładunkiem i osobami znajdującymi się
wewnątrz pojazdu. Pomiary powinny być wykonane przy nominalnym ciśnieniu w
oponach samochodowych zgodnym z instrukcją fabryczną pojazdu.
2. Sprawdzić kompletność i jakość przyrządów pomiarowych niezbędnych do
przeprowadzenia pomiarów (legalizacja, prawidłowość wskazań). Przed rozpoczęciem
pomiarów wykonać jazdę kontrolna.
3. Sprawdzić warunki pomiarów (zanotować w protokole pomiarów). W czasie
przeprowadzania pomiarów droga powinna być sucha, prosta, równa i pochyłości nie
większej niŜ 0,5%.
Warunki atmosferyczne:
- ciśnienie barometryczne 730-765 mmHg,
- temperatura powietrza 5-30 o C,
- prędkość wiatru mniejsza niŜ 3 m/s.
18

Wykonanie badań trakcyjnych:
1. Próba intensywnego hamowania:
a) z prędkości 30 km/h
b) z prędkości 40 km/h
c) z prędkości 50 km/h
d) z prędkości 60 km/h
2. Próba rozpędzania do prędkości maksymalnej oraz hamowania silnikiem na
poszczególnych biegach:
a) bieg 1
b) bieg 2
c) bieg 3
3. Próba rozpędzania przez biegi:
4. Próba wybiegu:
a) z prędkości 70 km/h
b) z prędkości 80 km/h
c) z prędkości 90 km/h
Pomiary przeprowadzić bezpośredni po sobie w obu kierunkach.
3. Opracowanie wyników
Pomiar współczynników oporu toczenia i powietrza wykonać metodą wybiegu.
Zarejestrowane wyniki wczytać do programu Excel (przykład rys.12). Sprawdzić
w programie czy znakiem dziesiętnym jest „przecinek” czy „kropką”. JeŜeli znakiem
dziesiętnym jest „przecinek” to naleŜy wszystkie „kropki” zamienić na „przecinki”. Następnie
wygenerować kolumnę z czasem (dzieląc numer próbki przez częstotliwość pomiaru).
W kolejnych kolumnach zamienić prędkość wzdłuŜną i poprzeczna z [km/h] na [m/s].
W następnej kolumnie wyznaczyć prędkość wypadkową oraz średnią prędkość np. z 10
kolejnych pomiarów w kolejnej kolumnie. Po wykonaniu tych czynności sporządzić wykres
V=f(t) (rys. 14). W następnych kolumnach wyznaczyć wartość opóźnienia podczas wybiegu.
Wykonuje się to poprzez zróŜniczkowanie prędkości po czasie (dV/dt). Wartości średnie
opóźnienia przedstawić jako wielokrotność g (przyspieszenie ziemskie) naleŜy umieścić na
1 dV
2
= f V (patrz rys.16)
wykresie ( )
g
dt
Z wykresu naleŜy odczytać wartości pomocnicze i zgodnie ze wzorami (28 i 29)
i wyznaczyć f t i c x .
19

Rys.12. Przykład zarejestrowanych danych przedstawiony w programie Excel
Rys.13. Przykład obrobionych danych w Excelu dotyczący wybiegu
Wybieg
25,0
20,0
V [m/s]
15,0
10,0
5,0
0,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160
t [s]
Rys.14. Przykładowy przebieg prędkości podczas wybiegu
20

Wybieg
25,0
20,0
V [m/s]
15,0
10,0
5,0
0,0
-20 0 20 40 60 80 100 120 140
t [s]
Rys.15. Przebieg prędkości podczas wybiegu po odrzuceniu przebiegu narastania prędkości
Wyznaczenie z wykresu L i K
dV/dt/g
y = 4E-05x + 0,0154
0,3
0,2
0,1
0
-0,10,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0
-0,2
-0,3
V 2 [m 2 /s 2 ]
1 dV
2
Rys.16. Wykres f ( V )
g
dt
= , z którego odczytujemy L=0,0154 i K=4•10 -5
Podstawiając dane do poniŜszych wzorów wyznaczamy współczynnik oporu toczenia f t i
współczynnik oporu powietrza c x .
δ
I
⋅ g
η
s 2 2
11
= ⋅i
2 b1
⋅ig
⋅
m
=
Q ⋅rd
δ
f t
4Ik
⋅ g
2
Q ⋅r
2
= =
d
0,01562
0,16
( 1+
2
) = 0, 01564
⋅( 1+
) ⋅ K
= L ⋅ δ
2⋅Q
δ
2
c x
=
= 0,4
ρ ⋅ A
Wyznaczenie charakterystyki dynamicznej samochodu
Podobnie jak przy wyznaczaniu f t i c x naleŜy określić przebieg przyspieszeń działających
na pojazd podczas intensywnego rozpędzania. Przyspieszenie wyznaczamy poprzez
zróŜniczkowanie po czasie zarejestrowanej prędkości pojazdu badanego. Przebiegi
przyspieszeń naleŜy wyznaczyć dla kaŜdego biegu oddzielnie. Na podstawie wzoru (20)
zbudować wykres wskaźnika dynamicznego.
21

Wykres rozpędzania
V [m/s]
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0 2 4 6 8 10 12
t [s]
Rys.17. Zarejestrowana prędkość samochodu podczas rozpędzania
Wykres rozpędzania
10,0
8,0
V [m/s]
6,0
4,0
2,0
0,0
0 1 2 3 4 5 6
t [s]
Rys.18. Interesująca nas okres rozpędzania potrzebny do dalszej obróbki
Wskaźnik dynamiczny
D(V)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
V [m/s]
Rys.19. Przykładowy przebieg wskaźnika dynamicznego
Wyznaczenie opóźnienia hamowania samochodu.
Opóźnienie hamowania samochodu moŜna bezpośrednio odczytać czujnika opóźnień jak
równieŜ podobnie jak w dwóch poprzednich metodach pośrednio poprzez zróŜniczkowanie
prędkość samochodu po czasie podczas intensywnego hamowania. Istnieje równieŜ
moŜliwość wyznaczenia średniego opóźnienia hamowania wprowadzając styczną na wykresie
prędkości (rys.4 b). Tangens nachylenia stycznej do osi czasu określa nam wartość średniego
opóźnienia hamowania.
4. Wnioski z przeprowadzonych badań
22

4. Literatura
[1]. Arczyński S., Mechanika ruchu samochodu. WNT Warszawa 1994
[2]. Prochowski L., Teoria ruchu i dynamika pojazdów mechanicznych. Część 1 i 2.
Wojskowa Akademia Techniczna Warszawa 1998
23