UNIVERSITATEA DUNAREA DE JOS GALATIFACULTATEA DE INGINERIE

PROIECTDINAMICA AUTOVEHICULELOR

Coordonator: Student: Conf. dr. ing. Burciu Mugurel Boghian Gabriel Marcel Grupa: 31A31

Anul universitar 2014-2015Tema de proiectare:Calculul dinamic al unui autovehicul, care se poate deplasa cu viteza maxim vmax =186 [km/h] pe drum orizontal (uscat i betonat), avnd sarcina util Mu= 579 [kg] i masa total maxim autorizat Ma=1675 [kg].Conform enunului temei de proiectare se observ c datele iniiale de proiectare sunt:-greutatea util maxim Qu= Mu g= 4750 [N];-greutatea total maxim autorizat Ga= Ma g =16750 [N];-greutatea proprie G0= Ga - Qu = 11900 [N]-viteza maxim vmax= 186 [km/h];-precizarea vehicului cu roi : autoturism.1.1 Studiul soluiilor similarePentru abordarea calculului dinamic al unui nou tip de autovehicul, innd seama de datele impuse, prin tem, care precizeaz anumite particulariti legate de destinaia i performanele acestuia, este nevoie, ntr-o prim etap, s se caute un numr ct mai mare de soluii constructive, deja existente, avnd caracteristici asemntoare cu cele ale autovehiculului cerut. Literatura de specialitate cuprinde pentru fiecare categorie de autovehicule informaii legate de organizarea general, de modul de dispunere al motorului i puni motoare, de organizare a transmisiei. De asemenea sunt date principalele dimensiuni geometrice, greutatea util i proprie, tipul sistemelor de direcie i frnare, tipul suspensiei.Exemple de automobile din aceeai clasa:ModelautomobilRenault Clio III 1.6L110 CPPeugeot - 206 - 1.6 16V 109CP

VW Golf 41.6 16V 105 CPHyundaiI20 1.6 126 CP

CaroserieHatchbackHatchbackHatchbackHatchback

Numr ui5555

Numr locuri5555

Cilindree [cmc]1587158715981591

Lungime [mm]4027382241493940

Lime [mm]2025167317351710

nlime [mm]1497143514391490

Ampatament [mm]2575244225112525

Ecartament fa[mm]1472142515131487

Ecartament spate[mm]1470141614941485

Putere maxim[CP/rpm]110/5200109/5750105/5320120/5270

Tip motor4L4L4L4L

Cuplu maxim[Nm/rpm]151/4250147/3900148/4500157/4200

Masa proprie [kg]1683108811001157

Pneuri185/60 R15185/65 R14175/80 R14175/70 R14

Viteza maxim[km/h]186198192215

Consum mediu[l/100km]

6.56.45.76.5

Acceleraie0-100km/h [s]13.211.61011.4

Am ales spre calcul autoturismul Renault Clio.RENAULT CLIO iii 1.6L-110CPCaracteristici tehnice

Caroserie

Numar usi5

Numar locuri4

Performante

Acceleratie 0-100 km/h (s)13.2

Viteza maxima186 (km/h)

Consum mediu (l/100 km)6.5

Dimensiuni si mase

Lungime4027(mm)

Latime2025 (mm)

Inaltime1497 (mm)

Ampatament2575 (mm)

Ecartament fata1472 (mm)

Ecartament spate1470 (mm)

Greutate totala1675 (kg)

Greutate proprie1190 (kg)

Motor si transmisie

Tip4 L

Cilindree (cmc)1561

Putere (CP/rpm)110/5200

Cuplu max. (Nm/rpm)151/4250

Amplasare motorFt

CM5

Rulare

Pneuri165/65 R15

Analizand cu atentie yoate aceste informatii si avand in vedere tendintele de dezvoltare caracteristice pentru fiecre categorie de autovehicule cercetata se pot stabili, pentru inceput, prin comparare , unele date initiale , absolut necesare pentru calcul si predimensionare

1.2 Alegerea principalelor dimensiuni geometrice i de mas Autovehiculul este un vehicul rutier autopropulsat care se poate deplasa pe un drum sau pe un traseu neamenajat, fiind echipat cu roi, cu enile , cu patine sau cu pern de aer.Amenajarea generala a autovehiculului de proiectat se adopt n urma studiului soluiilor similare de organizare general a altor autoturisme si al datelor impuse prin tema de proiectare.

1.2.1. Dimensiuni geometriceAvnd n vedere aceste concluzii , cunoscnd datele impuse prin tema de proiectare i urmrind tendinele actuale din construcia de automobile am adoptat principalele dimensiuni geometrice i de mas pentru un autoturism cu 5 locuri i vitez maxim 186 [km/h].-lungimea total- La = 4027 [mm]-limea total- l = 2025 [mm]-inltimea total- H = 1497 [mm]-ampatament - L= 2575 [mm]-ecartament fata - Bf = 1472 [mm]-ecartament spate - Bs = 1470 [mm]

1.2.2 Greutatea automobiluluiGreutatea autovehiculelor este un parametru important la proiectare si reprezint suma greutii tuturor mecanismelor i agregatelor din construcia acestuia precum si greutatea ncrcturii. n cazul automobilelor metoda recomandat pentru alegerea greutii proprii const n adoptarea ei pe baza maselor proprii ale tipurilor similare, avndu-se n vedere tendinele de dezvoltare care vizeaz utilizarea unor solutii constructive i materiale cu mase proprii reduse,astfel c se creeaz premisa reducerii maselor proprii.Astfel n urma studiului soluiilor similare masa proprie a automobilului se adopt: (g=10 [m/s]) 0 Greutatea total pentru autoturisme este: 16750 [N]Masa autovehiculului este considerat n centrul de greutate n planul vertical, ce trece prin axa longitudinal de simetrie a autovehiculului. Pozitia centrului de mas se apreciaz prin coordonatele longitudinale a si b si nltimea hg conform STAS 6926/2-78.

Alegerea poziiei centrului de mas se poate face prin mai multe metode precum :a)Utilizarea de valori n concordan cu valorile coordonatelor centrului de mas al autovehiculelor considerate n studiul soluiilor similare.b)Utilizarea de valori medii dup date oferite de literatura de specialitate.c)Determinarea analitic a coordonatelor centrului de mas.Utiliznd valori medii din literatura de specialitate se adopt parametrul: pentru autovehiculul gol, unde L este ampatamentul autovehiculului.Din relaia anterioar vor coordonatelor longitudinale: Cu ajutorul coordonatelor longitudinale a si b gsite se va determina greutatea punii fa cu urmtoarea relaie: Pe drum orizintal (=0 o): => 9150 [N] => 7592 [N] nlimea hg se determin adoptnd = 0,3 de unde va rezulta nalimea hg : 771 [mm]

1.3 Alegerea anvelopelorRoile de automobil sunt alctuite dintr-o jant metalic, pe care se monteaz o anvelop de cauciuc n interiorul cruia se afl o camer cu aer comprimat, uneori lipsind aceasta. Rigiditatea anvelopei este dat de raportul dintre creterea forei care acioneaz asupra pneului i deformaia determinat de aceast cretere. Funcie de greutatea repartizat punilor se poate determina masa ce revine unui pneu folosind relaiile:-pentru pneurile punii fa: [N]-pentru pneurile punii spate: [N]Pentru asigurarea unei bune confortabiliti puntea fa trebuie s fie caracterizat de o elasticitate mai mare dect puntea spate. La obinerea elasticitii punii fa contribuie i utilizarea presiunii interioare a aerului din pneu mai mic n fa dect n spate. S-au adoptat anvelopele tip 185/60 R15 98H cu urmtoarele caracteristici:-diametrul exterior D0=668 [mm]-limea benzii de rulare 185 [mm] -nalimea flancului 111.1 [mm] -indicele de greutate 4075 (max 407.5 [kg/roata])-indicele de viteza H (max 210 [km/h]).Pentru calculele de dinamica autovehiculului este necesar cunoaterea razei de rulare, care se apreciaz analitic funcie de raza nominal a roii i un coeficient de deformare.Raza de rulare se poate determina in funcie de raza liber: 300.8 [mm]; unde

2. Definirea condiiilor de autopropulsareMicarea autovehiculului este determinat de mrimea, direcia i sensul forelor active i a forelor de rezisten ce acioneaz asupra acestuia. Definirea condiiilor de autopropulsare precede calculul dinamic de traciune mpreun cu care condiioneaz performanele autovehiculului.

2.1. Rezistena la rulare Rezistenaa la rulare ( Rr ) este o for cu aciune permanent la rularea roilor pe cale, de sens opus sensului deplasrii autovehiculului. n calculele de proiectare dinamic a autovehiculelor, rezistena la rulare este luat n considerare prin coeficientul rezistenei la rulare f.Am adoptat coeficientul rezistenei la rulare, conform ndrumarului, ca fiind: ;Cu toate c rezistena la rulare a roilor motoare este mai mare dect a roilor libere, datorit deformrii tangeniale a pneului provocat de momentul motor la roat, experimentele au condus la concluzia c influena este destul de mic astfel inct n calculele obinuite nu se ia n consideraie diferena dintre acestea.Pentru autovehicul fr remorc: 167.5 [N]Puterea necesara pentru nvingerea rezistentei la rulare este:

2.2. Rezistena aerului Rezistena aerului Ra, care se opune micrii autovehiculului, se manifest ca rezultanta unor fore paralele cu planul cii de rulare, de sens opus naintrii, rezisten care se consider c acioneaz ntr-un punct din planul frontal al autovehiculului, denumit centru frontal de presiune. n majoritatea cazurilor, deplasarea autovehiculelor nu se face ntr-o atmosfer linitit, vehiculele fiind solicitate si la aciunea vntului, a crei direcie n general nu coincide cu direcia de mers.innd seama de unghiul , de incidena vitezei vntului cu viteza de mers a autovehiculului, rezult viteza relativ de actiune a aerului asupra vehicului: viteza maxim de deplasare a autovehiculului - viteza vntului ( cu valori ntre 0-12 m/s)Unghiul se recomand ntre 0- 45; se adopt Aria suprafeei frontale A este aria proieciei vehiculului pe un plan perpendicular pe direcia de miscare ; pentru calcule aproximative se admite, unde B este ecartamentul mediu, iar H nlimea maxim; C coeficient de corecie; adoptm C=0,8; Coeficientul aerodinamic k ia valori ntre 0,2-0,35 [kg/m3]. Am adoptat k = 0.26 [kg/m3].Rezistena aerului se calculeaz cu formula: Puterea necesar nvingerii rezistenei aerului este: 2.27383 [kW]Dac se circul ntr-o atmosfer fr vnt, atunci vx = va = v i relaiile anterioare devin: = 1.1748 [kW]

2.3 Rezistena la urcarea panteiRezistena la urcarea pantei de unghi , se datoreaz componentei , care reprezint o for rezistent la urcarea pantei i o for activ la coborre :Pentru un drum orizontal 0Puterea la roile motoare necesar nvingerii rezistenei la urcarea pantei este := 0

2.4 Stabilirea valorii pantei maxime , la limita aderentei Rezult: unde = 0.7 - coeficientul de aderen.Unghiul maxim este stabilit din condiia de aderen. Rezult c unghiul maxim al pantei, care va putea fi abordat cu o anumit vitez n treapta 1 a CV este .Se adopt p = 29.655%Rezistena la rulare nsumat cu rezistena la urcarea unei pante:-vehicul fr remorc:;unde coeficientul rezistenei la naintare a cii de rulare se determin funcie de mrimile adoptate anterior , f si .

2.5 Stabilirea vitezei maxime pe panta stabilit, la limita adereneiFolosind puterea la regimul de cuplu , rezult viteza maxim pe panta stabilit de unghi : = 27,432 [km/h]

2.7. Randamentul transmisieiPentru propulsarea autovehiculului puterea dezvoltat de motor trebuie s transmis roilor motoare ale acestuia.Transmisia fluxului de putere este caracterizat de pierderi datorate fenomenelor de frecare dintre organele transmisiei. Calitativ, pierderile de putere din transmisie se apreciaz prin randamentul transmisiei t .Experimentele efectuate au permis s se determine urmtoarele valori ale randamentelor subansamblelor componente ale transmisiei : cutia de viteze (CV) :-CV = 0,97..0,99 (n treapta de priz direct ) ; CV = 0,92..0,94 ( n celelalte trepte ) tr = randamentul mecanic global al transmisiei se ncadreaz n (0,8...0,94);n general, n funcie de subansamblele transmisiei: .

2.8 Ecuaia general de micare a automobiluluiLund n considerare aciunea simultan a forelor de rezisten i a forei motoare (de propulsie) din echilibru dinamic dup direcia micrii, se obine ecuaia diferenial :

Unde : fora de traciune : =4908.70 [N] puterea la roile motoare:

W

3. Calculul de traciune Calculul de traciune se face n scopul determinrii parametrilor principali ai motorului i transmisiei, astfel ca autovehiculul de proiectat cu caracteristicile definite anterior i n condiiile precizate n capitolul precedent s fie capabil s realizeze performanele prescrise n tema de proiectare sau a performanelor celor mai bune modele existente sau de perspectiv.

3.1 Determinarea , pe baza datelor de proiectare , puterii maxime i a cuplului maxim al motorului. Calculul caracteristicii externe.

Funcie de condiiile de autopropulsare a autovehiculului , n ecuaia de micare se definesc mai multe forme particulare:a) pornirea din loc cu acceleraia maxim;n acest caz ecuaia general de micare capt forma particular

b) deplasarea pe calea cu panta maxim la viteza constant;

5828,481 [N]c) deplasarea cu viteza maxim pe drum orizontal ;

Fora de traciune maxim

Determinarea puterii maxime a motoruluiDin condiia deplasrii pe drum orizontal, cu viteza maxim impus, regim de vitez constant, fr rezerv de putere, rezult: 80.68 [kW]

Derminarea puterii motorului la panta maxim considerat: 45,840 [kW] (se recomand

Determinarea caracteristicii externe a motoruluiCoeficientul de elasticitate ce se determin cu relaia:

Coeficienii ,, se determina cu relatiile:

Iar coeficientul de adaptabilitate este

Caracteristica extern (Pe , Me , la sarcina total) se obine utiliznd relaiile: [kW] [Nm]

3.2. Determinarea mrimii rapoartelor de transmitere ale transmisieFuncionarea automobilului in condiii normale de exploatare are loc in regim tranzitoriu, gama rezistenelor la naintare fiind foarte mare. In aceste condiii rezult c la roile motoare ale autovehiculului, necesarul de for de tractiune i de putere la roat sunt caracteristici avnd in abscisa viteza de deplasare. Pentru a putea acoperi cu automobilul acest cmp de caracteristici transmisia trebuie s permit acest lucru.n timpul deplasrii unui autovehicul la viteze mici, limita este dat de aderena roilor cu calea, definit cu relaia: unde coeficientul de aderen; greutatea aderent, respectiv greutatea ce revine n condiii de demaraj roilor motoare.

Valoarea maxim a raportului de transmitere al transmisiei

Valoarea maxim posibil a raportului de transmitere n treapta I a CV rezultdin condiia de aderen: Valoarea minim a raportului de transmitere al transmisiei

Raportul de transmitere i0 se realizeaz n puntea motoare, fie numai prin angrenajul conic, fie prin angrenajul conic i celelalte angrenaje de reducere a turaiei cu funcionare permanent montate n punte. Calculul raportului de transmitere al transmisiei principale se realizeaz n condiiile de vitez maxim, n ultima treapt a cutiei de viteze.

Determinarea numrului de trepte pentru cutia de viteze i a mrimii rapoartelor de transmitere ale transmisiei.

Numrul de trepte din CV este :

Valoarea obinut se rotunjete la un numr ntreg superior i se recalculeaz raia progresiei geometrice

innd cont de tipul si destinaia autovehiculului, funcionarea economic a automobilului presupune ca la astfel de regimuri de deplasare, motorul s funcioneze n zone cu consum favorabil, respectiv la turaia medie economic, se recomand introducerea ultimei trepte (ori penultima) n cutia de viteze a unei trepte econoame, calculat cu relaia:

Raportul de transmitere al transmisiei principale: 0.909

Rapoartele de trasmitere n CV sunt: 2.652 2,410 2.010 1.827 1,537 1,397 1,1761,06 0,9 0,818

3.3 Caracteristica de traciune i de putere a automobilului

Factorul dinamic, n treapta 'k' este: , unde k reprezint coeficientul influienei maselor n rotaieSe calculeaza k pentru fiecare treapta de viteza: , unde , iar Se adopt momentul de inerie al mecanismului motor, inclusive volantul,redus la arboreal cotit Jm=0.02 [kg/m2] i momentul de inerie al unei roi a autovehiculului Jr=0.2 [kg/m2].

Se va determina pentru fiecare treapt precizat. Se va considera pentru fiecare treapt in CV, urmatorul interval de viteze:

treapta I : treapta II : treapta III : treapta IV : treapta V : S-a considerat Pasul pentru vitez va fi calculat pentru fiecare treapt: pas V=(Vi,max-Vi,min)/n pas V1 = 2,45472 pas V2 = 2,89836 pas V3 = 3,13944 pas V4 = 3,08039 pas V5 = 7,92897Se va reprezenta fora de traciune,folosind intervalele de vitez precizate pentru fiecare treapt de vitez a CV i relaia: Rezult urmtorul grafic:

Se va reprezenta puterea la roile motoare , , ct i puterea rezistent la drum orizontal folosind relaiile:

folosind intervalele de vitez precizate pentru fiecare treapt de vitez a CV, rezult urmtorul grafic:

3.4. Determinarea performanelor automobilului

Din expresia factorului dinamic rezult acceleraia pentru fiecare treapt a CV

De obicei se studiaz performanele automobilului pentru drum orizontal, caz n care i rezult:

Factorului dinamic la limita de aderen care este: unde Acceleraia la limita aderenei:

Va rezulta graficul caracteristicii acceleraiilor peste care s-a suprapus i acceleraia la limita aderenei:

Determinarea timpului de demarare

Timpul de demarare reprezint timpul necesar de cretere a vitezei automobilului ntre viteza minim n treapta nti a cutiei de viteze i viteza maxim de deplasare n ultima treapt, n ipoteza c motorul funcioneaz pe caracteristica extern i c schimbarea treptelor se face instantaneu.Pentru a se determina timpul de demarare de la pornirea de pe loc pn la Vmax , se construiete diagrama inversului acceleraiei pentru toate treptele de vitez considerndu-se c trecerea de la o treapt la alta se face fr ntreruperile necesare schimbrii treptelor CV.

Aria succesiunilor de trapeze se determin cu relaia Ti = dv , iar prin nsumarea acestor arii se determin timpul de demarare td = , adic

s]

Se observ c pentru atingerea vitezei de 101,908 [km/h] (aproximativ 100 [km/h]) sunt necesare 18,486 [sec].

Calculul spatiului de demarajPrin spaiul de demaraj se ntelege distana parcurs de automobil n timpul demarajului pn la viteza dorit.Pentru calculul spaiului de demaraj se folosete relaia de definiie a vitezei: de unde se deduce expresia spaiului elementar:Spaiul, de demaraj total Sd se exprim prin nsumarea ariilor trapezelor a determinate cu formula: Si = dt

Urmnd etapele de calcul, pentru automobilul analizat, a rezultat un spaiu de demaraj de 321.6[m], pn la viteza de 102,47 [km/h].4. Reaciunile normale i stabilitatea

4.1. Determinarea reaciunilor normale ale cii rutiere asupra roilor

Reaciunile normale ale cii sunt normale la suprafaa de contact. Reaciunile normale din planul longitudinal sunt egale i de sens contrar sarcinilor pe punile vehiculului, iar cele din planul transversal vor avea valori egale sau diferite ntre roile din stnga i din dreapta ale aceleeai puni.

Reciunile normale ale cii de rulare pentru vehicul n repaus sunt:- pe drum orizontal: - pe drum n pant: = 7487.71 N= 8624.14 Nn regim de micare, scriind momentele fa de punctele de contact ale pneurilor cu calea, se pune n eviden influena acceleraiei asupra modificrilor de sarcin pe cele doua puni :

Tinand cont c la demarare, la puntea motoare se manifest fora de traciune maxim care este limitat de fora de aderen, sarcinile pe puni la demarare, n funcie de puntea motoare fa:

-reaciuni normale la demaraj pe drum orizontal:

-reaciuni normale la demaraj pe drum n pant :

4.2. Sarcinile pe puni la frnare

La frnare, momentul de frnare produce un moment de frnare la fiecare roat de sens contrar sensului de deplasare. n ipoteza aceluiai coeficient de aderen la ambele puni, fora de frnare este :

Sarcinile pe puni:

4.3. Timpul i spatial de frnare

Fora de frecare la limita de aderen pe roile din fa:

Fora de frecare la limita de aderen pe roile din spate:

4.3.1 Timpul de frnareReprezint perioada de frnare intens cupris ntre momentul n care fora de frnare a atins intensitatea impus de conducatorul auto i momentul n care viteza s-a redus la valoarea dorit, sau autovehiculul s-a oprit . Timpul total de oprire :

4.3.2 Spaiul de frnare

Reprezint distana parcurs in timpul frnrii cu intensitate maxim, cand viteza autovehiculului s-a micorat de la Val la Va2.Dintre parametrii capacitaii de frnare, spaiul minim de frnare determin in modul cel mai direct calitaile de frnare si sigurana circulaiei.

Spatiul de oprire

Spaiul de oprire reprezint distana parcurs de autovehicul din momentul sesizrii de ctre operator a necesitaii frnrii si pn la oprirea complet a acestuia prin frnare. Spaiul de oprire este suma dintre spaiul minim de frnare Sf min si spaiul suplimentar de miscare Ss, datorat factorilor tehnici si umani.

4.4 Stabilitatea autovehiculului cu roiStabilitatea autovehiculului cu roi se refer la stabilitatea la alunecare si rsturnarea longitudinal, stabilitatea la derapare si la rsturnare transversal, stabilitatea la deplasare n curbe i rsturnarea longitudinal, stabilitatea la deplasarea n curbe i stabilitate transversal la deraparea rectilinie. Stabilitatea unui autovehicul reprezint capacitatea acestuia de a se opune alunecrii, deraprii, patinrii i rsturnrii in timpul deplasrii.

4.4.1 Stabilitatea la urcarea unei panteCondiia de stabilitate longitudinala la rsturnare la urcarea pantei este:

Condiia de stabilitate longitudinala la alunecare a autovehiculului ctre piciorul pantei n cazul punii motoare fa este:

4.4.2. Stabilitatea la deplasarea rectilinie cu vitez mare pe drum orizontalEste posibil pierderea stabilitii longitudinale datorit aciunii forei de rezisten frontal a aerului si a forei portante. Condiia de stabilitate longitudinal la rsturnare in acest caz este:

4.4.4 Stabilitatea la deplasarea autovehiculului cu vitez constanti pe o cale de rulare rectilinie cu nclinare lateral Condiia de stabilitate transversal la rsturnare: Condiia de stabilitate transversal la derapare:q

7