DIG.BY

Дмитрий Спицын - соматика, массаж, социальные танцы, электромобили, программирование

Силы, действующие на электромобиль

Эта статья посвященна теоретическим основам расчета параметров электромобилей — силам, действующим на электромобиль. Поскольку большинство приведенных расчетов будут справедливы и для автомобиля, и, в то же время, многие электромобили являются переделками серийных автомобилей, далее будет описана методика, справедливая также и для расчета автомобиля.

Для того, чтобы начать расчеты, надо определиться с основными силами, действующими на электромобиль. В дальнейших расчетах определимся со следующими обозначениями:



  • Fтяги – сила тяги на ведущих колесах
  • Fтр. – сила трения в трансмиссии
  • Fкач. – сила трения качения колес
  • Fпод. – сила сопротивления подъему
  • Fвозд. – сила сопротивления воздуха
  • Fин. – сила сопротивления разгону (сила инерции)

Для того, чтобы электромобиль начал движение, сила тяги на ведущих колесах должна превысить сумму остальных сил – сил сопротивления движению.


Так как сила тяги на ведущих колесах может быть выражена через крутящий момент на двигателе, учитывая передаточные числа главной передачи и коробки передач, а также потери мощности в трансмиссии и радиус колес электромобиля. Можно записать следующее выражение:


Fтяги = (ηтр. * Mе * uкп * uгп)/r


Где:


  • Fтяги – сила тяги на ведущих колесах, Н
  • ηтр. – коэффициент потери мощности в трансмиссии электромобиля (в автомобильной трансмиссии для легкового авто ηтр.=0,9-0,92)
  • Mе – эффективный крутящий момент двигателя, Н*м
  • uкп – передаточное число коробки передач
  • uгп – передаточное число главной передачи
  • r – радиус ведущего колеса, м


Для расчета скорости движения электромобиля, в зависимости от частоты вращения вала двигателя, применяется следующая формула:


ν = (2*π*r*n*3,6)/(uкп*uгп)


Где:


  • ν – скорость электромобиля, км/ч
  • 3,6 – коэффициент перевода скорости из м/с в км/ч
  • r – радиус ведущего колеса, м
  • n – частота вращения вала двигателя, Гц
  • uкп – передаточное число коробки передач
  • uгп – передаточное число главной передачи


Для расчета силы сопротивления качению требуется учитывать деформацию шины, деформацию дороги, силу трения шины об дорогу и силу трения в подшипниках колеса. Так как расчет влияния данных величин является достаточно сложным, на практике пользуются эмпирически полученным коэффициентом трения качения, который, в дальнейшем, участвует в расчете силы сопротивления качению.


Таблица для определения коэффициента трения качения (взята из книги "Я строю автомобиль")
Дорога Коэффициент трения качения, ƒ
При скорости 50км/ч Среднее значение
С асфальтобетонным или цементнобетонным покрытием в отличном состоянии 0,014 0,014-0,018
С асфальтобетонным или цементнобетонным покрытием в удовлетворительном состоянии 0,018 0,018-0,020
Булыжная мостовая 0,025 0,023-0,030
С гравийным покрытием 0,020 0,020-0,025
Грунтовая: сухая, укатанная 0,025-0,035
Грунтовая после дождя 0,050-0,150
Песок 0,100-0,300
Укатанный снег 0,070-0,100

Приведу формулу для расчета силы сопротивления качению:


Fкач. = ƒ*m*g*cosα


Где:


  • Fкач. – сила сопротивления качению, Н
  • ƒ – коэффициент трения качения
  • m – масса электромобиля, кг
  • g – ускорение свободного падения, м/с2
  • α – угол уклона дороги, °

При движении электромобиля (автомобиля) под уклон, на него действует сила сопротивления подъему:


Fпод. = m*g*sinα


Где:


  • Fпод. – сила сопротивления подъему, Н
  • m – масса электромобиля, кг
  • g – ускорение свободного падения, м/с2
  • α – угол уклона дороги, °


При движении электромобиля (автомобиля) на скоростях, превышающих скорость пешехода, заметное влияние оказывает сила сопротивления воздуха. Для расчета силы сопротивления воздуха используют следующую эмпирическую формулу:


Fвозд. = Cx*S*ρ*ν2/2


Где:


  • Fвозд. – сила сопротивления воздуха, Н
  • Cx – коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), Н*с2/(м*кг). Cx определяется эксперементально для каждого кузова.
  • ρ – плотность воздуха (1,29кг/м3 при нормальных условиях)
  • S – лобовая площадь электромобиля (автомобиля), м2. S является площадью проекции кузова на плоскость, перпендикулярную продольной оси.
  • ν – скорость электромобиля (автомобиля), км/ч


Для расчета разгонных характеристик электромобиля (автомобиля) следует учитывать силу сопротивления разгону (силу инерции). Причем, нужно учитывать не только инерцию самого электромобиля, но и влияние момента инерции вращающихся масс внутри электромобиля (ротор, коробка передач, кардан, колеса). Далее приведена формула расчета силы сопротивления разгону:


Fин. = m*a*σвр


Где:


  • Fин. – сила сопротивления разгону, Н
  • m – масса электромобиля, кг
  • a – ускорение электромобиля, м/с2
  • σвр – коэффициент учета вращающихся масс


Приблизительно коэффициент учета вращающихся масс σвр можно рассчитать по формуле:


σвр=1,05 + 0,05*u2кп


Где uкп – передаточное число коробки передач


Осталось описать силу сцепления колес с дорогой. Однако, данная сила в дальнейших расчетах малоприменима, поэтому пока оставим ее на-потом.


И вот, мы уже имеем представление об основных силах, действующих на электромобиль (автомобиль). Знание этого теоретического вопроса вскоре сподвигнет нас на изучение следующего вопроса – вопроса расчета характеристик электромобиля, необходимых для обоснованного выбора двигателя, аккумуляторной батареи и контроллера.

Ваша оценка: Нет Рейтинг: 3.3 (8 голоса)

Когда хастл танцуется с удовольствием,
не бывает ошибок – только новые движения!
© КСТ DIG

Copyright © Dmitry Spitsyn, 2008-2013