Determinarea marimilor caracteristice ale autovehiculului de proiectat. Realizarea schitei de organizare generala

Determinarea marimilor caracteristice ale autovehiculului de proiectat. Realizarea schitei de organizare generala

Determinarea caracteristicilor dimensionale

Deoarece autoturismul de proiectat se afla intr-o clasa apropiata de cea premium, valoarea pe care o alegem pentru ampatament este mai mare decat media valorilor modelelor similare (2383 mm), acestea fiind de la cele mai ieftine la cele mai scumpe.

In consecinta, vom alege:

Pentru a evidentia mai bine legatura dintre cele doua pentru modelele similare si pentru a plasa valoarea aleasa cat mai corect, vom trasa curba de dependenta a lungimii de ampatament.

Figura . Dependenta lungimii de ampatament

Valaoarea aleasa va fi: Aceasta valoare am situat-o deasupra dreptei de regresie din considerentele de siguranta prezentate mai sus.

Un lucru mult mai relevant in rezolvarea acestei probleme este trasarea curbei de dependenta a latimii fata de ampatament.

Figura . Dependenta latimii de ampatament

Pentru a fi siguri ca alegerea facuta nu va compromite proiectul intregului autoturism, vom alege valoarea latimii , pentru a fi cat mai apropiati de dreapta de regresie, insa spre o valoare mai mare. In cazul de fata si o marire cu 10 mm conteaza in economia spatiului interior.

Se observa faptul ca valorile sunt foarte apropiate intre modele, bineinteles cu mici exceptii. De aceea pentru o vizualizare mai buna si pentru a putea alege inaltimea autovehicului nostru, trebuie sa construim dreapta de regresie a inaltimii in functie de ampatament, dupa cum se observa in figura 8.

Am ales o valoare pe dreapta de tendinta, insa putin sub aceasta pentru ca autoturismul sa aiba un aspect cat mai sportiv, dar nu in detrimentul confortului.

Figura . Dependenta inaltimii de ampatament

Dreapta de tendinta trebuie sa o facem de aceasta pentru ecartament in functie de latime, nu de ampatament. Aceasta este prezntata in figura 12.

Figura . Dependenta ecartamentelor de latime

Alegem se observa ca diferenta dintre aceste valori este de 10 mm, media diferentei pentru valorile similare fiind de 10,3 mm

Determinarea caracteristicilor masice

Insa parametru ce dicteaza, aproape invariabil, masa autoturismului este lungimea. De aceea, pentru a aproxima corect masa proprie trebuie sa construim dreapta de regresie a masei proprii in functie de lungime. Aceasta este prezentata in figura de mai jos.

Figura . Dependenta masei proprii de lungime

Alegem valoarea masei proprii pentru o cat mai buna incadrare pe drepta de tendinta. Astfel avem:

Deoarece masa utila nu depinde de vre-un alt parametru masic sau dimensional, o alegem in functie de media maselor utile ale autoturismelor similare (in valoare de 449 kg) si o comparam cu formula de calcul pentru masa utila ce include numarul de persoane() , masa medie a pasagerilor() si greutatea bagajelor individuale(

Observam deci ca masa calculata pentru 4 persoane nu corespunde ma masa maxima utila. Este posibil ca rationamentul producatorilor sa fie bazat pe faptul ca aceste autoturisme sunt utilizate destul de frecvent cu 5 persoane, precum majoritatea autoturismelor. Astfel formula devine:

Stabilim masa utila:

Rezulta imediat si masa totala maxima autorizata:

Intocmirea schitei automobilului de proiectat

Pentru intocmirea schitei automobilului a trebuit sa tinem cont de valorile dimensiunilor de baza, alese mai sus, dar si de anumite detalii constructive ce contribuie la design, siguranta pasiva si utilitate. In figura de mai jos este prezentata vederea laterala a autoturismului, celelate vederi fiind prezente in anexe.

Figura . Vedere laterala si cote caracteristice ale automobilului de proiectat

Designul exterior imbina elemente futuriste, cum ar fi linia laterala centrala cu doua curburi, farurile in forma de elipsa, jentile cu 3 spite, cu elemente retro ca manerul de inchidere al haionului si grila fata.

Ca particularitati ale formei, se observa o curbura concava a zonei haionului. Acest lucru, desi implica complicatii tehnologice, departeaza zona din spate unde apar curenti turbionali de luneta, prevenind murdarirea acesteia, lucru tipic pentru autoturismele hatchback.

Organizarea spatiului util

Pentru a imparti cat mai bine spatiul habitaclului, trebuie sa folosim modelul unui manechin, pe care il vom pozitiona atat pe locurile din fata cat si pe cele din spate. Pentru postul de conducere vom folosi un manechin ce acopera 90% din populatia globului deoarece cel care conduce este de cele mai multe ori si cel care cumpara autoturismul si circula cel mai mult cu acesta. Pentru celelalte posturi, vom folosi manechine ce acopera doar 50% din totalul populatiei, deoarece distantele intraurbane sunt de regula scurte ca si durata medie a calatoriei. Desenele celor doua tipuri de manechin sunt prezentate in figurile de mai jos.

Figura . Manechinul 50%

Figura . Manechinul 90%

Aceste manechine trebuie amplasate astfel incat sa existe un spatiu de miscare cat mai mare posibil, fara ca adevaratii pasageri sa fie incomodati de anumite componente din interiorul autoturismului, lucru ce scade simtitor confortul. In plus, cu cat spatiile sunt mai mari, siguranta pasiva este mai buna, riscul pasagerilor de a lovi ceva in timpul unui accident scazand.

Modul de amplasarea al acestui manechin in habitaclu este redat de figura 16.

Figura . Organizarea spatiului util

Realizarea schitei de organizare generala

Pentru a putea gasi centrul de greutate si incarcarea pe punti, este necesar sa realizam o organizare generala cat mai aproape de cea reala. Astfel vom alege un numar de subansamluri definitorii pentru autoturism, suma maselor acestora fiind exact masa proprie. Acestea sunt prezentate in tabelul si figura de mai jos.

Tabel .Subansambluri reprezentative pentru organizarea generala

Figura . Schema de organizare generala

Deoarece am folosit pentru postul de conducere manechinul de 90%, am considerat scaunul respectiv impins, cu ajutorul sistemului sau, cat mai mult in spate, de aceea este posibil ca pozitia ocupantului locului omolog de pe bancheta sa nu fie foarte comoda, insa se observa ca acesta are suficient loc intre picioare si scaunul din fata.

Calcularea pozitiei centrului de greutate si a incarcarilor pe punti

Coordonatele centrelor de greutate se calculeaza cu urmatoarele formule:

Unde:   

masa subansamblului j

coordonatele centrului de greutate ale subansamblului j

Masa fiecarui subansamblu a fost aproximata inmultind masa proprie cu anumite ponderi, prezentate in lucrarea [1]. Coordonatele centrului lui de greutate l-am putut afla cu ajutorul softurilor specializate de desenat.   

In concluzie, a trebuit sa elaboram un tabel centralizator ce sa contina variabilele prezentate mai sus.

Tabel . Ponderile si centrele de greutate pentru fiecare subansamblu

In cele din urma, putem calcula coordonatele centrului de greutate pentru cele doua variante:

a)                                 La sarcina utilila minima

De aici rezulta : si

(

Inlocuind in formula, aflam incarcarile pe punti:

b)                                 La sarcina utilila maxima

De aici rezulta : si

(

Inlocuind in formula, aflam incarcarile pe punti:

In continuare vom enumera cativa parametrii ce ne dau informatii asupra capacitatii de trecere a automobilului.

Garda la sol: 194 mm

Unghiul de atac: 21

Unghiul de degajare: 27

Panta maxima: o vom calcula cu criteriul unghiului limita la patinare la sarcina utila maxima

Calculul de tractiune al autovehiculului de proiectat

Calculul de tractiune il vom realiza luand in calcul rezistenta la rulare si rezistenta aerului, rezistenta la urcare a pantei considerand-o 0, modelarea fiind facuta pentru o portiune de drum asfaltat, in palier (). Autoturismul va fi incarcat la sarcina totala.

a)              Rezistenta la rulare

Formula ce defineste rezistenta la rulare este urmatoarea:

Unde:

: coeficientul de rezistenta la rulare, ce variaza cu viteza dupa parabola functiei de gradul 2: , cu urmatorii coeficienti alesi din lucrarea [1],

pentru pneuri radiale de sectiune foarte joasa:

Graficul de variatie este urmatorul:

Figura . Graficul de variatie al coeficientului de rezistenta la rulare cu viteza

: greutatea autoturismului incarcat la sarcina utila maxima

: unghiul pantei

In concluzie puterea rezistenta la rulare este data de urmatoarea formula:

b)              Rezistenta aerului

Este data de urmatoarea formula:

Unde:

: coeficientul aerodinamic

coeficientul fortei aerodinamice pe directie longitudinala; conform modelului similar, alegem

aria sectiunii maxime transeversale; se masoara precis cu ajutorul soft-urilor grafice

viteza relativa a aerului fata de autoturism; deoarece viteza vantului o consideram 0, va fi egala cu viteza de deplasare a autovehiculului.

In concluzie, puterea necesara invingerii rezistentei aerului are urmatoarea formula:

Acum vom putea intocmi un tabel ce va evidentia variatia rezistentelor si puterilor rezistente pe o plaja de la 0 la 200 km/h, ce reprezinta viteza maxima pentru clasa in care se incadreaza autovehiculul de proeictat.

Tabel . Variatia rezitentelor si puterilor rezistente la inaintare

Figura . Variatia rezistentelor la rulare cu viteza

Figura . Variatia puterilor rezistente la rulare cu viteza

Predeterminarea caracteristicii la sarcina totala a motorului si alegerea motorului autovehiculului impus prin tema

Pentru a putea alege motorul potrivit pentru autoturismul de proiectat trebuie in primul rand sa alegem viteza maxima de deplasare a acestuia. Pentru ca alegerea sa fie cat mai exacta, vom realiza histograma vitezelor maxime pentru modelele similare. Aceasta este prezentata in figura de mai jos.

Figura . Histograma vitezelor maxime

Se observa ca media vitezei maxime este undeva in jurul valorii de 160 km/h, insa, deoarece autoturismul de proiectat se inscrie in segmentul superior de confort si calitate, vom alege viiteza maxima teoretica cu 10 km/h mai mult, deci aceasta va fi :

In functie de aceasta viteza, vom alege din tabelul 6 valoarea sumei puterilor rezistive pentru a afla puterea necesara la roata autovehiculului pentru a putea atinge viteza impusa:

Pentru a putea afla puterea necesara a motorului, nu ne ramane altceva de facut decat sa inmultim puterea necesara la roata cu randamentul total al transmisiei. Conform lucrarii [] si a materialului prezentat pe internet, ps site-ul [], alegem valoarea 0,92:

Pentru a putea avea o viziune mai clara asupra motorului necesar pentru acest automobil, trebuie sa modelam caracteristica de turatie la sarcina totala. Aceasta modelare se face analitic, prin expresia:

Unde:   

turatia de putere maxima

coeficientii de forma corespunzatori turatiilor scazute

: coeficientii de forma corespunzatori turatiilor ridcate

Acesti coeficienti se calculeaza pe baza coeficientului de elasticitate si a coeficientului de adaptabilitate , pe care ii putem afla analizand modelele similare.

Valoarea cuplului maxim si valorile turatiilor de putere, respectiv de moment, le alegem pe baza modelelor similare.

Valoarea momentului la putere il calculam conform formulei:

Acum putem calcula valorile coeficientilor:

Avand valorile celor doi coeficienti, putem calcula coeficientii de forma cu relatiile ce urmeaza:

Acum vom calcula din nou puterea maxima necesara motorului teoretic din relatia:

Vom nota si il vom alege din tabele de specialitate ca fiind, la MAS, de unde reiese In consecinta, formula puterii la viteza maxima de mai sus se va modifica.

Pentru a putea modela curba puterii, trebuie sa alegem o turatie minima si o turatie maxima, intre care, vom calcula valoarea puterii din 300 in 300 rpm.

Vom separa zona turatiilor mici de cele mari la 3200 rpm.

Pentru a modela si curba cuplului motor odata cu cea a puterii, ne vom folosii de relatia .

Tabel . Valori ale puterii si momentului pentru anumite valori ale turatiei

Figura . Caracteristica teoretica de variatie ale puterii si momentului cu turatia

Pentru a putea alege motorul ce va echipa autoturismul, trebuie sa comparam doua motoare de aproximativ aceeasi putere, cat mai apropiata de puterea calculata mai sus, si sa ne decidem care este mai potrivit pentru automobilul de proiectat.

Alegem motorul modelului 2, Citroe n C2 1.4 55 kW/5400 rpm, si al modelului 13 Nissan Micra 1.4 65 kW/5200 rpm. Comparatia o vom realiza trasand pe acelasi grafic, ce are pe absicisa turatia raportata la turatia de putere si pe ordonata puterea raportata la puterea maxima, curbele corespunzatoare motorului teoretic si a celor doua motoare alese. Caracteristicile motoarelor alese au fost preluate din sursa [].

Figura . Grafic comparativ pentru alegerea motorului autoturismului de proiectat

Se observa ca graficul motorului Citroe n se situeaza deasupra celeilalte curbe pe toata plaja de turatie. De aceea acesta va fi motorul ales.

Caracteristica sa externa reala, obtinuta din sursa [], este prezentata in figura de mai jos.

Tabel . Valorile reale pentru putere si moment la diferite turatii

Figura . Caracteristica externa a motorului Citroen 1.4

Determinarea raportului de transmitere al transmisiei principale

Ipoteza de la care plecam pentru determinarea lui este aceea ca automobilul sa fie capabil sa atinga viteza maxima in treapta de priza directa. In cazul unui CVT, unde nu exista treapta de priza directa, vom considera momentul cand raportul diametrelor de infasurare a curelei va fi 1. In concluzie vom inlocui valorile cunoscute in relatia de mai jos si vom afla raportul de transmitere al transmisiei principale.

Insa, aceasta valoare este data de raportul a doua numere intregi ce reprezinta numarul de dinti ai pinionului de atac si al rotii conduse. De aceea va trebui sa alegem 3 variante diferite pe care le vom compara si o vom alege pe cea mai potrivita.

Deoarece motorul este amplasat tranzversal, pe directia puntii motoare, vom folosi o transmisie principala cu roti cilindrice. De aceea, si vor trebui sa aiba valori mai mari de 14, din conditia de angrenare in cazul angrenajului cilindric cu profil evolventic.

Pentru a putea compara cele 3 rapoarte de transmitere, vom folosi metoda grafica, unde vom arata variatia puterii cu viteza in functie de fiecare situatie si puterea rezistenta la inaintare.

Figura . Diagrama de definitivare a lui i0

In concluzie, vom alege

Viteza maxima in palier va fi