Alegerea parametrilor principali ai automobilului

Alegerea parametrilor principali ai automobilului

2.1. Solutia de organizare generala si amenajare interioara

Automobilul este un vehicul rutier, autopropulsat, cu caroserie si roti, care se poate deplasa pe drumuri sau pe cai neamenajate. El este un ansamblu complex, constituit dint-un numar apreciabil de componente, care se interconditioneaza constructiv si functional.Acestea pot fi grupate astfel:

-motorul cu sistemele sale;

-transmisia (ambreiajul, cutia de viteze, cutia de distributie sau reductorul distribuitor, transmisia longitudinala, puntea sau puntile motoare); în functie de solutia de organizare a tractiunii automobilului unele din componentele transmisiei pot lipsi.

-sistemele de conducere, care cuprind sistemul de directie si sistemul de frânare;

-sistemul de sustinere 535c24f si propulsie, format din suspensie, sasiu sau cadru, punti, sistemul de rulare;

-caroseria;

-echipamentul electric si electronic;

-instalatiile si dispozitivele auxiliare.

Motorul, alaturi de transmisie, formeaza grupul motopropulsor al automobilului si asigura punerea sa în miscare. În motor energia chimica a combustibilului utilizat se transforma în energie mecanica transmisa rotilor motoare, prin intermediul transmisiei. Motorul este format din mecanismul motor (mecanismul biela-manivela si mecanismul de distributie), din sistemele de alimentare, ungere si racire, din instalatia de pornire si instalatia de aprindere (la motoarele cu aprindere prin scânteie).

Automobilele au diferite surse energetice, majoritatea fiind motoare cu ardere interna, cu aprindere prin scânteie sau prin comprimare - m.a.s. sau m.a.c.

Amplasarea motorului se poate face: a) longitudinal deasupra puntii din fata,figura 1.1. situatie în care se realizeaza o repartitie judicioasa a sarcinii intre roti si o buna accesibilitate la motor; b) transversal, figura 1.2. când se asigura constructii compacte pentru autoturismelor de lungime mica, obtinându-se un spatiu pentru pasageri cât mai mare, la acelasi ampatament.

			Fig.1.1. Solutia "totul-fata"cu motorul dispus longitudinal

Solutia "totul-fata" mai prezinta urmatoarele avantaje:

- legaturi simple si scurte între organele de comanda si grupul motor - transmisie;

- permite realizarea unui portbagaj spatios;

- pericolul de incendiu este redus, rezervorul de combustibil fiind montat, în general, pe consola din spate;

- sistemul de racire este simplificat, asemanator ca la solutia clasica;

- efectul ciocnirilor frontale este mai redus asupra pasagerilor, deoarece energia de impact este absorbita de grupul motor - transmisie;

- stabilitate ridicata în viraj.

Dezavantajele solutiei "totul -fata" sunt urmatoarele:

- se micsoreaza greutatea aderenta ce revine puntii motoare la urcarea rampelor;

- solutii constructive complexe pentru puntea fata , care este punte motoare si directoare;

- motorul si transmisia sunt expuse la lovituri frontale;

- pneurile din fata se uzeaza mai rapid decât cele din spate.

Din studiul solutiilor similare rezulta ca la acest tip de autoturism cea mai folosita caroserie este cea cu patru usi. Totodata caroseriile trebuie sa ofere pasagerilor pe lânga confort si o siguranta sporita în trafic si în cazul accidentelor de circulatie.

În mod uzual usurinta de conducere se considera a fi (în siguranta) asigurata de geometria dispunerii scaunului conducatorului în raport cu comenzile si alte elemente ale autoturismului, de marimea efortului la comenzi, de vizibilitatea drumului, iar scaunul trebuie sa asigure confortul necesar conducatorului.

Dimensiunile si forma caroseriei se aleg în functie de modul în care sunt amplasate: motorul, organele transmisiei si spatiul pentru transportul pasagerilor.

Dimensiunile interioare ale caroseriei unui autoturism influenteaza conditiile ergonomice pentru conducatorul autovehiculului, comoditatea calatoriei pasagerilor si capacitatea de a transporta diferite încarcaturi, toate acestea trebuind realizate pe fondul unei rezistente sporite a caroseriei, estetica si aerodinamica a formei, la un pret acceptabil.

La perioade relativ mici apar modele noi la care se pot observa îmbunatatiri substantiale, atât la forma, dimensiuni, gabarit, cât si la materialele de constructie a caroseriei, care sunt mai usoare, mai ieftine si cu caracteristici mecanice asemanatoare celor înlocuite, iar uneori chiar superioare. Masele plastice ocupa din ce în ce un procent tot mai mare în structura automobilului ceea ce duce la reducerea masei acestora.

Masa proprie a autoturismelor variaza de la valoarea de 800 kg, la 1130 kg; se observa însa ca media este în jurul valorii de 1000 kg, dar capacitatea de încarcare este redusa la modelele cu masa proprie mica.Locul de amplasare a motorului influenteaza comportarea si caracteristicile automobilului. Acesta va fi amplasat longitudinal în partea din fata a autoturismului

			Fig. 3. Solutia de organizare adoptata "totul-fata" cu motorul dispus longitudinal

2.1.1. Studiul egonnomic al postului de conducere

Usurinta de conducere si confortul asigurat conducatorului autoturismului constituie factori constructivi cu rol deosebit în asigurarea securitatii circulatiei. În mod uzual , usurinta de conducere se considera a fi asigurata de geometria dispunerii scaunului conducatorului în raport cu comenzile si alte elemente ale automobilului , de marimea eforturilor la comenzi , de vizibilitatea drumului , iar confortul - de calitatile scaunului ca element izolator la vibratii , de nivelul zgomotului interior, precum si etansarea caroseriei la praf si apa. Dimensiunile si forma caroseriei se aleg în functie de modul în care sunt amplasate motorul , organele transmisiei si portbagajul. Comoditatea conducerii si confortul calatoriei trebuie realizate asigurând totodata rezistenta caroseriei, estetica si aerodinamica formei .

În cazul autoturismelor cabina pentru pasageri este amplasata la mijloc întotdeauna , pentru ca acestia sa fie cât mai bine protejati contra accidentarii. Caroseria de securitate se obtine prin urmatoarele masuri : rigidizarea constructiei fara reducerea vizibilitatii , folosirea unor tapiserii de grosime mare pe tavan si peretii laterali , montarea unor mânere pentru usi fara proeminente, folosirea coloanei de directie telescopice , montarea parbrizului astfel încât la deformarea caroseriei geamul sa sara în afara .

Dimensiunile principale ale postului de conducere al conducatorului auto si limitele de amplasare a organelor de comanda manuala la autoturisme se aleg conform STAS 6689/1-81 , astfel încât acestea sa fie în permanenta în raza de actiune determinata de dimensiunile antropometrice ale conducatorului auto. În fig. 4. sunt prezentate, dupa recomandarile STAS 12613-88 dimensiunile postului de conducere , iar în tabelul 2. sunt prezentate limitele de modificare a acestor marimi .Punctul R defineste punctul de referinta al locului de asezare si reprezinta centrul articulatiei corpului si coapsei unui manechin bidimensional , conform STAS 10666/3-76 .

Tabelul 2.

În ceea ce priveste postul de conducere , pentru determinarea corectitudinii dispunerii scaunului cu comenzile se aplica metoda recomandata de STAS 12613-88 si norma ISO 3958-77 care stabileste o înfasuratoare a distantelor maxime de actiune ale unei mâini a conducatorului asezat pe scaun, cu cealalta mâna pe volan si piciorul drept pe pedala de acceleratie, având montata o centura de siguranta cu trei puncte de sprijin.

2.2. Dimensiunile geometrice principale

Dimensiunile principale se definesc în conditia de repaus a automobilului, planul sau de sprijin este orizontal, iar rotile au pozitia corespunzatoare mersului rectiliniu si presiunea interioara a aerului din pneu indicata de fabricant.

Fig 5. Dimensiunile principale ale automobilului.

Principalele dimensiuni ce caracterizeaza constructia unui autovehicul sunt  urmatoarele :

- dimensiunile de gabarit;

- ampatamentul ecartamentul;

- consola fata / consola spate;

- garda la sol.

- razele si unghiurile de trecere;

- razele de viraj.

Dimensiunile de gabarit sunt:

- lungimea A =4520 [mm];

- latimea l =2013 [mm];

- înaltimea H =1421 [mm].

Ecartamentul reprezinta distanta dintre planele mediane a doua roti ce apartin aceleasi punti:

- ecartamentul fata B₁ =1500 [mm];

- ecartamentul spate B₂ =1513 [mm].

Ampatamentul reprezinta distanta dintre axele rotilor celor doua punti:

- amptamentul L=2760 [mm]

Consola fata, l₁, reprezinta distanta dintre doua plane verticale transversale, care trec, respectiv, prin punctul extrem din fata al automobilului si axa puntii fata, deci l₁ =860 [mm]. Consola spate l₂, reprezinta distanta dintre doua plane verticale transversale, care trec, respectiv, prin punctul extrem din spate al automobilului si axa puntii spate, deci l₂ =900 [mm].

Garda la sol c, reprezinta distanta, masurata pe verticala, dintre partea cea mai de jos a sasiului automobilului complet încarcat si calea de rulare deci c=215 [mm].

Raza longitudinala de trecere r_l, reprezinta raza suprafetei cilindrice conventionale, tangenta la rotile din fata , rotile din spate si la punctul cel mai coborât al automobilului, situat intre punti, care este de r_l=5,5 [m].

Raza transversala de trecere r_t, reprezinta raza suprafetei cilindrice conventionale, tangenta la punctul cel mai coborât, din fata sau din spate si la pneuri si care este de r_t=2,8 [m].

Unghiurile de trecere a în fata si a în spate sunt determinate de tangentele la pneul din fata, respectiv din spate si partea cea mai din fata, respectiv din spate a sasiului sau caroseriei, care sunt a =30 si a =38

Greutatea automobilului-G_a- reprezinta suma dintre greutatea utila-G_u care poate fi transportata de automobil si greutatea proprie-G_o .

G_a=G_u+G_o [daN]

Greutatea utila G_u reprezinta o caracteristica constructiva importanta a automobilului si defineste capacitatea sa de încarcare. Ea se precizeaza, de obicei, prin numarul de locuri, pe scaune si în picioare, la automobilele destinate transportului de persoane sau prin sarcina utila transportata si numarul de locuri din cabina, la automobilele destinate transportului de bunuri materiale.

Greutatea proprie G_o este este determinata de suma greutatilor tuturor elementelor componente ale automobilului, atunci când acesta este alimentat cu combustibil, lubrifianti, lichid de racire, roata de rezerva si trusa de scule, fara persoane la bord.

G_o=1050 [daN]

G_u=m_p∙n_p+m_b [daN]

G_u=75∙5+150=525 [daN]

G_a=G_u+G_o=525+1050=1575 [daN]

Centrul de greutate al automobilului constituie un parametru important pentru definirea modului de distribuire a greutatii totale G_a pe punti, pentru organizarea generala a automobilului si pozitionarea tuturor elementelor sale componente. Desi nu se vede centrul de greutate exista ca o rezultanta a tuturor centrelor de greutate ale fiecarui element constructiv al automobilului. El are o pozitie variabila, care depinde de aranjarea încarcaturii în raport cu axa longitudinala sau transversala a automobilului, de deplasarea rectilinie sau in viraj în regim de accelerare sau frânare, etc.

În conditii statice centrul de greutate are o pozitie bine determinata aceasta fiind prezentata la toate automobilele, în mod indirect, prin indicarea greutatilor care revin fiecarei punti G_i. În planul longitudinal al automobilului, centrul de greutate este situat la înaltimea h_G fata de calea de rulare, iar fata de puntile fata si spate, se afla amplasat la distantele "a", respectiv "b". În plan transversal centrul de greutate se afla pe axa de simetrie a automobilului.

Greutatea totala G_a este considerata concentrata în centrul de greutate al automobilului iar repartizarea sa pe puntile automobilului depinde de coordonatele centrului de greutate prin relatia:

În functie de coordonatele centrului de greutate, din relatiile de mai sus se pot determina relatiile de calcul pentru greutatile G₁ , G₂ :

G₁ G₂

unde: L reprezinta ampatamentul automobilului.

Cunoscând marimea greutatii care revine fiecarei punti a automobilului se poate determina greutatea care revine fiecarei roti G_R în conditii statice, folosind relatia: G_R=G_i / n

unde "n" reprezinta numarul rotilor puntii "i".

Valorile medii pentru parametrii centrului de masa sunt :

a/L = 0,48

a = 0,48L = 0,48 ·4520 = 2169,6 [mm]

b/L = 0,52

b = 0,52L = 0,52·4520 = 2350,4 [mm]

Masele care revin celor doua punti sunt :

m₁ = b/L m_a m₁ = 0,52∙1575 =819 [kg] m₂ = a/L m_a m₂ = 0,48∙1575=756 [kg]

Greutatile repartizate pe punti :

G₁ = b/L G_a =819 [daN]

G₂ = a/L G_a = 756 [daN]

Greutatile pe fiecare roata in parte :

G_1s=G_1d=G₁/2=409,5 [daN]

G_2s=G_2d=G₂/2=378 [daN]

2.4. Pneurile automobilului

Pneurile reprezinta partea elastica a rotilor si pot fi cu camera de aer (fig.6) sau fara camera de aer (fig.7)

Pentru alegerea pneului ce urmeaza sa echipeze autovehiculul proiectat se are în vedere tipul si destinatia automobilului si conditiile de exploatare. Functie de elementele de mai sus se determina din cataloage de firma sau standarde simbolul anvelopei fata de care se pot determina sau stabili direct din tabele marimile necesare calculului dinamic.

Alegerea pneului se face dupa urmatoarea metodologie:

-se determina greutatea ce revine rotilor din spate si fata;

-se aleg pneurile ce satisfac conditia de viteza maxima;

-functie de dimensiunile pneurilor utilizate la tipurile similare se orienteaza asupra dimensiunilor rotii;

-se alege tipul pneului;

-se alege presiunea de utilizare pentru satisfacerea conditiilor de greutate pe roata.

La alegerea pneului se au în vedere si urmatoarele:

-pentru asigurarea unei bune confortabilitati puntea fata trebuie sa fie caracterizata de o elasticitate mai mare decât puntea spate. La obtinerea elasticitatii sporite a puntii fata contribuie si utilizarea presiunii interioare a aerului din pneu mai mica în fata decât în spate;

-prin reducerea presiunii aerului din pneu la rotile fata se reduce si rigiditatea laterala a pneului, astfel ca prin sporirea deviatiilor laterale se favorizeaza imprimarea unui caracter constructiv de subvirare caracterizat de tendinta de autostabilizare pe traiectoria rectilinie.

Functie de masa repartizata puntilor se poate determina masa ce revine unui pneu si anume :

-pentru pneurile puntii fata :

G_ps=G_pd=G₁/2=409,5 [daN]

-pentru pneurile puntii spate :

G_ps=G_pd=G₂/2=378 [daN]

În cazul automobilului proiectat , conform solutiilor similare studiate si a valorilor m_p1 si m_p2 determinate mai sus , din tabelul 3.10 "Dinamica autovehiculelor" se adopta anvelope de tip : 165/70 R 14 T cu urmatoarele caracteristici:

- sarcina pe anvelopa 450 [kg]

- viteza maxima 160 [km/h]

- presiunea de regim 2.2 [daN/cm²]

- diametrul exterior     D=640 [mm]

- latimea exterioara a sectiunii transversale B = 215

- raza statica r_o=320 [mm]

- raza de rulare se calculeaza cu relatia

r_r= ·r_o=0,93·=0,93·320=297,6 [mm]

Raza statica-r_o-se defineste ca fiind distanta dintre centrul rotii si suprafata de sprijin, în cazul în care roata este încarcata cu sarcina nominala, în repaus.

Raza dinamica-r_d- este distanta dintre centrul rotii si calea de rulare, în timpul miscarii automobilului, încarcat la sarcina nominala (fig.8).

Raza de rulare-r_r-reprezinta raza unei roti imaginare, nedeformabile, care se roteste fara alunecari.