Устойчивость системы «автомобиль-двигатель»

Используя тяговую диаграмму движения автомобиля, можно установить, будет ли устойчивой работа системы «автомобиль-двигатель» в заданных условиях эксплуатации. Рассмотрим зависимости Р_к = f(V) и Р_с = f(V) для одной передачи (Рис. 6.3).

Двигатель создает на ведущих колесах касательную силу тяги Р_к, автомобиль воспринимает внешние сопротивления Р_с. Равновесие системы «автомобиль-двигатель» имеет место в точках 1 и 2 при скоростях движения соответственно V₁ и V₂. Рассмотрим характер равновесия системы в этих точках.

Предположим, автомобиль движется с равновесной скоростью V₁. Вследствие какого-то случайного кратковременного воздействия скорость движения снизилась на величину DV, т.е. DV < 0. В результате касательная сила тяги снижается и становится меньше силы внешних сопротивлений Р_к<Р_с, что приведет к замедленному движению автомобиля J < 0. Скорость движения автомобиля и частота вращения коленчатого вала двигателя будут продолжать снижаться до тех пор, пока автомобиль не остановится (при условии, что водитель не предпринимает никаких мер для увеличения касательной силы тяги). Если случайное кратковременное воздействие повысит скорость автомобиля от равновесной V₁ на величину DV (DV > 0), касательная сила тяги возрастет и превысит силы внешних сопротивлений Р_к>Р_с. Автомобиль начнет двигаться ускоренно (J > 0) и чем больше разность (Р_к – Р_с), тем больше будет ускорение автомобиля. Таким образом, в точке 1 мы имеем неустойчивое равновесие системы «автомобиль-двигатель». Любое случайное кратковременное воздействие выводит систему из равновесия и автомобиль либо останавливается, либо разгоняется.

Предположим, автомобиль разогнался до скорости V₂ и вновь наступило равновесие системы «автомобиль-двигатель» (Р_к = Р_с). Если случайное кратковременное воздействие снизит скорость движения на величину DV (DV<0), касательная сила тяги возрастет, а силы внешних сопротивлений уменьшатся. При условии Р_к > P_c автомобиль движется ускоренно (J > 0) и скорость движения автомобиля восстанавливается. Увеличение скорости движения на DV (DV > 0) приводит к уменьшению касательной силы тяги и увеличению сил внешних сопротивлений. Ускорение автомобиля будет отрицательным (J < 0), скорость автомобиля снизится и, когда она достигнет величины V₂, равновесие системы «автомобиль-двигатель» восстановится. Следовательно, в точке 2 имеет место устойчивое равновесие системы «автомобиль-двигатель». Скорость автомобиля восстанавливается после любого случайного кратковременного воздействия и водителю не нужно предпринимать никаких мер для поддержания постоянства скорости движения.

Рассмотрим условия перехода от устойчивого равновесного состояния к неустойчивому (Рис. 6.4).

Рис. 6.4 Переход автомобиля от устойчивого движения к неустойчивому:

а) при переменном положении дросселя,

б) при изменении дорожного сопротивления.

Пусть автомобиль движется по дороге с постоянным значением приведенного коэффициента дорожного сопротивления. На тяговой диаграмме движения автомобиля нанесем ряд кривых Р_к = f(V), соответствующих различным положениям дроссельной заслонки. По мере прикрытия дросселя устойчивая равновесная скорость уменьшается. Минимальная степень открытия дроссельной заслонки, когда движение автомобиля по данной дороге еще возможно, определится точкой касания кривых Р_к = f(V) и Р_c = f(V). Равновесную скорость обозначим V_к ( минимально-устойчивая скорость). Подобная картина получается, если при движении автомобиля с постоянным дросселем будет меняться коэффициент дорожного сопротивления. Минимальная равновесная скорость V_к будет соответствоватьмаксимальному, для данного случая, значению приведенного коэффициента дорожного сопротивления.

Рассмотрим, в каком положении будет находиться система «автомобиль-двигатель» при движении со скоростью V_к. Предположим, в результате случайного кратковременного воздействия скорость движения снизилась на величину DV (DV < 0). Касательная сила тяги уменьшилась Р_к < P_c, поэтому ускорение автомобиля J < 0. Автомобиль будет двигаться замедленно, пока не остановится (водитель не предпринимает мер для увеличения Р_к). Система «автомобиль-двигатель» находится в положении неустойчивого равновесия. Если случайное кратковременное воздействие увеличит скорость движения на величину DV (DV > 0), условие Р_к < P_c сохранится, автомобиль будет двигаться с замедлением и скорость движения восстановится. Система «автомобиль-двигатель» находится в положении устойчивого равновесия. Скорость движения V_к, соответствующая граничному условию равновесия, называется критической. Система «автомобиль-двигатель» устойчива при скоростях движения выше критической и неустойчива, если скорость движения меньше критической. Равномерное движение автомобиля со скоростью меньше критической потребует от водителя реакции на каждое случайное изменение скорости движения путем воздействия на дроссельную заслонку или рычаг переключения передач.

Вопрос