محاسبات گشتاور موتور در خودروها و ترنسفرکارهای الکتریکی
مقدمه
روشن است که در آینده ای نزدیک خودروهای برقی جای خودروهایی با سوخت فسیلی را خواهند گرفت. دیر یا زود این خودروها با ویژگیهایی چون خودرو پاک، خودرو ایمن، خودرو تحت حمایت مالیاتی وارد بازار های جهان خواهد شد. در تمامی این خودروها موتور جریان مستقیم تجهیزی کلیدی است. گشتاوری که این موتورها باید انتقال دهند، نقش تعیین کننده ای در محاسبه سرعت، شتاب و عملکرد خودرو دارد. در ادامه روش محاسبه توان موتور مورد نیاز یک خودرو الکتریکی شرح داده خواهد شد.
محاسبه گشتاور
در خودرو فاکتورهایی که روی گشتاور بیشینه مورد نیاز تاثیر گذار هستند عبارتند از:
- مقاومت غلتشی
- مقاومت شیب جاده
- نیروی شتاب
محاسبه مقاومت غلتشی
همواره در برابر حرکت خودرو، بین چرخهای خودرو و سطح جاده نیرویی مخالف حرکت ظاهر می گردد که به آن مقاومت غلتشی گویند. این مقاومت متناسب است با ضریب اصطکاک غلتشی که به جنس تایر و زبری جاده بستگی دارد. مقاومت غلتشی از رابطه زیر بدست می آید:
|
|
که:
| مقاومت غلتشی | |
| وزن خودرو با بار | |
| ضریب اصطکاک غلتشی (جدول 1) |
محاسبه مقاومت شیب جاده
مقاومت شیب جاده برخاسته از نیروی گرانش است. این نیرو در سربالایی ها خودرو را به سمت پایین می کشد و از رابطه زیر بدست می آید:
| (2) |
که:
| مقاومت ناشی از شیب جاده | |
| وزن خودرو با بار | |
| سینوس زاویه جاده با افق |
جدول 1- ضریب اصطکاک غلتشی بین تایر خودرو و جاده های مختلف را نشان می دهد.
| سطح جاده | شرایط سطح جاده | |
| بتون | با سطح صاف | 0.010 |
| با سطح متوسط | 0.015 | |
| با سطح بد | 0.020 | |
| آسفالت | با سطح صاف | 0.012 |
| با سطح متوسط | 0.017 | |
| با سطح بد | 0.022 | |
| ماکادام (Macadam) | با سطح صاف | 0.015 |
| با سطح متوسط | 0.022 | |
| با سطح بد | 0.037 | |
| برف | 50 میلیمتر | 0.025 |
| 100 میلیمتر | 0.037 | |
| خاک و شن | نرم | 0.025 |
| شنی | 0.037 | |
| گل | سخت | 0.037 |
| متوسط | 0.090 | |
| نرم | 0.150 | |
| علف | سفت | 0.055 |
| نرم | 0.075 | |
| شن | سخت(Firm) | 0.060 |
| نرم(Soft) | 0.150 | |
| شن روان(Dune) | 0.300 |
محاسبه نیروی ناشی از شتاب
نیروی ناشی از شتاب، نیرویی است که برای دادن شتاب (افزایش سرعت در زمانی معین) به خودرو لازم است. هرچه گشتاور موتور کمتر باشد خودرو برای افزایش معینی از سرعت به زمان بیشتری نیاز دارد. افزون بر این جرم خودرو هر چه بیشتر باشد برای دادن یک شتاب معین به خودرو نیاز به گشتاور بیشتری خواهد بود.
| (3) |
که:
| نیروی ناشی از شتاب | |
| جرم خودرو با بار | |
| شتاب مورد نیاز خودرو () و g=9.81 m/s² |
محاسبه نیروی کششی کل
نیروی کششی کل از جمع نیروهای سه گانه بالا بدست می آید. یعنی:
| (4) |
که:
| نیروی کششی کل |
محاسبه گشتاور مورد نیاز در چرخهای محرک
گشتاور مورد نیاز روی چرخهای محرک از رابطه زیر بدست می آید
| (5) |
که:
| گشتاور مورد نیاز روی چرخها | |
| ضریب اصطکاک برخاسته از افت های اصطکاکی یاتاقانها و محورها | |
| نیروی کششی کل | |
| شعاع چرخ محرک |
این گشتاور را می توان بدو روش بدست آورد:
- کوپله مستقیم موتوری با این گشتاور روی دیفرانسیل خودرو
- استفاده از موتوری با گشتاور کمتر و کوپله آن به یک گیربکس کاهنده (برای رسیدن به گشتاور مورد نیاز)
کنترل محاسبات
اکنون هنگام آن است که ببینیم آیا چرخها توانایی اعمال این گشتاور را دارند ؟ توجه کنید که در خودروهایی با یک محور محرک، اگر وزن خودرو روی محورهای محرکش کم باشد ممکن است دچار بکس باد شود. گشتاور بیشینه ای که چرخهای محرک یک خودرو از رابطه زیر بدست می آید:
| (6) |
که:
| گشتاور روی چرخ | |
| ضریب اصطکاک استاتیکی | |
| درصدی از وزن کل که روی اکسل چرخهای محرک است |
عملکرد درست خودرو هنگامی است که رابطه زیر در هر وضعیت حرکتی برقرار باشد
| (7) |