Метод выбора передаточных чисел силовой установки автомобиля категории N1 на основе ездового цикла Савенков Никита Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Одним из наиболее эффективных направлений но снижению эксплуатационных затрат транспортного автомобиля является повышение его топливной экономичности. Данная задача может решаться двумя путями. Первый является традиционным для практики мирового автомобилестроения и состоит в совершенствовании конструкции отдельных узлов и агрегатов силовой установки (СУ) (двигатель и коробка передач).

Второй путь - согласование режимных параметров двигателя и конструкционных параметров трансмиссии (с целью обеспечения рациональных режимов работы) и соответствии с режимами движения автомобиля. Его реализация представляет собой задачу оптимизации, которая требует разработки методики математического моделирования процесса движения автомобиля с учетом влияния неустановившихся режимов на его топливно-экоиомическис и тягово-скоростные свойства.

, Таким образом, принимая во внимание величину ожидаемого полезного эффекта, а также сравнительно невысокую итоговую стоимость мероприятии по повышению топливной экономичности, можно сделать вывод, что практический интерес для автомобилей категории N] представляет согласование характеристик ДВС и трансмиссии в соответствии с условиями эксплуатации.

Снизь с научными программами, планами, темами. Проблема создания конкурентоспособной автомобильной промышленности, способной к эффективному развитию на основе интеграции в мировую технологическую среду и разработке передовых технологий, нацеленной на формирование новых рынков инновационной продукции, закреплена в подпрограмме «Автомобильная промышленность» 1 Государственной программы Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности на период до 2020 года». Диссертационная работа является составной частью исследовании, проводимых в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» (ГОУ ЗГЮ ДоиНАСА) в рамках госбюджетной темы К-2-11-11 "Исследование и модернизация агрегатов и узлов автотранспортных средств с целью улучшения их эксплуатационных показателей", № государственной регистрации 0111 U00S1172.

Цель исследования - разработка метода повышения топливной экономичности автомобиля категории N| путем выбора рациональных параметров его силовой установки.

Задачи исследования:

1. Выбор критерия для оценки удельной топливной экономичности автомобиля с учетом распределения режимов его движения во времени; определение соответствующих варьируемых параметров.

2. Разработка математических моделей характеристик автомобиля, их реализация в программной среде для определения оценочных показателей топливной экономичности путем численного моделированием процесса движения по ездовым циклам. Разработка программного комплекса для вьшолнения процедуры выбора рациональных параметров силовой установки.

3. Модернизация серийного обкаточпо-тормозного стенда для определения скоростных характеристик эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива двигателя па неустановившихся режимах,

Л

4. Выполнение дорожных испытаний для определения характеристики приведенной мощности сопротивления движению автомобиля как па установившихся, так и па неустановившихся режимах.

5. Разработка рекомендаций, обеспечивающих повышение удельной топливной экономичности в условиях Нового европейского ездового цикла с учетом вопросов их! гр а кт и ч ее ко й реш г изац и и.

Объект исследования -эксплуатационный расход топлива в зависимости от режима работы силовой установки автомобиля.

Предмет исследования - взаимосвязь значений конструкционных параметров трансмиссии и режимных параметров двигателя с топливной экономичностью автомобиля при его движении в условиях заданного ездового цикла.

Научная новизна полученных результатов.

1. Впервые для автомобильного двигателя с комплексной микропроцессорной системой управления (КМПСУД) впрыском топлива и зажиганием предложена математическая модель скоростных характеристик с учетом неустановившихся режимов и разработана методика экспериментального определения соответствующих эффективных показателей.

2. Предложена методтгка экспериментального определения приведенной мощности сопротивления движению автомобиля с учетом дин а мики процессов разгона.

3. Разработана методика, позволяющая на основании экспериментальных исследований эффективных показателей двигателя на неустановившихся режимах и соответствующей мощности сопротивления движению осуществить путем численного моделирования выбор рациональных передаточных чисел (ПЧ) силовой установки (СУ). при которых достигается минимальный расход топлива в условиях ездового цикла.

Теоретическая значимость работы.

1. Создан метод выбора рациональных конструкционных и режимных пара
метров СУ автомобиля, позволяющий повысить его топливную экономичность в
условиях ездового цикла,

2. Предложены принципы построения скоростных характеристик аффек
тивной мощности и эффективного удельного расхода топлива ДВС с учетом неус
тановившихся режимов работы.

3. Разработаны алгоритмы для программной аппроксимации результатов
экспериментальных исследований, позволяющие с относительно высокой досто
верностью создавать много факторные математические модели исследуемых в ра
боте характеристик двигателя и автомобиля в целом.

Практическая значимость работы.

4. Для автомобильного ДВС с КМПСУД предложена методика экспериментального определения эффективных показателей мощности и удельного расхода топлива с учетом неустановившихся режимов работы,

5. Разработаны и построены стендовая и бортовая модификации трансмиссионного динамометра, предназначенного для измерения условно-типового мгновенного значения крутящего момента, частоты вращения коленчатого вала двигателя и валов привода.

3. Созданные устройства и соответствующее программное обеспечение позволяют при лабораторных и дорожных испытаниях исследовать, с учетом неустановившихся режимов работы, эффективные показатели ДВС, а также определять приведенную мощность сопротивления движению АТС.

4. Предложен метод, позволяющий за счет изменения передаточных чисел трансмиссии установить такое соответствие режимных параметров ДВС с режимами движения автомобиля, при котором обеспечивается минимизация путевого расхода топлива в условиях городского и магистрального ездовых циклов. В качестве примера в работе рассмотрен АТС ТАЗ 3302 с двигателем УМЗ-42І6.

5. Результаты, полученные в диссертационной работе, реализованы в учебном процессе ГОУ ВПО ДонНАСА и включены в учебные дисциплины: «Автомобильные двигатели», «Автомобили», «Техническая эксплуатация автомобилей».

Методы исследования.

Решение поставленных задач выполнено расчетными и зкеперимеї шальными методами.

Стендовые и дорожные экспериментальные исследования проводились для определения нагрузочно-скоростных характеристик ДВС и характеристики приведенной мощности сопротивления движению как на установившихся, так и на неустановившихся режимах с использованием созданного в ГОУ ВПО ДонНАСА испытательного комплекса, содержащего: модернизированный обкаточио-тормозной стенд, лабораторную и трансмиссионную модификации активного динамометра и измерительный комплекс. Исследования проведень: па автомобиле ГАЗ 3302 с двигателем УМЗ-4216. Полученные данные являются исходными для по строения соответствующих математических моделей.

С помощью расчетной методики, разработанной автором, определена топливная экономичность автомобиля при его движении в условиях городского и магистрального ездовых циклов в виде зависимостей от передаточных чисел трансмиссии. Вычисления выполнены путем численного анализа с применением итерационных циклов на основании составленных математических моделей,

Основные положения, выносимые на зашиту.

1. Функциональное и аналитическое определение математических моделей скоростных характеристик ДВС с КМПСУД, а также характеристики приведенной моїшюети сопротивления движению АТС, заданных с учетом неустановившихся режимов.

2. Методика определения характеристик автомобиля и двителя па основании проведения комплекса экспериментальных стендовых и дорожпьгх исследований с учетом динамики и еуегановившихея режимов, а также внешних факторов процесса движения.

3. Метод выбора рациональных параметров силовой установки, позволяющий определять оценочные показатели топливной экономичности в виде зависимостей от передаточных чисел трансмиссии, и выбирать такие их значения, при которых достигается минимальный расход топлива в условиях ездового цикла.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по рациональному построению ряда передаточных чисел, удовлетворяющему геометрическим и прочностным параметрам трансмиссии при максимальний топливной экономичности на выбранных ездовых циклах.

Личный вклад соискателя.

1, Предложена методика экспериментального определения эффективных показателей современного автомобильного ДВС на неустановившихся режимах работы.

2. Выполнена модернизация серийного лабораторного стенда модели KTI-5543 ГОСНИТИ, позволяющая определять эффективные показатели автомобильных ДВС как на установившихся, так и на неустановившихся режимах работы и соответствии с предложенной экспериментальной методикой,

3. Разработана, защищена декларационным патентом и внедрена конструкция трансмиссионного динамометра, применяемого в ходе стендовых и дорожных испытаний, создано соответствующее программное обеспечение.

4. В соответствии со спецификой выполняемых исследовании усовершенешованы известные методики дтя определения мгновеш Lbix значений расходов топлива и воздуха ДВС.

5. Разработаны алгоритмы программной аппроксимации результатов экспериментальных исследований, позволяющие с относительно высокой достоверностью создавать много факторные математические модели исследуемых в работе характеристик двигателя и автомобиля в целом.

6. Предложен метод выбора рациональных конструкционных и режимных параметров СУ автомобиля при движении в условиях ездового цикла, позволяющий повысить его топливную экономичность.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на: XTT-XVI1 Международных научно-технических конференциях «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы», ФГЬОУ ВО «Севастопольский государственный университет», Севастополь, 2009-2014 гг.; Ш Международной конференции молодых ученых «Компьютерная наука и инженерия», На-циоишл-ный университет «Львовская политехника», Львов, 2009 г.: V международной научной конференции «Теоретические и практические проблемы в транспорте», Пардубнцкий университет, Чешская республика, 2010 г.; II Всеу край некой научно-технической конференции «Современные проблемы двигателестроепня; состояние, идеи, решения», НУК им. адмирала Макарова, Николаев, 2011 г.; Всеукраннской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития автомо б ильной отрасли», ДААТ, Донецк, 2011 г.; научно-технической конференции «Энерго- п ресурсосберегающие технологии при эксплуатации машин и оборудования», До-нИЖТ, Донецк, 2011 г.; международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы автомобилестроешія и автомобильного транспорта», ХНАДУ, Харьков, 2011 г,; П международной научно-технической конференции «Научно-прикладные аспекты автомобильной и транспорті!о-дорожной отраслей», ЛИГУ, Луцк, 2012; международной научно-практической конференции «Новейшие технологии развития конструкции, производства, эксплуатации, ремонта и экспертизы автомобиля», ХНАДУ, Харьков, 2014 г.; 53-я в путр и вузовская научная конференция, секция «Автомобили и транспортные процессы», ВолгГТУ, г, Волгоград, 2016 Г.; а также па ежегодных научных конференциях ГОУ ВПО ДонНАСА, 2009-2017 гт.

Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Техническая эксплуатация и сервис автомобилей, транспортно-технологических машин и комплексов» ГОУ ВПО ДонНАСА и на кафедре «Автомобили» ФГБОУ ВО МАДИ в 2017г.

Публикации. Основные положения диссертации представлены в 11 опубликованных работах в том числе: 7 в международных наукометрических базах данных (eLlBRARY-РИІ-Щ), 1 декларационный патент на полезную модель, 3 статьи опубликованы в рецензируемых научных изданиях.

#

б

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введеним, четырех разделов, выводов, перечня условных обозначений, списка литературы и 6 приложений. Диссертация имеет общий объем 206 страниц машинописного текста, включая 161 страницу основного текста, 26 таблиц, 53 рисунка, список литературы со 110 наименованиями па 7 страницах, перечень сокращений и условных обозначений на 4 страницах и 20 страниц приложений.