Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса 9
1.1 Обзор конструкций легковых автомобилей 9
1.2. Обзор теоретических исследований 24
Задачи исследования 43
ГЛАВА 2. Теоретические исследования 44
2.1. Разгон автомобиля с ГМП 44
2.1.1. Разгон автомобиля с ГМП на первой передаче 44
2.1.2. Упрощенный метод расчета разгона автомобиля с ГМП. 46
2.1.3. Сравнение разгона автомобиля с ГМП и МКП на первой передаче 53
2.1.4. Влияние характеристик ГДТ на разгон автомобиля на первой передаче 63
2.1.5. Влияние количества передач на разгон автомобиля 74
2.1.6. Зависимость разгона легкового автомобиля от числа передач в ГМП и характеристик двигателя 79
2.2. Топливная экономичность 89
2.2.1. Влияние повышающих передач на расход топлива при равномерном движении 89
Выводы по главе 96
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования 99
3.1. Разгон автомобиля Hyundai Accent 99
3.2. Разгон автомобиля ВАЗ 21104 и ВАЗ 2107 .106
3.3. Расход топлива при равномерном движении .113
Выводы по главе .118
ГЛАВА 4. Разработка рекомендаций 119
4.1 Возможности улучшения разгонных свойств автомобиля с ГМП за счет характеристик ГДТ 119
4.2 Возможности увеличения динамики разгона автомобиля с разным количеством передач ГМП и характеристиками двигателя .120
4.3. Возможности улучшения топливной экономичности автомобиля при равномерном движении за счет повышающих передач .122
Выводы по главе .123
Основные выводы литература
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
- Обзор конструкций легковых автомобилей
- Сравнение разгона автомобиля с ГМП и МКП на первой передаче
- Расход топлива при равномерном движении
- Возможности увеличения динамики разгона автомобиля с разным количеством передач ГМП и характеристиками двигателя
Введение к работе
Гидромеханические передачи (ГМП) в настоящее время являются самым распространенным видом автоматической трансмиссии. Если раньше ГМП устанавливали на автомобили с объемом двигателя от 2 литров и выше, то сейчас ГМП используется и на автомобилях особо малого класса. Причиной столь высокой популярности автомобилей с ГМП является ряд преимуществ над автомобилями с механическими коробками передач, такими как:
1. Повышение производительности, что для автомобилей сказывается в
основном в повышении средних скоростей движения;
2. Облегчение управлением, в основном из-за устранения педали
сцепления и существенного уменьшения количества переключений передач;
Повышение комфортабельности, в основном из-за плавного трогания с места и уменьшения толчков, вызываемых переключением передач;
Повышение проходимости по песку, снегу и другим слабым грунтам, в основном из-за плавного приложения нагрузки к ведущим колесам и снижения крутильных колебаний;
5. Повышение срока службы двигателя и агрегатов трансмиссии, в
основном из-за уменьшения динамических нагрузок и крутильных
колебаний.
При этом автомобили с ГМП имеют и некоторые недостатки:
Необходимость организации специализированного производства, в основном из-за специфики изготовления лопастных колес гидротрансформатора (ГДТ), деталей фрикционов, клапанов системы управления;
Повышенная сложность изготовления, в основном из-за большей сложности конструкции и требования более высокой точности ко многим деталям;
Повышенные расходы топлива, в основном из-за дополнительных потерь в гидротрансформаторе и необходимости отбора мощности на систему управления.
4 В последнее время развитие ГМП легковых автомобилей состоит в
увеличении количества передач, что совместно с современными
электронными системами управления позволяет улучшить эксплуатационные
свойства автомобиля. ГДТ блокируется на высших передачах и используется
лишь на первых двух, а так же во время переключения передач, что с
увеличением диапазона передаточных чисел коробки передач снижает роль
ГДТ в работе ГМП. Применение нескольких повышающих передач на
автомобилях с большей удельной мощностью способствует экономии
топлива на больших скоростях движения. Однако отсутствуют конкретные
рекомендации по улучшению разгонных свойств и топливной
экономичности.
В СССР ГМП устанавливались только на представительские
автомобили, такие как ЗИЛ, ГАЗ. На сегодняшний день в России около
половины зарубежных автомобилей имеют автоматические ГМП. Некоторые
компании в качестве опции устанавливают зарубежные ГМП на российские
автомобили. Разработка конкретных рекомендаций, направленных на
улучшение разгонных свойств и топливной экономичности легковых
автомобилей с гидромеханической передачей, должна обеспечить
оптимальный выбор параметров гидромеханических передач.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы
Гидромеханические передачи (ГМП) являются на сегодняшний день самым распространенным и совершенным видом автоматической трансмиссии легковых автомобилей.
В России ГМП для легковых автомобилей не выпускаются, да и в СССР ГМП устанавливались только на представительские легковые автомобили, такие как ЗИЛ, ГАЗ. В настоящее время из находящихся в России зарубежных автомобилей, около половины имеют автоматические ГМП. Некоторые компании в качестве опции устанавливают зарубежные ГМП на российские автомобили. Конструкции ГМП легковых автомобилей
5 существенно изменились. Развитие отечественной экономики должно привести к применению зарубежных ГМП или к организации производства ГМП для легковых автомобилей в России. Разработка конкретных рекомендаций, направленных на улучшение разгонных свойств и топливной экономичности легковых автомобилей с ГМП, должна обеспечить оптимальный выбор параметров ГМП. А это может служить одним из подготовительных этапов в организации производства ГМП для легковых автомобилей в России
Цель исследования
Целью данной работы является улучшение разгонных свойств и топливной экономичности легковых автомобилей с гидромеханической передачей на основе разработанных рекомендаций.
Объект исследования
Объектом исследования является легковой автомобиль с ГМП.
Методы исследования
В работе использованы методы теоретической механики, теории автомобиля, математического моделирования, программирования, численные методы математического анализа, расчетно-экспериментальные методы.
Научная новизна результатов проведенного исследования
Научная новизна диссертационной работы заключается:
в разработке упрощенного метода расчета разгона автомобиля с гидромеханической передачей;
в предложении новых зависимостей для определения коэффициента изменения удельного расхода топлива от нагрузки.
Практическая значимость результатов диссертации
Разработан упрощенный метод расчета разгона автомобиля с гидромеханической передачей.
Предложены рекомендации по изменению конструкций ГМП и характеристик гидротрансформатора (ГДТ), направленных на улучшение динамики разгона.
Разработаны рекомендаций по применению повышающих передач для автомобилей с различной удельной мощностью для обеспечения наилучшего расхода топлива.
Реализация результатов работы
Разработанный упрощенный метод расчета разгона автомобиля с ГМП внедрен в учебный процесс и позволяет облегчить понимание рабочих процессов, происходящих в гидромеханической передаче при разгоне автомобиля.
Разработанные рекомендации и другие результаты диссертационной работы могут быть использованы при выборе или при проектировании ГМП для легковых автомобилей. Они приняты для применения в ГНЦ РФ НАМИ.
На защиту выносятся
1. Разработанный упрощенный метод расчета разгона автомобиля с
ГМП.
2. Результаты исследования возможности улучшения разгонных свойств
автомобиля с ГМП за счет характеристик ГДТ и количества передач.
3. Результаты исследования влияния характеристик двигателя и
количества передач, заданных по геометрическому или гармоническому
ряду, на разгонные свойства автомобиля.
Результаты исследования влияния повышающих передач на путевой расход топлива при равномерном движении.
Результаты исследования расхода топлива на понижающих передачах.
6. Разработанные рекомендации по улучшению разгонных свойств и
топливной экономичности легковых автомобилей с гидромеханической
передачей.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (138 наименований) и трех приложений.
Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 86 рисунков.
Апробация работы
Основные результаты исследований были доложены на 62, 63 и 64-й Научно-методических и научно исследовательских конференциях Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ), а также опубликованы в следующих работах:
1. Нарбут А. Н., Дзиов Р. Э. Метод расчета разгона автомобиля с
гидромеханической передачей// Вестник машиностроения. - 2005. - №1. - С.
32-34.
В работе изложены принципы упрощенного метода расчета разгона автомобиля с гидромеханической передачей
2. Дзиов Р. Э. О начальной фазе разгона автомобиля// Вестник
машиностроения.-2005. -№3.-С. 28-31.
В работе произведен анализ начальной фазы разгона автомобиля со
сцеплением и гидротрансформатором, показаны возможности увеличения интенсивности начальной фазы разгона.
3. Влияние прозрачности ГДТ на интенсивность разгона автомобиля/
Дзиов Р. Э. Моск. автомоб-дор. ин-т. - М., 01.07.2004. - 9 с. - Библиогр. 3
назв. - Рус. Деп. в ВИНИТИ. № 1148-В2004.
В работе показано сравнение разгонных свойств автомобиля с прозрачным и непрозрачным гидротрансформаторами.
4. Нарбут А. Н., Дзиов Р. Э. Особенности конструкции современных
ГМП легковых автомобилей// Автотрансп. предприятие. - 2005. - №2. - С.
44-45.
В работе произведен анализ конструкций гидромеханических передач современных легковых автомобилей.
5. Дзиов Р. Э. Влияние характеристик ГДТ на процесс разгона
автомобиля// Актуал. проблемы совершенствования автомобильной
техники: Сб. науч. трудов/ МАДИ (ГТУ). - М., 2005- - С. 38-46.
В работе произведен анализ разгона автомобиля на первой передаче автомобиля с различным значением передаточного числа первой передачи и коэффициента трансформации.
6. Дзиов Р. Э. Влияние количества передач на скоростные свойства
автомобиля// Актуал. проблемы совершенствования автомобильн. техники:
Сб. науч. трудов/ МАДИ (ГТУ) - М., 2005- - С. 28-37.
8 В статье показаны результаты расчета разгона автомобиля с двух-, трех-,
четырех- и пятиступенчатыми гидромеханическими передачами без учета
повышающих передач.
7. Нарбут А. Н., Дзиов Р. Э. Повышающие передачи и расход топлива
при равномерном движении автомобиля// Автомоб. пром. - 2006. - № 3. - С.
16-18.
В работе произведен анализ влияния повышающих передач на расход топлива автомобилей с различной удельной мощностью.
8. Нарбут А. Н., Дзиов Р. Э. Зависимость разгонных свойств легкового
автомобиля от числа передач гидромеханической коробки и характеристики
двигателя// Вестник машиностроения. - 2006. - №7. - С. 22-24.
В статье рассмотрено влияние количества передач на интенсивность разгона автомобилей с различными характеристиками двигателей, имеющих различные значения коэффициента приспособляемости по моменту. 9. Структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (138 наименований) и трех приложений.
Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 86 рисунка.
Обзор конструкций легковых автомобилей
Гидромеханические передачи (ГМП) являются на сегодняшний день самым распространенным и совершенным видом автоматической трансмиссии. Они применяются на всех типах и размерностях автомобилей. Если раньше ГМП оборудовались легковые автомобили рабочим объемом 1,5-2 л и выше, то в настоящее время ГМП используются и на автомобилях особо малого класса. Ниже приведен краткий обзор конструкций ГМП легковых автомобилей.
Идея создания трансмиссии с автоматической ГМП возникла еще в начале прошлого столетия. Некоторые автомобили имели коробки передач похожие на те, которые используются на современных автомобилях.
В Европе фирма Даймлер Бенц выпустила в 1914 году небольшую партию автомобилей с коробкой передач, которую условно можно называть автоматической.
В 1926 году английский инженер Синклер обратил внимание на тяжелые условия и плохое качество работы механических трансмиссий лондонских автобусов. Он предложил фирме АЕС устанавливать в трансмиссию гидромуфту как дополнительный узел. Приблизительно с 1930-х годов на легковых автомобилях и автобусах в Великобритании (фирма Daimler) начали применять (часто в сочетании с планетарной коробкой передач типа Wilson) гидромуфты с литыми лопастными колесами в основном для обеспечения плавного разгона. . ГМП автомобиля Castom Imperial фирмы Chrysler, США В 1938 году подобная ГМП с гидромуфтой (рис. 1.1) и стандартной коробкой передач была создана фирмой Chrysler (США) для легковых автомобилей Chrysler. В 1950 году аналогичная конструкция была применена в трансмиссии автомобиля ГАЗ-12, в 1951 году - в трансмиссии МАЗ-525 (СССР). Силовой диапазон такой ГМП соответствует силовому диапазону механической коробки передач.
Успеху в применении ГМП на автомобилях способствовала возможность автоматического перехода гидротрансформатора в режим гидромуфты. Это достигается установкой реактора ГДТ на муфте свободного хода, что позволило повысить КПД (до 98%). Такие ГДТ получили название комплексных. Первым таким ГДТ (начало 30-х годов) был ГДТ Трилок (рис. 1.2). В конце 1930-х годов двадцатого столетия такие фирмы, как «Крайслер», «Форд» и «Дженерал моторе», вплотную подошли к освоению серийного производства автомобилей с автоматической ГМП, и первой из них была «Дженерал моторе», которая в 1940 году стала устанавливать трансмиссию с ГМП «Гидроматик» (Hydramatic) на автомобили «Олдсмобиль» и «Кадиллак». Эта трансмиссия имела в своем составе трехступенчатую коробку передач с гидравлической системой управления переключения передач.
С 1946 года фирма Chrysler стала устанавливать на некоторые модели легковых автомобилей ГМП по типу рис. 1.1, с четырехступенчатой коробкой передач, имевшей автоматическое переключение между І-П и III-IV передачами и ручное между П-Ш передачами, причем четыре передачи переднего хода были получены с помощью только трех пар шестерен. ГМП фирмы Dodge (рис. 1.3) имеет необычное расположение сцепления - за коробкой передач. Диск с фрикционными накладками установлен на ведомом валу коробки передач и является ведущей частью сцепления. Массивные опорный и нажимной диски соединены с ведомым валом ГМП и являются ведомой частью. Предусмотрена возможность изменения осевой силы в сцеплении пропорционально передаточному числу включенной передачи. Серийные ГМП легковых автомобилей («Дайнафлоу» американской фирмы Бьюик, рис. 1.4) впервые появились в 1948 году. Они имели двухступенчатую механическую коробку передач, причем низшая передача включалась только вручную. Однако одной рабочей передачи при использовании гидротрансформатора (ГДТ) было явно недостаточно, и вскоре появились ГМП с двумя - тремя автоматически переключаемыми передачами. ГМП Dynaflow фирмы Buick, США В СССР двухступенчатая ГМП (рис. 1.5), аналогичная ГМП «Пауэрфлайт» фирмы Крайслер, в 1955 году была использована на отечественном автомобиле ЗИЛ-111, затем - ЗИЛ-114. С 1956 года фирма Крайслер перешла на выпуск трехступенчатой ГМП «Торкфлайт» (рис. 1.6, а), имеющей, как и «Пауэрфлайт», два одинаковых планетарных ряда (четырехвальная схема «Симпсон»). Еще раньше, в 1949 году, фирма Форд начала выпускать трехступенчатые ГМП «Фордоматик» со сдвоенным планетарным рядом (четырехвальная схема «Равено»). Такая же ГМП применялась с 1959 года (рис. 1.6, б) на автомобиле ГАЗ-13. Первоначально в ГМП «Фордоматик» автоматическое переключение имели только две высшие передачи, ас 1955 года - уже все три. Позднее, как и в ГМП «Торкфлайт», ввели механизм свободного хода (М на рис. 1.6), обеспечивающий плавность переключения передач с первой на вторую и со второй на первую. Для режима торможения двигателем на первой передаче оставили фрикцион Ф4. Схемы «Симпсон» и «Равено» получили широкое распространение в ГМП других фирм США, а также Европы и Японии. Дальнейшее развитие конструкций ГМП легковых автомобилей состояло в повышении плотности ряда передаточных чисел, уменьшении потерь мощности на высших передачах, введении дополнительной повышающей передачи. Так, для уменьшения потерь мощности была введена блокировка ГДТ. Правда, с целью повышения плавности переключения передач её не применяли на первой и второй передачах. С этой же целью пришлось, кроме того, увеличивать число механизмов свободного хода. Дополнительная повышающая передача потребовала дополнительных фрикционов и третьего планетарного ряда.
Сравнение разгона автомобиля с ГМП и МКП на первой передаче
Гидромеханические передачи (ГМП) являются на сегодняшний день самым распространенным и совершенным видом автоматической трансмиссии. Они применяются на всех типах и размерностях автомобилей. Если раньше ГМП оборудовались легковые автомобили рабочим объемом 1,5-2 л и выше, то в настоящее время ГМП используются и на автомобилях особо малого класса. Ниже приведен краткий обзор конструкций ГМП легковых автомобилей.
Идея создания трансмиссии с автоматической ГМП возникла еще в начале прошлого столетия. Некоторые автомобили имели коробки передач похожие на те, которые используются на современных автомобилях.
В Европе фирма Даймлер Бенц выпустила в 1914 году небольшую партию автомобилей с коробкой передач, которую условно можно называть автоматической.
В 1926 году английский инженер Синклер обратил внимание на тяжелые условия и плохое качество работы механических трансмиссий лондонских автобусов. Он предложил фирме АЕС устанавливать в трансмиссию гидромуфту как дополнительный узел. Приблизительно с 1930-х годов на легковых автомобилях и автобусах в Великобритании (фирма Daimler) начали применять (часто в сочетании с планетарной коробкой передач типа Wilson) гидромуфты с литыми лопастными колесами в основном для обеспечения плавного разгона. . ГМП автомобиля Castom Imperial фирмы Chrysler, США В 1938 году подобная ГМП с гидромуфтой (рис. 1.1) и стандартной коробкой передач была создана фирмой Chrysler (США) для легковых автомобилей Chrysler. В 1950 году аналогичная конструкция была применена в трансмиссии автомобиля ГАЗ-12, в 1951 году - в трансмиссии МАЗ-525 (СССР). Силовой диапазон такой ГМП соответствует силовому диапазону механической коробки передач.
Успеху в применении ГМП на автомобилях способствовала возможность автоматического перехода гидротрансформатора в режим гидромуфты. Это достигается установкой реактора ГДТ на муфте свободного хода, что позволило повысить КПД (до 98%). Такие ГДТ получили название комплексных. Первым таким ГДТ (начало 30-х годов) был ГДТ Трилок (рис. 1.2).
В конце 1930-х годов двадцатого столетия такие фирмы, как «Крайслер», «Форд» и «Дженерал моторе», вплотную подошли к освоению серийного производства автомобилей с автоматической ГМП, и первой из них была «Дженерал моторе», которая в 1940 году стала устанавливать трансмиссию с ГМП «Гидроматик» (Hydramatic) на автомобили «Олдсмобиль» и «Кадиллак». Эта трансмиссия имела в своем составе трехступенчатую коробку передач с гидравлической системой управления переключения передач.
С 1946 года фирма Chrysler стала устанавливать на некоторые модели легковых автомобилей ГМП по типу рис. 1.1, с четырехступенчатой коробкой передач, имевшей автоматическое переключение между І-П и III-IV передачами и ручное между П-Ш передачами, причем четыре передачи переднего хода были получены с помощью только трех пар шестерен. ГМП фирмы Dodge (рис. 1.3) имеет необычное расположение сцепления - за коробкой передач. Диск с фрикционными накладками установлен на ведомом валу коробки передач и является ведущей частью сцепления. Массивные опорный и нажимной диски соединены с ведомым валом ГМП и являются ведомой частью. Предусмотрена возможность изменения осевой силы в сцеплении пропорционально передаточному числу включенной передачи. Серийные ГМП легковых автомобилей («Дайнафлоу» американской фирмы Бьюик, рис. 1.4) впервые появились в 1948 году. Они имели двухступенчатую механическую коробку передач, причем низшая передача включалась только вручную. Однако одной рабочей передачи при использовании гидротрансформатора (ГДТ) было явно недостаточно, и вскоре появились ГМП с двумя - тремя автоматически переключаемыми передачами. ГМП Dynaflow фирмы Buick, США В СССР двухступенчатая ГМП (рис. 1.5), аналогичная ГМП «Пауэрфлайт» фирмы Крайслер, в 1955 году была использована на отечественном автомобиле ЗИЛ-111, затем - ЗИЛ-114. С 1956 года фирма Крайслер перешла на выпуск трехступенчатой ГМП «Торкфлайт» (рис. 1.6, а), имеющей, как и «Пауэрфлайт», два одинаковых планетарных ряда (четырехвальная схема «Симпсон»). Еще раньше, в 1949 году, фирма Форд начала выпускать трехступенчатые ГМП «Фордоматик» со сдвоенным планетарным рядом (четырехвальная схема «Равено»). Такая же ГМП применялась с 1959 года (рис. 1.6, б) на автомобиле ГАЗ-13.
Расход топлива при равномерном движении
В ГМП 6НР26 нет прямой передачи, причем солнечная шестерня первого планетарного ряда на всех передачах жестко соединена с картером. Такова особенность этой схемы, названой схемой «Лепеллетье». Здесь впервые воплощена в реальную конструкцию давно известная истина, что при планетарных ГМП наиболее часто используемые передачи обычно имеют весьма высокий КПД (табл. 1.1) и поэтому необязательно должна быть среди них прямая передача. У механических коробок передач обычно КПД на прямой передаче 0,98-0,99, на понижающих - 0,95-0,96. При использовании планетарных механизмов обычно существует возможность получать более высокие КПД, чем при непланетарных, причем весьма близкие к единице как, например для 3-6 передач ГМП 6НР26 (табл. 1.1).
Следует отметить еще одну особенность планетарных передач с фрикционным переключением. У них нет проблем, как в механических коробках передач, с конструкцией механизма переключения при увеличении числа передач выше пяти. Что же касается применения двух повышающих передач в ГМП 6НР26, то это не является новостью, поскольку задолго до 6НР26 две повышающие передачи были применены в ГМП для автобусов и грузовых автомобилей фирм «Цанрадфабрик» и «Аллисон», в частности в ГМП Экомат 6НР26 (табл. 1.1). Однако в ГМП 6НР26 эти передачи используются не для разгона, а для повышения топливной экономичности (максимальная скорость определяется четвертой передачей). В ГМП Экомат 6НР передаточные числа 2-3-4 передач соответствуют геометрическому ряду, а в ГМП 6НР26 - гармоническому, обеспечивающему лучшие разгоны и топливную экономичность. Для удобства сравнения в табл.1 приведены значения передаточных чисел и = и/1,14 для 6НР26, а также ряды передаточных чисел с q =1,42 и с m = 0,25.
Обращает на себя внимание то, что ГМП 6НР26 пока устанавливают только на легковые автомобили с весьма высокой удельной мощностью (Nemax = 230 и 320 кВт и Ыуд = Nemax/ma = 130 и 170 кВт/т). Именно у таких автомобилей при равномерном движении, по-видимому, возникает необходимость в двух повышающих передачах для улучшения топливной экономичности, снижения шумности и т. п.
В настоящее время для автомобилей фирмы Даймлер Крайслер разработана семиступенчатая ГМП «7-Джитроник» (7Gronic) (рис. 1.15), которую устанавливают на модели с большой удельной мощностью - Е500, S430, S500, CL500 и SL500. Данная ГМП по сведениям фирмы обеспечивает экономию бензина (до 0,6 л/100 км) и сокращает время разгона до 100 км/ч на 0,3 с.
Передаточные числа в новом агрегате подобраны так, что «расстояние» между первой и второй ступенями не больше, чем в шестиступенчатых коробках. «Лишняя» передача делает ГМП похожую по характеристикам на бесступенчатый вариатор. Интересно, что с ростом числа ступеней работа управляющего контроллера и сервопривода даже упростилась. Например, в режиме «кик-даун» (педаль в пол) переключение идет по схеме VII - V - III, раньше переключались все передачи. Том, что ГДТ блокируется не только на высших передачах, но и на первой, что уменьшает потери энергии в ГДТ и как следствие снижает расход топлива.
Впервые в серийных зарубежных ГМП картер выполнен из магниевого сплава, что позволило значительно уменьшить её массу. В 1960 г. автомобили ЗИЛ-135 имели ГМП с картером из магниевого сплава.
Накладки в дисках фрикционов современных ГМП легковых автомобилей выполнены из специальной бумаги, что обеспечивает плавное включение фрикционов и увеличение их срока службы. В системах управления применяются электронные блоки, в которые закладываются программы переключения передач со «спортивным», «экономичным», «зимним» (без использования первой передачи) стилем вождения.
Все чаще используются системы управления, меняющие программы переключения передач в зависимости от стиля воздействия водителя на педаль подачи топлива. В ГМП применяют специальные масла, имеющие противозадирные, противопенные и другие присадки, позволяющие существенно повысить качество масла и увеличить его срок службы между сменами до 70-80 тыс. км и более. [23, 24, 36, 81, 76, 85, 89, 91, 92, 105, 132].
Из изложенного выше следует, что конструкции ГМП легковых автомобилей существенно изменились, особенно в последние годы с появлением электронных систем управления, позволивших внедрить различные программы управления силовой установкой (двигатель - ГМП). Увеличилось количество передач до семи. Перестали применять ленточные тормоза, вызывающие радиальные нагрузки на валы. Гидротрансформатор используется только на низших передачах, что позволяет в значительной степени повысить топливную экономичность. Так же для уменьшения расхода топлива на высоких скоростях применяют повышающие передачи (до 2-х). Одним из направлений в теории автомобиля является исследование процесса разгона автомобиля и его топливной экономичности. Были созданы различные методы решения дифференциального уравнения движения автомобиля - графические, графоаналитические, аналитические. Причем значительную сложность имеет расчет разгона автомобиля особенно с гидромеханической трансмиссией. На сегодняшний день имеется очень много работ посвященных исследованию разгона и топливной экономичности автомобиля. Применение вычислительных машин позволило моделировать движение автомобиля, решая дифференциальное уравнение движения автомобиля методами численного интегрирования.
Возможности увеличения динамики разгона автомобиля с разным количеством передач ГМП и характеристиками двигателя
Этот метод не трудоемок, пригоден при любом задании топливных характеристик двигателя, затрагивает только второй этап методики расчета, принятой с механической трансмиссией (1 - определение Mj и пу, 2 определение Mi и пі\ 3 - определение расходов топлива). Этот метод использован в работе [120] при исследовании влияния характеристики гидротрансформатора и веса автомобиля на его топливную экономичность при установившемся движении, показано, что увеличение КПД гидротрансформатора или уменьшение веса на 3% должно привести к увеличению топливной экономичности на 3-4%. В работе [78] показано, что если аппроксимировать кривую Я 2 = /(/) полиномом, например Л 2 =a + Ьхі + схіг, тогда можно определить значение / аналитически из выражения вида Влияние характеристики гидротрансформатора и веса автомобиля на топливную экономичность установившегося движения подробно рассмотрены в работе [120]. На топливную экономичность влияет совмещение работы двигателя и ГДТ. Влияние совмещения двигателя и ГДТ на тяговые свойства и топливную экономичность рассмотрены в работах [78, 106, 61, 115, 40, 45], где даны рекомендации по выбору совмещения при установившихся режимах работы с точки зрения топливной экономичности, наилучшим совмещением является совмещение с максимумом момента двигателя [64, 78]. В работе В. И. Лапидуса и В. А. Петрова [64] показано, что при таком совмещении увеличение прозрачности улучшает тяговую и топливную характеристику. При использовании комплексного ГДТ топливная экономичность существенно улучшается за счет большего использования режима гидромуфты [82]. В работе [82] показано, что наименьшие расходы топлива в рабочем диапазоне гидротрансформатора и двигателя наблюдается тогда, когда параболы соответствующие рабочему диапазону, проходят через область с минимальными удельными расходами топлива. Эта область благодаря подбору передаточных чисел может соответствовать наиболее часто встречающимся в эксплуатации нагрузкам. Если применяется комплексный (или блокируемый) гидротрансформатор, то благодаря более высоким КПД на режимах гидромуфты можно получить улучшение топливной экономичности при смещении его парабол нагружения на меньшие щ. При этом несколько ухудшаются тяговые свойства. А. Л. Сергеев исследуя разгон и топливную экономичность автомобиля в работе [106] показал, что лучшая топливная экономичность в динамике получается при совмещении с максимумом момента. Совмещение с максимумом мощности, обеспечивает меньшие нагрузки в трансмиссии, но увеличивает расход топлива на 20% по сравнению с совмещением с Мд тах. В этой же работе рассмотрено влияние прозрачности ГДТ. Расчет производился численным интегрированием системы уравнений, то есть с большим приближением к реальному процессу разгона. Однако эти исследования проводились только для одного типа ГДТ, а именно для ГДТ с Ко=2,6. В этой работе было показано, что уменьшение прозрачности для любых соотношений приведенных моментов инерции Ji .Jj, приводит к уменьшению расхода топлива, особенно это снижение заметно при уменьшении прозрачности от 1,5 до 0,67. Объясняется это тем, что средние угловые скорости вала двигателя ниже для ГДТ с малой прозрачностью и, следовательно, меньшим угловым скоростям соответствуют меньшие расходы топлива. Так при увеличении прозрачности от 1 до 2,25 расход топлива увеличивается на 15%. Кроме того, указывается на то, что непрозрачный ГДТ значительную часть времени разгона держит двигатель в зоне минимального удельного расхода топлива. При анализе времени разгона выявлено, что уменьшение прозрачности приводит к увеличению времени разгона, но для соотношений моментов инерции Jj:J2 б картина обратная. Причем показано, что увеличение прозрачности более 2,25 почти не оказывает влияния на время разгона. В работе Б. С. Фалькевича [117] показано, что непрозрачный ГДТ может обеспечить хорошую топливную экономичность при малых нагрузках. В работе [88] были выполнены расчеты, для выявления преимуществ формирования закона переключения, передач с изменением подачи топлива для автомобилей типа ВАЗ-2108, оборудованных САУ, но различающихся тем, что у автомобиля с САУ-1 дроссельная заслонка после переключения может изменять положение, а у автомобиля с САУ-2 не может. Были выявлены преимущества этих систем управления с точки зрения топливной экономичности. В работе [86] выполнен анализ критериев применяемых в нашей стране и за рубежом, по оценке интенсивности и топливной экономичности движения автомобиля при разгоне, равномерном движении, торможении и при цикличном движении с остановками. На примере выбора промежуточной передачи трехступенчатой коробки передач показано, как влияют выбираемые критерии на решение. Даны рекомендации по возможному использованию критериев оптимизации разгона автомобиля в зависимости от цели их применения. Исследования топливной экономичности и разгона моделированием показаны в работе [133]. Моделирование автомобиля используется для определения передаточных чисел заднего моста для определения оптимального отношения между ускорением и экономией топлива, а так же передаточных чисел коробки передач и других параметров. В работе [134] приведены данные фирмы ZF по расчету топливной экономичности городского автобуса, с помощью вычислительных машин. Влияние типа трансмиссии на топливную экономичность автобуса, а также условия эксплуатации автобуса описаны в работе [135]. Задачи исследования Из произведенного обзора можно сделать вывод, что за последнее время конструкции ГМП значительно изменились, сегодняшний день наиболее полного исследования разгонных свойств и топливной экономичности легковых автомобилей, имеющих современные ГМП нет. В связи с этим существует необходимость в разработке конкретных рекомендаций для улучшения скоростных свойств и топливной экономичности легковых автомобилей с ГМП, для этого поставлены следующие задачи исследования:
