2.2.4. Оптимизация параметров двигателя и трансмиссии

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Машиностроение
Принципы моделирования процесса дви­жения автомобиля. Принятые при общей ком­поновке параметры автомобиля могут быть реализованы с максимальной эффективностью только при правильном выборе характеристик двигателя и трансмиссии. Раздельное их ис­следование и выбор на этой основе параметров двигателя и трансмиссии не дает желаемых результатов, так как средняя скорость движе­ния и соответствующие расходы топлива взаи­мосвязаны. Согласование характеристик двига­теля и трансмиссии осуществляется способом комплексной оценки скоростных и топливных факторов. Для решения задач по оптимизации параметров при проектировании автомобилей применяют методы математического модели­рования процесса движения автомобиля.
2.2.16
Принципиальная схема моделирования (рис. 2.2.16) включает систему водитель - ав­томобиль - дорога и определяет взаимосвязь между ее составляющими подсистемами. В общем виде дорожные условия характеризуют­ся макропрофилем опорной поверхности, ко­эффициентом сопротивления качению, шири­ной проезжей части дороги, интенсивностью движения и ограничениями скоростей, обус­ловленными регулированием движения и на­личием на дорогах помех различного рода.
С точки зрения влияния этих условий на режим движения автомобиля рассматриваются два процесса, описывающие изменение коэф­фициента \\f суммарного дорожного сопротив­ления и максимально допустимой скорости Уцоп движения в функции пути. Подсистема "дорога" предназначена для моделирования этих процессов. Модель автомобильной дороги представляет собой функциональную зависи­мость коэффициента суммарного дорожного сопротивления и допустимых скоростей дви­жения от координат трассы. Наиболее часто расчет параметров движения проводят на циф­ровых вычислительных машинах с использо­ванием детерминированной модели дороги, при построении которой используют экспери­ментальные данные, полученные для типовой дороги, или рассчитанные по технической документации. В этом случае модель дороги представляют в виде таблицы координат трас­сы, в которых происходит изменение коэффи­циента суммарного дорожного сопротивления и допустимой скорости движения. Данные таблицы заносятся в память вычислительной машины. Коэффициенты суммарного дорож­ного сопротивления передаются в подсистему моделирования динамики автомобиля и дей­ствий водителя, а ограничения скорости - в подсистему моделирования действий водителя.
В подсистеме моделирования динамики автомобиля на каждом цикле по известным из теории автомобиля соотношениям определя­ются следующие параметры:
Ускорение
Текущая скорость и пройденный авто­мобилем путь за шаг интегрирования
Средняя мощность, подводимая к ве­дущим колесам на участке пути А 5/
Расход топлива при проезде участка
Пройденный автомобилем за шаг интег­рирования путь А5/ передается в подсистему моделирования дороги, где определяется коор­дината пути и соответствующий ей коэффици­ент суммарного дорожного сопротивления для последующего шага интегрирования. Текущие значения скорости и ускорения автомобиля передаются в подсистему моделирования дей­ствий водителя для сравнения текущей скорос­ти автомобиля с допустимой. По результатам сравнения путем логических операций для последующего шага интегрирования опреде­ляются:
режим работы автомобиля; сохраняется или изменяется подача топ­лива;
происходит ли переключение ступеней в коробке передач;
возникает . необходимость изменения скорости автомобиля торможением.
Конечными результатами моделирования являются параметры, характеризующие произ­водительность автомобиля и его топливную экономичность, - средняя скорость и средний расход топлива.
Расход топлива при проезде всего марш­рута
Средний расход топлива на 100 км пути (л) на маршруте:
Основы оптимизации параметров. Для оп­тимизации параметров двигателя и трансмис­сии на стадии проектирования используется комплексный показатель - коэффициент эф­фективности автомобиля А^эф, характеризую­щий эффективность его транспортной работы с учетом средней скорости vcp движения и соответствующего ей среднего расхода Qcp топлива на 100 км пути и определяемый как отношение часовой производительности к расходу топлива на 100 км пути:
Исходными данными для проведения расчетов по оптимизации мощности двигателя и передаточного числа главной передачи яв­ляются:
полная масса автомобиля, форма кривых крутящего момента и удельного расхода топ­лива внешней скоростной характеристики двигателя;
расчетный радиус колеса; коэффициент обтекаемости;
характеристика коробки передач и коэф­фициент суммарного дорожного сопротивле­ния.
При этом предполагается: характеристики двигателей определенной модели геометрически подобны;
имеют общую характеристику удельного расхода топлива;
во всех случаях имеется один и тот же рад передаточных чисел коробки передач;
различные скорости автомобилей фор­мируются за счет изменения передаточного числа главной передачи.
Из всего комплекса параметров двигателя и трансмиссии вьщеляют два основных: мак­симальную мощность двигателя и передаточ­ное число главной передачи. Для большей общности исследования в дальнейшем полная масса автомобиля и мощность двигателя заме­няются удельной мощностью автомобиля (отношение мощности к полной массе автомо­биля).
Задача выбора оптимальных значений удельной мощности /уД и передаточного числа главной передачи Wo сводится к тому, чтобы путем варьирования в определенном диапазо­не значениями /уД и Щ найти оптимальные сочетания vcp и Qcp, которые обеспечивают максимальное значение коэффициента эффек­тивности. Критериями оптимизации являются vCp и QCp, получаемые в результате математи­ческого моделирования движения автомобиля по дороге с рельефным профилем.
Диапазоны варьирования Руд и щ выби­раются из следующих соображений. Нижний уровень /уД и верхний Uq определяют из ус­ловия выполнения нормативных требований к нижнему пределу максимальной скорости автомобиля.
С помощью уравнения мощностного ба­ланса, подставляя значение нижнего предела максимальной скорости, находят соответству­ющую мощность двигателя. Отношение полу­ченной мощности двигателя к полной массе автомобиля - нижний уровень /уД. Верхний уровень
где яетах - частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощнос­ти двигателя, мин"1; г\) - радиус качения коле­са, м; иъ - передаточное число высшей переда­чи в коробке передач; v,^ - нормативный нижний предел максимальной скорости.
Верхний уровень Руд и нижний уровень щ принимаются с учетом достигнутых значе­ний Руд и максимальной кинематической скорости Vjcmax на аналогичных моделях отече­ственных и зарубежных автомобилей и тен­денций их развития. Подставляя в формулу (2.2.5) значение v^,^, находим нижний пре­дел щ.
Понятно, что определить одно опти­мальное сочетание значений удельной мощно­сти автомобиля и передаточного числа главной передачи для разных условий эксплуатации практически невозможно. Поэтому выбор ти­пичного маршрута характерных условий эксп­луатации автомобиля является весьма ответ­ственным моментом. В зависимости от назна­чения автомобиля может оказаться несколько характерных условий эксплуатации с соответ­ствующими типичными маршрутами. В этих случаях, учитывая назначение проектируемого автомобиля, устанавливают наиболее характер­ные условия эксплуатации и для них находят типичный маршрут. Найденное на таком ти­пичном маршруте методом математического моделирования работы автомобиля в реальных условиях оптимальное сочетание удельной мощности и передаточного числа главной пе­редачи может быть принято в качестве основ­ного варианта. Для других условий эксплуата­ции данного автомобиля также определяют типичные маршруты и тем же методом нахо­дят сочетания мощности и передаточного чис­ла главной передачи.
При близких сочетаниях удельной мощ­ности и передаточного числа главной переда­чи, .например, для горно-холмисгой местности и городских условий эксплуатации, возможен компромиссный выбор одного сочетания ве­личин вместо двух. В общем случае различные варианты сочетаний удельной мощности и передаточного числа главной передачи автомо­биля могут быть достигнуты за счет различной степени форсирования двигателя основного варианта или ограничения его мощности, а также наличия соответствующей номенклатуры ведущих мостов.
Вопрос рационального согласования па­раметров двигателя и трансмиссии можно ре­шать тем же методом вариацией только пере­даточного числа щ главной передачи и опре­делением, таким образом, соответствующей номенклатуры ведущих мостов с радом пере­даточных чисел для разных характерных усло­вий эксплуатации.
Расчет по оптимизации удельной мощ­ности и передаточного числа главной передачи методом математического моделирования про­цесса движения автомобиля проводится по специально разработанным программам и в общем случае сводится к определению vcp и
Gcp в зависимости от /уД и щ. Для каждого сочетания значений /уД и щ в выбранном диапазоне ЭЦВМ выдает информационные данные, позволяющие получить две основные зависимости:
vcp =f(Pуд, Щ) и Сер =/СРуд> "о)- Затем могут быть получены зависимости оп­тимальных значений щ по критерию макси­мальной средней скорости и критерию мини­мального расхода топлива от /уД.
Однако раздельная оценка по средней скорости и среднему расходу топлива не дает, как упоминалось выше, однозначного ответа по оптимизации /уД и Щ. Эти зависимости могут быть использованы в тех случаях, когда исходной задачей является обеспечение или наибольшей производительности, или макси­мальной экономии топлива. Поэтому даль­нейший расчет становится технико-экономи­ческим с обращением к методам комплексной оценки с использованием коэффициента эф­фективности. В конструкторской практике имеют место следующие варианты оптимиза­ции:
определение оптимального сочетания удельной мощности и передаточного числа главной передачи для проектируемого автомо­биля;
определение оптимального передаточно­го числа главной передачи при заданной удельной мощности.
Оптимальные значения Руц и щ. по пер­вому варианту определяется с использованием зависимостей vcp = / (Руд, щ) и Qcp = = / (Руд, щ) и формулы (2.2.4). Полученные результаты расчета позволяют определить та­кое сочетание Руд и Uq, при котором коэффи­циент эффективности будет наибольшим. Для решения задачи оптимизации по второму варианту за счет вариации только щ строятся графики зависимости vcp = / (щ) и Qcp = — / (wq), а затем график основной оптимиза­ционной зависимости Кэф =/(wq). На основе этой зависимости можно получить передаточ­ное число главной передачи автомобиля, при котором автомобиль имеет максимальный коэффициент эффективности (оптимум пере­даточного числа соответствует максимуму кри­вой      = / (wo)). Полученные результаты расчета проверяются на соответствие норма­тивным требованиям к тягово-скоростным свойствам автомобиля.
Окончательная технико-экономическая оценка автомобиля проводится на основе ре­зультатов его испытаний.


 

Поиск


Сейчас 26 гостей и 6 пользователей онлайн





Забыли данные входа на сайт?
Как правильно выбирать печень ingvar777.ru.