Влияние передаточного числа главной передачи на топливную экономичность автомобиля в ездовом цикле

трехмерной модели. Построение трехмерных моделей элементов конвейера и оформление рисунков. Участие в обсуждении по-

лученных результатов. Написание раздела «Введение», «Заключение», общая редакция статьи.

УДК 629.1.02

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ НА ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ В ЕЗДОВОМ ЦИКЛЕ

С.А. Горожанкин, Н.В. Савенков, В.В. Понякин

ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры»,

г. Макеевка

АННОТАЦИЯ

Введение. В статье рассмотрена эффективность улучшения топливно-экономических свойств автомобиля в ездовом цикле WLTC за счет изменения передаточного числа главной передачи.

Методы и материалы. Основное внимание уделено определению величин расхода топлива путем численного моделирования процесса движения в ездовом цикле (ЕЦ). Для этого составлена непрерывная гладкая функция скорости автомобиля в соответствии с его категорией и энерговооруженностью, а также применены различные математические модели нагрузоч-но-скоростных характеристик эффективных показателей двигателя внутреннего сгорания -на основании классической теории и на основании экспериментальных исследований с дополнительным учетом неустановившихся режимов. Это позволило выполнить расчет топливной экономичности в комплексе нестационарных режимов движения (ездового цикла) с большей достоверностью.

Результаты. В работе приведены соответствующие значения массового расхода топлива и предложен алгоритм переключения передач.

Обсуждение. Полученные результаты позволяют выполнять оценку влияния отдельных передаточных чисел трансмиссии на топливно-экономическую эффективность автомобиля в перспективном Всемирном гармонизированном ездовом цикле с дополнительным учетом изменения тягово-скоростных эксплуатационных свойств.

Заключение. Приведенная в работе методика расчета может применяться при решении задач комплексного оптимизационного синтеза конструкционных и режимных параметров механических трансмиссий современных автомобилей.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ездовой цикл, массовый расход топлива, передаточное число, двигатель внутреннего сгорания, трансмиссия, главная передача, мощностной баланс.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время значительное внимание уделяется экономии и рациональному распределению энергоносителей (нефти и др.). Автомобильный транспорт является основным потребителем этих ресурсов.

К снижению энергетических затрат автомобиля приводят два комплекса мероприятий:

1) уменьшение сопротивлений движению (за счет применения кузовов с улучшенной обтекаемостью, снижения снаряженной массы, совершенствования шин, ходовой части и т.д.);

2) повышение энергетической эффективности силовой установки (СУ) автомобиля, включающую двигатель и трансмиссию. Это достигается за счет увеличения эффективного КПД ДВС, применения многоступенчатых трансмиссий, систем рекуперации энергии [1], гибридного привода, а также совершенствования алгоритмов управления. Данный комплекс мероприятий является более эффективным, т.к. связан с рабочими процессами таких агрегатов и узлов, которые характеризуются большими потерями энергии (например, общий

КПД СУ автомобиля при его движении в различных нагрузочно-скоростных режимах может варьироваться от 0,3 до 0,05 [2]).

Соответствующее традиционное направление по повышению удельной топливной экономичности заключается в увеличении максимального (пикового) КПД силовых установок (за счет поднятия степени сжатия, применения систем наддува ДВС, механизмов изменения фаз газораспределения, внедрению электронных комплексных систем управления и т.д.).

В современных условиях развивается также и альтернативное направление по повышению удельной топливной экономичности путем увеличения не максимального, а среднего значения КПД силовой установки за счет согласования характеристик двигателя и трансмиссии. Это достигается рациональным выбором режимных и конструкционных параметров для заданных эксплуатационных условий. Рассмотренное направление представляет собой задачу оптимизации и требует выбора критерия эффективности процесса движения и определения соответствующих оптимизационных параметров.

Рост цен на углеводородное топливо и ухудшение экологической ситуации, связанный с интенсивностью дорожного движения, обусловили разработку и внедрение единых методов определения и оценки топливно-эко-номических и экологических свойств на основе стандартизированных ездовых циклов [3]. Наиболее распространенными являются: Новый европейский ездовой цикл (NEDC), Американский ездовой цикл (FTP-75) и Японский ездовой цикл ^-08). В 2017 г. взамен рассмотренным вводится Всемирный гармонизированный ездовой цикл (^ТС) [4], который основан на мировом статическом исследовании режимов движения, характеризуется большими ускорениями и отсутствием участков установившегося движения.

До разработки и внедрения ЕЦ основными критериями при согласовании параметров СУ автомобиля являлись его тягово-скоростные свойства [2] и топливная экономичность [5, 6, 7]. В современных исследованиях в качестве критерия рекомендуется принимать интегральное количество израсходованного за ЕЦ топлива с возможностью приоритетного учета тяго-во-скоростных свойств и экологичности автотранспортного средства [8, 9, 10, 11, 12].

Рассматриваемая задача наиболее просто решается для АТС, оснащенных механической трансмиссией. В этом случае оптимизационными параметрами являются передаточные числа (ПЧ).

В настоящей работе, в отличие от исследований [9, 10, 11, 12], выполнена оценка влияния на критерий удельной топливной экономичности в ездовом цикле WLTC передаточного числа главной передачи (ГП). Этот выбор обусловлен относительно небольшими затратами и малой трудоемкостью создания соответствующих модификаций автомобиля. Результаты позволят рассмотреть перспективы и дальнейшие направления настоящего исследования.

Цель исследования: разработать методику для оценки зависимости количества топлива, затраченного автомобилем в ездовом цикле, от передаточного числа главной передачи.

Задачи исследования: выбор критерия и определение параметров процесса повышения топливной экономичности; выбор в качестве примера автомобиля для выполнения исследований; разработка математической модели нагрузочно-скоростных характеристик ДВС; выбор функций режимов движения автомобиля; создание функциональной зависимости требуемой мощности в выбранном ЕЦ; разработка алгоритма переключения передач; выполнение оценки влияния ПЧ главной передачи на расход топлива в ЕЦ.

Объект исследования. Силовые установки автомобилей, включающие двигателя внутреннего сгорания и механическую ступенчатую трансмиссию.

Предмет исследования. Конструкционные и режимные параметры силовых установок.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

На основе анализа теоретических и экспериментальных данных эффективной мощности и удельного расхода топлива ДВС, а также потерь в трансмиссии, получены аналитические функции данных характеристик в зависимости от параметров регулирования этих агрегатов. Разработана численная методика для оценивания эффективности снижения расхода топлива в условиях ездового цикла WLTC за счет изменения параметров трансмиссии.

Для выполнения настоящего исследования в качестве примера выбраны характеристики автомобиля ГАЗ 2752 «Соболь Бизнес» с двигателем УМЗ-4216 [13, 14].

Для построения математических моделей движения автомобиля в ЕЦ и нагрузочно-ско-ростных характеристик его двигателя применена система компьютерной алгебры Mathcad.

Обязательным условием для выполнения численного моделирования процесса движения автомобиля является наличие связи

характеристик и параметров СУ с параметрами режима движения - скоростью V, продольным ускорением j и относительным продольным уклоном дороги i. Непрерывная функция V=f(t) в ЕЦ получена методом интерполяции кубическим сплайном [15,16] данных соответствующего стандарта [3]. Кинематическая составляющая рассматриваемой связи определена известными зависимостями через передаточные числа трансмиссии [1]:

в

где соответствепно частота вращени( и угловое ускорение коленчатого ва ла ДВС, мин-1;

7'^^скор)^ни(5 <с^тг^юо(ои]^н1,д/сЯ -От ококоатн донжонам еотаосЧисе1 л-о; ЛдМ овредстаеное виоло короСки гкгвке«о(го(еог (Ш); ио о пастдстокноа 0^и<ол<г СП; ок- 0одоос кончило ведущего коаека, ооо.

ИККлао оиееделеоио еиоепоичеоквИ саатонсоющеИ прюоеса^ кгвигпоооосиог а[^окомог[[ин1аг неаЧоодимо определено г^аю^и(^и1К1к:)С|и[::, сдобимо0 дощносеи су оо и£[[э^мссс"|:>^гз режиме довдеоиС: ие0"ч;

кCт=V(0ЛлK().

ота фонеоия раосмавоиисеосо как: (оа |пи е"ои к а сопротивленик движению»АТС,котарая в аасоновотиии с пеоонеопиим ПДело:оИ¡а|эc) aoпaoн)в<дссвяa Е)^лопсо1^ мощносин, кВт )2]:

V1K0 + иEm11•g + TЪlFV- + mс:H) + CJк[Mк+MJlUe)

»и

фт(Ин/))-

1000 п

где f - коэффициент сопротивления качению; та - массо автомобиля, кг; кВ - коф^^срициент со-прютивления воздушоа0 сред!— кг/м3; рд илощнди мидeлснoгa сечения явeoмoбнбel мп; Як- мо-меич нненосии коооса, охлО пк о иoличeeтпс колао ос евчсlтoбилс; Л-о - момиии["о ин€7|Эlн:с::) кердан-^ой нсрнбави, кгмо о, — КМС^Д тос;Е;,^с:;^^^С!ко,

Соепинь доcтoиоcноанк ^лl£["ссэмт^т^^(С:coo^ медолн нсгpyиaчн0чCкopoстин;x ха^ктеростик ДВС имеав особую нежнани д си. рсботкИ линкaткле о о 'И.п ^ ^п"е;к: тконсмдсескио1 лииамивлскее и чкслоагвескпо катостнс аоаоистоткоющого чоанопоркнагк ^):7^г:^::;•пвгс в щелом[ (3 ааотнстстиии е те-еувоИ овокмaбиля [2]. фуикаисиасниыо иaвиcп0l)((cти псфсиятнo-опaоaатпылxкeоктeонeиик ссгут И1П|;Гl"^c иoлцаены но осионанин ^;;^|]:^1г:^и(;п^1Кии RClMеHлеяcспo ко |]-|Cсl. "ик^липпl:/l оСк1 ле(кЛтт):

Ф.фПпТТФ^-Т-

п и

а--+ Ь •

н л2 п

-с

Г V п

и п

п

Г Л2

п

п

где 0^- иеоисвл1)^ая дощнооть ги[ситсчяио, еВо; оJГ - номиноминло еастсто ори мееия коиенчавого, мино; о, Ч с - в//лoнбмиaJ\/[гныe кооффотисивы футкоои мo(вкиocч"И| кт кo]^с:0<Kиlпг[иeи)[" исполизова-иня мои^ности (С е ГкО ([; с удомьниш иэкссход тсхкиое ДВС, -Геоитч); аи,ти,си и с^О^Ого п^о.^к1но-м(сaк^lгн]ll|^ шсффи^^ты -¡уКонбюуии мceлтoски ^тороча чоплииа1

й> псоооящеВ гE^Гкcгтe ессолоттсии оиакьи;, и омьтеоиавовнео иг:кг,:-\^(г:С" нефукатно-сйоаоатных ха-рокторискик СВд идЧаоинокoспаоюoбилC| paвpoЛстенноо не оонованин проведанного каглндсгкса cтeндeпыxиoeытaнин соосктм нaoсконоа)ншиxcn уеж-1-ооЕ) оаботис пВ; г-СоВсч- [1-;17]:

Ые)/(п,еЛе),

-Л е V/(n,еД)¿)l

где А - коэффициент нагрузки (пропорционально связан с положением органа, регулирующего нагрузку [0 < А < 1]); 5 - скорость изменения нагрузки (5 = 6А /dt).

Процедура ^ТР регламентирует только общие положения по выбору моментов переключения передач [4], поэтому в настоящем исследовании разработан и предложен для практического применения соответствующий алгоритм с учетом следующих условий:

1) соблюдение мощностного баланса в трансмиссии Ne(t) = Nt(t);

2) частота вращения ДВС принадлежит рабочему диапазону [плп < пА) < пы];

3) обеспечение минимального удельного расхода топлива в каждой точке ЕЦ.

Численное моделирование процесса движенияпоЕЦ осуществлялось в соответствии с методикой [18]. (Суммарное волиееидно зонвеченносо венлявв ява/ о ДЦ опдсделено завосимостью, сОлодовос цкке,

m

J 1460

G(t,U0)dt.

0

G„ - G,

+ G(a + i  h) ,

G(t,U0) = ++ ^ + Gx(t,U0), г/с, n,еЛ8 = f(t,U0),

3600

где Gxx(t) - функция расхода топлива ДВС при его работебез нагрузки, г/c; a, b - начальная и ко-нвчааа аопка ипи"ьс|га^ьпаиа, - - еиаг, - г- тонгичевтво расчетнеи^-рик.

Р1рггв^5с часов рршвнссив (8) овтта1ВР1са^ рои ран1из)ра]ии;зррии вы числения гга| (киптерип) для зазлипрыл рр|зчений U0 )аптизли;^<^1^1из)аныб параметс) с рассеме INCaBhCi^cl [16].

33с)визи)па)с"сь уссфисия ст cиахоcр)) дьимсыбх и|эа авободиор рариоип ^^то^обиля рс аолной прдачеН понливрМ насп^о.с^има)! сти сртбдeлеино аacбмввидниыx б! пиблицв "1^а1"отю-соави)стных сивйсчв [Го], ахаовнтонa а птлощаю кoмпьютeрнтй ригиICHthCAD ниepaцихнным арааобом, м/с2:

j(V,Um) =

aj l ax

%N<r-0.01 L+-0

wile[(1-aN )Nt(V,jx)]< [n< (Um)-N](nNV,Um)Uu)jx,Um)U)],

jx l jx+ aj

где а - начальное значение ускорения автомобиля, 0 м/с2; аА - шаг итерации; - заданная точ-ностьсходимостиуравнениямощностногобаланса.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Нагрузочно-скоростные характеристики эффективныхпоказателейдвигателярассма-триваемого в качестве примера автомобиля, показаны на рисунке 1: при применении в качестве исходных зависимостей рекомендаций теории автомобиля: формул (4) и (5) - рисунок 1, а; и результатов расчетно-эксперимен-тальной методики [19,20]: формул (6) и (7) -рисунок 1, б и рисунок 1,в соответственно при работе ДВС на установившемся режиме (гг = const, Лик = const, £ = 0, б = 0), а также, в каче-

стве примера, на одном из неустановившихся

режимов работы (п = vаr, А и к = var, £ = 15 рад/ с2,5 = 0,1).Нарисунке 1, г показаназависи-мость коэффициента использования мощно-стиоткоэффициентанагрузки.

В графическом виде полученные в результате расчетов зависимости скорости движения в ЕЦ (V = ОД) и развиваемой при этом мощно-сти(3)приведенынарисунке2.

Разработанный алгоритм для выбора номера передачи в коробке передач при движении автомобиля по ездовому циклу ^ТС приведен на рисунке 3.

Рисунок 1 - Нагрузочно-скоростные диаграммы эффективной мощности

и удельного расхода топлива ДВС УМЗ-4216: а) классическая теория автомобиля; б-г) экспериментальные данные Figure 1 - Charts of effective power and specific fuel consumption of the UMZ-4216 ICE:

classic theory of the car

Рисунок 2 - Скорость и требуемая мощность СУ АТС ГАЗ 2752 «Соболь Бизнес» в ЕЦ WLTC Figure 2 - Speed and required power of tae unit GAZ 2752 "SoHol-Business" in Tae WLTC

Функции алгоритма явля-

ются зависимостями частоты вращения коленчатого вала ДВС от времени движения в ЕЦ и передаточного числа ГП при включенной 1...5 передачах. Функции А^ит)... А5(^ит) - зависимости коэффициента нагрузки ДВС от времени движения в ЕЦ и передаточного числа ГП при включенной 1.5 передачах.

Результаты расчета целевой функции (8) для рассматриваемого диапазона допустимых значений параметров и0 приведены на рис. 4. В качестве ограничений, накладываемых на оптимизационный параметр, выбраны: минимальное передаточное число главной передачи (и0н = 4) и ее максимальное значение (и0м = 5,2). и0н обусловлено наличием запаса мощности, обеспечивающего движения по ЕЦ, и0м ограничено максимальной частотой вращения ДВС.

Оценка эффективности выбранных значений передаточных чисел ГП по отношению к серийному значению (и0 = 4,3) - точки «А» и «В» на рисунке 4, выполнена в таблице 1.

ОБСУЖДЕНИЕ

Исходя из графика, приведенного на рисунке 4, можно сделать вывод, что зависимость изменения количества израсходованного топлива соответствует известной закономерности - увеличение нагрузки на ДВС сопровождается ростом его эффективного КПД и, как следствие, снижением расхода топлива в ЕЦ. Однако более крутой рост кривой расхода, построенной с учетом неустановившихся режимов работы ДВС (линия 2) обуславливает значительное влияние на топливную экономичность в ездовом цикле WLTC процессов ухудшения эффективных показателей двигателя при переходе от одного нагрузочно-ско-ростного режима к другому. Таким образом, применение соответствующей математической модели характеристик ДВС и выбранной методики численного моделирования процесса движения по ездовому циклу является оправданным шагом при анализе и синтезе параметров силовых установок перспективных автомобилей.

Начало

Ввод функции:

Ne=f(n,s,l,6), ge=f(n,S,X,5), Nr=f(t), V= f(t), nw=f(UJ, n=f(t,U(m), U(0)), E=f(t,U(„), U(0)) Ввод параметров: nmin r Ui, U2_ U, U4_ Us

РисунокЗ - Алгоритм выборапередач в ездовом цикле WLTC Figure3- Algorithmfor selectinggearsinthedrivingcycleof WLTC

3

а

1700

1600

В 1500

«

о ш

о

П

i"1 (L>

1400

1300

В 2

1

A

4 4.3 4.6 4.9

Передаточное число главной передачи Uo

Рисунок 4

1- результаты расчета расхода топлива при применении модели характеристик ДВС на основании классической теории автомобиля

2- результаты расчета расхода топлива при применении модели характеристик ДВС, полученных экспериментальным путем с учетом

неу с тановившихся режимов

Расхода топлива за ездовой цикл в зависимости от ПЧ главной передачи Figure 4 - Dependence of tae fuel consumption on tae ratio of tae main gear

Таблица 1

ПОКАЗАТЕЛИ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ И ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ В ЕЦ WLTC

Table 1

INDICATORS OF TRHCTION-SPEEh PROPERTIES HNh FUEL ECONOMY IN THE WLTC

Передаточное число ГП Расход топлива в ездовом цикле mal, г/ездовой цикл Время разгона до скорости 100 км/ч, с Время прохождения пути 400 м, с Время прохождения пути1 000м,с

Значения получены на основании расчетной модели - формулы

4,1 1 341

4,3* 1 357

5,125 1 418

Значения получены на основании экспериментальной модели - формулы

4,1 1 553

4,3* 1 654

4,556 1 664

* - ПЧ серийной трансмиссии автомобиля ГАЗ 2752 «Соболь Бизнес» ** - в скобках приведена разница показателей в процентах по отношению к соответствующим величинам, полученным при применении ПЧ серийной трансмиссии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнена оценка относительно влияния передаточного числа главной передачи автомобиля категории М1, на примере параметров и характеристик ГАЗ-2752 «Соболь Бизнес» с двигателем УМЗ-4216, на потребление топлива во Всемирном гармонизированном ездовом цикле WLTC с учетом изменения тя-гово-скоростных свойств по ГОСТ-22576 - 90.

Для выполнения данного анализа был выбран оценочный критерий, определен варьируемый параметр, разработан и рекомендован алгоритм переключения передач в рассматриваемом ЕЦ. В работе также выполнено сравнение полученных в процессе численного моделирования топливно-экономических и тягово-ско-ростных свойств рассматриваемого автомобиля при применении различных методов

построения математической модели нагрузоч-но-скоростных характеристик эффективных показателей ДВС.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гусаков С.В., Марков В.А., Бехджуйан Х. Расчетные исследования автомобильной силовой установки с системой рекуперации энергии // Известия высших учебных материалов. Машиностроение. 2016. № 2(671). C. 20 - 27.

2. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». М. : Машиностроение, 1989. 240 с.

3. ГОСТ Р 41.101-99 (Правила ЕЭК ООН №101). М. : ИПК Издательство стандартов, 2001.

4. Предложение по новым глобальным техническим правилам, касающимся всемирных согласованных процедур испытания транспортных средств малой грузоподъемности, ЕЭК ООН 2014 г. [Электронный ресурс]. URL:http://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/doc/2014/ wp29/ECE-TRANS-WP29-2014-027e.pdf (дата обращения 05.10.2017).

5. Наркевич Э.И. Методы комплексного исследования тягово-скоростных свойств и топливной экономичности городских автобусов : автореф. дис. ... канд. тех. наук. М., 1982. 16 с.

6. Токарев А.А. Гиперболический ряд передаточных чисел трансмиссии // Автомобильная промышленность. 1975. № 10. С.16 - 18.

7. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. М. : Транспорт, 1990. 135 с.

8. Павленко В.А. Повышение топливной экономичности автомобиля оптимизацией параметров системы «двигатель - трансмиссия» : дис. ... канд. тех. наук. Х., 2004. 178 с.

9. Адясов А.Ю. Разработка методики выбора передаточных чисел трансмиссии автомобиля на основе рационального сочетания тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и токсичности выхлопных газов : дис. ... канд. тех. наук. Нижний Новгород, 2002. 200 с.

10. Блохин А.Н. Разработка методики поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учетом эксплуатационных свойств и назначения автомобиля : дис. ... канд. тех. наук. Нижний Новгород, 2006. 256 с.

11. Русаков С.С. Разработка методики оптимизации передаточных чисел механической ступенчатой трансмиссии легкового автомобиля с учетом режимов работы его двигателя : дис. ... канд. тех. наук. Ижевск, 2007. 134 с.

12. Савенков Н.В. Метод выбора передаточных чисел трансмиссии автомобиля категории N1 на основе ездового цикла // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2016. № 2. С. 158 - 165.

13. Автомобили семейства «ГАЗель Бизнес»: руководство по эксплуатации 3302-3902010-20 РЭ. Третье издание; отв. ред. Д.В. Аросланкин. Нижний Новгород: ООО «Автозавод «ГАЗ», 2011. 88 с.

14. Березин Е.Б., Хасянов Н.И., Уланов О.А. [и др.]. Устройство, ремонт и техническое обслуживание УМЗ-4213, УМЗ-4216 Евро-3. Ульяновск : ОАО «Ульяновский моторный завод», 2008. 69 с.

15. Горожанкин С.А., Шитов А.А., Савенков Н.В. Методики для аппроксимации зависимостей нескольких переменных в программной среде MS Excel и Mathcad // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2016. № 3(247). С. 35 - 47.

16. Кирьянов Д.В. Mathcad 14. СПб. : БХВ-Петербург, 2007. 704с.

17. Акатов Е.М., Белов П.М., Дьяченко Н.Х., Мусатов B.C. Работа автомобильного двигателя на неустановившемся режиме. М-Л : Машгиз, 1960. 282 с.

18. ГОСТ 22576-90. Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний. М. : Изд-во стандартов, 1990. 15 с.

19. Савенков Н.В. Оптимизация режимов силовой установки автомобиля для повышения его топливной экономичности // Научно-технический журнал «Автомобильная промышленность». 2016. № 6. С. 12 - 18.

20. Савенков Н.В. Метод выбора передаточных чисел силовой установки автомобиля категории N1 на основе ездового цикла : дис. ... канд. тех. наук. Москва. 2017. 206 с.

INFLUENCE OF MAIN GEAR RATIO ON CAR FUEL EFFICIENCY IN THE DRIVE CYCLE

S.A. Gorozhankin, N.V. Savenkov, V. V. Ponyakin

ABSTRACT

Introduction. The article presents the improvement efficiency of fuel and economic properties of the vehicle in WLTC driving cycle by means of the main gear ratio changing.

Materials and methods. Great attention is paid to the fuel consumption determination by the numerical simulation of the moving process in the driving cycle. To illustrate this process, a continuous function of the vehicle speed and various mathematical models of the internal combustion engine characteristics -based on the classical theory, and also on the basis of experimental studies with additional account of transient modes - is formed in the research.

Results. Therefore, the corresponding values of the mass fuel consumption and the gear shifting algorithm are proposed in the article.

Discussion. The obtained results allow to carry out the effect of individual gear ratios' evaluation on the fuel and economic efficiency of the vehicle in the prospective World Harmonized Driving Cycle with additional consideration of the traction and speed performance changing.

Сonclusion. It can be concluded that the calculation methods used in the research could be applied for solving the problems of complex optimization synthesis of structural and regime parameters in mechanical transmissions of modern automobiles.

KEYWORDS: drive cycle, mass fuel consumption, gear ratio, internal combustion engine, transmission, main gear, power balance.

REFERENCES

1. Gusakov S.V., Markov V.A., Behdzhujan H. Raschetn-yie issledovaniya avtomobilnoy silovoy ustanovki s sistemoy rekuperatsii energii [Calculation studies of an automobile power plant with an energy recovery system]. Proceedings of Higher Educational Institutions. Machine Building, 2016, no 671, pp. 20 - 27.

2. Litvinov A.S. Avtomobil: Teoriya ekspluatatsionnykh svoystv: Uchebnik dlya vuzov po spetsialnosti "Avtomobili i avtomobilnoye khozyaystvo", [Car: The theory of operational properties: A textbook for high schools on the specialty "Cars and Automobile Economy"]. Moscow, Mechanical engineering, 1989. 240 p.

3. State Standard 41.101-99. Moscow, IPK Standartin-form Publ., 2001. 41p.

4. Predlozhenie po novym global'nym tehnicheskim pravilam, kasajushhimsja vsemirnyh soglasovannyh procedur ispytanija transportnyh sredstv maloj gruzopodemnosti [Proposal for a new global technical regulation on the Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure (WLTP)]. Available at http://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/doc/2014/wp29/ ECE-TRANS-WP29-2014-027e.pdf (accessed 05 November 2017).

5. Narkevich E.I. Metody kompleksnogo issledovaniya tyagovo-skorostnykh svoystv i toplivnoy ekonomichnosti gorodskikh avtobusov. avtoref. dis. kand. tekh. nauk [Methods for a comprehensive study of traction-speed properties and fuel economy of city buses, abstract Diss. of Ph.D.]. Moscow, 1982. 16p.

6. Tokarev A.A. Giperbolicheskiy ryad peredatochnykh chisel transmissii [Hyperbolic series of transmission ratio]. Automotive industry, 1975, no. 10, pp. 16 - 18.

7. Govorushchenko N.Ya. Ekonomiya topliva i snizheniye toksichnosti na avtomobilnom transporte [Fuel economy and toxicity reduction in road transport]. Moscow, Transport, 1990, 135 p.

8. Pavlenko V.A. Povysheniye toplivnoy ekonomichnosti avtomobilya optimizatsiyey parametrov sistemy "dvigatel - transmissiya" dis. kand. tekh. nauk [Improving the fuel economy of the car by optimizing the parameters of the engine-transmission system. Diss. of Ph. D.]. Kharkiv, KhNAHU, 2004. 178p.

9. Adyasov A.Yu. Razrabotka metodiki vybora peredatochnykh chisel transmissii avtomobilya na osnove ratsionalnogo sochetaniya tyagovo-skorostnykh svoystv. toplivnoy ekonomichnosti i toksichnosti vykhlopnykh gazov: dis. kand. tekh. nauk [Development of a technique for selecting transmission ratios of the car's transmission based on a rational combination of traction-speed properties, fuel efficiency and exhaust toxicity. Diss. of Ph.D.]. Nizhny Novgorod, NNSTU, 2002. 200p.

10. Blokhin A.N. Razrabotka metodiki poiska ratsionalnykh peredatochnykh chisel transmissii s uchetom ekspluatatsionnykh svoystv i naznacheniya avtomobilya: dis. kand. tekh. nauk Development of a technique for the search for rational transmission ratios of the transmission, taking into account the operational properties and purpose of the vehicle Diss. of Ph.D.]. Nizhny Novgorod, NNSTU, 2006. 256p.

11.Rusakov S.S. Razrabotka metodiki optimizatsii peredatochnykh chisel mekhanicheskoy stupenchatoy transmissii legkovogo avtomobilya s uchetom rezhimov raboty ego dvigatelya: dis. kand. tekh. nauk [Development of a technique for optimizing the gear ratios of a mechanical step-by-step transmission of a passenger car, taking into account the operating modes of its engine. Diss. of Ph.D.]. Izhevsk, ISTU, 2007. 134p.

12. Savenkov N.V. MetoB vyibora peredatochnyih chisel transmissii avtomobilya kategorii N1 na osnove ezBovogo tsikla [The method of selecting transmission ratios of the N1 category car transmission based on the driving cycle]. Vestnik KuzSTU, 2016, no. 2, pp.158 - 165.

13. h.V. Hroslankin Hvtomobili semeystva «GHZel Biznes». RukovoBstvo po ekspluatatsii 3302-3902010-20 RE. Trete izBanie [Cars of the GHZel Business family. Manual 3302-3902010-20 RE. Third Edition] Nizhny Novgorod, GHZ, 2011. 88 p.

14. Berezin E.B., Hasyanov N.I., Ulanov O.H. Ustroystvo, remont i tehnicheskoe obsluzhivanie UMZ-4213, UMZ-4216 Evro-3 [Device, repair and maintenance UMZ-4213, UMZ-4216 Euro-3]. Ulyanovsk, UMZ, 2008, 69 p.

15. Gorozhankin S. H., Shitov H. H., Savenkov N. V., Metodiki dlya approksimatsii zavisimostey neskolkih peremennyih v programmnoy srede MS Excel i Mathcad [Techniques for approximating the dependencies of several variables in the MS Excel and Mathcad software environment], Ntv SpbSTU, 2016, no 247, pp.35 - 47.

16. Kiryanov h.V. Mathcad 14, Saint Petersburg, BHV-Petersburg, 2007. 704p.

17. Hkatov E.M., Belov P.M., h'jachenko N.H., Musatov B.C. Rabota avtomobilnogo dvigatelya na neustanovivshemsya rezhime [The operation of the car engine at an unsteady state]. Moscow-Leningrad, Mechanical engineering, 1960. 282 p.

18. State Standard 22576-90. Motor vehicles. Speed characteristics. Test methods. Moscow, Standartinform Publ., 1990. 15 p.

19. Savenkov N.V. Optimizatsiya rezhimov silovoy ustanovki avtomobilya dlya povyishe- niya ego toplivnoy ekonomichnosti [Optimization of the modes of the power plant of the car for increasing its fuel efficiency]. Hutomotive industry, 2016, no 6, pp. 12 - 18.

20. Savenkov N.V. Metod vyibora peredatochnyih chisel silovoy ustanovki avtomobilya kategorii N1 na osnove ezdovogo tsikla: dis. kand. tekh. nauk [The method of choosing the gear ratios of the power plant of a car of category N1 on the basis of a driving cycle. hiss. of Ph.h.]. Moscow, 2017. 206p.

Поступила 30.11.2017, принята к публикации 15.02.2018.

Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Горожанкин Сергей Андреевич (г. Макеевка) - доктор технических наук, профессор кафедры «Техническая эксплуатация и сервис автомобилей, технологических машин и оборудования», ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» (286123, г. Макеевка, ул. Державина, д. 2; e-mail: gormar52@gmail.com).

Gorozaankin Sergey A (Makeevka) - Doctor of Tecanical Sciences, Professor, State Educational Institution of Higaer Professional Education «DonHass National Academy of Civil Engineering and Arcaitecture» (286123, Makeevka, street Derzaavina, 2, e-mail: gormar52@gmail.com).

Савенков Никита Владимирович (г. Макеевка) - кандидат технических наук, ассистент кафедры «Техническая эксплуатация и сервис автомобилей, технологических машин и оборудования», ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» (286123, г. Макеевка, ул. Державина, 2, e-mail: SavenkovNV@ya.ru).

Savenkov Nikita V (Makeevka) - Doctor of Philosophy, assistant, State Educational Institution of Higher Professional Education "Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture" (286123, Makeevka, street Derzhavina, 2, e-mail: SavenkovNV@ya.ru).

Понякин Виктор Владиславович (г. Макеевка) - ассистент кафедры «Техническая эксплуатация и сервис автомобилей, технологических машин и оборудования», ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» (286123, г. Макеевка, ул. Державина, 2, e-mail: PonyakinVV@ mail.ru).

Ponyakin Victor V (Makeevka) - assistant, State Educational Institution of Higher Professional Education "Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture" (286123, Makeevka, street Derzhavina, 2, e-mail: PonyakinVV@mail.ru).

ВКЛАД СОАВТОРОВ

Горожанкин С.А. Создание концепции исследования, постановка целей и задач, общее руководство.

Савенков Н.В. Проведение экспериментальной части исследования. Разработка расчётно-экспериментальных методик для определения характеристик автомобильных двигателей и силовых установок с учетом неустановившихся режимов движения.

Понякин В.В. Разработка математических моделей режимов движения автомобиля в ездовом цикле WLTC; расчёт топливной экономичности АТС в комплексе нестационарных режимов.

im ш м mi mi и mi mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi и mi mi и mi mi mi i

УДК 621.86

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ СУПЕРПОЗИЦИИ ПЛОСКИХ МОДЕЛЕЙ МОСТОВОГО КРАНА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ГАШЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА

М.С. Корытов, В.С. Щербаков

ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Для динамической системы плоского маятника с затуханием колебаний, описывающей колебания груза мостового крана на гибком канатном подвесе в отдельной вертикальной плоскости, предложено решение задачи перемещения груза на заданное расстояние с выполнением условия полного гашения его неуправляемых маятниковых пространственных колебаний.

Материалы и методы. Использован принцип пересчета временных зависимостей углов отклонения грузового каната от вертикали в зависимости ускорений, скоростей и перемещений точки подвеса груза на грузовой тележке в отдельной плоскости движения моста либо грузовой тележки. Учтены кинематические ограничения на перемещения точки подвеса груза в виде максимально достижимых ускорений и скоростей моста и грузовой тележки крана. Результаты. Подтверждена гипотеза о соблюдении принципа суперпозиции колебаний при совместном перемещении груза в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях пространства при малых значениях углов отклонения грузового каната от вертикали. Обсуждение и заключение. Проведена оценка точности суперпозиции плоских моделей маятниковой системы мостового крана при гашении пространственных колебаний груза. Пространственные перемещения груза в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях пространства могут быть с достаточной для практических целей точностью смоделированы с использованием сравнительно несложной плоской математической модели маятниковой системы мостового крана с грузом.