СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СУММАРНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ДЛЯ КАТЕГОРИРОВАНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ДОРОГ
METHOD OF DETERMINATION OF COEFFICIENT OF TOTAL RESISTANCE OF MOTION FOR TEST ROADS RATING

Заявка на изобретение относится к категорированию испытательных дорог и касается определения коэффициента суммарного сопротивления движению этих дорог для испытаний на них колесных транспортных средств для оценки надежности (безотказности, долговечности).
В настоящее время условия испытаний транспортных средств на надежность регламентируются видами дорог и распределением по ним общего пробега по ОСТ 37.001.472-88 [1, п. 5.5 и прилож. 3], которые, в зависимости от времени года, метеорологических условий и интенсивности движения на них, изменяют свои характеристики, особенно грунтовые дороги.
Принципиальный недостаток такой регламентации состоит в том, что конкретный вид дороги при испытаниях определяют ориентировочно по субъективным оценкам.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>Q</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
j
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению транспортного средства при его дорожных испытаниях [2], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по каждой j-й (j=1…n) опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью данной опорной поверхности, определяют средний расход топлива
двигателя и среднюю скорость движения
, а коэффициент суммарного сопротивления движению Ψ определяют по выражению
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>Q</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
где
- средний расход топлива на j-й опорной поверхности, л/100 км;
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
- средняя скорость движения на j-й опорной поверхности, км/ч;
A
к
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>Q</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>q</mi><mi>к</mi></msub></mrow></msub></mrow>
n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства и отражающей его конструктивные решения, при этом величину n по испытуемому колесному или гусеничному транспортному средству определяют по известному значению коэффициента сопротивления движению Ψ, соответствующему дороге с ровным твердым покрытием, равным 0,025 для колесных машин, a
и
- по контрольному расходу топлива q испытуемого транспортного средства и скорости, соответствующей контрольному расходу топлива,
.
j
Разработка способа [2] позволила перейти от субъективной оценки видов испытательных дорог к принципиально новой количественной оценке категорий этих дорог с помощью самого испытываемого транспортного средства через диапазон статистических значений коэффициента Ψ.
A
o
w
Кроме того, в ОСТ 37.001.520-96 [3, п. 6.3] коэффициент Ψ представлен в виде суммы коэффициентов f и f,
o
где f - коэффициент сопротивления качению, значение которого принято как среднестатистическая величина применительно к шинам отечественного производства, равная 0,02 без указания ее состояния;
w
f - коэффициент сопротивления воздуха, равный 0,005.
A
j
Недостаток первого способа при определении коэффициента пропорциональности n обусловлен принятием одночислового значения (константы) коэффициента Ψ для всех видов колесных транспортных средств, автоматически создавая погрешность определения показателя n и, как следствие, показателя Ψ (j=1…m) в выражении (1).
o
w
j
Недостаток второго источника обусловлен также принятием одночислового (среднестатистического) значения коэффициента f для всех типов шин и их размерности и одинаковым значением коэффициента сопротивления воздуха f для всех типов колесных транспортных средств, имеющих различную площадь лобового сечения, дополнительно создавая погрешность определения показателей n и Ψ, и еще с учетом того, что за последние годы повышены требования к коэффициенту сопротивления качению шины на дорогах с твердым покрытием, значение которого должно быть не более:
0,020 для холодной шины (плюс 20°С);
0,012 для прогретой шины до установившейся температуры [4], а также тем, что в настоящее время созданы и эксплуатируются шины, соответствующие указанным требованиям или близким к ним независимо от их производителя, например, KAMA-1260, 425/85R21; KAMA-1260-l,425/85R21;PIRELLI Pista, 14.00R20; «Мишлен», 14.00 R20 и др.
Задачей изобретения является повышение точности при определении коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог при изменчивости и нестабильности их характеристик, особенно грунтовых дорог.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог, согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство при полной его массе по каждой j-й (j=1…n) испытательной дороге в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности;
производят измерения расхода топлива в литрах на 100 км пробега по j-й дороге;
вычисляют реализуемую среднюю скорость движения по пройденному пути и времени чистого движения;
вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению из выражения (1), в котором коэффициент пропорциональности n, характерный для каждого типа транспортного средства, определяют по выражению
A
где Ψ - коэффициент сопротивления движению, соответствующий дороге с ровным твердым покрытием (А-дороги);
q
V - скорость, соответствующая определению контрольного расхода топлива, как правило, равная 60 км/ч;
к
q
q - контрольный расход топлива, определяемый по топливной характеристике на скорости V;
A
определяют коэффициент Ψ по выражению
o
где f - коэффициент сопротивления качению шины испытываемого транспортного средства, прогретой на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч до установившейся ее температуры при температуре наружного воздуха, равной 20±2°С, величину которого определяют по выражению
f
где P - сила сопротивления качению, определяемая по показаниям динамометра при буксировке транспортного средства на А-дороге на скорости 1,0 м/с, кгс;
a
G - суммарная нагрузка транспортного средства на опорную поверхность, кгс;
w
далее определяют коэффициент сопротивления воздуха f по выражению
w
q
где P - сила сопротивления воздуха, определяемая по выражению на скорости V
где К - коэффициент обтекаемости, определяемый экспериментально в аэродинамической трубе; для грузовых автомобилей К=0,06-0,07;
2
F - площадь лобового сечения транспортного средства, м, определяемая по выражению
где В - колея транспортного средства, м
Н - высота транспортного средства (по тенту), м,
j
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>Q</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>¯</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
после вычисления коэффициента пропорциональности n каждого транспортного средства испытания на j-x видах дорог выполняются в заданном нормативами объеме для оценки показателя Ψ на каждом испытательном участке с учетом выполненных вычислений
и
.
A,
o
w
q
o
f
w
w
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>q</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известным показывает, что при определении коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог в процессе испытаний на них транспортных средств для оценки надежности (безотказности) учитывают, при определении коэффициента n вместо «известного значения» показателя Ψ равного 0,025 [2], конкретные значения его составляющих: f - коэффициент сопротивления качению шины на А-дороге и f - коэффициент сопротивления воздуха на скорости V на А-дороге, при этом коэффициент f определяют через силу сопротивления качению P, отнесенную к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую, в свою очередь, определяют по показаниям динамометра на предварительно прогретых шинах до установившейся их температуры на стенде с беговыми барабанами или на асфальтобетонной дороге при 20±2°С наружного воздуха с последующей буксировкой транспортного средства с отключенной трансмиссией на А-дороге на скорости 1,0 м/с, а коэффициент f определяют через силу сопротивления воздуха P, отнесенную к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую, в свою очередь, определяют через коэффициент обтекаемости К, площадь лобового сечения F, выражаемую через колею и высоту транспортного средства, и квадрат скорости
,соответствующей режиму определения контрольного расхода топлива. На основании этого заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».
A
o
f
w
w
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>q</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Совокупность последовательных операций, включающих определение составляющих коэффициента Ψ в зависимости (2) для определения коэффициента суммарного сопротивления движению на j-й дороге по зависимости (1) через коэффициент сопротивления качению шины f на А-дороге посредством отношения силы сопротивления качению P к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую определяют на предварительно прогретых шинах до установившейся их температуры на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч при температуре наружного воздуха 20±2°С с использованием показаний динамометра при последующей буксировке транспортного средства с отключенной трансмиссией на А-дороге на скорости 1,0 м/с и коэффициент сопротивления воздуха f на А-дороге посредством отношения силы сопротивления воздуха P к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую определяют через коэффициент обтекаемости К, площадь лобового сечения F и квадрат скорости
, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «существенные отличия».
A
o
w
o
w
w
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>q</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Для определения коэффициента суммарного сопротивления движению j-й дороги повышенной точности транспортное средство перемещают при полной его массе в ведущем неустановившемся режиме в объеме заданного дискретного пробега, производят измерения расхода топлива в литрах на 100 км пробега по этой дороге, вычисляют реализуемую среднюю скорость движения по пройденному пути и времени чистого движения, вычисляют коэффициент пропорциональности n по зависимости (2). Для этого, при Ψ=f+f, определяют коэффициент сопротивления качению шины f посредством отношения силы сопротивления качению Pf к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую, в свою очередь, определяют на предварительно прогретых шинах до установившейся их температуры на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч при температуре наружного воздуха 20±2°С по показания динамометра при последующей буксировке транспортного средства с отключенной трансмиссией на А-дороге на скорости 1,0 м/с и коэффициент сопротивления воздуха f на А-дороге посредством отношения силы сопротивления воздуха P к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую определяют через коэффициент обтекаемости К, площадь лобового сечения F и квадрат скорости
.
Предлагаемый способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению грунтовой дороги удовлетворительного состояния повышенной точности при испытаниях колесного транспортного средства, например автомобиля УРАЛ-4320 [2], реализован следующим образом.
По выполненному пробегу по грунтовой дороге удовлетворительного состояния в объеме 7,5 тыс. км получены средние значения расхода топлива в л/100 км и скорости движения указанного автомобиля, равные соответственно 50,1 л/100 км и 34,4 км/ч.
к
q
По топливной характеристике известно, что контрольный расход топлива q при V  60 км/ч равен 30 л/100 км, тогда n по зависимости (2) определяют в последовательности:
разогревают шины пробегом автомобиля на скорости 60 км/ч на стенде с беговыми барабанами или на асфальтобетонной дороге до состояния установившейся их температуры при температуре наружного воздуха 20±2°С;
методом «буксирования» определяют силу сопротивления качению шин по показаниям динамометра при скорости перемещения транспортного средства на А-дороге 1,0 м/с, равную по шине модели ОИ-25 (старая модель) в холодном состоянии 451 кгс и в разогретом состоянии - 273 кгс и на шине КАМА-1260-1 (новая модель) в холодном состоянии - 355 кгс и в разогретом состоянии - 205 кгс;
o
с использованием данных таблицы (фиг. 1) по зависимости (4) определяют коэффициент сопротивления качению f, равный:
по шине ОИ-25:
- в холодном состоянии - 0,033;
- в горячем состоянии - 0,02,
по шине модели KAMA-1260-1:
- в холодном состоянии - 0,026;
- в горячем состоянии - 0,015,
значения которого заносят в таблицу (фиг. 2).
Далее с использованием данных таблицы (фиг. 1) определяют силу сопротивления воздуха при К=0,065 [5, с. 52] по зависимости (6)
и коэффициент сопротивления воздуха по зависимости (5)
затем определяют коэффициент сопротивления движению по зависимости (3), например, для шины ОИ-25 в холодном состоянии
Тогда по зависимости (2) определяют коэффициент n
гу
и окончательно определяют значение коэффициента суммарного сопротивления движению Ψ по зависимости (1)
гу
A
что на 0,046 больше (на 38%), чем в источнике [2] - Ψ=0,073, в расчете которого значение коэффициента Ψ, как и во всех остальных случаях, было принято по «известному значению» [2], равному 0.025.
Расчеты по остальным данным приведены в таблице (фиг.2).
o
о
A
j
j
<mrow><msubsup><mi>V</mi><mi>q</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Использование коэффициента сопротивления качению f шины конкретной модели транспортного средства, прогретой до установившейся ее температуры на вращающихся барабанах стенда или в процессе пробега на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч при внешних условиях 20±2°С с последующим измерением силы сопротивления качению Р с помощью динамометра в процессе буксирования испытываемого транспортного средства на А-дороге со скоростью 1,0 м/с и коэффициента сопротивления воздуха, определенного через значения коэффициента обтекаемости, лобового сечения и квадрата скорости
конкретно испытываемого транспортного средства и его массы обеспечивают по сравнению с аналогичными, включенными в коэффициент Ψ как константы (0,025), повышение точности определения коэффициента пропорциональности n и, наконец, самого коэффициента суммарного сопротивления движению конкретной испытательной дороги Ψ, существенно снижая одновременно погрешность показателя уровня нагружения W [6], определяемого через этот коэффициент и фактически отрабатываемый нормативный пробег по каждой j-й дороге для оценки надежности транспортных средств.
В таблице фиг. 2 представлены экспериментальные и расчетные значения исходных данных для определения коэффициента суммарного сопротивления движению j-x дорог, которые существенно отличаются между собой в зависимости от модели шины, ее состояния и конкретного транспортного средства по его массе и лобовому сечению и учет которых (отличий) содержится в способе, повышая в конечном итоге достоверность и воспроизводимость результатов испытаний транспортных средств независимо от места их проведения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. ОСТ 37.001.472-88 Приемочные испытания автотранспортных средств. Типовая программа испытаний. - Введ. 1989-01-01. - М.: НАМИ, 1989.
2. Патент RU  №2011955 C1, G01M 17/00 от 30.04.1994 г.
3. ОСТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения. - Введ. 1997-07-01. - М.: «Дорожный транспорт», ТК 56, 1997.
4. ГОСТ РВ 52395-2005 Шины пневматические с регулируемым давлением для военной автомобильной техники. Общие технические требования. - Введ. 2005-11-17. - М.: Стандартинформ, 2006.
5. Антонов, А.С. Армейские автомобили. Теория. [Текст] / А.С. Антонов. Е.И. Магидович, Ю.А. Кононович, B.C. Прозоров. - М.: Военное издательство МО СССР, 1970, 526 с.
6. Патент RU  №2090855 C1, G01M 17/00 от 20.09.1997 г.