Способ определения средней скорости движения транспортного средства
AVERAGE VEHICLE TRAVEL SPEED DETERMINATION METHOD

Изобретение относится к области испытаний транспортных средств, а именно эксплуатационному контролю транспортного средства (ТС), и касается определения одной из характеристик скоростных свойств - средней скорости движения в различных дорожных условиях.
В настоящее время в эксплуатационных условиях использования ТС средняя скорость движения определяется как частное от деления выполненного пробега в км по j-й дороге на затраченное время движения в ч.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению транспортного средства при его дорожных испытаниях [1], 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 определяют по выражению
где  - средний расход топлива на j-й опорной поверхности, л/100 км;
- средняя скорость движения на j-й опорной поверхности, км/ч;
А
к
n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства и отражающий 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, а  и  - по контрольному расходу топлива q испытуемого транспортного средства и скорости, соответствующей контрольному расходу топлива, .
j
Разработка способа [1] 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 и к математическому ожиданию (среднему значению) этого коэффициента каждой категории дорог, , принятому в ОСТ 37.001.520-96 [2, таблица 1] в качестве норматива.
Задачей изобретения является определение прогнозируемой средней скорости движения ТС, выбираемого из ряда серийно выпускаемых изделий или проектируемого нового образца под решение целевой задачи применительно к конкретным дорожным условиям.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициента суммарного сопротивления движению [1], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство при полной массе по каждой j-й (j=1…n) испытательной дороге в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности;
фиксируют среднее значение расхода топлива в литрах на 100 км пробега по j-й дороге;
вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению из выражения (1), в котором коэффициент пропорциональности n, характерной для каждого типа транспортного средства, определяют по выражению
А
где Ψ - коэффициент сопротивления движению, соответствующей дороге с ровным твердым покрытием, равный 0,025;
q
V - скорость, соответствующая определению контрольного расхода топлива, как правило, равная 60 км/ч;
к
q
А
q
q - контрольный расход топлива, определяемый по [3] на скорости V, и при указанных значениях Ψ и V, коэффициент пропорциональности n определяют по выражению
j
По выражениям (1 и 3) определяют среднюю скорость движения транспортного средства относительно категории дорог, определяемых показателем Ψ
или при
получают выражение для определения средней скорости движения ТС на j-й дороге
к
min
max
где t - показатель выражает отношение среднего расхода топлива  ТС на j-й опорной поверхности к контрольному расходу топлива q и соответствует относительному уровню нагружения двигателя в диапазоне от минимального значения t=1,0 при  до максимального значения t≤4,0 при , определяемого при полной подаче топлива на номинальной частоте вала двигателя ТС.
j
На основе представительной статистической выборки по испытаниям полноприводных ТС разных классов грузоподъемности в объеме 148 образцов устанавливают единое для всех ТС среднее значение показателя t в границах значений коэффициента суммарного сопротивления движению Ψ каждой категории испытательных дорог, равное на:
- асфальтобетонной дороге - 1,55;
- булыжной дороге ровного мощения - 1,60;
- грунтовой дороге удовлетворительного состояния - 2,05;
- разбитой грунтовой дороге - 2,45;
- размокшей грунтовой дороге - 3,00;
j
при дискретно заданных значениях показателя t по граничным значениям коэффициента Ψ каждой j-й категории дорог и их матожиданий  строят график средней скорости движения в функции ;
j
для упрощения расчетов по графику при любых наперед заданных значениях показателя t и коэффициента Ψ определяют прогнозируемую скорость движения;
j
к
по графику при заданных скорости движения и дорожных условиях, оцениваемых коэффициентом суммарного сопротивления движению Ψ, определяют значение показателя t, а при известном значении контрольного расхода топлива q ТС - средний расход топлива  по выражению
,
обеспечивая надежный расчет по определению необходимых запасов топлива для реализации заданных скоростей движения в конкретных условиях эксплуатации ТС.
к
А
q
min
max
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с известным показывает, что при эксплуатационном контроле транспортного средства, в выражении определения средней скорости движения в заданных j-x дорожных условиях использован принципиально новый единый для всех транспортных средств показатель t, выражающий отношение среднего расхода топлива  при перемещении транспортных средств по j-й опорной поверхности к его контрольному расходу топлива q, что соответствует приведению эксплуатационных расходов топлива , изменяющихся в широком диапазоне в зависимости от класса грузоподъемности транспортных средств, к общему знаменателю - минимальному уровню нагружения, соответствующего режиму определения контрольного расхода топлива (при Ψ=0,025 и V=60 км/ч), и относительному уровню нагружения двигателя ТС в диапазоне от минимального значения t=1,0 при  до максимального t≤4,0 при , определяемого при полной подаче топлива на номинальной частоте вала двигателя, использование которого (показателя t) упрощает и одновременно повышает точность определения средней скорости движения в заданных j-x дорожных условиях.
На основе указанных особенностей показателя t и его представительной статистической выборки по результатам испытаний 148 образцов полноприводных транспортных средств определены средние значения показателя t по всем видам j-x испытательных дорог.
j
j
j
к
На основе графического представления функционально связанных между собой показателей , t и Ψ определяют каждый из них при заданных значениях двух других показателей, а при заданных  и Ψ через показатель t и q вычисляют дополнительно средний расход топлива в л/100 км на j-й дороге.
На основании этого можно заключить, что предложенный способ соответствует критерию «новизна».
к
А
q
к
j
Совокупность последовательных операций, включающая определение из зависимости (1) средней скорости движения на j-й дороге , представление коэффициента пропорциональности n зависимостью 1,5/ q при Ψ=0,025 и V=60 км/ч, приведение через показатель t эксплуатационного расхода топлива транспортного средства на j-й дороге  к общему знаменателю всех транспортных средств - минимальному уровню их нагружения, соответствующего режиму определения контрольного расхода топлива q, на основе представительной статистической выборки определение среднего значения показателя  всех категорий j-x испытательных дорог, построение графика определения средней скорости движения  в зависимости от показателя t и коэффициента суммарного сопротивления движению Ψ, позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию «изобретательский уровень».
j
j
А
При реализации предложенного способа в конечном итоге определяют числовые значения средней скорости движения транспортных средств независимо от их класса грузоподъемности, в заданных дорожных условиях, определяемых через коэффициент Ψ, при соответствующей относительной загрузке двигателя, определяемой величиной показателя t в диапазоне от минимальной при t=1,0 до максимальной при t≤4,0, при соотношении которых (по зависимости 5) в таблице (фиг. 1) приведены значения  при дискретно заданных значениях показателя t в условиях, заданных граничными значениями коэффициента Ψ, категорий дорог с твердым ровным покрытием (Ψ=0,025 и 0,05 при ) и грунтовых дорог:
ГУ
удовлетворительного состояния (Ψ=0,05-0,09 при );
ГР
разбитой грунтовой дороги (Ψ=0,09-0,18 при );
М
j
размокшей грунтовой дороги (Ψ=0,18-0,30 при ), а на фиг. 2 показан график зависимости  от заданных значений показателя t и коэффициента Ψ.
j
j
По графику (фиг. 2) определяют при любых заданных значениях показателя t транспортного средства и коэффициента Ψ среднюю скорость движения, например при t=1,75 и Ψ=0,06 устанавливают скорость, равную 43,75 км/ч (показано стрелками) на грунтовой дороге удовлетворительного состояния.
к
j
По результатам испытаний одиночных полноприводных транспортных средств (148 образцов) при полной их массе при перемещении по каждой j-й опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способности j-й опорной поверхности, в том числе 8-ми образцов автомобилей КАМАЗ-4310 в режиме специального контроля [4] и при моделировании на стенде уровня нагружения двигателя транспортного средства при испытаниях на j-x категориях испытательных дорог [5], определены через эксплуатационный расход  и контрольный расход топлива q средние значения показателя t, соответствующие среднему значению коэффициента Ψ (), с их размещением в таблице (фиг. 3). Контрольные расходы топлива по источникам [4 и 5] указаны в голове таблицы фиг. 3. Испытания автомобилей по асфальтированному шоссе по источнику [4] выполнены на скоростной дороге НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ», где .
j
Указанные в колонках 7 и 11 таблицы фиг. 3 средние скорости движения соответствуют: в числителе - фактическим значениям, полученным в процессе натурных испытаний, а в знаменателе - расчетным по значениям показателя t и коэффициента Ψ.
Значения показателя t вычисленные как по представительной статистической выборке в объеме 139 образцов, так и по результатам специальных испытаний [4, 5], выполненные в разное время, имеют практически одинаковые значения и могут использоваться по полноприводным ТС как нормативные применительно к стандартным j-м испытательным дорогам.
min
max
Способ определения средней скорости движения транспортного средства при использовании универсального для всех транспортных средств разного класса грузоподъемности показателя t, выражающего относительную нагруженность двигателя ТС в диапазоне от минимального значения t=1,0 при  до максимального t≤4,0 при , при котором все транспортные средства приведены к общему знаменателю - минимальному уровню нагружения, соответствующего режиму определения контрольного расхода топлива, обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества:
определение с достаточно высокой степенью точности прогнозируемой средней скорости движения в наперед заданных дорожных условиях, нормированных количественными показателями категорий испытательных дорог по ОСТ 37.001.520-96;
к
определение при заданных в требованиях средней скорости движения ТС и дорожных условий испытаний или эксплуатации ТС среднего расхода топлива  через показатель t и контрольный расход топлива q и его запасов при организации и планировании, например, транспортной задачи;
использование значений показателя t применительно к каждому виду испытательной дороги по ОСТ 37.001.520-96 как нормативных.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU №2011955 С1, G01M 17/00 от 30.04.1994, Бюл. №8.
2. ОСТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения. - Введ. 1997-07-01. – М.: Дорожный транспорт, ТК 56, 1997.
3. ГОСТ Р 54810-2011 Автомобильные транспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний. - Введ. 2012-09-01. - М.: Стандартинформ, 2012.
4. Журнал Автомобильная промышленность, 2000, №12. Тип дороги и его влияние на безотказность АТС, авторов В.С. Устименко и Д.X. Валеева, стр. 16-19.
5. Патент на изобретение RU №2181484 С1, 7 G01M 15/00, 17/00 от 20.04.2002, Бюл. №11.