СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ГРУНТОВЫХ ДОРОГАХ
CONTROL OVER VEHICLE FUEL EFFICIENCY ON GROUND ROADS

Изобретение относится к эксплуатационному контролю транспортного средства и касается определения одной из характеристик топливной экономичности - топливной характеристики установившегося движения и определения ее показателя - контрольного расхода топлива в различных дорожных условиях.
В настоящее время условия пробеговых испытаний транспортных средств, например, для определения показателей надежности (безотказности и долговечности) регламентируются видами дорог и распределением по ним общего пробега, которые, в зависимости от времени года, метеорологических условий и интенсивности движения на них, изменяют свои характеристики, особенно грунтовые дороги и влияют на существенное изменение расхода топлива, которое трудно поддается прогнозированию и тем более планированию расхода топлива при решении транспортных задач.
Известно, что топливная характеристика транспортных средств, в частности автотранспортных средств, определяется при испытаниях по ГОСТ 20306-90 [1, п.1.5] путем выполнения заездов по горизонтальному измерительному участку с цементо- или асфальтированным гладким, сухим и чистым покрытием длиной не менее 1000 м с заданными постоянными скоростями движения [1, пп.2.3.1 и 3.6.1], при этом все скорости, кроме минимальной и максимальной, задаются кратными десяти и контролируются по спидометру [1, прилож.3, черт.7], а контрольный расход топлива устанавливается по топливной характеристике при заданной скорости движения [1, п.3.2.2].
Принципиальный недостаток такой регламентации состоит в том, что топливная характеристика установившегося движения является тестовой оценкой автомобилей в идеализированных условиях и не выражает фактические расходы топлива в других дорожных условиях, особенно грунтовых, которые по их распределению в процессе пробеговых испытаний для полноприводных автотранспортных средств, например грузовых и самосвалов, тягачей автопоездов и автомобилей многоцелевого назначения по ОСТ 37.001.472-88 [2, прилож. 3] занимают 50%.
Особенно с большой погрешностью (в 1,5-3,0 раза) рассчитывается запас хода полноприводного автомобиля по контрольному расходу топлива, определяемому по топливной характеристике установившегося движения при скорости 60 км/ч, при планировании работ выполнения транспортных задач на грунтовых дорогах.
j
Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля уровня нагружения транспортного средства [3], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по каждой j-й (j=1…n) опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме, определенном профилем и несущей способностью данной опорной поверхности, фиксируют средний расход топлива  двигателя и среднюю скорость движения , вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению Ψ - значение показателя категории дороги по выражению:
кр
Q
A
j
j
где K - характерный для каждого транспортного средства коэффициент пропорциональности, определяемый через контрольный расход топлива Q, скорость V при контрольном расходе топлива и коэффициент сопротивления движению по дороге с ровным твердым покрытием Ψ, равный 0,025 для колесных и 0,04 для гусеничных машин, а в процессе испытаний фиксируют для каждой j-й опорной поверхности величину выполненного пробега S, определяют накопленную величину уровня нагружения W по выражению:
j
jн
и используют W для корректировки и доведения режима испытаний до нормативного значения W по каждой j-й дороге.
jн
jн
Недостаток известного способа связан со сложностью последующего его практического использования при определении абсолютного расхода топлива при дискретно задаваемой скорости и ее реализации в условно установившемся режиме движения на мерных участках j-х дорог с нормативно задаваемой величиной показателя Ψ, обусловленной учетом лишь нормативной накопленной величины уровня нагружения W.
Примечание. Под условно установившимся режимом движения транспортного средства на мерных участках j-x дорог принимают режим, при котором изменение заданной скорости не превышает ±2%.
н
н
н
Задачей изобретения является определение топливных характеристик установившегося движения автомобилей на испытательных j-х дорогах по ОСТ 37.001.520-96 [4]: неполноприводных автомобилей на грунтовой дороге удовлетворительного состояния (ГУ) и полноприводных, кроме указанной, - разбитой грунтовой дороге (РГ) и размокшей грунтовой дороге в распутицу (снежной целине, сыпучем песке (M)) со средними значениями показателя Ψ [3, 4], равными соответственно: Ψгу=0,07; Ψрг=0,14 и Ψм=0,24.
Поставленная задача решается тем, что в способе контроля характеристики и показателя топливной экономичности транспортного средства, согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по измерительному участку каждой j-й (j=1…n) опорной поверхности грунтовой дороги в ведущем условно установившемся режиме движения (по среднему значению);
3
фиксируют средние значения: абсолютного расхода топлива  в см и времени движения  в с по результатам измерений двух заездов на измерительном участке в каждом направлении [1, п.3.1.3];
-1
вычисляют средний расход топлива  в л/100 км и среднюю скорость движения  в км·ч по выражениям:
3
где  - среднее значение абсолютного расхода топлива, см;
н
S - нормативная длина мерного участка, м;
- среднее время проезда измерительного участка, с;
j
вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению Ψ по выражению (1) на измерительном участке и его среднюю величину по выражению:
где n - число заездов;
определяют среднюю накопленную величину уровня нагружения  по выражению (2);
jн
фиксируют отклонение средней накопленной величины уровня нагружения  (2) от нормативного значения W, определяемое по выражению:
корректируют нормативную длину мерного участка при условии  по выражению:
jн
корректируют расчетом средний расход топлива  в л/100 км путем его приведения к нормативному значению Ψ по выражению:
jн
по полученным значениям Q, соответствующим  каждого заезда, по контрольным точкам с использованием линейного интерполирования [1, п.4.3], получают кривую топливной характеристики условно установившегося движения для каждой стандартной грунтовой дороги;
крj
устанавливают по ординате топливных характеристик для каждой j-й дороги (а, б и в) контрольный расход топлива Q при заданной скорости, л/100 км:
грунтовой дороге удовлетворительного состояния - 35;
разбитой грунтовой дороге - 25;
размокшей грунтовой дороге (снежной целине, сыпучем песке) - 17,5;
j
крj
вычисляют запас хода транспортного средства Lзх по контрольному расходу топлива Q на каждой j-й дороге по выражению, км:
Бi
где Q - емкость i-го топливного бака транспортного средства, л;
j
вычисляют запас хода транспортного средства Lзх по контрольному расходу топлива Qкр по совокупности грунтовых дорог с их стандартным распределением при испытаниях, % (ГУ-α, РГ-β и М-γ) по выражению:
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с известным показывает, что при эксплуатационном контроле транспортного средства, в частности, характеристики и показателя топливной экономичности: топливной характеристики установившегося движения и контрольного расхода топлива в условиях изменяющихся характеристик грунтовых дорог использование коэффициента суммарного сопротивления движению для количественной оценки грунтовой дороги на ее мерном (измерительном) участке и накопленной величины уровня нагружения транспортного средства повышает точность коррекции грунтовых дорог при непрерывном (аналоговом) изменении их состояния во времени.
В настоящем предложении изменение значений коэффициента сопротивления движению на грунтовой дороге определяют путем сравнения, например, в виде разностей нормативных значений показателя каждой ее категории и фактически реализованных, а приведение его значения к нормативному выполняют через нормативное значение уровня нагружения путем корректировки нормативной длины мерного участка и корректировки среднего расхода топлива.
По значениям среднего расхода топлива, соответствующим заданным скоростям движения, выполняют построение топливных характеристик для каждой категории грунтовой дороги, по которым, при заданной нормативной скорости, определяют контрольные расходы топлива.
По контрольному расходу топлива на каждой категории грунтовой дороги определяют запас хода транспортного средства с учетом суммарной емкости его топливных баков, а в последующем - по совокупности всех грунтовых дорог с учетом их процентного распределения.
На основании этого можно заключить, что предложенный способ соответствует критерию «новизна».
Совокупность последовательных операций, включающая определение коэффициента суммарного сопротивления движению мерного участка каждой категории грунтовых дорог, накопленной величины уровня нагружения транспортного средства на этих дорогах, определение величины изменения показателя категории дороги путем сравнения, например, в виде разностей нормативных его значений с фактически реализованными, приведение показателя к нормативному значению через нормативный уровень нагружения путем корректировки нормативной длины мерного участка и соответствующей корректировки среднего расхода топлива при каждой заданной скорости движения, построение топливной характеристики в виде графика на каждой категории грунтовой дороги, определение запаса хода транспортного средства по контрольному расходу топлива по каждой категории грунтовой дороги раздельно и по их совокупности с учетом их процентного распределения, позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию «изобретательский уровень».
При реализации предложенного способа в конечном итоге определяют числовые значения средних расходов топлива, соответствующих дискретно заданным скоростям движения при условно реализованном режиме движения на грунтовой дороге каждой категории, приведенной к нормативному значению по коэффициенту суммарного сопротивления движению путем корректировки длины мерного участка через нормативные значения уровня нагружения транспортного средства; строят топливную характеристику в виде графика, по которой определяют контрольный расход топлива при заданной скорости и запас хода транспортного средства на каждой j-й дороге и по всей их совокупности.
Для этого транспортное средство при полной его массе на заданной скорости перемещают в ведущем условно установившемся режиме движения по измерительному участку j-й (j=1…n) опорной поверхности до момента эксплуатационного контроля показателей топливной экономичности.
гу
гун
рг
ргн
м
мн
При этом под опорными поверхностями подразумеваются: грунтовая дорога удовлетворительного состояния (Ψ=0,05-0,09; Ψ=0,07), протяженностью 1000 м; разбитая грунтовая дорога (с колеями и выбоинами в сухом или замерзшем состоянии) (Ψ=0,09-0,18; Ψ=0,14), протяженностью 750 м и размокшая грунтовая дорога, в том числе в распутицу (сыпучий песок, снежная целина) (Ψ=0,18-0,30; Ψ=0,24), протяженностью 500 м, с заданными параметрами режима движения по j-ой дороге по скорости, км/ч: ГУ - 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50; РГ - 15, 20, 25, 30, 35 и М - 10, 15, 20, 25.
j
j
н
н
jн
jн
jк
jн
jн
jн
кр
j
∑j
3
В ходе перемещения по измерительному участку в каждом заезде производят измерение абсолютного расхода топлива q в см и регистрацию времени движения t в с, вычисляют через  и S средний расход топлива  в л/100 км из расчетной зависимости (3) и реализованную среднюю скорость движения  по пройденному пути на измерительном участке S и времени чистого движения  из расчетной зависимости (4), вычисляют коэффициент пропорциональности K и коэффициент суммарного сопротивления движению  из расчетной зависимости (1), накопленную величину уровня нагружения  из расчетной зависимости (2) через  и нормативный пробег S на каждой j-й дороге, при этом в процессе испытаний сопоставляют полученное значение величины уровня нагружения  с нормативным W из расчетной зависимости (6) и, в зависимости от их соотношения, корректируют нормативную длину измерительного участка S из расчетной зависимости (7) через нормативный уровень нагружения W и коэффициент сопротивления движению реализованного , вычисляют нормативное значение среднего расхода топлива  из расчетной зависимости (8), приведенное к нормативному значению Ψ, по полученным значениям , соответствующим  каждого заезда по контрольным точкам с использованием линейного интерполирования получают (строят) топливную характеристику на j-й дороге, по которой через ординату заданной скорости движения V (35, 25, 17,5 км/ч) на каждой j-й дороге устанавливают контрольный расход топлива Q, вычисляют из расчетной зависимости (9) запас хода по контрольному расходу топлива на каждой j-й дороге Lзх, а из расчетной зависимости (10) - по совокупности всех j-х дорог с учетом их стандартного распределения при испытаниях Lзх.
Использование показателя накопленной величины уровня нагружения при корректировке длины измерительного участка для приведения фактически установленного значения коэффициента суммарного сопротивления движению в границах его значений каждой категории j-й дороги к нормативному значению и определение средних расходов топлива при заданных скоростях движения, например, полноприводного автомобиля КАМА3-43114 (6×6) при его дорожных испытаниях на топливную экономичность, заключается в следующем.
На чертеже (Фиг.1) показаны кривые топливных характеристик автомобиля на 4-х видах стандартных испытательных дорог:
A
A
А - асфальтобетонной дороги, испытания на которой и определение каждой точки (1-7) топливной характеристики выполнены по ГОСТ 20306-90, при этом контрольный расход топлива автомобиля при Ψ=0,025 этой дороги и скорости движения V=60 км/ч равен 30 л/100 км, тогда K равно:
;
н
гун
н
ргн
н
мн
По исходным данным таблицы (Фиг.2): заданным скоростям движения и фактически реализованным их средним значениям и средним значениям расхода топлива в процессе перемещения автомобиля по опорной поверхности измерительного участка j-й грунтовой дороги построены топливные характеристики автомобиля: кривая ГУ на грунтовой дороге удовлетворительного состояния со случайными значениями показателя  в диапазоне 0,05-0,09 этой дороги (точки 1-7) и кривая ГУ, приведенная к Ψ=0,07 (точки 8-14); кривая РГ на разбитой грунтовой дороге со случайными средними значениями показателя  в диапазоне 0,09-0,18 (точки 1-5) и кривая РГ, приведенная к Ψ=0,14 (точки 6-10); кривая M на размокшей грунтовой дороге в распутицу (снежной целине, сыпучем песке) со случайными средними значениями показателя  в диапазоне 0,18-0,30 (точки 1-4) и кривая М, приведенная к Ψ=0,24 (точки 5-8).
ij
По расчетной зависимости (1) при K=0,05 определяют последовательно значения показателя Ψ в каждой точке топливной характеристики j-й дороги, в частности, на грунтовой дороге удовлетворительного состояния (ГУ) по фактически реализованным средним скоростям движения (по 4 заездам),  (5):
1) 20,8 км/ч - 0,068; 2) 24,8 км/ч - 0,066; 3) 30,3 км/ч - 0,064;
4) 34,6 км/ч - 0,062; 5) 40,2 км/ч - 0,059; 6) 44,9 км/ч - 0,059;
7) 49,1 км/ч - 0,060.
гун
iгу
гу
iгу
При полученном несоответствии средних значений  по i-м точкам нормативному значению Ψ грунтовой дороги удовлетворительного состояния выполняют их приведение к нормативу (0,07) через уровень нагружения W, протяженность измерительного участка S и в конечном итоге - расход топлива Q.
Из расчетной зависимости (2) вычисляют накопленную величину уровня нагружения в i-х точках:
1гу
W=0,068·1000 68 н·м;
2гу
W=0,066·1000 66 н·м;
3гу
W=0,064·1000 64 н·м;
4гу
W=0,062·1000 62 н·м;
5, 6гу
W=0,059·1000 59 н·м;
7гу
W=0,060·1000 60 н·м
гун
Из расчетной зависимости (6) устанавливают нормативное значение уровня нагружения W:
гун
W=0,07·1000=70 н·м,
сопоставляют полученные значения уровня нагружения в i-х точках с его нормативным значением и корректируют нормативную длину мерного участка при  по выражению (7):
;
;
;
;
;
;
гун
корректируют средний расход топлива, приведенный к среднему нормативному значению Ψ по выражению (8)
;
;
;
;
;
;
;
по полученным значениям значение  (контрольные точки 8-14), соответствующим , c использованием линейного интерполирования получают кривую топливной характеристики автомобиля КАМАЗ-43114 на грунтовой дороге удовлетворительного состояния,
устанавливают по кривой топливной характеристики на скорости 35 км/ч контрольный расход топлива (показано на рисунке штриховой линией, со стрелкой ее направления), точка а, равный 48,5 л/100 км,
устанавливают запас хода автомобиля  по контрольному расходу топлива по зависимости (9)
,
н
н
в указанной последовательности находят значения точек топливной характеристики на разбитой грунтовой дороге (кривая ГР) и размокшей грунтовой дороге (кривая М) и их контрольные расходы топлива соответственно на скорости 25 км/ч (точка б) 68 и на скорости 17,5 км/ч 77 л/100 км (точка в),
устанавливают запас хода автомобиля по контрольному расходу топлива на этих дорогах при емкости 2-х баков по 125 и 170 л:
,
,
в заключение вычисляют запас хода по контрольному расходу топлива автомобиля КАМА3-43114 на всех трех видах грунтовых дорог, с учетом их стандартного распределения [2] (α=60; β=20; γ=20) %, по выражению (10):
jн
Контроль показателей топливной экономичности транспортных средств на грунтовых дорогах, в частности, по топливной характеристике условно установившегося режима движения и контрольному расходу топлива на грунтовых дорогах удовлетворительного состояния, разбитых грунтовых дорогах и размокших грунтовых дорогах в распутицу (на снежной целине, сыпучем песке) при случайном характере формирования их характеристик, оцениваемых коэффициентом суммарного сопротивления движению в границах каждой категории дороги, через приведение каждой из них к дороге со средним значением показателя Ψ, соответствующим стандартной величине (0,07; 0,14 и 0,24), через накопленную величину уровня нагружения и корректировку длины мерного участка, обеспечивает по сравнению с аналогичными характеристиками на асфальтобетонной дороге следующие преимущества: получение топливных характеристик транспортных средств, преимущественно полноприводных, и их контрольный расход топлива на грунтовых дорогах разных категорий, которые существенно приближают их к практическому использованию, в отличие от тестовых, полученных на опорной поверхности дороги с твердым покрытием; при изменчивости и нестабильности характеристик грунтовых дорог при случайном характере их формирования и вынужденном получении нежелательного множества топливных характеристик и невозможности их повторения в последующих заездах по измерительному участку, способ обеспечивает их приведение (по любому отдельному заезду) к грунтовой дороге с заданным средним значением коэффициента суммарного сопротивления движению для каждого вида дорог (0,7; 0,14 и 0,24); планирование выполнения транспортных и других задач при использовании запаса хода транспортного средства по контрольному расходу топлива на каждой грунтовой дороге и по их совокупности как стандартном, так и в любом сочетании, приобретает научно-обоснованный характер, объективность и точность расчетов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 ГОСТ 20306-90. Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний.
2 ОСТ 37.001.472-88. Приемочные испытания автотранспортных средств. Типовая программа испытаний.
3 Патент RU №2090855, C1 G01M 17/00 от 10.08.1997.
4 ОСТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения.