Математическая модель расчета значения нормируемого расхода топлива на основе данных получаемых от технических средств контроля

Погрешность скорости машины между скоростями полученными моделированием и экспериментальными в пределах 6 %.

Результаты показывают, что выбор скорости машины, как адаптивного параметра, регулирующего мощность, не только позволяет регулировать нагрузку фрезы, но и стабилизировать ее. Машина может также осуществлять самонастройку и устанавливать коэффициент использования номинальной мощности двигателя в наибольшем его значение.

Использования скорости движения холодной фрезы как управляющего параметра обосновано и эффективно. Двигатель холодной фрезы может обеспечивать номинальную мощность и работать с наибольшей производительностью самонастройкой адаптивной системы управления мощностью.

Библиографический список

1. Мещеряков В. А. Нейросетевое адаптивное управление тяговыми режимами землеройнотранспортных машин: Монография. - Омск: ОмГТУ, 2007. - 219 с.

2. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. В 2-х ч. Ч. II. Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления / А. А. Воронов, Д. П. Ким, В. М. Лохин и др.; Под ред. А. А. Воронова. - 2-е изд. - М.: Высшая школа, 1986. - 504 с.

3. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учеб. для вузов - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. - 343 с.

4. Кокорин А. В. Математическая модель системы управления рабочим органом строительнодорожной машины с фрезерным барабаном // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 11. С. 187-189.

5. Meyer M. D., Amekudzi A., O'Har J. P. Transportation asset management systems and climate change adaptive systems management approach // Transportation Research Record. 2010. № 2160. С. 12-20.

INCREASE PRODUCTIVITY OF COLD MILLING MACHINE BY MEANS ADAPTIVE CONTROL

V. N. Kuznetsova, A. N. Shaimardanov

This article explains the need for adaptive control milling machine, analyzes the impact of the performance milling machine. With software AMEsim 4.2 developed simulation model milling machine with adaptive power control. A study of the simulation model, the results are verified with the data obtained in the experiment with the real milling machine.

Кузнецова Виктория Николаевна - д-р технических наук, профессор, декан факультета МПП СибАДИ. Основные направления научной деятельности - Оптимизация рабочих органов землеройных и землеройно транспортных машин. Общее количество опубликованных работ: 90. е-mail: nis@sibadi.org

Шаймарданов А. Н. - аспирант ФГБОУ ВПО «СибАДИ».

УДК 625.75

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЯ НОРМИРУЕМОГО РАСХОДА ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ПОЛУЧАЕМЫХ ОТ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ

А. В. Трофимов, А. В. Проценко

Аннотация. Выявлены закономерности формирования погрешности показаний пробега автомобиля получаемых от технических средств контроля установленных на автомобиле. Установлены закономерности формирования коэффициента условий движения на основе данных получаемых от технических средств контроля установленных на автомобиле. Предложена математическая модель расчета нормируемого расхода топлива с использованием данных получаемых от технических средств контроля.

Ключевые слова: технические средства контроля, система слежения и контроля ГЛОНАСС, тахограф, нормируемое значение расхода топлива, учитываемый пробег, коэффициент условий движения.

Списание затрат на топливо на автомобильном транспорте происходит согласно методики нормирования расхода топлива предложенной НИИАТ. Наиболее подробно данная методика описана в методических рекомендациях «Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте» (утверждена распоряжением Минтранса России № АМ-23-Р от 14.03.2008 г.) [1].

Методика НИИАТ основана на корректировании нормы расхода топлива поправочным коэффициентом. Норма расхода топлива подразумевает установленное значение меры его потребления при работе автомобиля конкретной модели, марки, модификации. При нормировании расхода топлива различают базовое значение расхода топлива, которое определяется для каждой модели, марки, модификации автомобиля в качестве общепринятой нормы, и расчетное нормируемое значение расхода топлива, учитывающее условия эксплуатации автомобиля.

Согласно данной методики нормирования для легковых автомобилей и автобусов без дополнительного отопителя салона нормативное значение расхода топлива рассчитывается по формуле:

Qн = 0,01Н^(1 + 0,01^),

где Qн - нормативный расход топлива, л;

Н - базовая норма расхода топлив на пробег автомобиля, л/100 км;

S- пробег автомобиля, км;

D - поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме, %.

Базовые значения расхода топлива на сегодняшний день для большинства марок и моделей автомобилей установлены в методических рекомендациях [1]. Значения на вновь поступающие автомобили разрабатываются в установленном порядке НИИАТом.

Расчет базовых норм ведется согласно «Методики определения базовых норм расхода топлива на автомобильном транспорте» Р 03112134-0367-97 [2]. Базовая норма расхода топлива рассчитывается как средневзвешенная величина расходов топлива АТС, полученных в заездах по типизированным маршрутам по формуле:

Hs=Dг'Hsгор+Dам'Hsам,

где Dг - доля движения транспортного средства по типизированному городскому маршруту;

Dам - доля движения транспортного средства по типизированному маршруту по автомагистрали;

Н^ор - величина расхода топлива автомобиля при движении по типизированному городскому маршруту, л/100 км;

Н^ор - величина расхода топлива автомобиля при движении по типизированному маршруту по автомагистрали, л/100 км;

Величины коэффициентов весомости для легковых, грузовых автомобилей и автобусов полной массой до 3,5 т составляют Dг=0,5, Dам=0,5. Однако данные значения коэффициентов весомости расходов необъективны, потому что они даны для среднестатистического транспортного средства и не отражают реальные условия эксплуатации конкретного автомобиля на предприятии. Интенсивность движения в условиях современного города в большинстве своем представляет процесс постоянного изменения скорости - частых разгонов и торможений. Движение с установившейся скоростью ничтожно мало по сравнению движением с постоянным изменением скоростного режима. Однако при определен-н ы х усл о в и ях автомобиль в городских условиях может двигаться с интенсивностью присущей загородному режиму (ночное время, кольцевые автодороги и т.д.). То же относится и к движению в загородном режиме - периодически при движении за городом можно столкнуться с высокой интенсивностью движения (ремонт автодороги, авария, снежные метели, обвалы горных пород и т.д.).

Поправочные коэффициенты выбираются исходя из условий и режимов эксплуатации автомобилей. Однако в методических рекомендациях НИААТ не указано какую именно величину надбавки выбирать при определении данных коэффициентов, есть только условная градация данных коэффициентов. Таким образом, величины применяемых надбавок берутся по верхним границам или исходя из собственного опыта лица ответственного за определение нормируемого расхода топлива.Одной из надбавок, всегда участвующей при нормировании расхода топлива, является надбавка, зависящая от режимов эксплуатации автомобиля. Пример данных надбавок приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Повышающие/понижающие надбавки, зависящие от режимов эксплуатации автомобиля

№ п/п Обоснование повышения/ снижения нормы расхода топлива Допустимая величина повышения/ снижения Примечание

1 Работа автотранспорта в городах с населением: свыше 3 млн. чел от 1 до 3 млн. чел от 250 тыс. до1 млн. чел от 100 до 250 тыс. чел до 100 тыс. чел Надбавка до 25% до 20% до 15% до 10 % до 5%. Последнее - в «городах, поселках городского типа и других крупных населенных пунктах (при наличии регулируемых перекрестков, светофоров или других знаков дорожного движения)»

2 При работе на дорогах общего пользования I, II и III категорий за пределами пригородной зоны на равнинной слабохолмистой местности Снижение до 15%. высота над уровнем моря до 300 м

Однако необходимо учитывать реальные режимы и условия движения автомобиля это удобно делать коэффициентом условий движения Куд. Таким образом, надбавки зависящие от режимов эксплуатации автомобиля: движение в загородном режиме и в городах с населением будут учитываться одним общим коэффициентом условий движения Куд. Формула нормируемого расхода топлива (1) приобретает следующий вид:

ге= о,м-яа- С1 + 0,01 № + *„))

: ^ = л . ц ::?

При этом коэффициент Куд лежит в пределах от 0,85 - понижающая надбавка при движении за пределами пригородной зоны, до 1,25 - работа автотранспорта в городах с населением свыше 3 млн. человек.

Пробег S при расчете нормируемого значения расхода топлива берется по записям в путевой документации, которую заполняют водители согласно данных одометра. Однако одометр, как и любой измерительный прибор обладает погрешностью показаний. Согласно опыта эксплуатации механический одометр имеет собственную погрешность до 5 %. В зависимости от условий эксплуатации автомобиля, износа узлов и агрегатов, использования нештатных запчастей. Суммарная погрешность прибора может достигать 12-15 %. Электромеханические одометры точней механических, но все же погрешность 5-7 %. Электронные одометры совершенней электромеханических, однако точность их показаний зависит от состояния ходовой части автомобиля. Суммарная погрешность данных при-

боров не превышает 5% в случае, если проводится дополнительная тарировка на тестовом участке пути.

Кроме того, некоторые руководители автотранспортных предприятий издают распоряжения, согласно которых показания пройденного пути учитываются по данным системы спутникового контроля на базе ГЛОНАСС, однако ее показания также обладают достаточно высокой погрешностью [3]. Система спутникового контроля на базе ГЛОНАСС полностью лишена погрешностей, обусловленных конструктивными особенностями автомобиля, и никак от них не зависит от системы спутникового контроля на базе ГЛОНАСС работает следующим образом: блок считывает данные о своем местонахождении, а затем при помощи мобильной связи по каналам Internet отсылает эти данные на сервер, где они обрабатываются, и выстраивается картина передвижения транспортного средства. Однако свои координаты блок запрашивает не постоянно, а с определенной периодичностью, настраиваемой пользователями системы. Данное обстоятельство приводит к потерям в анализе пройденного пути. Кроме того на точность показаний системы спутникового контроля на базе ГЛОНАСС влияет сложность городского плана [4,5], а именно:

1) количество поворотов на всем пути следования автомобиля;

2) высотные здания, затрудняющие или искажающие получаемые сигналы со спутника;

3) протяженность туннелей, поземных гаражей и т.п. при проезде которых блок ССК в принципе не может принимать и отсылать сигналы.

Также учет показаний пробега осуществляется по данным тахографа, но и он обладает погрешностью, так согласно ЕСТР [6] настроенный тахограф в эксплуатации может иметь погрешность показаний пробега не выше ± 4 %.

Однако и данное значение погрешности показаний пробега является достаточно высокой величиной. Поэтому необходимо нивелировать погрешность показаний технических средств контроля тахографа и системы спутникового контроля на базе ГЛОНАСС для получения реальной величины пробега автомобиля. Для этого в работе вводится величина Sуч, которая будет корректировать показания пробега получаемые от технических средств контроля на основе данных о показаниях погрешности данных систем.

Тогда с учетом коэффициента Куд и Sуч формула для определения значения нормируемого расхода топлива будет записываться как функция величины базовой нормы расхода топлива, пробега автомобиля и поправочных коэффициентов.

Он= /(Н^уч^Куд),

Учитываемый пробег по тахографу есть функция от величин погрешностей настройки тахографа, приборной, износа шин и случайной.

^чтах^^настр^прибор^ипш^случ^

где Днастр - погрешность настройки, %;

Априбор - приборная погрешность, %;

Дипш- длина окружности колеса при настройке, мм;

Дслуч - длина окружности колеса фактическое, мм.

Учитываемый пробег по системе слежения и контроля на базе ГЛОНАСС есть функция от средней технической скорости, периода репликации и доли движения в городе.

Sучсск=f

где V - средняя техническая скорость, км/ч;

Тр - период репликации, с;

Dг - доля движения в городском режиме;

Коэффициент условий движенияесть функция от средней технической скорости, оптимальной скорости и доли движения в городе.

Таким образом, влиять на значение нормируемого расхода топлива можно путем уточнения надбавок Куд и установления более точной величины пробега Sуч, так как базовые нормы расхода топлива Н изменять нельзя.

Куд=Г

Блок-схема математической модели расчета нормируемого расхода топлива с использованием данных технических средств контроля представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схема математической модели расчета нормируемого расхода топлива с использованием данных технических средств контроля

Возникает необходимость анализа закономерностей формирования учитываемого пробега Sуч и коэффициента условий движения Куд на основе данных получаемых от технических средств контроля.

Величина учитываемого пробега определяется по формуле:

Sуч=Sп•a+0,0^

где Sп - пробег по данным ТСК, км;

Д - приборная погрешность, %;

С - случайная погрешность, %

Погрешность показаний пути системой спутникового контроля на базе ГЛОНАСС зависит от сложности плана движения автомобиля, периода репликации и средней технической скорости движения. Тогда ДТЛ1 принимает следующий вид:

Дтах=Тр^т

Dг=nг/N,

где пг- количество интервалов городского режима движения,ед;

N - общее количество интервалов движения, ед.

Границы и допущения:

1) погрешность связанная с пробуксовкой колес не учитывается;

2) случайная погрешность связанная с работой системы позиционирования и ПО учтена постоянной С.

Погрешностьпоказаний пробега тахографа обуславливается методикой поверки прибора и процедуры его настройки, а также износом в процессе эксплуатации протектора шин автомобиля. Максимальные границы погрешности оговорены в Международном договоре ЕСТР и составляют в эксплуатации после настройки прибора не более ±4%. Тогда Д5ТЖ принимает следующий вид:

^тж = ^црк-£ + + ^н;1Е+^ьтуч > 0 "О

Приборная погрешность показаний пробега автомобиля указана в паспорте на прибор. Погрешность настройки Дилр определяется в процессе настройки путем нахождения средней погрешности по результатам нескольких замеров.

* _ (Л 04

,

где - максимальное количество импульсов;

. - минимальное количество импульсов;

- количество замеров;

т.- - замер с i-ым порядковым номером.

Погрешность износа протектора шин Д^ зависит от изменения величины протектора шин автомобиля. С износом шин длина окружности колеса уменьшается, в результате чего тахограф пишет больший пробег по сравнению с реальным пробегом автомобиля. Определить погрешность показаний пробега тахографом из-за изменения длины окружности можно путем измерения окружности колеса поверенной сантиметровой лентой, длина окружности колеса при настройке указывается в настроечной табличке, которая наклеена в автомобиле. Показание погрешности тахографа Дкпп будет выражаться следующей формулой:

=1  £’ (13) где (фак, - длина окружности колеса фактическая, мм;

;ыгтр- длина окружности колеса при настройке, мм.

Границы и допущения:

1) случайная погрешность, связанная с работой привода, электрической проводки и узлов трансмиссии автомобиля не учитываются;

2) приборная погрешность разных типов тахографов принимается одинаковой;

3) влияние температуры окружающего воздуха на погрешность не учитывается.

Коэффициент Куд расписывается по формуле:

КУд=ХдХс,

где Хд - составляющая долей движения автомобиля в городском/загородном режимах;

Хс - составляющая зависящая от средней технической скорости движения автомобиля.

Составляющая хд записывается как:

::: . .

" IV лУ

Величина составляющей Хд будет варьироваться в пределах от 0,85 до

1,15.Оставшаяся величина Куд зависит от составляющей зависящей от технической скорости движения автомобиля Хс. Его величина

будет лежать в пределах от 1 до 1,087. Так

при Хд=0,85 и Хс=1, коэффициент условий движения будет иметь свое минимальное значение Куд=0,85. При Хд=1,15 и Хс=1,087, коэффициент условий движения будет иметь свое максимальное значение Куд=1,25. Фор-

мула определения составляющей Хс будет иметь следующий вид:

Xc=1+0,001

Тогда формула для определения коэффициента условий движения приобретает следующий вид:

КУд=

Таким образом, значение нормируемого расхода топлива, представляет собой следующую функцию.

Q = /

Величины Va, г^, являются характеристиками автомобиля и зависят его марки и процесса го эксплуатации. Определение величин tv, N и происходит путем анализа данных получаемых при помощи технических средств контроля. Характеристики Тр и Дщ#

являются характеристиками технических средств контроля.

Библиографический список

1. Нормы расходы топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте: Руководящий документ Р 3112194-0366-08. М., 2008. - 64 с.

2. Методика определения базовых норм расхода топлива на автомобильном транспорте: Руководящий документ Р 03112134-0367-97. - М., 2008. -64 с.

3. Материалы всероссийской научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Книга 2.-0мск:СибАДИ.-2009.

4. The university of Calgary. Tightly coupled MEMS INS/GPS Integration with INS Aided receiver Tracking Loops - Электрон. дан. - 2008. - Режим доступа:

http://www.geomatics.uncalgary.ca/research/publicatio ns/GradTheses.html- Яз. англ.

5. The university of Calgary.INS - Assisted High Sensitivity GPS Receivers for Degraded Signal Navigation. - Электрон.дан. - 2007.- Режим доступа: http://www.geomatics.uncalgary.ca/research/publicatio ns/GradTheses.html - Яз. англ.

6. Международный Договор «Европейское соглашение, касающееся работы экипажей транспортных средств, производящих международные автомобильные перевозки» (ЕСТР), Женева от 1 июля 1970 г.

MATHEMATICAL MODEL OF CALCULATING VALUES OF NORMALIZED FUEL BASED ON DATA OBTAINED FROM THE TECHNICAL MEANS OF CONTROL

A. V. Trofimov, A. V. Protsenko

The regularities of formation of the error mileage readings obtained from the engineering controls are installed on the car. The regularities of formation factor driving conditions based on data received from the engineering controls are installed on the car. A mathematical model for calculating the rated fuel consumption, using data derived from technical means of verification.

Трофимов Анатолий Викторович - канд. техн. наук, доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - исследование влияния дополнительного оборудования на процесс эксплуатации автомобилей. Имеет 34 опубликованных работ.

Проценко Артем Владимирович - аспирант, преподаватель Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - исследование влияния технических средств контроля на процесс эксплуатации автомобилей. Имеет 11 опубликованных работ.