Способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог при испытаниях на них транспортных средств

 

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств и касается определения коэффициента суммарного сопротивления движения для оценки дорог посредством использования реализуемых параметров испытываемых на них колесных и гусеничных транспортных средств. Сущность: для повышения точности при определении коэффициента суммарного сопротивления движению и оценки дорог при испытании на них колесных и гусеничных транспортных средств применяют коэффициент коррекции в зависимости , где K_j - коэффициент коррекции; n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства; - средний расход топлива (л/100 км) на j-й опорной поверхности; - средняя скорость движения (км/ч) на j-й опорной поверхности. Новым является то, что "значение коэффициента суммарного сопротивления движению. .." корректируют коэффициентом, учитывающим отклонение частоты вращения вала двигателя испытываемого транспортного средства при его перемещении по опорной поверхности в ведущем установившемся (дискретно заданном) или неустановившемся режиме относительно частоты вращения вала двигателя, соответствующей режиму определения контрольного расхода топлива, и соответствующих им часовых расходов топлива по характеристике холостого хода. 3 з.п.ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств и касается определения коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог посредством использования реализуемых параметров испытываемых на них колесных и гусеничных транспортных средств.

Известны способы определения коэффициента сопротивления движению для оценки дороги методом свободного выбега транспортного средства, буксирования транспортного средства по дороге посредством тягача с измерением силы, затрачиваемой на перемещение транспортного средства [1] и способ, основанный на использовании энергетических затрат двигателя удельного расхода топлива и реализуемой при этом средней скорости движения испытываемого транспортного средства [2, 3, 4] Принципиальную основу недостатка первых двух способов [1] составляет то, что транспортное средство перемещают в отличающемся от функционального его использования режиме, не учитывающего затраты мощности двигателя на преодоление всех внешних сил сопротивления движению и сил трения в трансмиссии, а способ "буксирования" дополнительно, кроме указанного недостатка, более сложен и дорог, так как требует применения тягача и контрольно-измерительной и обрабатывающей аппаратуры.

Способы, основанные на использовании только удельного расхода топлива и реализуемой средней скорости движения испытываемых транспортных средств [2, З] также обладают существенными недостатками, так как указанные параметры, представляющие собой необходимые составляющие для расчета коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дороги, не являются достаточными. Это обусловлено тем, что удельные расходы топлива разных типов транспортных средств имеют существенные отличия (до 10 и более раз), что не позволяет с их помощью получить близкие по значению "коэффициенты" при перемещении этих транспортных средств, например, по одной и той же дороге (опорной поверхности) при сопоставимых их средних скоростях движения.

Способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог при испытаниях на них транспортных средств, заключающийся в перемещении испытываемого транспортного средства по опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме и основанный на определении значений его параметров по величине удельного расхода топлива, реализуемой средней скорости движения и коэффициента пропорциональности n, характерного для каждого типа транспортного средства и определяемого через контрольный расход топлива Q_кр, скорость, соответствующую контрольному расходу топлива, V_Q [З] и коэффициент сопротивления движению, соответствующий дороге с ровным твердым покрытием, равный 0,025 для колесных и 0,04 для гусеничных машин [4] лишен указанных недостатков [1,2,3] а при использовании зависимости где средний расход топлива (л/100 км) на j-й опорной поверхности; средняя скорость движения (км/ч) на j-й опорной поверхности; n коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства, определяемый из зависимости (1) при , а по [4] при , наиболее полно отображает физику взаимодействия в системе транспортное средство дорога.

Недостатком указанного способа при определении "коэффициента" является его недостаточная точность, обусловленная тем, что коэффициент пропорциональности n в зависимости (2) определяется при фиксированной частоте вращения вала двигателя n_дв на скорости транспортного средства V_Q, соответствующей режиму определения контрольного расхода топлива Q_кр.

В процессе испытаний транспортного средства в установившемся (заданном) или в неустановившемся режиме на разных типах дорог частота вращения вала двигателя n_дв изменяется соответственно дискретно или в некотором рабочем диапазоне, среднее значение которой отличается от частоты, соответствующей режиму V_Q(n_дв≡ V_Q).

При этом затраты энергии на привод аппаратов обслуживания (вентилятора, генератора, компрессора, водяного насоса, насоса гидроусилителя руля и др.), а также механические потери в двигателе, определяемые расходом топлива G_хх по характеристике холостого хода 1 (фиг.1), могут быть больше или меньше в зависимости от величины , чем в условиях режима V_Q, где они (затраты на привод) учтены полностью коэффициентом n в формуле (1).

Так, изменение средней частоты вращения вала двигателя в сторону увеличения от режима (n_дв≡ V_Q) при перемещении транспортного средства по j-й опорной поверхности приводит к занижению коэффициента , а в сторону уменьшения к завышению его значения за счет ± ΔG_xx.

Для устранения указанного недостатка при определении коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог при испытаниях на них колесных и гусеничных транспортных средств за счет учета степени отклонения режима работы двигателя по частоте вращения его вала от установившейся при определении контрольного расхода топлива и соответствующего изменения расхода топлива ΔG_xx на привод аппаратов обслуживания двигателя транспортное средство перемещают по опорной поверхности, при этом определяют установившуюся частоту вращения вала двигателя 2 (фиг.1) на скорости 3 (V_Q), соответствующей контрольному расходу топлива 4 (Q_кр); дискретную или среднюю частоту вращения вала двигателя 5 при движении по j-й дороге, соответствующую дискретной или средней скорости движения 6 и среднему расходу топлива 7 , и соответствующие им (частотам) часовые расходы топлива 8 (G_xx(n_дв≡ V_Q) и 9 по характеристике холостого хода 1, после чего на основе отношения указанных величин K_j корректируют коэффициент суммарного сопротивления движению для оценки дорог в зависимости где K_j коэффициент коррекции, равный отношению ;
G_xx(n_дв≡ V_Q) часовой расход топлива (кг/ч) по характеристике холостого хода двигателя в режиме установившейся частоты вращения вала двигателя на скорости движения транспортного средства (V_Q), соответствующей определению контрольного расхода топлива Q_кр, на прямой передаче;
часовой расход топлива (кг/ч) по характеристике холостого хода двигателя, соответствующий дискретной или средней частоте вращения вала двигателя в диапазоне рабочих частот, формирующих дискретную или среднюю скорость движения на различных передачах на j-й опорной поверхности.

При этом величину средней частоты вращения вала двигателя в диапазоне его рабочих частот испытываемого транспортного средства в неустановившемся режиме его движения на j-й опорной поверхности определяют ступенчато путем последовательной регистрации частоты через равные интервалы времени Δt и вычисляют по зависимости

где среднее значение интервала статистической выборки частот вращения вала двигателя на j-й дороге;
вероятность среднего значения интервала;
m число интервалов,
а значения величин G_xx(n_дв≡ V_Q) и определяют по характеристике холостого хода G_хх f(n_дв), полученной инструментально в объектовых условиях двигателя транспортного средства при изменении фиксированных значений частот вращения вала двигателя от минимально допустимой до максимальной частоты через интервалы, равные 200 об/мин. После этого на основе функциональной зависимости отношения часовых расходов топлива и G_xx(n_дв≡ V_Q) от частоты вращения вала двигателя 12 (фиг.2) определяют коэффициент коррекции коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог при испытаниях на них транспортных средств.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что коэффициент суммарного сопротивления движению корректируется коэффициентом, учитывающим отклонение частоты вращения вала двигателя при дискретном ее изменении или при неустановившемся режиме работы двигателя при перемещении транспортного средства по j-й опорной поверхности от частоты вращения вала двигателя, соответствующей режиму определения контрольного расхода топлива, и соответствующее отклонение часового расхода топлива от G_xx(n_дв≡ V_Q) по характеристике холостого хода. На основании этого заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Совокупность последовательных операций, включающих определение характеристики холостого хода двигателя в объектовых условиях (не на стенде), дискретной или средней частоты вала двигателя транспортного средства в условиях неустановившегося режима его работы в диапазоне рабочих частот на j-й опорной поверхности методом дискретных выборок и статистической обработки и ее сопоставление с частотой установившегося движения, соответствующей режиму определения контрольного расхода топлива, и определение величины коррекции "коэффициента" через функциональную зависимость отношений часовых расходов топлива

от частоты вращения вала двигателя, позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию "существенные отличия".

Для определения коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки категории дороги с учетом коррекции его значения испытываемое транспортное средство при полной его массе перемещают в ведущем установившемся (заданном) или неустановившемся режиме движения по j-й опорной поверхности; производят измерения суммарного расхода топлива в л/100 км пробега по этой дороге; вычисляют реализуемую среднюю скорость по пройденному пути и времени движения; определяют значение коэффициента n по зависимости (2); определяют частоту вращения вала двигателя, соответствующую скорости V_Q по зависимости (для колесной машины)

где i_тp суммарное передаточное отношение трансмиссии транспортного средства;
R_к радиус качения колеса, м;
определяют среднюю частоту вращения вала двигателя по зависимости (4), предварительно получив статистическую выборку частот вращения вала двигателя по результатам испытаний транспортного средства на j-й дороге; устанавливают по характеристике холостого хода часовые расходы топлива двигателя, соответствующие и (n_дв≡ V_Q), а по их отношению коэффициент коррекции K_j.

Предлагаемый способ определения коэффициентов суммарного сопротивления движению, например, по динамометрической дороге и разбитой грунтовой дороге при испытаниях на них автомобиля КамАЗ-4310 соответственно при установившемся (заданном) и неустановившемся режимах его движения реализован следующим образом.

При установившемся режиме движения задают скорости, например, в диапазоне 20-80 км/ч (стлб.1 табл.1); определяют при этих скоростях суммарный расход топлива, значения которого в совокупности представляют топливную характеристику 10, фиг.1 (столб.2 табл.1); при нормированной скорости V_Q 60 км/ч определяют контрольный расход топлива Q_кр (З), который для автомобиля КамАЗ-4310 равен 30 л/100 км (15,3 кг/ч), и величину n по зависимости (2):

далее определяют характеристику холостого хода двигателя G_хх f(n_дв) 1, фиг. 1 (столб. 4 табл. 1), приведенную через обороты двигателя к скорости движения автомобиля на прямой передаче. После этого на основе отношения часовых расходов топлива G_xx(n_дв≡ V_задан) и G_xx(n_дв≡ V_Q) последовательно определяют значения K_A по зависимости (5) на заданных скоростях движения (столб.5), а по зависимости (3) значения (столб.7) в функции от скорости движения автомобиля (11, рис.1) с учетом коэффициента коррекции.

При неустановившемся режиме движения по выполненному пробегу определяют средние значения расхода топлива в л/100 км и скорости движения указанного автомобиля, которые соответственно равны 90,5 л/100 км и 24,4 км/ч при n 0,05.

Примечание. Перевод расхода топлива из одних единиц л/100 км в другие - кг/ч выполняют по зависимости

где γ плотность топлива.

Далее последовательно определяют
частоту вращения вала двигателя, соответствующую V_Q по зависимости (6):

где i_тр (1хО,917х7,22) соответственно передаточные отношения в коробке передач на прямой передаче, в раздаточной коробке и главной передаче ведущих мостов;
среднюю частоту вращения вала двигателя по зависимости (4). Исходные данные в тыс.об/мин при Δt 1 мин приведены в табл.2.

При принятии интервала разряда величиной 0,2 тыс.об/мин и n_р 5 при числе опытов, равном 58, обобщенные данные сводят в табл.3.

По значениям n_дв 1875 об/мин (2, фиг.1) при V_Q 60 км/ч и при по характеристике холостого хода 1, полученной экспериментально в объектовых условиях двигателя при фиксированных частотах в диапазоне 800 2600 об/мин с интервалом 200 об/мин, определяют значения часовых расходов топлива: при (n_дв≡ V_Q) (8), равное 5,5 кг/ч, и при , равное 6,5 кг/ч, что соответствует коэффициенту коррекции K_j 1,182.

После указанных операций окончательно определяют значение по зависимости (3):

В общем случае перемещения автомобиля КамАЗ-4310 по j-й опорной поверхности и случайного формирования значение K_j получают по ординате кривой 12 (фиг.2).

В рассмотренном примере при коэффициент коррекции равен 1,182 (12).

Аналогичным способом определяют значение по другим транспортным средствам, имея семейство K_j f(n_дв).

Использование предлагаемого способа определения коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог при испытаниях на них транспортных средств обеспечивает по сравнению со способом определения коэффициента суммарного сопротивления движению транспортного средства при его дорожных испытаниях [4] следующие преимущества. Существенно повышается точность определения количественного значения коэффициента (см.сопоставление значений по столб.6 и 7 табл.1) за счет учета степени отклонения средней частоты вращения вала двигателя при дискретном (заданном) или неустановившемся режиме его работы при перемещении транспортного средства по j-й опорной поверхности от частоты его вращения, соответствующей условиям определения контрольного расхода топлива (V const), то есть учета изменяющейся части затрат топлива, в сторону увеличения или уменьшения, используемого для обслуживания самого двигателя по характеристике холостого хода, являющейся составной частью общего расхода топлива. При совпадении указанных частот расход топлива для обслуживания самого двигателя полностью учтен коэффициентом n в зависимости (2). Возможно использование способа в ходе исследований, например при оценке проходимости транспортных средств, определении их тяговых характеристик и т.д. при установившейся (заданной) частоте вращения вала двигателя и в условиях, затрудняющих использование измерительной аппаратуры (размокших грунтовых дорог, болота, снежной целины). Объективно оценивается степень совершенства водителя при управлении транспортным средством (по оптимальному выбору частот вращения вала двигателя и номера передачи в коробке передач).

Источники информации
1. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. М. Машиностроение. 2-е издание, 1989, с.13-15.

2. Курoв Б.А. и др. Испытания автомобилей. М. Машиностроение, 1976, c. 164-167.

3. ГОСТ 20306-90 Топливная экономичность автотранспортных средств. Номенклатура показателей и методы испытаний, пп.1.1, 4.2 и 5.2.

4. Роспатент N 2011955, бюл. N 8 от 30.04.1994 г.

Формула изобретения

1. Способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог при испытаниях на них транспортных средств, заключающийся в перемещении испытываемого транспортного средства по опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности, и определении по величинам среднего расхода топлива двигателя и реализуемой средней скорости движения коэффициента суммарного coпротивления движению с использованием коэффициента пропорциональности, характерного для каждого типа транспортного средства, определяемого через контрольный расход топлива, скорость, соответствующую контрольному расходу топлива, и коэффициент сопротивления движению, соответствующий дороге с ровным твердым покрытием, равный 0,025 для колесных и 0,04 для гусеничных машин, отличающийся тем, что при перемещении транспортного средства по опорной поверхности с твердым ровным покрытием определяют установившуюся частоту вращения вала двигателя на скорости, соответствующей контрольному расходу топлива, дискретную или среднюю частоту вращения коленчатого вала двигателя при движении транспортного средства по j-той опорной поверхности в ведущем установившемся или неустановившемся режиме движения и соответствующие этим часовые расходы топлива по характеристике холостого хода двигателя, после чего на основе отношения указанных величин определяют коэффициент коррекции, выражающий исправление коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог в зависимости:

где K _j коэффициент коррекции;
средний расход топлива 1 л на 100 км на j-той опорной поверхности;
средняя скорость движения, км/ч на j-той опорной поверхности;
n коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства и выражающий его конструктивные решения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения величин G_xx(n_дв≡vQ) и определяют по характеристике холостого хода G_xx f(n_дв), полученной инструментально в объектовых условиях двигателя транспортного средства при изменении фиксированной частоты вращения вала двигателя от минимально допустимой до максимальной частоты через интервалы, равные 200 об/мин, при этом G_xx(n_дв≡vQ) часовой расход топлива (кг/ч) в точке характеристики холостого хода двигателя, соответствующий режиму установившейся его частоты на скорости движения транспортного средства (VQ), при которой определяют контрольный расход топлива Q_кр на прямой передаче, а - часовой расход топлива (кг/ч) в точке характеристики холостого хода двигателя, соответствующей дискретной или средней частоте вращения вала двигателя в диапазоне рабочих частот, формирующих среднюю скорость движения на различных передачах на j-той опорной поверхности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину средней частоты вращения вала двигателя в диапазоне его рабочих частот испытываемого транспортного средства при его движении по j-той опорной поверхности определяют ступенчато путем последовательной регистрации частоты через равные интервалы времени Δt и вычисляют по зависимости:

где среднее значение интервала статистической выборки частот вращения вала двигателя на j-той опорной поверхности;
вероятность среднего значения интервала;
m число интервалов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что конкретную величину коэффициента коррекции F_j коэффициента суммарного сопротивления движению для оценки дорог по результатам испытаний транспортного средства на j-той опорной поверхности Ψ_Σj определяют по кривой, представляющей функциональную зависимость:

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4