РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ УПРАВЛІННЯ АВТОМОБІЛЕМ В УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ
2.1. Використання математичних моделей для визначення витрати палива і шкідливих викидів автомобілями
В реальних умовах експлуатації, зокрема в містах і населених пунктах з великою кількістю перехресть та світлофорів, а також зустрічних і паралельних транспортних потоків, двигуни автомобілів значну частину часу працюють в неусталених режимах. Серед них найбільш довготривалими є режими розгону, що мають найбільшу вагомість серед експлуатаційних режимів стосовно витрати палива і викидів шкідливих речовин [11, 24, 52, 104-113].
Разом з цим, у режимах розгону можлива оптимізація витрати палива та шкідливих викидів з боку водія шляхом вибору оптимальних параметрів управління автомобілем.
Під час руху з усталеною швидкістю основним параметром, що впливає на паливну економічність і викиди шкідливих речовин, є вибрана водієм передача.
Параметри, на які водії можуть впливати в процесі розгону є( швидкість Vдр та кут відкриття дросельних заслінок ?др на кожній передачі, час перемикання передач tcк і частота обертання двигуна nд в моменти переходу на вищу передачу.
Швидкість відкриття дросельних заслінок та час перемикання передач мало впливають на паливну економічність та й контролювати їх досить складно [24]. Отже, параметри які необхідно визначити, щоб отримати оптимальні показники по токсичності та паливній економічності, є положення дросельних заслінок карбюратора ?др на кожній передачі, частота обертання колінчатого вала двигуна nд в момент перемикання передач.
Найоб'єктивніше визначати оптимальні значення параметрів, які впливають на витрату палива та викиди шкідливих речовин, можна на підставі експериментальних випробовувань, хоча це вимагає досить складного обладнання та має високу вартість. Процес підготовки та проведення випробування займає значний період часу. Крім того, досить важко підтримувати однакові параметри руху автомобіля при виконанні повторних заїздів.
Тому в останній час все більше поширюються розрахункові методи визначення необхідних параметрів із застосуванням математичних моделей, які описують рух автомобіля в різних режимах.
Найбільш об'єктивно дані про вплив параметрів управління можна отримати при імітації всіх можливих режимів руху автомобіля, тому доцільно робити імітацію руху автомобіля за їздовим циклом [52].
Перші дослідження про можливості використання математичних моделей двигунів для оцінки економічності і токсичності автомобілів при русі за їздовим циклом були проведені в МАДІ [104]. Проведені розрахункові і експериментальні дослідження показали, що шляхом розрахунку з використанням економічних і токсичних характеристик двигуна і режимів його роботи при виконанні автомобілем їздового циклу, встановленого ОСТ37.001.054-74, можливо отримати дані про витрату палива і викиди шкідливих речовин, близькі до експериментальних.
В роботі [105], виконаній в НАМІ, розроблена методика і програма для визначення витрати палива і викидів шкідливих речовин при випробуванні автомобілів за будь-яким їздовим циклом. Згідно розробленій методиці для режимів їздового циклу на основі рівняння тягового балансу визначається крутний момент двигуна та частота обертання. За цими параметрами, з використанням навантажувальних характеристик двигуна, визначається годинна витрата палива і викиди шкідливих речовин. З врахуванням часу роботи в окремих режимах, визначається витрата палива і викиди шкідливих речовин за цикл.
Розрахунковий метод визначення маси викидів шкідливих речовин автомобілем при русі за їздовим циклом використовується в роботі [106] при оцінці токсичності двигуна, який живиться воднем. Необхідність розробки більш точного методу розрахунку шкідливих викидів, з використанням реальних режимів роботи двигуна в умовах експлуатації, відзначається в роботі [107].
Математичне моделювання широко використовується для оцінки і оптимізації паливної економічності автомобілів в роботах [108-110].
Ще в 1967 році доктор технічних наук. І.Л.Варшавський з співавторами [83] шляхом розрахунків з використанням навантажувальних характеристик двигуна отримали залежність викидів оксиду вуглецю на одиницю пробігу автомобіля ЗІЛ-130 від швидкості руху при різних опорах дороги. В роботі [112] кількість шкідливих викидів двигуном за визначений період часу руху автомобіля в місті визначено за універсальною токсичною характеристикою двигуна з використанням даних про режими роботи двигуна.
Для оцінки забруднення автомобілями навколишнього середовища при русі в різних умовах, в роботі [113] розроблена методика визначення кількості відпрацьованих газів в режимах холостого ходу, розігнання, усталеної швидкості і гальмування двигуном. Ця методика дозволяє визначити загальні викиди відпрацьованих газів автомобілем без врахування їх складу і степені шкідливості.
В роботі [84], виконаній в Горьковському політехнічному інституті, на основі досліджень з використанням метода планування експерименту отримані моделі для визначення викидів оксиду та діоксиду вуглецю, вуглеводнів, оксидів азоту і витрат палива двигуном автомобіля ГАЗ-24 "Волга" залежно від швидкості руху, маси автомобіля і повздовжнього куту нахилу дороги.
В роботі [114], запропоновано та експериментально перевірено спосіб розрахунку викидів оксиду вуглецю автомобілем з бензиновим двигуном під час руху міською магістраллю з використанням універсальної токсичної характеристики і заміряних режимів роботи двигуна.
В кандидатській дисертації В.Ф.Скорченка [83] виконані дослідження стосовно визначення впливу дорожніх елементів на величину викидів оксиду вуглецю автомобілями. Дослідження виконувались розрахунковим та експериментальними методами. Розрахунок проводився з використанням універсальних токсичних характеристик і заміряних або розрахованих режимів роботи двигуна на відрізку дороги,