CC BY
36
УДК 629.3
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОБЕГА НА ПОКАЗАТЕЛИ ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ
Д.В. Абрамов, докторант, к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, А.И. Никорчук, адъюнкт, Национальная академия Национальной гвардии, г. Харьков
Аннотация. Экспериментально определена зависимость величины падения тяговых свойств автомобиля от его пробега. Получена зависимость коэффициента падения мощности на ведущих колесах автомобиля от его пробега.
Ключевые слова: ускорение, индекс динамичности, мобильный измерительно-регистрационный комплекс, тяговые свойства, падение мощности.
ОЦ1НКА ВПЛИВУ ПРОБ1ГУ НА ПОКАЗНИКИ ТЯГОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АВТОМОБ1ЛЯ
Д.В. Абрамов, докторант, к.т.н., Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, А.1. Шкорчук, ад'юнкт, Нацюнальна академiя Нацюнально'Т гвардн УкраТни, м. Харкчв
Анотаця. Експериментально визначено залежшсть величини падтня тягових властивостей автомобтя в1д його проб1гу. Отримано залежшсть коефщента падтня потужност1 на ведучих колесах автомобтя в1д його проб1гу.
Ключов1 слова: прискорення, тдекс динамгчностг, мобшьний вимгрювально-реестрацШний комплекс, тягов1 властивост1, падтня потужност1.
EVALUATION OF THE INFLUENCE OF MILEAGE ON THE INDICATORS OF TRACTION PROPERTIES OF THE CAR
D. Abramov, Ph. D. (Eng.), Student, Cand. Sc. (Eng.), Kharkiv National Automobile and
Highway University, A. Nikorchuk, Adjunct, National Academy of National Guard, Kharkov
Abstract. There was experimentally determined the dependence of the value of cadence of traction properties of the vehicle on its mileage. The dependence of the coefficient of power loss of the vehicle drive wheels on its mileage is obtained.
Key words: acceleration, agility index, measuring cell-complex registration, traction propertieg, power loss.
Введение
Анализ использования автомобилей и боевых машин (АБМ) Национальной гвардии Украины и других силовых структур, которые задействованы в выполнении служебно-боевых (боевых) задач в зоне проведения антитеррористической операции (АТО), показывает, что перевозка личного состава
(боевых подразделений, групп), материальных средств осуществляется в составе автомобильных колонн.
В настоящий момент на вооружении Национальной гвардии Украины состоят автомобили разных моделей, марок и производителей, имеющие различные тяговые свойства. В свою очередь, тяговые свойства автомоби-
леи, входящих в состав колонны, оказывают существенное влияние на маневренность колонны [1-3]. Низкие тяговые своИства отдельных автомобилеИ приводят к растяжению колонны по длине, ухудшению управляемости машинами на марше и их потере.
В процессе эксплуатации автомобиля его тяговые своИства ухудшаются вследствие снижения мощности двигателя и увеличения потерь в трансмиссии. При формировании автомобильных колонн с учетом динамических своИств автомобилеИ, входящих в ее состав, необходимо учитывать степень загруженности автомобилеИ, а также величину снижения показателеИ его тяговых своИств, обусловленного изменением технического состояния. Также оценка текущего уровня тяговых своИств автомобиля позволяет повысить точность работы бортовых систем автомобиля, оказывающих помощь водителю в управлении, либо обеспечивающих автономность управления транспортным средством [4, 5]. Таким образом, оценка влияния пробега на показатели тяговых своИств автомобиля является актуальноИ.
В данноИ статье представлены результаты экспериментального исследования по определению зависимости величины снижения показателеИ тяговых своИств автомобиля от его пробега, в том числе зависимости коэффициента падения мощности на ведущих колесах автомобиля от пробега.
Анализ публикаций
С целью учета динамических характеристик автомобилеИ, движущихся в колонне, в работе [6] предложено расставлять автомобили в порядке увеличения «индекса динамичности», который представляет собоИ отношение линеИного ускорения автомобиля в колонне к линеИному ускорению автомобиля-лидера. В качестве автомобиля-лидера взят автомобиль начальника колонны, обладаю-щиИ высокими динамическими своИствами.
Индекс динамичности автомобиля, входящего в состав колонны, в работе [6] определяется по формуле
(ъ X =
Км, КN
Км1 Кы1
(у )
\ г тах /у (У1 тах )у
(1)
где (Утах )у , (У1тах )у - начальное максимальное линейное ускорение г-го и головного автомобилеИ; Км , Кщ - коэффициенты, учитывающие степень загруженности автомобиля; , Кы - коэффициенты, зависящие
от пробега автомобиля и учитывающие падение тяговых своИств автомобиля в процессе эксплуатации.
Согласно проведенных исследованиИ в работе [7] была получена зависимость для определения величины падения мощности, затрачива-емоИ на разгон в процессе эксплуатации. При условии неизменности дорожного и аэродинамического сопротивления автомобиля в начальныИ период эксплуатации и после длительного пробега изменение мощности на ведущих колесах автомобиля, затрачиваемое на разгон, в момент движения с одинаковоИ скоростью (Уа = Уа1 = Уа2) будет определяться по формуле
А^ = Ша * Уа -(Уа1 " Уа2 )
(2)
где та - масса автомобиля; Уа - линеИная скорость автомобиля; Уа1, Уа2 - линеИное ускорение автомобиля при разгоне соответственно в начальныИ период эксплуатации и после длительного пробега.
Цель и постановка задачи
Целью исследования является оценка величины изменения показателеИ тяговых своИств при увеличении пробега автомобиля.
Для достижения указанноИ цели необходимо решить следующие задачи:
- провести экспериментальное исследование по определению показателеИ тяговых своИств автомобилеИ одноИ марки с различным пробегом;
- определить зависимость коэффициента падения мощности на ведущих колесах автомобиля от его пробега.
Экспериментальное определение зависимости тяговых свойств автомобиля от его пробега
В процессе экспериментального исследования по определению показателеИ тяговых своИств автомобилеИ с различным пробегом использовались автомобили категории N2
ГАЗ-3309 (рис. 1). Технические характеристики автомобилей, которые принимали участие в эксперименте, определялись согласно данным, указанным в эксплуатационно-технической документации, а также в источнике [8], с учетом массы водителя и пассажира, наличия горюче-смазочных материалов. Дорожные участки соответствовали стандартным условиям эксплуатации (прямолинейные, горизонтальные, с асфальтобетонным гладким, сухим и чистым покрытием). Продольный, поперечный уклон участков трассы не превышал 1 %.
ПЭВМ Acer ASPIRE 5520G (заводской номер №4104A AR5BXB63). Места установки указанных датчиков показаны на рис. 2.
б
Рис. 2. Места установки датчиков на исследуемых автомобилях ГАЗ-3309: а -трехкоординатные датчики ускорений, закрепляемые за кабиной на раме автомобиля; б - GPS/GLONASS приемник, установленный на крыше кабины автомобиля
Рис. 1. Автомобили ГАЗ-3309, используемые в ходе эксперимента: а - автомобиль с войсковым номером 1838 Ф4; б - автомобиль с войсковым номером 1860 Ф4; в - автомобиль с войсковым номером 1861 Ф4; г - автомобиль с войсковым номером 3615 Ф4; д - автомобиль с войсковым номером 3671 Ф4
Для регистрации данных во время проведения эксперимента был использован мобильный регистрационно-измерительный комплекс (МРИК) [9], в который входят: датчик ускорений Freescale Semiconductor модели MMA7260QT ДЛШ (заводской номер № 06085445), датчик ускорений Freescale Semiconductor модели MMA7260QT ДЛШ (заводской номер № 06085444), GPS/ GLONASS приемник Transystem GM-3N,
В процессе движения автомобиля с использованием МРИК регистрировались следующие параметры: время движения t, с; скорость движения по спидометру и по показаниям GPS/GLONASS приемника V;,, км/ч; продольные, поперечные и вертикальные ускорения с трехкоординатных датчиков ускорения ах, ау, аъ, м/с2; температура трех-координатных датчиков ускорения 0, °С. Погрешность значений ускорений, полученных с помощью МРИК, составляла до 4 % (1 % -погрешность акселерометров по паспорту и до 3 % - погрешность установки).
Во время проведения экспериментального исследования каждый из автомобилей осуществлял разгон с максимально возможной интенсивностью до 80 км/ч с последующим выбегом до полной остановки.
Разгон осуществлялся при максимальном нажатии на педаль акселератора с последовательным переключением передач. Выбег осуществлялся в первом случае на нейтральной передаче, во втором случае - на 5-й передаче с включенным сцеплением и заглу-шенным двигателем. Заезды повторялись также в обратном направлении трассы для уменьшения влияния на результат погрешностей от уклона дороги.
В пр оцессе исследования в кабине автомобиля находились водитель и оператор МРИК, суммарной массой 170 кг. Время одного заезда, включающего интенсивный разгон и выбег, составляло 140-160 с.
а
б
а
в
г
д
В ходе обработки данных, полученных в результате экспериментальных исследованиИ, построены графики изменения продольного линеИного ускорения и линеИноИ скорости автомобилеИ ГАЗ-3309 во времени при интенсивном разгоне и выбеге, один из которых представлен на рис. 3. На рис. 3, а представлены усредненные значения продольных ускорениИ автомобиля (среднее значение показаниИ двух акселерометров), а также отфильтрованные фильтром Баттерворта значения усредненных продольных ускорениИ.
б ' Рис. 3. Графики, полученные по результатам разгона и выбега в ходе экспериментального исследования автомобиля ГАЗ-3309 с воИсковым номером 1861 Ф4: а -изменение продольного ускорения при интенсивном разгоне и выбеге; б - изменение линеИноИ скорости при интенсивном разгоне и выбеге; 1 - неотфиль-трованные значения ускорениИ; 2 -отфильтрованные фильтром Баттерворта значения ускорениИ
Анализируя графики, представленные на рис. 3, можно выделить участки, соответствующие разгону на 2-И, 3-И, 4-И и 5-И передачах, а также выбегу. Наиболее длительным является разгон на 5-И передаче.
В ходе дальнеИшеИ обработки данных получены графики зависимости продольного ускорения при разгоне на 5-И передаче автомоби-
леИ ГАЗ-3309 от скорости их движения, как это показано на рис. 4. Кроме того, получены аппроксимирующие кривые, описываемые уравнением типа у=а-х2+Ь-х+с.
0,8 Уа2
м/с2
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О
1
А/
V
1
2 /
у = -0,0185х2 + 0,6195х - 4,5596
Уа, м/с :о
Рис. 4. Графики зависимости ускорения разгона на 5-И передаче автомобилеИ ГАЗ-3309 с соответствующим пробегом от скорости их движения: 1 - теоретические значения при отсутствии пробега; 2 - при пробеге 105355 км
Значения коэффициентов регрессии этих уравнениИ для каждого из автомобилеИ сведены в табл. 1.
Таблица 1 Коэффициенты регрессии уравнения, описывающего зависимость ускорения разгона на 5-И передаче автомобилеИ ГАЗ-3309 от скорости их движения
ВоИск. ном. автомобиля Пробег, км Коэффициенты регрессии уравнения у=а-х2+Ь-х+с
а Ь с
НовыИ автомобиль 0 -0,0029 0,0695 0,3377
3615 Ф4 24354 -0,0136 0,4676 - 3,3584
3671 Ф4 67234 -0,017 0,5742 - 4,1988
1838 Ф4 105355 -0,0185 0,6195 - 4,5596
1860 Ф4 150470 -0,0045 0,1541 - 0,9094
1861 Ф4 201232 -0,0038 0,1252 - 0,6512
Согласно данным, представленным в табл. 1, построены графики зависимости ускорения разгона на 5-И передаче автомобилеИ ГАЗ-3309 с различным пробегом от скорости их движения, представленные на рис. 5.
На графиках, представленных на рис. 5, четко прослеживается тенденция снижения максимального продольного ускорения при разгоне на 5-И передаче автомобиля ГАЗ-3309 по мере увеличения пробега на всем рассматриваемом диапазоне скоростеИ.
Так, например, для скорости движения 17 м/с получен график, описывающий снижение максимального продольного ускорения при разгоне автомобиля ГАЗ-3309 от его пробега (рис. 6). 0,8 Vа, м/с2
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
/ 1
2 --
4 5 \ 3
/
6
15
16
17
18
V,, м/с 20
Рис. 5. Графики зависимости ускорения разгона на 5-й передаче автомобилей ГАЗ-3309 с соответствующим пробегом от скорости их движения: 1 - теоретические значения при отсутствии пробега; 2 - пробег 24354 км; 3 - 67234 км; 4 -105355 км; 5 - 150470 км; 6 - 201232 км
тыс. км
Рис. 6. График изменения максимального ускорения при разгоне на 5-й передаче автомобилей ГАЗ-3309 при увеличении их пробега при скорости движения 17 м/с
Зная величину снижения максимального продольного ускорения при разгоне автомобиля, определим значение снижения мощности на его ведущих колесах с использованием выражения (2). По результатам расчета получен график (рис. 7) изменения величины снижения мощности на ведущих колесах автомобиля от его пробега (при линейной скорости 17 м/с). Также на рис. 7 обозначена величина максимальной мощности двигателя Л'е|Т1;|Х.
90
Ш, кВт
70
60
50
40
30
20
N \
Nemax
<
♦
50
100
S, тыс. км
200
Рис. 7. График изменения падения мощности на ведущих колесах автомобилей ГАЗ-3309 от их пробега (скорость движения 17 м/с)
Коэффициент падения мощности на ведущих колесах автомобилей ГАЗ-3309 будет определяться по формуле
К =
N -АN
тах
Nтах
(3)
где ДИ - падение мощности на ведущих колесах автомобиля в результате длительной эксплуатации; Nmax - максимальная мощность на ведущих колесах автомобиля, а также
N = N -л
тах е тах г
тр -
(4)
где Птр - КПД трансмиссии автомобиля в начальный период его эксплуатации.
На рис. 8 представлен график зависимости коэффициента падения мощности К на ведущих колесах автомобилей ГАЗ-3309 от их пробега (скорость движения 17 м/с).
О 50 100 150 200
S, тыс. км
Рис. 8. График изменения коэффициента падения мощности на ведущих колесах ав-томобилеИ ГАЗ-3309 от их пробега (скорость движения 17 м/с)
Анализ графика на рис. 8 показывает, что при изменении пробега автомобиля ГАЗ-3309 от 0 до 200 тыс. км величина коэффициента К уменьшается от 1 до 0,78.
Выводы
Проведенные экспериментальные исследования позволяют оценить падение тяговых своИств автомобиля после длительноИ эксплуатации. Так, при пробеге автомобиля ГАЗ-3309 в 200 тыс. км снижение мощности на ведущих колесах при разгоне на 5-И передаче при скорости движения 17 м/с составило 18 кВт (21,1 %), а снижение максимального ускорения - 0,29 м/с2 (43 %).
Получена зависимость коэффициента падения мощности К на ведущих колесах авто-мобилеИ ГАЗ-3309 от их пробега, что позволит учитывать пробег автомобиля при определении индекса динамичности автомо-билеИ, входящих в колонну. Так, при пробеге автомобиля ГАЗ-3309 в 200 тыс. км коэффициент падения мощности на ведущих колесах составил К = 0,78.
Литература
1. Закин Я.Х. Маневренность автомобиля и автопоезда / Я.Х. Закин. - М.: Транспорт, 1986. - 136 с.
2. Подригало М.А. Маневренность и управ-
ляемость колесных машин. Определение понятий и критерии оценки / М.А. Подригало, Д.М. Клец // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Технические науки. -2012. - Вип. 35. - С. 15-21.
3. Подригало М.А. Новое в теории эксплуа-
тационных свойств автомобилей и тракторов / М.А. Подригало. - Х.: Академия ВВ МВС Украины, 2013. - 222 с.
4. Xinyu Wang Lateral control of autonomous
vehicles based on fuzzy logic / Xinyu Wang, Mengyin Fu, Hongbin Ma, Yi Yang // Control Engineering Practice. - 2015. -№ 34. - P. 1-17.
5. Rachid Attia Nonlinear cascade strategy for
longitudinal control in automated vehicle guidance / Rachid Attia, Rodolfo Orjuela, Michel Basset // Control Engineering Practice. - 2014. - № 29. - P. 225-234.
6. Подригало М.А. Ращональне шикування
автомобшьних колон внутршшх вшськ за критерieм динамiчностi / М.А. Подригало, Д.В. Абрамов, А.1. Нкорчук // Збiрник наукових праць Академи внутршшх вшськ МВС Украши. - 2013. - Вип. 2(22). - С. 61-67.
7. Пат. 101997 Украша МПК G01L 5/13. Спо-
иб визначення змши потужност на ве-дучих колесах автомобшя в процес екс-плуатацп / Д.В. Абрамов, Р.О. Кайдолов, А.1. Коробко, А.1. Ншорчук, М.А. Подригало, Ю.В. Тарасов; заявник та патен-товласник Харювський нащональний ав-томобшьно-дорожнш ушверситет. -№ u 201503553; заявл. 16.04.2015; опубл. 12.10.2015; Бюл. № 19.
8. Кисуленко Б.В. Краткий автомобильный
справочник. Том 2. Грузовые автомобили / Б.В. Кисуленко, А.П. Насонов, И.А. Венгеров и др.; под ред. А.П. Насонова. - М.: ИПЦ «Финпол», 2004. -668 с.
9. Артемов Н.П. Метод парциальных ускоре-
ний и его приложения в динамике мобильных машин / Н.П. Артемов, А.Т. Лебедев, М.А. Подригало и др.; под ред. М.А. Подригало. - Х.: Мюькдрук, 2012. -218 с.
Рецензент: С.Н. Шуклинов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 25 февраля 2016 г.
