Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор 8
1.1. Совершенствование режима движения АТС 8
1.2. Современные достижения и тенденции развития 12
1.3. Основные задачи исследования 18
Глава 2. Имитационное моделирование движения АТС 20
2.1. Математическая модель движения 21
2.2. Моделирование движения с помощью компьютера 35
2.3. Адекватность модели 39
Глава 3. Расчётно-экспериментальное исследование 58
3.1. Выбор критериев оценки 58
3.2. Минимизация конечных показателей неравномерного движения способом поиска экстремума 63
3.3. Минимизация конечных показателей неравномерного движения способом равномерной сетки 95
3.4. Сравнительная характеристика способов минимизации 103
Глава 4. Выбор оптимальных режимов движения автопоездов 107
4.1. Выбор режима переключения передач 107
4.2. Моделирование движения по скоростной дороге Автополигона ... 109
4.3. Моделирование движения в различных условиях 113
4.4. Моделирование движения автопоезда с тягачом Mercedes 1735 .114
4.5. Моделирование движения автопоезда с тягачом КамАЗ-5410 133
4.6. Обобщение и оценка результатов 154
Основные выводы и рекомендации 156
Литература 159
Приложение 1
- Современные достижения и тенденции развития
- Моделирование движения с помощью компьютера
- Минимизация конечных показателей неравномерного движения способом поиска экстремума
- Моделирование движения по скоростной дороге Автополигона
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главных проблем развития и совершенствования современного автомобиля является повышение его удельной производительности [52]. Этой цели можно добиться различными путями, но, главное, улучшением показателей тягово-скоростных свойств и топливной экономичности.
Эти показатели, в конечном счете, оказываются наилучшими при бесступенчатом регулировании передаточного числа трансмиссии, в особенности, автоматическом [28, 51]. Но, к сожалению, на сегодня нет ни одного вида передач, которые бы обеспечивали бесступенчатое, а тем более автоматическое бесступенчатое регулирование передаточного числа трансмиссии без проявления каких-либо существенных негативных эффектов по сравнению с обычными ступенчатыми передачами, получившими наибольшее применение на автомобилях.
Стремление устранить недостатки ступенчатого регулирования передаточного числа трансмиссии с целью улучшения тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и экологической чистоты объясняет устойчивую тенденцию увеличения числа передач в трансмиссиях автомобилей всех категорий, в особенности грузовых автомобилей и тягачей автопоездов. Так, например, в отечественных автомобилях КамАЗ используют 10-и ступенчатую коробку передач (КП), а в зарубежных -даже 16-и ступенчатые. Но это имеет и свои минусы.
Увеличение числа передач трансмиссии автомобиля целесообразно только при правильном порядке управления переключением передач (ручным или автоматизированным) и требует в любом случае разработки алгоритма оптимального переключения. Интуитивное (с учётом опыта) управление переключением передач практически не может быть оптимальным ввиду сложности и неочевидности алгоритма переключения
(как показано в данной работе), а, следовательно, не может обеспечить наиболее оптимальных показателей удельной производительности, а также активной и экологической безопасности, которые могут быть реализованы на практике благодаря многоступенчатости КП.
Целью настоящей работы является обоснование теоретической базы и математического аппарата для решения задачи оптимизации процесса управления режимом движения с учётом особенностей конструкций многоступенчатых механических трансмиссий. Этот аппарат может быть применён при создании системы автоматического управления (САУ) трансмиссией, при программной реализации алгоритма управления трансмиссией, а также при конкретном выборе автотранспортного средства (АТС) или режима его движения по данной дороге. Для достижения этой цели необходимо:
Проанализировать существующие труды в области автоматизации КП, оптимизации режима движения и моделирования движения.
Создать компьютерную программу имитационного моделирования движения на базе существующей теории эксплуатационных свойств автомобиля.
Осуществить выбор математических методов и критериев оптимизации режима движения.
Осуществить комплексную интеграцию имитационного моделирования движения АТС и методики оптимизации режима его движения, т. е. встраивание оптимизации режима движения в математическую модель движения АТС.
Разработать на этой основе комплексную компьютерную систему, позволяющую оперативно вести расчёты и анализировать результаты.
Методы исследования. На практике анализ большого количества промежуточных результатов, полученных путём компьютерного моделирования, позволяет быстро определить верное направление при совершенствовании конструкции автомобиля. При этом, очевидно, в основу математических и компьютерных моделей должны быть положены фундаментальные теоретические закономерности, многократно проверенные на практике.
Научная новизна заключается в предложенных методах оптимизации показателей неравномерного движения (разгона) АТС, базирующихся на математических методах выбора рационального значения по градиенту и на основе равномерной сетки. Эти методы использованы для выбора порядка переключения передач магистрального автопоезда при компьютерном моделировании движения по дороге переменного профиля.
В разработанную модель движения введено понятие «схемы переключения передач», которая может быть сформирована на основе как известных методик, так и предложенных в данной работе. Переключение согласно предложенной схеме может осуществляться на любую возможную в данных дорожных условиях передачу при любой скорости, допустимой по техническим параметрам или условиям ограничения.
Разработанная комплексная компьютерная система моделирования движения, включает в себя базы данных как для исходных параметров, так и для результатов расчётов. С помощью данной компьютерной системы проведено моделирование движения магистральных автопоездов как с минимизацией показателей неравномерного движения (разгона) с переключением передач, так и без неё при разных коэффициентах использования мощности и скоростях ограничения. На базе полученных результатов установлены принципы формирования оптимальных способов
переключения передач при движении автопоезда по дороге переменного профиля.
На защиту выносятся:
Способы оптимизации показателей неравномерного движения АТС на базе выбранных математических методов и комплексных критериев оптимизации режима движения.
Комплексная методика имитационного моделирования с возможностью оптимизации режима движения АТС указанными выше способами, реализованная в виде компьютерной программы.
Результаты расчетно-теоретических исследований тягово-ско-ростных свойств и топливной экономичности АТС и созданные на базе этих результатов принципы формирования оптимальных способов переключения передач при движении автопоезда по дороге переменного профиля.
Современные достижения и тенденции развития
В настоящее время наряду с критериями производительности и топливной экономичности доминируют экологические критерии оптимизации режима движения и конструкций АТС. Конструкторы стараются организовать технологический цикл управления таким образом, чтобы количество вредных выбросов было наименьшим при любых условиях движения, а эффективность перевозки при этом не уменьшалась.
Количество ступеней в трансмиссиях не уменьшается, а в некоторых случаях и возрастает (например, на легковых АТС или средних грузовиках). Это позволяет увеличить приспособляемость АТС к переменным условиям движения, сокращая при этом как расход топлива, так и количество вредных выбросов. Рост приспособляемости особенно важен для АТС, осуществляющих перевозки на большие расстояния и, как следствие, вынужденных работать в условиях, зачастую радикально изменяющихся в течение одного маршрута. Такое особенно характерно для магистральных автопоездов (например, перевозка груза (фруктов) из населённого пункта, расположенного в горной местности, в населённый пункт, находящийся в равнинной местности [46]). Поэтому у последних моделей грузовых автомобилей ведущих фирм мира количество ступеней составляет не менее 10, на магистральных тягачах - не менее 16, а на работающих в особо тяжёлых условиях самосвалах, лесовозах и подобной строительной и специализированной технике иногда превышает 20.
Исследования последнего периода показали, что целесообразность увеличения числа передач до 12-16 необходимо рассматривать в совокупности с вопросами выбора оптимальной логики управления и функционального соответствия схемы КП и алгоритма управления ею, т.е. с учётом режимов движения, характерных для магистрального автопоезда, в противном случае эффект может быть отрицательным [34].
В настоящее время всё шире применяется автоматизация процесса переключения передач, в частности на магистральных автопоездах, например, Mercedes Actros, DAF серии 95 и др. Стремительно растущие возможности систем, созданных на базе микропроцессоров и управляемых ими исполнительных механизмов, позволяют наиболее полно использовать достоинства механических ступенчатых трансмиссий, сводя при этом к минимуму их недостатки. Автоматизация процесса переключения передач позволяет снабдить трансмиссию необходимым количеством ступеней, освободив водителя от необходимости переключения передач и выбора моментов переключения. Алгоритм выбора последующей передачи и момента её включения может базироваться на различных критериях, в том числе экологических, а роль водителя сводится к выбору этого алгоритма с помощью специального органа управления в зависимости от условий транспортной задачи. Это позволяет водителю сосредоточиться на дорожных и иных условиях движения и в значительной степени повышает активную безопасность. Кроме этого, комплексная автоматизация системы «двигатель-трансмиссия» позволяет продлить срок службы агрегатов автомобиля. Например, на магистральном тягаче Mercedes Actros сцепление используется лишь при трогании автомобиля с места, а при переключении передач система управления синхронизирует частоты вращения валов двигателя и КП, исключая необходимость использования сцепления.
Поскольку гидропередачи на раннем этапе развития проще поддавались автоматизации, то главное внимание изначально уделялось автоматизации именно таких конструкций. В частности были созданы гидрообъёмные и фрикционные передачи для самоходных машин. Такие передачи в качестве стандартного оборудования устанавливаются на мотоциклы, мотороллеры, автомобили, автокары автопогрузчики, тракторы, тепловозы и другие машины. Гидрообъёмные и фрикционные передачи, как с автоматическим управлением, так и без него, широко применяются на отечественных и зарубежных самоходных машинах (тягачах, экскаваторах, зернокомбайнах и т. п.) и автомобилях (как правило, легковых). Теория автоматического управления гидропередачами оформлена как раздел общей теории автоматического управления; большинство вопросов в рамках этой теории уже нашло свое решение. Реальные конструкции, созданные с учётом методов этой теории, применяются на автомобилях.
Иногда конструкторы отказываются от ГМП в трансмиссиях в пользу чисто механических передач, а иногда применение ГМП невозможно по условиям решаемой транспортной задачи в силу присущих ГМП недостатков (невысокий КПД, ограниченный передаваемый момент при ограниченных размерах, сложность конструкции, и, как следствие, меньшая надёжность, высокая стоимость, в том числе при обслуживании и эксплуатации [38]). В таких случаях для того, чтобы сохранить у АТС достаточно широкий диапазон приспособляемости к дорожным условиям, приходится увеличивать количество ступеней в трансмиссии. При этом возрастает значение правильного выбора передачи и момента переключения в зависимости от условий движения как при неравномерном, так и при равномерном движении. Соответственно, растёт актуальность автоматизации процесса переключения передач, а также создания оптимальных алгоритмов переключения.
Исследование и оптимизация алгоритмов управления трансмиссией проводится с помощью математического моделирования движения, которое основывается на достижениях современной теории автомобиля, заложенной трудами видных отечественных учёных: Е.А.Чудакова [67], Г.В.Зимелёва, Б.С.Фалькевича [55], А.С.Литвинова [28], Я.Е.Фаробина [28, 56, 61, 59], А.А.Токарева [51, 52, 53], В.А.Петрова [38, 39, 37] и многих других. В настоящее время теория автомобиля непрерывно развивается в таких направлениях, как теория эксплуатационных свойств с учётом особенностей конструкций современных автомобилей, адаптивное автоматическое переключение передач АТС, многокритериальная оптимизация параметров трансмиссии и др. Наряду с развитием общей теории автомобиля появились научные исследования, посвященные анализу отдельных эксплуатационных свойств [21, 28] и, в частности, тягово-скоростных свойств и топливной экономичности [51]. Под руководством профессора Я.Е.Фаробина сформировано и успешно развивается научное направление, решающее проблемы создания специализированного подвижного состава, предназначенного для выполнения транспортных задач определённого вида, в том числе магистральных автопоездов [14, 34, 56, 58, 59, 63, 64].
В настоящее время особую актуальность обретает проблема эффективности использования большегрузных АТС в сложных дорожных условиях из-за больших энергозатрат и высоких требований по экологии. Этому направлению посвящено значительное число работ в области отечественного автомобилестроения [11, 21, 36, 39, 54, 54, 61]. Однако, оно ещё далеко до своего завершения в силу сложности поставленной задачи.
Моделирование движения с помощью компьютера
Исходными данными для расчёта являются следующие параметры автомобиля:1. Полная масса та. 2. Внешняя скоростная и многопараметровая характеристики двигателя. 3. Коэффициент коррекции kp. 4. Передаточные числа и КПД трансмиссии (мт/ и 7т ) и главной передачи (игп и 77гп). 5. Коэффициенты зависимости потерь в трансмиссии от скорости при выбеге. 6. Динамический гд и статический г радиусы колес. 7. Зависимость коэффициента сопротивления качению / от скорости движения. 8. Моменты инерции двигателя 1М и колёс 1К. 9. Коэффициент обтекаемости къ. 10.Габаритные размеры. Кроме параметров автомобиля к исходным данным относится также информация о продольном и поперечном профиле участка дороги. Подставляя перечисленные исходные данные в записанные выше формулы, можем рассчитать время и путь, а также расход топлива при неравномерном движении с изменением скорости от начального значения до конечного или при равномерном движении на определённой передаче.
Процесс моделирования состоит из расчета пути, времени движения и количества израсходованного топлива на данной передаче и дальнейшего переключения на следующую передачу по схеме. Под разгоном понимается неравномерное движение с положительным ускорением, если же ускорение отрицательно, то получаем движение с замедлением, расчет параметров которого аналогичен расчету при положительной величине ускорения. Кроме движения с ускорением могут быть участки равномерного движения, а также штатного замедления (торможения) с заданной величиной. Движение, равномерное или неравномерное, с переключением передач или без него, происходит до окончания текущего участка дороги. Как только пройденный путь станет равным длине участка, рассчитывается скорость в конце участка, а также время и расход топлива при движении до конца участка. Затем происходит переход на следующий участок дороги и расчет параметров движения, зависящих от показателей участка, а также выбор схемы переключения передач. Процесс моделирования завершается по окончании последнего участка дороги.
Разработанная компьютерная программа представляет комплекс, предназначенный для хранения исходных данных и результатов расчётов, а также для выполнения моделирования движения данного АТС по данной дороге. Используемый формат таблиц данных, носящий название Paradox, является достаточно распространённым, поэтому при необходимости возможно использование программных инструментов различных разработчиков для доступа к информации.
Начальные условия расчета, такие как наименования расчета, автомобиля и дороги, скорость ограничения на всей дороге, коэффициент использования мощности и дата проведения, сохраняются в файле перед началом расчета. Основные результаты расчета, такие как пройденный путь, общее время движения и количество израсходованного топлива в литрах, заносятся в файл после успешного окончания расчета. Показатели расчета, которые могут быть определены по его основным результатам, такие как средняя скорость движения и путевой расход топлива, вычисляются в процессе считывания информации с диска.
Если по каким-либо причинам расчет был прерван, то основные результаты записываются такими, какими они оказались к моменту прерывания. Обобщенные показатели будут рассчитаны соответственно записанным результатам.
На прилагающемся к данной работе компьютерном диске (CD-ROM) имеется установочный комплект созданной комплексной программы. На диске имеется подробная инструкция по установке и запуску программы.
Программа моделирования движения реализована в среде визуального программирования Delphi на алгоритмическом языке высокого уровня Pascal. Программа состоит из базы данных для хранения как исходной информации, так и полученной в результате расчетов, и собственно блока моделирования, визуально интегрированного в структуру базы данных. Работа с программой заключается в занесении, редактировании и анализе данных в базе. Исходные данные вносятся вручную, расчетные - путем осуществления процесса моделирования, т.е. вычислением по заданным исходным данным.
Дорога представляет собой набор участков произвольной длины с постоянным продольным и поперечным профилем, коэффициентами сцепления, задаваемой скоростью ограничения, а также коэффициентом сопротивления качению. Окно с дорогами визуально разделено на 2 панели; в левой панели отображается список наименований дорог, а в правой панели выводится упорядоченный список участков выделенной дороги. Угол продольного профиля участка дороги задается в процентах. При этом положительные значения обозначают подъем, а отрицательные -уклон.Руководство по работе с программой, а также более подробное описание вводимых и выводимых данных содержится в Приложении 1.
Поскольку программа реализована в среде программирования Delphi на языке Pascal, её внутренняя структура подчинена общим правилам Delphi. Каждое окно есть форма (form), которой соответствует блок кода (unit). Это относится ко всем окнам, начиная с главного и заканчивая диалогами сообщений. Можно выделить два основных типа имеющихся в программе форм: формы дочерних окон (MDI child form) и формы диалогов редактирования данных (dialog form). Кроме этих двух типов в программе присутствуют другие диалоговые окна.
Дочерние окна предусмотрены для просмотра данных в табличном представлении; диалоги редактирования позволяют просматривать и корректировать данные, представленные в виде карточки с полями редактирования. Другие диалоги необходимы для управления отдельными режимами программы, а также для вывода информационных сообщений.
Внутренняя структура главного окна, дочерних окон, а также диалогов является типичной для программ, осуществляющих работу с таблицами данных. Нет необходимости подробно останавливаться на их программной реализации. Математическая база для реализации процесса моделирования рассмотрена выше, а алгоритмам выбора и оптимизации схемы переключения посвящены главы 3 и 4.
Для подтверждения достоверности математической модели движения АТС (т.е. её адекватности), положенной в основу разработанной программы, проведено сравнение результатов, полученных расчётным и экспериментальным способами. Сравнение проведено как для случая движения по дороге с переменным профилем, так и для разгона с места до максимальной скорости в штатном режиме.
С помощью созданной программы было произведено моделирование движения автопоезда полной массой 26805 кг с автомобилем КамАЗ-5410 в качестве тягача в стандартной комплектации. По результатам моделирования построена характеристика «разгон-выбег», топливная характеристика установившегося движения на высшей передаче и топливно-скоростная характеристика при движении по дороге с переменным профилем. На прилагающемся к данной работе компьютерном диске имеются все данные этого моделирования.
Экспериментальные данные взяты из результатов лабораторно-дорожных испытаний двух- и трёхзвенных автопоездов с автомобилем-тягачом КамАЗ-5410. Испытания по определению параметров разгона и выбега проводились на Автополигоне (НИЦИАМТ) по ГОСТ 22576-90 [12], а скоростная и топливные характеристики при движении по дороге с переменным профилем выполнены по ГОСТ 20306-90. Результаты испытаний изложены в [64], откуда взяты данные для сравнения с расчётными.
Минимизация конечных показателей неравномерного движения способом поиска экстремума
При въезде на участок необходимо осуществить разгон (неравномерное движение) до заданной или вычисленной оптимальной (максимальной) скорости. Неравномерное движение (процесс разгона) также должно быть оптимальным.
Оптимальность в данном случае понимается в смысле наискорейшего достижения (за минимальное время) заданной скорости в процессе неравномерного движения, наилучшей экономичности при неравномерном движении (минимальный расход топлива) или определенной комбинации этих двух критериев. Поскольку, как было сказано в предыдущем параграфе, в первом приближении для определения количества вредных выбросов можно ограничиться использованием уравнений расхода топлива, то решение для экологических критериев полностью аналогично решению для критерия наилучшей экономичности. Для решения этой задачи необходимо выписать целевую функцию и минимизировать ее известными методами математического анализа.
Минимизация времени при неравномерном движении (разгоне до заданной скорости)Задача оптимизации режима разгона до заданной скорости по времени является наиболее простой и для неё предложен ряд способов решения [10, 15, 28, 51, 55, 56, 67]. Поэтому решение этой задачи по методике, изложенной ниже, может быть проверено не только экспериментальными данными, но и сопоставлением теории и практики.
Поскольку в ( 25 ) / = \..п, где п - общее количество передач в трансмиссии, то для того, чтобы осуществить расчет в случае включения не всех передач достаточно в (26 ) для неиспользуемой передачи подставлять v,,., = vKJ. Тогда для этой передачи тР; = 0. Но и время включения такой передачи тоже равно 0. Следовательно,
Другими словами, если на передаче происходит движение, то необходимо учесть и время ее включения. Математическое выражение имеет видгде - малая величина высокого порядка малости ( 10 "5).Если V,,.,- Ф vK/ , то тп,- практически равно тпкл.. Погрешность чрезвычайно мала, и ею можно пренебрегать. Если v,u- = vK,-, то числитель обращается в 0, а бесконечно малая величина в знаменателе не даст ему обратиться в 0, а всему выражению (28 ) - в бесконечность. Таким образом, функция тш не теряет смысла при любых значениях v,u и vKi. Однако, при этом функция тп имеет разрывный характер, обусловливая также и разрывный (точнее, ступенчатый) характер всего функционала Т.
В первом приближении можно считать начальную скорость на последующей передаче равной конечной скорости на предыдущей, то естьVH.I+1 = VK.i Для поиска экстремума этого функционала достаточно взять его производную по входящим в него переменным, т.е. по начальным и конечным скоростям на каждой передаче, и приравнять ее 0. Производная примет вид вектор-функции, состоящей из частных производных функционала по каждой скорости дТ
Приравняв производную — = 0, получим п+\ уравнений с п+\неизвестными или, если полагать начальную и конечную скорости движения заданными, п-\ уравнений с п-Х неизвестнымиТогда частные производные будут иметь вид
Вид получаемой системы уравнений не позволяет получить решение в явном виде. Поэтому приходится использовать один из методов численного решения систем уравнений - метод Ньютона. Метод Ньютона основан на вычислении следующего приближения по градиенту функции в текущей точке, т.е.
Алгоритмы обращения матрицы и перемножения матриц можно взять из соответствующей справочной литературы [7, 18].
Функция / (а также ее первая и вторая производные) имеет точки разрыва, которые определяются обращением стоящего в знаменателе квадратного трехчлена (см. ( 37 ) и ( 38)) в 0. Для исключения влияния точек разрыва на поиск решения необходимо провести регуляризацию функции / (точнее, ее первой производной). Для этого числитель и знаменатель надо домножить на выражение, стоящее в знаменателе, и к получившемуся в знаменателе результату прибавить бесконечно малую величину С, ( 10" ).
Величина в знаменателе всегда будет неотрицательной, поскольку возведена в квадрат, а бесконечно малая величина не даст всему знаменателю обратиться в 0. Ошибка при расчете будет весьма мала, и ею можно пренебрегать.
Сходимость итеративного процесса может нарушаться. Для предотвращения этого необходимо применить способ регулирования шага в методе Ньютона. Перепишем (42 ) в видегде х — шаг приращения.
При х = 1 имеем метод Ньютона с единичным шагом (то есть ( 42 )). Изменяя х таким образом, чтобы значение Vk+i оставалось в заданных пределах, то есть регулируя шаг, можно следить за тем, чтобы процесс не уходил в бесконечность. Пределы, судя по пробным расчетам, должны устанавливаться от 0 до значения, в 4-5 раз превышающего максимальную скорость на заданной передаче.
Иногда способом регулирования шага трудно добиться уверенной сходимости, например, при устойчивой тенденции к выходу далеко за пределы, указанные выше. В таком случае, как показали экспериментальные расчеты, необходимо принудительно задавать значение последующего приближения равным величине чуть меньшей максимальной скорости на заданной передаче (больший из 2 корней квадратного трехчлена (см. ( 37 ) и ( 38 )).
Для практических расчетов точность до 0,1 следует признать более, чем достаточной. Для этого разность между текущим и последующим приближениями должна составлять не более 0.005 по абсолютной величине. Результат с такой точностью достигается уже после 7-9 итераций. Время, затрачиваемое компьютером на нахождение такого решения, весьма невелико. Также от компьютера не требуется наличие каких-либо особых ресурсов или быстродействия.
Получаемое решение - вектор-функция скоростей переключения -придает функционалу (31 ) минимальное значение в заданных по условиям задачи границах. Минимум является главным, более того единственным. Это подтверждается характером 2й производной функционала, которая имеет вид трехдиагональной матрицы, причем элементы, стоящие на главной диагонали, значительно больше (на несколько порядков) окружающих элементов, находящихся на кодиагоналях.
Для трансмиссий с большим количеством ступеней от такого метода можно было бы ожидать определения как оптимальных скоростей переключения, так и оптимальной схемы переключения передач. Однако из-за разрывного характера функционала, о котором упоминалось выше, рассмотренный метод позволяет найти лишь оптимальные скорости переключения с предыдущей передачи на последующую. Для того, чтобы определить оптимальную схему включения передач, необходимо, учитывая ограничения по скоростям переключения (максимальная скорость на предыдущей передаче должна быть больше минимальной на последующей), перебрать все возможные схемы переключения, вычисляя по рассмотренной ранее методике оптимальные скорости переключения передач. Другими словами, надо определить минимумы всех "ступеней" функционала (31 ) и выбрать из них наименьший. Поскольку каждая "ступенька" отражает конкретную схему включения передач, то, найдя самую "низшую" из них, можно определить наилучшую схему переключения.
Моделирование движения по скоростной дороге Автополигона
С помощью предложенной комплексной программы было проведено моделирование движения автопоезда полной массой 26805 кг в стандартной комплектации с автомобилем КамАЗ-5410 в качестве тягача по скоростной дороге Автополигона (НИЦИАМТ). Расчет был проведен для разных комбинаций алгоритмов переключения передач (наилучшего по расходу топлива и стандартного), коэффициентов использования мощности и (100, 85 и 70 процентов), а также скоростей ограничения vorp. (100, 85 и 70 км/ч). При оптимизированном алгоритме переключения и без ограничения скорости движения коэффициент использования мощности при разгоне принимался равным 100, 85 и 70 процентам, затем при коэффициенте использования мощности при разгоне равном 100 %, скорость ограничения равнялась 100, 85 и 70 км/ч. Таким же образом варьировались коэффициент использования мощности и скорость ограничения при стандартном (по рекомендациям ГОСТ [12]) алгоритме переключения. В табл. 27 приведены результаты расчетов.
В табл. 28-29 приведены результаты моделирования движения того же автомобиля, но вместо коэффициентов (параболы) топливной характеристики были подставлены значения коэффициентов экологических характеристик - выбросов СО и сажи. Максимальная скорость движения не ограничивалась (ограничение скорости не устанавливалось). Коэффициент использования мощности принимался равным 100 процентам.
На основании данных табл. 27 рассчитана относительнаяразница времени движения, расхода топлива и удельной производительности для случаев с изменяющимся коэффициентом использования мощности и скоростью ограничения. Результаты расчёта приведены в табл. 30. Знак «+» показывает увеличение значения в случае применения оптимального алгоритма, знак «-», - соответственно, уменьшение.
На основании представленных в табл. 27-30 результатов можно сделать следующие выводы: только за счет подбора скоростных параметров алгоритма переключения передач (последовательности и моментов включения) при неравномерном движении на базе минимизации расхода топлива, т.е. без оптимизации коэффициента использования мощности можно снизить путевой расход топлива на 3-4 %, а вредные выбросы - на 9-12 %; удельная производительность возрастает на величину до 4 %, а общее время и средняя скорость движения ухудшаются весьма незначительно, на величину меньшую 2 %. Лишь в случае минимизации выбросов СО это ухудшение составляет 4 %, что также можно считать незначительным. Таким образом, несмотря на незначительное увеличение времени движения, эффективность (в т.ч. экологическая) перевозки в целом возрастает; при постоянном коэффициенте использования мощности оптимизация алгоритма переключения передач на баземинимизации расхода топлива при неравномерном движении даёт наибольший выигрыш при скорости движения, близкой к максимальной по технической характеристике (для КамАЗа порядка 85 км/ч). Без ограничения скорости относительный выигрыш растёт вместе с ростом коэффициента использования мощности, достигая максимума при и = 100 %. Следовательно, актуальность выбора наилучшего порядка переключения передач особенно велика при наибольшей загрузке двигателя и движении со скоростями, близкими к максимальной по технической характеристике автомобиля.
Для исследования влияния оптимизированных алгоритмов управления ступенчатой трансмиссией, а также влияния степени загрузки АТС на показатели перевозки в разных дорожных условиях проведены следующие серии расчётов для автопоездов с тягачами Mercedes 1735 и КамАЗ-5410 в трёх вариантах загрузки:1. В средних условиях с оптимизированным и стандартным управлением переключением;2. В лёгких условиях с оптимизированным и стандартным управлением переключением;3. В тяжёлых условиях с оптимизированным и стандартным управлением переключением.
Расчёты в каждой серии различаются коэффициентом использования мощности, который варьируется от 50 до 100 процентов с шагом 10%. Варианты загрузки - полная масса, а также Vi и 3Л полной массы. Для моделирования движения в средних условиях использовалась скоростная дорога Автополигона, в лёгких условиях - слабохолмистая дорога Волоколамск-Монтажное (протяжённость 27,7 км), в тяжёлых условиях
