6 - 1 Исследовательский раздел (Программное средство исследования динамики движения автомобиля), страница 2

где r – коэффициент демпфирования, полученный при _д=1.

Значения ; n₁; M_e; n_x вычисляются при обработке полученной в эксперименте внешней скоростной характеристики двигателя.

Выражение (1.1) записано для случая полного открытия дроссельной заслонки (_д=1). Частичное же открытие дроссельной заслонки _д зависит от положения педали управления _n.

Это преобразование определяется соотношением[7]:

( 1.7 )

которое может быть использовано в случае задания в качестве входной координаты _n.

Кроме того, при уменьшении _д происходит сдвиг максимальных значений эффективных моментов в сторону уменьшения текущих значений оборотов вала двигателя. Это объясняется тем, что постоянная T_n(_д) сохраняет свое значение только при фиксированных положениях дроссельной заслонки. С уменьшением _д постоянная T_n(_д) уменьшается, а особенность формализуется выражением[7]

( 1.8 )

где T_n – постоянная, полученная для внешней скоростной характеристики (_д=1);

k_с – коэффициент, учитывающий сдвиг максимальных значений эффективного момента в зависимости от _д.

Кроме того, с уменьшением _д в силу понижения давления цикла, уменьшения количества тепла, выделяющегося при сгорании и более медленном его протекании, растут относительные механические потери. Это приводит к тому, что рассеяние энергии растет с уменьшением _д[7]

( 1.9 )

где k_ – коэффициент влияния _д на рассеяние энергии в двигателе.

Коэффициенты k_с и k_ определяются в результате обработки экспериментальных частичных скоростных характеристик двигателя.

Подставив выражения (1.2), (1.8), (1.9) в уравнение (1.1) получаем

( 1.10 )

Уравнение (1.10) описывает область возможных значений эффективного момента в зависимости от положения дроссельной заслонки и оборотов вала двигателя. В случае, если в качестве входной используется координата _n, то (1.10) дополняется выражением (1.7).

1. Математическая модель учета топливной экономичности автомобильных двигателей

Проблема повышения топливной экономичности автомобиля является одной из самых актуальных. Вопросы по ее решению в основном связаны с совершенствованием конструкций двигателя и автомобиля, улучшением характеристик шин, с процессами оптимизации управляемого продольного и бокового движения автомобиля и так далее. В этих вопросах есть ряд общих связей, позволяющих построить общую структуру модели системы, дающей возможность достаточно простым путем решить ряд важных задач. Для этого необходимо выявить и формализовать взаимосвязи параметров управляемого движения автомобиля с характеристиками его экономичности.

Топливная экономичность автомобиля чаще всего определяется расходом топлива, отнесенным к пройденному пути, и может быть определена из выражения:[14]

( 1.11 )

где g_x – расход топлива на единицу пробега;

g_t – расход топлива в единицу времени;

g_e – удельный расход топлива;

с – коэффициент, учитывающий размерности и плотность топлива,

V – скорость движения автомобиля.

Физическая трактовка выражения (1.11) сводится к тому, чтобы при меньшей мощности двигателя добиться большей скорости движения.

Следует отметить, что такое упрощенное представление формулы (1.11) может иметь силу лишь в том случае, если удельный расход является величиной постоянной или изменялся по линейному закону. На самом же деле g_e является достаточно сложной функцией, требующей особого анализа для выявления законов преобразования исходной информации. К тому же добиться относительно высокой скорости можно при повышенном общем передаточном числе i трансмиссии и чрезмерном увеличении оборотом двигателя. При этом мощность двигателя может существенно уменьшиться.

Для получения такой зависимости в дипломном проекте используется следующий прием[14]:

( 1.12 )

( 1.13 )

где M_e – эффективный момент двигателя;

_e – угловая скорость вращения вала двигателя;

r_кс – радиус свободно катящегося колеса;

_k – угловая скорость чистого качения колеса.

Угловая скорость _k вычесляется из уравнений связей продольного движения колеса[14]:

( 1.14 )

( 1.15 )

_с – относительная угловая скорость скольжения колеса;

_ус – угловая скорость упругого скольжения;

_фс – угловая скорость, связанная с фрикционным срывом контакта относительно опоры.

С учетом (1.12)…(1.15) выражение (1.11) имеет вид:

( 1.16 )

Анализ уравнения (1.16) показывает, что эффективным мероприятием снижения расхода топлива является обеспечение движения с наименьшим общим коэффициентом передачи трансмиссии автомобиля при минимальных значениях угловых скоростей скольжения и минимальном удельном расходе g_e.

Процесс отыскания минимального значения g_e является достаточно сложной задачей, требующей, в первую очередь, раскрытия функциональной зависимости удельного расхода от влияющих на него факторов.

Экспериментальные и теоретические исследования, приведенные в [16], показывают, что удельный расход существенно зависит от разрежения во всасывающем коллекторе или в трубопроводе P_т, то есть

( 1.17 )

Разрежение P_т вычисляется по формуле

( 1.18 )

где P_a – давление впуска;

P₀ – атмосферное давление.

Давление впуска является, в свою очередь, функцией степени открытия дроссельной заслонки и числа оборотов двигателя n

( 1.19 )

Для определения P_a используется уравнение

( 1.20 )

где – рабочий объем одного цилиндра;

f_c – средняя площадь впускного отверстия;

_с – коэффициент сопротивления впускного трубопровода;

,

где _c – степень сжатия рабочей смеси.

Уравнение (1.20) не может полностью раскрыть функциональную зависимость (1.19), так как в (1.20) отсутствует координата у. Вместе с тем из анализа графика (рисунок 1. 2) следует, что влияние _д на P_c весьма существенно.

Для конкретного двигателя параметры ; f_c; _c и _с могут быть приняты постоянными, поэтому уравнение (1.20) можно записать в виде:

( 1.21 )

где k – постоянный коэффициент.

Это выражение справедливо для случая, когда _д=1. Заметим, что величина _с зависит от степени открытия дроссельной заслонки. Следовательно, коэффициент k, в случае _д=1, является функцией координаты _д. Такая зависимость может быть аппроксимирована уравнением[16]

( 1.22 )

где – постоянный коэффициент, определяемый при _д=1;

k_k – коэффициент, характеризующий степень влияния _д на величину коэффициента k.

На рисунке 1.3 показана зависимость P_a=f(_д). Для получения этой зависимости необходимо построить интерполирующую функцию, принимающую в узлах интерполяции значения, близкие или совпадающие с экспериментальными. В качестве интерполирующей функции можно использовать например полиномиальную зависимость, но ее коэффициенты не будут отражать реальные физические процессы, происходящие в объекте.

Р
ассматривая процессы, происходящие в двигателе внутреннего сгорания, можно заметить, что многие из них носят экспоненциальный характер. Действительно, анализируя расположение экспериментальных точек на графике (рисунок 1. 3), можно отметить, что экспонента является наиболее приемлемой интерполирующей функцией:

( 1.23 )

где T_ – постоянная, характеризующая при заданном числе оборотов интенсивность изменения давления P_a в функции _д.

Таким образом, чтобы раскрыть зависимость (1.19), необходимо из уравнения (1.21) вычесть (1.23) и результат записать с учетом (1.19)

( 1.24 )

1. Обоснование выбора средств разработки

Все методы исследования делятся на аналитические, статистические, логические, лингвистические, графические и др.

В данном дипломном проекте в качестве метода исследования выбрано аналитическое моделирование, реализованное на виртуальном стенде в среде программирования Delphi это обусловлено использующими отображениями.

В проектах по Delphi можно использовать не только библиотеку компонентов Delphi, но и код, написанный на Object Pascal, а также формы и модули Delphi. Поддерживается визуальное наследование форм и модулей данных, в том числе и созданных в Delphi. Эти возможности появились благодаря включению в Delphi обоих компиляторов Delphi и C++BuiIder.

Это означает, что можно создавать общие проекты, используя оба средства разработки C++BuiIder и Delphi. Части одного приложения могут быть созданы с помощью двух средств и к работе над проектом можно привлекать разработчиков, использующих как Delphi, так и C++.

Delphi предоставляет программисту широкие возможности повторного использования кода не только за счет наличия библиотеки компонентов, но и за счет поддержки стандарта ActiveX, что позволяет встраивать в приложения ActiveX-компоненты как сторонних производителей, так и созданные собственноручно с помощью самого Delphi.

Немаловажным фактором, влияющим на популярность этого продукта, является его открытость, заключающаяся в возможности создания не только дополнительных компонентов и элементов ActiveX, улучшающих функциональность приложении, но и различных экспертов, редакторов свойств компонентов, улучшающих функциональность самой среды разработки.

Следует отметить, что эффективность разработки и отладки приложений достигается не только за счет использования удобных средств визуального проектирования форм, но и за счет, во-первых, высокой производительности самих компиляторов Borland и, во-вторых, так называемой инкрементной компиляции и компоновки исполняемого модуля (когда перекомпиляции и перекомпоновке подвергаются только те модули, в которые были внесены изменения).

1. Постановка задачи

В соответствии с проведенным анализом, общую задачу, решаемую в дипломном проекте, можно сформировать следующим образом. Необходимо разработать программу для автоматизации процесса исследования динамики продольного и бокового движения автомобиля.

Программа должна реализовать аналитическую модель динамики управляемого движения, использующию следующую входную информацию (таблица 1.1, 1.2)

Таблица 1.1 – Параметры главного меню

Таблица 2.5 – Конструктивные параметры

Входная информация должна вводиться с клавиатуры, при этом, реализуется контроль вводимых диапазонов.

Разработанное программное средство должно использоваться на автоматизированных рабочих местах студентов и преподавателей, работающих под управлением Windows XP.

Выходная информация предоставляется в цифровом,табличном и графическом виде.

25