Моделирование расхода топлива автомобилями на базе ездового цикла в низкотемпературных условиях эксплуатации

• Автор: Маняшин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.22.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Факторы, влияющие на режимы движения автомобиля в городе

1.2. Назначение, характеристики и основные типы ездовых циклов автомобилей

1.3. Особенности ездовых циклов в различных странах

1.3.1. Европейские ездовые циклы

1.3.2. Американские ездовые циклы

1.3.3. Японские ездовые циклы

1.3.4. Проект «Artemis»

1.3.5. Российские ездовые циклы

1.3.6. Анализ характеристик существующих ездовых циклов
1.4. Методы получения стандартных ездовых циклов
1.5. Влияние температуры воздуха и режима движения на топливную экономичность автомобиля
1.5.1. Режим движения
1.5.2. Температура воздуха
1.5.3. Дифференцированное нормирование расхода топлива
1.6. Взаимосвязь характеристик ездового цикла, температуры окружающей среды и топливной экономичности
1.7. Выводы. Задачи исследования
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Общая методика исследований
2.2. Теоретическое обоснование синтеза городского ездового цикла в условиях низких температур
2.2.1. Общая структура цикла
2.2.2. Особенности установившегося режима движения автомобиля
2.2.3. Методика формирования типичного ездового цикла
2.3. Имитационная модель процесса расхода топлива при движении автомобиля в ездовом цикле
2.3.1. Обоснование дискретного характера имитационной модели
2.3.2. Выбор системы моделирования
2.3.3. Разработка общей структуры модели
2.3.4. Функциональные зависимости между элементами модели
2.4. Выводы по главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований
3.2 Методика экспериментальных исследований
3.2.1 Общая методика экспериментальных исследований
3.2.2. Оборудование для проведения экспериментальных исследований
3.2.3. Программное обеспечение для автоматизированного проведения эксперимента
3.3. Обеспечение репрезентативности выборки и необходимой
погрешности измерений
3.3.1. Выбор способа отбора данных

3.3.2. Определение минимального объема выборки для исследования скоростного профиля
3.3.3. Определение минимального объема выборки при определении характеристик цикла
3.3.4. Число повторных измерений при определении численных значений параметров математических моделей
3.4. Методика обработки экспериментальных данных
3.4.1. Программное обеспечение предварительной обработки данных эксперимента
3.5. Результаты экспериментальных исследований скоростных профилей
3.5.1. Распознавание составляющих цикла движения и предварительная обработка данных
3.5.2. Результаты кластерного анализа данных о режиме движения автомобилей
3.5.3. Компоновка типичных циклов из набора кластеров
3.6. Определение параметров математических моделей
3.7. Проверка адекватности имитационной модели
3.7.1. Оценка точности имитационной модели
3.7.2. Моделирование расхода топлива при движении но ездовому циклу
3.7.3. Моделирование прогрева на холостом ходу
3.8. Выводы по главе
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Определение условий формирования ездового цикла автомобиля и расхода топлива в зимний период
4.1.1. Исследование закономерностей формирования ездового цикла при низких температурах воздуха
4.1.2. Моделирование прогрева на холостом ходу в условиях отрицательных температур
4.1.3. Моделирование прогрева ДВС автомобиля в движении в зимний период
4.1.4. Исследование процесса расхода топлива при движении автомобиля по типичным ездовым циклам в условиях низких температур
4.1.5. Исследование расхода топлива и времени прогрева на холостом ходу в условиях отрицательных температур окружающей среды
4.2. Методика получения и использования ездового цикла
4.2.1. Синтез ездового цикла
4.2.2. Использование цикла в имитационной модели
4.3. Практическое использование результатов имитационного моделирования
4.3.1. Методика разработки дифференцированных норм расхода топлива с учетом режима движения и температуры окружающей среды
4.3.2. Методика определения и использования оптимального времени прогрева двигателя автомобиля перед началом эксплуатации
4.4. Оценка экономического эффекта
4.4.1. Расчет экономического эффекта от внедрения оптимального времени прогрева двигателя автомобиля перед началом эксплуатации
4.4.2. Расчет экономического эффекта от внедрения дифференцированного нормирования расхода топлива с учетом низких температур и условий хранения автомобиля
4.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ
Движение автомобиля в условиях современного города представляет собой постоянный процесс изменения скорости, в отличие от условий движения по внегородским дорогам, где скорость большую часть времени поддерживается на постоянном уровне. Ярким подтверждением влияния ездового цикла на удельный эксплуатационный расход топлива могут служить данные ЕРА (U.S. Environmental Protection Agency) об удельном пробеге в милях для городского и загородного испытательных циклов. Эти данные свидетельствуют, что при испытании по городскому циклу топливная экономичность примерно на 50% меньше, чем при испытаниях по загородному циклу [89].
- Показатели топливной экономичности в городских условиях хуже вследствие влияния различных факторов, важнейшим среди которых являются особенности конструкции марки и модели автомобиля, его силового агрегата и трансмиссии. В городском цикле ЕРА значительная часть энергии топлива теряется в тормозной системе. На эксплуатационный расход топлива автомобилем в городе влияют средняя протяженность поездки, средняя скорость и другие факторы [89]. Особенностью современных автомобильных двигателей является то, что всякое изменение скорости как в большую, так и в меньшую сторону существенно влияет на величину удельного расхода топлива, приходящегося на единицу пробега. В технических характеристиках своих автомобилей автопроизводители, как правило, указывают три значения удельного расхода топлива:
- при движении с постоянной установившейся скоростью;
- в городском цикле;
- в смешанном цикле.
Для объективной оценки топливной экономичности автомобиля необходимо, чтобы характеристики городского цикла, воспроизводимые при

Продолжение табл. 1.
1 2 3 4 5 6
Япония 10-15 mode (холодный старт) 120 4084 39,1 60 Двигатель прогрет до рабочей температуры
10-15 mode (горячий старт) 135 3980 24,15
1.4. Методы получения стандартных ездовых циклов
Ранее ездовые циклы получали путем длительных экспериментальных исследований, с использованием специально оборудованных автомобилей -ходовых лабораторий. Путем обработки собранных в наиболее крупных городах СССР экспериментальных данных были получены ездовые циклы ГОСТа 20306-90 [16]. Конечно, уровень автомобилизации в тот период и в современных условиях кардинально различается. В последнее время получили большое распространение искусственные или синтетические ездовые циклы.
Постоянные исследования по разработке и совершенствованию ездовых циклов проводят в США лаборатории ЕРА и SAE. Например, лаборатория ЕРА впервые при разработке циклов использовала электронную базу данных эксперимента - накопление данных о реальных скоростных профилях в файлах [118]. Там же использовали так называемые «driving pattem» - элементарные составляющие циклов или фазы движения автомобиля [120]. Европейские ученые впервые использовали кластерный анализ и цепи Маркова при синтезе ездового цикла [122, 103, 104, 124]. В настоящее время ведутся работы над проблемой сокращения времени и затрат для получения типичных ездовых циклов, соответствующих заданным условиям движения.