7.6 Определение экономичных режимов вождения автомобилей с помощью ms Excel

Одним из путей повышения эффективности использования автомобилей является внедрение в эксплуатацию рациональных методов их вождения. В процессе движения автомобиля следует использовать режимы работы двигателя, обеспечивающие наименьший расход топлива в соответствии с его многопараметровой топливной характеристикой.

Для отдельных моделей автомобилей (например, КамАЗ) разработаны и включены в инструкцию по эксплуатации конкретные рекомендации по экономичному стилю вождения в различных эксплуатационных условиях, однако для большинства других моделей таких рекомендаций нет. Определение экономичных режимов вождения каждой конкретной модели в различных условиях движения является сложной задачей, требующей проведения большого объёма расчётных и экспериментальных исследований. Однако для асфальтобетонных дорог в равнинной и слабохолмистой местностях это можно сделать оперативно, путём совместного построения многопараметровой характеристики двигателя и графиков зависимости скорости движения автомобиля от частоты вращения коленчатого вала (KB) для различных передач коробки передач (КП).

Статистической обработкой топливно-экономических характеристик двигателей внутреннего сгорания установлено [9], что удельный расход топлива определяется удельным расходом при максимальной мощности двигателя, а также степенью использования мощности и частоты вращения КВ. Под степенью использования мощности "И" понимается отношение мощности двигателя при рассматриваемом режиме работы Ng к его мощности по внешней характеристике Ne при данной частоте вращения KB, а под степенью использования частоты вращения KB "E" - отношение текущего значения частоты вращения KB ne к частоте вращения при максимальной мощности nN.

g_e = g_eN * K_И * K_E,

где g_eN- удельный расход топлива при максимальной мощности, г/кВт*ч; К_И и K_E - коэффициенты, зависящие от степени использования мощности и частоты вращения KB двигателя. Для дизельных двигателей:

К_И= 1,2 + 0,14* И -1,8* И² +1,46* И³;

Для карбюраторных двигателей:

К_И= 3,27 - 8,22* И -9,13* И² - 3,18* И³;

К_E определяется для всех типов двигателя по формуле:

К_E = 1,25 - 0,99 * Е + 0,98 * Е² - 0,24 * Е³

Мощность двигателя по внешней скоростной характеристике определяется с помощью зависимости:

N_E = N_{E MAX} * (a * E + b * E² - c * E³),

где а, b, с - коэффициенты, значения которых зависят от типа и конструкции двигателя; NK - текущее значение мощности двигателя по внешней скоростной характеристике для заданного значения угловой скорости KB двигателя; N_{E MAX} - максимальная мощность двигателя.

Зависимость крутящего момента от угловой скорости KB имеет вид:

M_E = M_N * (a + b * E - c * E²),

где M_N - крутящий момент при максимальной мощности, Н*м; М_E -текущее значение крутящего момента по внешней характеристике, Н*м.

где Км - коэффициент приспособляемости по моменту; KN - коэффициент приспособляемости по частоте вращения.

где M_{E MAX} - максимальный крутящий момент; n_N - частота вращения KB при максимальной мощности; n_M - частота вращения KB при максимальном крутящем моменте.

Расчёт многопараметровой характеристики двигателя можно полностью автоматизировать и осуществить в среде табличного процессора Excel пакета MS Office. Рассмотрим процесс создания программы на примере определения экономичных режимов вождения автобуса ЛАЗ-699 с двигателем ЗИЛ-375я5:

1. Создаем файл электронной книги с названием "Топл_хар_ка_ПРОГРАММ.х15". Первые два листа книги называем "Расчет_карб_ДВС" и "Расчет диз_ДВС" (см. рис. 3.9). В соответствии с вышеизложенной методикой в ячейки листов вводим формулы для расчета текущих значений N_e, M_e и g_e при заданных значениях n_e

Рис. 3.9. Форма ввода исходных данных в программу

2. Ячейки, залитые серым цветом, предназначены для ввода исходных данных с параметрами автомобиля и двигателя:

• - Тип двигателя (дизельный или карбюраторный - вводим соответственно "Д" или "К") - ячейка D1.

• - Марка двигателя - ячейка С1.

• - Максимальная мощность - ячейка С4.

• - Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности - ячейка С5.

• - Максимальный крутящий момент - ячейка С7.

• - Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном моменте - ячейка С6.

• - Удельный часовой расход топлива - ячейка С8.

• - Радиус колеса - ячейка С9.

• - Передаточное число главной передачи - ячейка С10.

• - Частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу ячейка С11.

• - Передаточные числа коробки передач - ячейки Е4:Е9.

3. Просмотр результатов расчетов. На листе "Расчёт_карб_ДВС" в диапазоне ячеек A17:J31 расположена таблица с рассчитанными параметрами удельного расхода топлива многопараметровой характеристики (рис. 3.10).

Рис. ЗЛО. Результаты расчета удельного расхода топлива

4. Графическое представление многопараметровой характеристики в виде поверхности. На листе "МПХ_(Вид_сбоку) "; "МПХ_(Вид_спереди) "; "МПХ_(Вид_сверху) " представлены виды многопараметровой топливной характеристики соответственно спереди, сбоку и сверху, построенные с помощью мастера диаграмм (см. рис. 3.11,3.12, и 3.13).

5. На листе "Скорость" построены графики скоростей движения автомобиля на всех передачах (рис. 3.14).

Для расчета скоростей движения автобуса и построения графиков использована формула:

где V_a - скорость автобуса, км/час; n_e - текущее значение частоты вращения KB, об/мин; r - радиус колеса автобуса, м; U_гп - передаточное число главной передачи; U_кп - предаточное число коробки передач.

Рис. 3.11. Вид топливной характеристики сбоку

Рис. 3.12. Вид топливной характеристики спереди

Рис. 3.13. Вид топливной характеристики сверху (справа указана легенда с диапазонами удельного расхода топлива)

Определив с помощью топливной характеристики оптимальный диапазон частоты вращения KB двигателя по графику (рис. 3.14) можно найти рекомендуемые скорости движения автобуса на разных передачах КП.

6. Расчет рекомендаций по режимам движения. Зная оптимальный диапазон частоты вращения KB по критерию минимального удельного расхода топлива, рекомендуемые скоростные режимы движения автомобиля на различных передачах КП можно рассчитать используя формулу (*) в следующем порядке.

На листе "Рекомендации" в ячейку А4 вводим значение минимальной частоты вращения KB;

В ячейку В4 вводим значение максимальной частоты вращения KB (для удобства эти ячейки выделены серым цветом, см. рис. 3.15).

В таблице "Рекомендации по режимам движения" (рис. 3.15) автоматически рассчитываются оптимальные скорости движения автомобиля:

- Минимальная и максимальная скорости движения на i-той передаче (диапазон ячеек E3:F8).

- Рекомендуемая скорость переключения на повышенную передачу (диапазон ячеек G3:G8).

Рис. 3.14. Графики скоростей движения автомобиля

Таким образом, имея ограниченный объем исходных данных по характеристикам автомобиля и двигателя, можно оперативно определить оптимальные режимы вождения автомобилей разных марок для использования в реальной эксплуатации.

Рис. 3.15. Таблица рекомендаций по режимам движения (является итогом вычислений)