ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 8
1.1 АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 9
1.2 СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ 13
1.3 СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРАНСМИССИИ 17
2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯМЫЕ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СУММАРНОЙ СИЛЫ
СОПРОТИВЛЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТОВ 20
2. 1 МЕТОД НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ 20
2.2 МЕТОД АРКТАНГЕНС 22
2.3 СПЛАЙН-МЕТОД 25
3. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗГОН 27
4. РАСЧЁТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 30
4. 1 ОПИСАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ 30
4.2 РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 31
4.3 ИНСТРУКЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 32
5. РАЗРАБОТКА РАСЧЁТНОГО МОДУЛЯ ПО ВЫБРАННОЙ МЕТОДИКЕ НАХОЖДЕНИЯ
КОЭФФИЦИЕНТОВ СУММАРНОЙ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ 34
5.1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ 34
5.2 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ 35
5.3 ВЕРИФИКАЦИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
ПРИЛОЖЕНИЕ
В настоящее время задачи по повышению энергоэффективности транспортных
средств становятся все более важными. С этой целью проводятся исследования автомобилей на потребительские свойства: топливная экономичность, скоростные
свойства, объём выхлопов (экологичность).
Для оценки энергетической эффективности и топливной экономичности
транспортного средства (ТС) применяют различные частные и комплексные критерии, такие как максимум производительности ТС, минимум энергоёмкости в виде
удельного расхода топлива и другие. Эти критерии зачастую являются неоднозначными и противоречащими друг другу. Прямые топливно-энергетические затраты
наиболее полно и комплексно характеризуют ТС и режимы его работы. По их минимуму можно находить оптимальные нагрузочные режимы и соответствующие им
оптимальные энергетические и технико-экономические параметры ТС [3].
При эксплуатации показатели автомобилей постоянно меняются, причём чаще
в сторону ухудшения. Изменения необходимо отслеживать, особенно те, что повышают расход топлива. Однако сегодня не обеспечивается качественная проверка тяговых и экономических свойств автомобиля из-за недостатка тяговых стендов. Поэтому важно совершенствовать методы измерения нужных показателей.
При исследовании технических систем могут использоваться теоретические и
эмпирические методы. Каждое из этих направлений обладает относительной самостоятельностью, имеет свои достоинства и недостатки. В общем случае, теоретические методы в виде математических моделей позволяют описывать и объяснять
взаимосвязи элементов изучаемой системы или объекта в относительно широких
диапазонах изменения переменных величин. Однако при построении теоретических
моделей неизбежно введение каких-либо ограничений, допущений, гипотез и т.п.
Поэтому возникает задача оценки достоверности (адекватности) полученной модели
реальному процессу или объекту. Для этого проводится экспериментальная проверка разработанных теоретических моделей. Практика является решающей основой
научного познания.
Проводятся испытания на полигонах в условиях магистралей, городских циклов и по пересеченной местности. Полигонные испытания отличаются высокой
стоимостью. Разрабатываются математические модели, которые воспроизводят условия натурного эксперимента. Если модель адекватна, это позволяет исследовать
динамику автомобиля при различных режимах движения, значит, сокращает затраты
[1].
В качестве экспериментальных исследований в данной ВКР являются кривые
выбега автомобиля.
Область применения рассматриваемой задачи: автомобильная промышленность, наукоёмкое машиностроение и инженерное подразделение.
Объектом исследования является автомобиль КАМАЗ-5308. Это двухосный
грузоподъёмностью 7,7 тонн, бортовой автомобиль семейства 4308.
Цель исследования - разработка и реализация программного продукта по определению коэффициентов суммарной силы сопротивления по характеристике «разгон–выбег».
Для реализации данной цели необходимо выполнить ряд задач:
1. Анализ математических методов для получения коэффициентов суммарной силы сопротивления по кривой выбега;
2. Разработка расчётного модуля 1 на основе выбранной методики;
3. Разработка расчётного модуля 2 для построения графика разгона на основе выходных данных расчётного модуля 1;
4. Формирование требований к программному продукту на основе пожеланий заказчика;
5. Разработка интерфейса с учётом требований к инженерным продуктам;
6. Верификация работоспособности программного продукта;
7. Получение выходных данных для разработки математических и имитационных моделей КАМАЗ;
8. Выполнить оценку эффективности внедрения предложенных разработок.
В данной ВКР был разработан и реализован программный продукт по определению коэффициентов и суммарной силы сопротивления по характеристике «разгон–выбег».
Все поставленные цели были выполнены, а именно:
1. Были проанализированы математические методы для получения коэффициентов суммарной силы сопротивления по кривой выбега;
2. Разработан расчётный модуль 1 на основе выбранной методики;
3. Разработан расчётный модуль 2 для построения графика разгона на основе выходных данных расчётного модуля 1;
4. Были формированы требования к программному продукту на основе
пожеланий заказчика;
5. Разработан интерфейс с учётом требований к инженерным продуктам;
6. Проведена верификация работоспособности программного продукта;
7. Были получение выходные данные для разработки математических и
имитационных моделей КАМАЗ;
8. Проведена оценка эффективности внедрения предложенных разработок.
На основе сравнений математических методов для определения суммарной
силы сопротивления и коэффициентов:
1. МНК 5-го порядка;
2. Метод арктангенс;
3. Сплайн-метод.
И с учётом существующих недостатков было решено использовать метод
МНК 5-го порядка, изложенный в диссертации В.С.Карабцева.
В результате исследований была верифицирована методика по уточнению коэффициентов сил сопротивления при движении автомобиля в режиме выбега.
И с учётом полученных выходных данных по выбегу была построена характеристика разгона автомобиля.55
Практическая значимость разработки заключается в конструировании оптимальных комплектаций автомобиля, в разработке рекомендаций для улучшения топливной экономичности и скоростных свойств автомобиля.
Научная значимость состоит в совершенствовании методик верификации расчётных моделей на концептуальном этапе проектирования и на этапе доводки конструкции, благодаря совмещению натурных и виртуальных испытаний.
Верификация показала, что полученные результаты достаточно близки к результатам реальных испытаний, проведенных в условиях полигона, а значит, разработанный программный модуль достаточно точно выполняет расчёты и строит характеристики.
