автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка расчетного метода совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля

На правах рукописи

Вохминов Денис Евгеньевич

РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОГО МЕТОДА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.05.03 «Колесные и гусеничные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

На правах рукописи

Вохминов Денис Евгеньевич

РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОГО МЕТОДА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.05.03 «Колесные и гусеничные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004

Работа выполнена на кафедре «Специальные автомобили и бортовые информационно-управляющие системы» Московской государственной академии приборостроения и информатики.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Московкин В.В. ФГУП ГНЦ РФ «НАМИ»

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Ефграфов А.Н.

кандидат технических наук, доцент Анкинович Г.Г.

Ведущая организация

ФГУП "Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта (НИИАТ)"

Защита диссертации состоится «23» сентября 2004 г. в 16 часов на заседании специализированного Совета Д212.140.01 в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 105839. ГСП. Г.Москва, ул. Б.Семеновская. 38. МГТУ «МАМИ». ауд. Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МГТУ «МАМИ».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь специали>го

Совета Д212.140.01

доктор технических наук, професо

Бахмутов СВ.

РОС. НАЦИОНАЛЫ БИБЛИОТЕКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Ухудшение экологической обстановки в стране и в мире, а также принципиальные недостатки существующей системы нормирования и контроля выбросов вредных веществ автотранспортных средств создают предпосылки для применения новой политики в государственном регулировании выбросов вредных веществ (ВВВ). Поскольку выбросы тесно связаны с расходом топлива, эта политика одновременно будет способствовать решению двух важнейших вопросов современности: охране окружающей среды и сбережению энергоресурсов.

Цель исследования

Разработка расчетного метода для определения расхода топлива и выбросов вредных веществ при движении автотранспортных средств по типизированным маршрутам с целью оценки реального ущерба наносимого окружающей среде автотранспортными средствами.

Методика исследования

Использованы программы: МВК (программный пакет для комплексных исследований автомобиля), Microcal Orign, Microsoft Excel (для построения графических зависимостей). Численные решения и их графическое представление получены с помощью ЭВМ.

Научная новизна

Установлена аналитическая взаимосвязь между выбросами вредных веществ, расходом топлива и конструктивными параметрами автотранспортных средств (массой; колесной формулой; типом, мощностью и рабочим объемом двигателя; числом ступеней в коробке передач и диапазоном между ними; мощностью моторного тормоза и т.п.) при их движении по различным дорогам (скоростная Дмитровского автополигона, динамометрическая) и маршрутам (участок городского движения с переменными профилем, ограничениями скорости и остановками; автобусные маршруты различных назначений; горный участок (Памир), участок Штутгартского кольца и т.д.).

Практическая ценность заключатся в уменьшение сроков и стоимости работ, направленных на повышение топливной экономичности и снижение выбросов вредных веществ у АТС.

Основные положения, представляемые к защите

1. Уточненная структура gis - удельного индикаторного расхода топлива, нового показателя, который предложено использовать в расчетных исследованиях вместо ge (удельного эффективного расхода топлива).

2. Методика поэлементного анализа силового и топливного балансов автомобиля.

3. Оценка адекватности разработанной математической модели на основе данных полученных из независимых источников.

4. Метод государственного регулирования выбросов вредных веществ, основанный на оценке реального ущерба наносимого окружающей среде автотранспортными средствами.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований были использованы для докладов на научно-практических конференциях МГАПИ; на конференции «Автомобиль и техносфера» (ICATS'2003) (г.Казань, июнь 2003 г.); на Первом международном автомобильном научном форуме, посвященным 85-летию НАМИ (ноябрь 2003 г.)

Основные этапы и положения данной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Специальные автомобили и бортовые информационно-управляющие системы» МГАПИ (май 2000 г, декабрь 2001 г., июль 2002 г.), кафедры «Автомобили» МГТУ «МАМИ» (июнь 2003 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано шесть работ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных источников. Диссертация изложена на 121 странице основного машинописного текста, содержит 27 рисунков, 24 таблицы, 2 приложения и список источников из 104 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы цель исследования и решаемые задачи.

В первой главе проведен анализ существующих методов для исследования и расчета скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля. Рассмотрены характерные особенности экспериментальных и расчетных методов. Приводятся доводы из отечественной и мировой практики в пользу того что, стоимость испытаний на топливную экономичность достаточно высока. Проведен анализ современных расчетных методов. Расчетные методы на практике используются, в основном только для простейших режимов движения. Это связано с тем, что используемые в них зависимости, как правило, не учитывают преимущественные режимы движения автомобиля: неустановившееся движение при частичном использовании мощности двигателя, торможение двигателем и моторным тормозом, движение на уклонах и подъемах и т п. Показывается, что существуют различные методики нормирования расхода топлива на автомобильном транспорте.

Оперативность и относительная дешевизна расчетных исследований, по сравнению с экспериментальными, служат причиной создания точных методов расчета, использование которых будет способствовать снижению сроков и стоимости работ, направленных на совершенствование топливно-экологических параметров автомобилей.

Во второй главе показано использование индикаторных показателей для моделирования движения автомобиля.

В общем случае движения автомобиля его расход топлива и выбросы вредных веществ (ВВВ) зависят от двух основных параметров: среднего индикаторного давления газов в цилиндрах двигателя - р! и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя. Угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя определяется скоростью движения автомобиля, передаточными числами трансмиссии и радиусом качения колес. Индикаторное давление в цилиндрах двигателя - суммой всех видов механических потерь, передаточным числом трансмиссии и радиусом качения колес:

рДУЬ Ц 4л г

—— = Р +Р+Р +Р,+Р +Р+Р

м т тр Г ^ ^ с

к

где р, - среднее индикаторное давление в цилиндрах двигателя;

1 и УЬ - число цилиндров и рабочий объем одного цилиндра;

u

тр

и Г, - передаточное число трансмиссии и радиус качения колес;

Рм + Р., + РТр + Pf + Pw + Pj + Ра = P¡ - сумма сил сопротивления движению автомобиля, приведенных к его колесам. Их численное значение определяется суммой всех видов механических потерь, имеющих место при движении автомобиля: механических сопротивлений в двигателе - Рм (трение поршней о стенки цилиндров, привод насосов и системы газораспределения и т.п.), сопротивлений от привода вспомогательного оборудования - Рт (вентилятор, компрессор, генератор и т.п.), сопротивлений в трансмиссии - Ртр, сопротивления качению шин - Pf, аэродинамического сопротивления - Pw, сил инерции - Pj и сил затраченных на преодоление подъемов - Ра.

Расход топлива Qs в л/100 км зависит от величины произведенной двигателем механической работы (Pi-100 км), параметра gis, характеризующего степень совершенства двигателя как преобразователя заключенной в топливе энергии в механическую работу, и плотности топлива -

Qs=—Pi

Р

(2)

где gu - удельный индикаторный расход топлива, г/Н-100 км.

Численное значение gis определяет затраты топлива, необходимые для получения механической работы в 100000 Дж, что эквивалентно работе, которая затрачивается на преодоление силы в 1 Н на пути 100 км. Величина gis зависит от среднего индикаторного давления газов в цилиндрах двигателя - pi и его угловой скорости:

Sis

4P, я • rK 4iVh-uTp

-Po

+ PS

(3)

Sis и Sis ~ текущее и минимальное значение удельного индикаторного расхода

топлива Г г 1: Lh-iookmJ

и pg - коэффициенты, учитывающие изменение gis от Pj и û) ; р0 и (0о -точки перегиба зависимостей gis = f(p;) и gis = f(co); V-uT

co = -

-тр

-угловая скорость вращения выходного вала двигателя.

Многопараметровая характеристика о) имеет простой вид (см. рис. 1), кроме

того, образующие ее зависимости 815=А[со) И 2!$=й[р|) располагаются на поле графика с определенной закономерностью, что создает благоприятные условия для описания их формулами.

Расчет выбросов вредных веществ (ВВВ) осуществляется по аналогии с расходом топлива. Количественные значения ВВВ также зависят от двух основных параметров: среднего индикаторного давления газов в цилиндрах двигателя - pi и угловой скорости вращения • коленчатого вала двигателя. В каждый момент времени (0,05 с) эти параметры рассчитываются с помощью компьютерной программы МВК, а значения искомых величин снимаются с многопараметровых характеристик ВВВ (СО, НС, NOx и др.). Форма их идентична топливной многопараметровой характеристики и пример представлен на рисунке 2.

Получена формула для определения структуры gis:

Первое слагаемое данного уравнения характеризует удельные затраты топлива, необходимые для совершения единицы работы в 100 000 Дж, второе - тепловые потери связанные с преобразованием этой работы в механическую энергию.

В третьей главе показана возможность выявления резервов повышения скоростных свойств и топливной экономичности на основе поэлементного анализа силового и топливного балансов зарубежных аналогов.

Объектами расчетных исследований были автомобиль ВАЗ-11113 и его аналоги: Daewoo Matiz, Daihatsu Cuore, Fiat Seicento, Mercedes Smart.

Для решения данной, довольно сложной задачи, принято упрощение. Из рассмотрения исключено различие масс автомобилей. В связи с этим при испытаниях массы всех аналогов приняты как у автомобиля ВАЗ-11113 - 825 кг (645 кг + 180 кг). Таким образом, вместо 180 кг на Fiat Seicento устанавливается груз 90 кг, на Daewoo Matiz - 100 кг, на Daihatsu Cuore и Mercedes Smart no 105 кг.

В ходе расчетных исследований определялись параметры автомобиля ВАЗ-11113 и его аналогов при лабораторных и дорожных испытаниях. При лабораторных испытаниях моделировались два режима движения автомобиля равномерное движение с постоянной скоростью 90 км/ч и разгон с переключением передач от 0 до 80 км/ч. Дорожные испытания проводились на двух маршрутах городском и магистральном (скоростная дорога Дмитровского автополигона).

Движение с постоянной скоростью 90 км/ч и на магистрали. В данном режиме движения наименьший расход топлива у автомобиля Mercedes Smart - 3,9 л/100км, второе и третье место делят между собой ВАЗ-11113 и Daihatsu Cuore no 4,3 л/100км, на 4 и 5 местах Fiat Seicento и Daewoo Matiz с расходами топлива соответственно 4,9 и 5,2 л/100км. При этом наименьшее аэродинамическое сопротивление у автомобиля ВАЗ-11113, сопротивления ка-

(4)

чению шин у автомобиля Mercedes Smart, потери в трансмиссии примерно одинаковы у всех автомобилей, механические потерь в двигателе и потери на привод вспомогательного оборудования наименьшие у автомобиля Mercedes Smart. В результате наименьшее суммарное" сопротивление движению оказалось у автомобиля Mercedes Smart - 490 Н, наибольшее yv Daewoo Matiz - 609 Н, промежуточное положение занимают Fiat Seicento - 543 Н, ВАЗ-11113 - 561 Н и Daihatsu Cuore - 567 Н. *

Наименьшее значение удельного индикаторного расхода топлива - gls, который, ха--, растеризует совершенство рабочего процесса в данном режиме движения имеет двигатель" автомобиля Daihatsu Cuore - 5,75 r/Н-100км, на втором месте, не смотря на карбюраторный двигатель, ВАЗ-11113 - 5,99 г/Н-100км, на третьем месте Mercedes Smart - 6,12 г/Н-100км, четвертое место у автомобиля Daewoo Matiz - 6,4 г/Н-100км и пятое у Fiat Seicento - 6,76 r/Н- 100км.

Далее проводилось сопоставление ВАЗ-11113 с лучшим из аналогов - автомобилем Mercedes Smart, с учетом всех трех параметров, от которых зависит его расход топлива (5): суммарного сопротивления движению, удельного индикаторного расхода топлива - gis и плотности топлива.

где P,i — суммарная сила сопротивлений, действующих на первый из сравниваемых автомобилей, Н;

Р,2 — суммарная сила сопротивлений, действующих на второй из сравниваемых автомобилей, Н.

Результаты расчетов представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что расход топлива у ВАЗ-11113 на 10% больше, чем у автомобиля Mercedes Smart. Данная величина складывается из следующих составляющих. За счет механических потерь в двигателе, потерь на привод вспомогательного оборудования и сопротивления качению шин Mercedes Smart выигрывает 20 + 7 = 27%, при этом за счет аэродинамического сопротивления и потерь в трансмиссии проигрывает 11 + 1 = • 12%. В результате его суммарное сопротивление движению становится на 15% меньше (27% - 12%), чем у ВАЗ-11113. Окончательный результат (10%) складывается из того, что он имеет на 2% больший gis и более высокую плотность топлива 15-2-3=10%.

Результаты расчета автомобилей ВАЗ-11113 и Mercedes Smart

Автомобиль Расход топлива, л/100 км gis, г/Н 100км Р>з г/см Pi, H Рмх, H Ртр, H Pf, H Pw, H

(Т)ВАЗ-11ПЗ 4,4 5,99 0,76 561 182 29 103 247

^Mercedes Smart 3,9 6,12 0,74 490 84 31 71 304

Влияние на соотношение расходов топлива всех параметров и каждого в отдельности 10% -2% -3% 15% 20% -1% 7% -11%

^Mercedes Smart 4,0 6,12 0,74 490 84 31 71 304

(2) Sintez 3,6 5,84 0,74 460 114 29 70 247

Влияние на соотношение расходов топлива всех параметров и каждого в отдельности 11% 5% 0 6% -7% 1% 0 12%

Примечание. 1. За 100% принят расход топлива у объекта (¿)

2. Знак «-» перед значением % обозначает, что за счет данного пара-мя^а объект (V) проигрывает по топливной экономичности объекту

Для количественной оценю! возможных резервов экономии топлива, из лучших элементов объектов исследований был «собран» автомобиль Sintez и проведено его сопоставление с лучшим из рассматриваемых аналогом - Mercedes Smart.

Аналогичным образом выполнены дорожные исследования.

В четвертой главе проводится выбор объективного критерия для оценки точности разработанной модели. Анализ материалов диссертационных работ, научной и специальной литературы за последние 30 лет, показал, что главным аргументом, подтверждающим эффективность разработанных исследователями конструктивных мероприятий, а также корректность математических моделей, являются их собственные эксперименты.

Попытка подтвердить достоверность ряда мероприятий направленных на улучшение рабочего процесса двигателя, снижение аэродинамического сопротивления и сопротивления

качению шин, а так же адекватность расчетных моделей, используемых для расчетного определения расхода топлива, оптимизации параметров автомобиля и режимов его движения не увенчалась успехом. Практически во всех случаях имело место большое количественное, а нередко и качественное расхождение заявленных данных с данными, полученными из независимых источников. Следовательно, для объективной оценки степени совершенства расчетных моделей, касающихся топливной экономичности, необходимо использовать не только эксперименты, выполненные их авторами, но и данные, полученные из независимых ис- .. точников, тогда им можно будет доверять, как это происходит по отношению к формулам И.Ньютона, Г.Ома и др.

В связи с этим, в данной работе для корректировки постоянных величин и коэффициентов, входящих в расчетные зависимости, кроме собственных экспериментов использовались материалы, полученные из различных независимых источников. Это в основном данные трех видов испытаний: заводских, полигонных и выполненных сотрудниками автомобильных журналов. В работе описаны особенности каждого вида испытаний, дан подробный анализ объективных и субъективным факторов, влияющих на результаты замеров максимальной скорости автомобиля, времени разгона с переключением передач и расхода топлива.

Обработка результатов экспериментов осуществлялась по специальной методике, которая позволяет определять величины и коэффициенты, характеризующие составляющие силового и топливного балансов не только на основе специальных экспериментальных исследований, но и с помощью стандартных характеристик. В основе ее лежит замена эффективных показателей на индикаторные и разделение всех видов потерь, имеющих место при движении автомобиля по физической сути (на тепловые и механические).

При этом, для снижения отрицательного влияния случайных факторов на искомые величины постоянно увеличивается число объектов исследований с одинаковыми агрегатами. Например, на имеющемся в компьютерной программе МВК автомобиле Volkswagen Golfy^ танавливается двигатель рабочим объемом 1,78 л. и мощностью 150 л.с. Этот же двигатель устанавливается еще на 23 различных автомобилях, выпускаемых фирмами Audi, Volkswagen, Seat и Skoda. Кузовом автомобиля Volkswagen Golf с неизменными аэродинамическими характеристиками располагают, имеющиеся здесь же 34 объекта, на которых устанавливаются бензиновые и дизельные двигатели рабочим объемом от 1,4 до 3,2 л. и мощностью от 75 до 241 л.с. Шинами 205/55 R 16 установленными на автомобиле Volkswagen Golf оборудованы еще 139 автомобилей. Такая перекрестная проверка позволяет с высокой степенью вероятности утверждать, что расчетные зависимости, описывающие характеристики данных агрегатов и соответственно входящие в них постоянные величины и коэффициенты идентичны.

H основе данной методики был создан банк данных МВК, который на 01.08.2004 г. насчитывает около 2500 объектов, более 90% из них модели 2004 года. Среди них опытные и выполненные на основе последних достижений мировой науки и техники агрегаты, новые и оригинальные автомобили, о которых при традиционных системах корректировки и проверке расчетных моделей (на основе собственных экспериментов) в принципе не могло быть и речи, среди них: газотурбинные и турбокомпаудные двигатели, шестиступенчатые автоматические коробки передач, шины прогрессивных конструкций, лучший автомобиль 2004 года - Fiat Panda, рекордсмена мира по топливной экономичности - Audi A2 3L, представительский автомобиль стоимостью полмиллиона долларов - Maybach и т.п. Причем, для всего банка данных, отклонения результатов расчетов от экспериментальных данных в среднем составляет 3-5%.

Сопоставление результатов расчетных и экспериментальных данных, полученных при различных видах испытаний, приведено в таблицах 3-5. Здесь данные по иностранным и отечественным автомобилям представлены в разных таблица из-за отличая проведения испытаний по стандартам. Стандарт EUE используется для иностранных автомобилей, ЕСЕ - для отечественных автомобилей.

Таблица 3

Заводские испытания отечественных автомобилей

1 Легковые автомобили полной массой до 3,5 т Максимальная скор., км/ч Время разгона до 100 км/ч, с Расход топлива, л/100 км

при скорости в цикле ЕСЕ

90 км/ч 120 км/ч

ВАЗ 2115Í 4L. 1.5 (72) факт 155 14.2 5.7 7,8 8,9

расчет 155 14,5 5,8 8,2 8,8

разница, % 0 -2 -2 -5 1

ВАЗ 21 lOi 4L 1.5 (72) факт 170 14,0 5.3 7,1 8,8

расчет 166 14,5 5.2 7,1 8,6

разница, % 2 Л 2 0 2

ВАЗ 2110 GTi 4L 2.0 (136) факт 205 9,3 6,5 8,3 10,5

расчет 205 9,5 6.4 8.4 10,3

разница, % 0 -2 2 -1 2

ВАЗ 212114L 1.7(81) факт 137 19,0 8,3 11,5 10,3

расчет 138 17,7 8,0 11.9 10,5

разница, % -1 7 4 -3 -2

ВАЗ 2105 4L 1.5 (71) факт 150 17,0 6,9 9,5 9,6

расчет 153 15,5 6.6 9,5 9,8

разница, % -2 9 4 0 -2

Заводские испытания зарубежных автомобилей

Легковые автомобили полной * массой до 3,5 т Максимальная скорость, км/ч Время разгона до 100 км/ч, с Расход топлива, л/100 км в циклах ЕЭК ООН

городской скоростной смешанный

Alfa Romeo 147 D 4L 1.9 (140) факт 207 9,1 8,0 4.7 5.9

расчет 206 9,5 8,0 4,7 5,9

разница, % 0 -4 0 0 0

Audi A2 D 3L 1.2(61) факт 168 14,9 3,6 2,7 3,0

расчет 160 14,7 3,7 2,6 3,0

разница, % 5 1 -3 4 0

BMW 740 D 8V 3.9 (258) Aut факт 250 7,4 13,8 7,5 9.7

расчет 247 7,3 13,8 7,4 9,8

разница, % 1 1 0 1 -1

Citroen C3 4L 1.4 (75) факт 168 14,2 8,2 5,0 6,2

расчет 168 13,5 8,5 5,2 6,4

разница, % 0 5 -4 -4 -3

Daewoo Matiz 3L 0.8 (52) факт 144 17,0 8,1 5,2 6.3

расчет 144 16,7 7,9 5,2 6,2

разница, % 0 2 2 0 2

Ferrari Enzo 12V 6.0 (660) факт 350 3,7 36,0 15,0 23

расчет 350 3,7 35,5 15,7 23

разница, % 0 0 1 -5 0

Honda Civic D 4L 1.7(100) факт 182 11,2 6,3 4,3 5,0

расчет 183 И 6,6 4,2 5,0

разница, % -1 2 -5 2 0

Hyundai Matrix 4L 1.8(123) факт 184 11,3 11,5 6,9 8.5

расчет 180 11,3 11,3 7,0 8,6

разница, % 2 0 2 -1 -1

Maybach 62 12V 5.5 (550) Aut факт 250 5,4 24,5 11.1 15,9

расчет 313 5,3 23,3 11,6 15,9

разница, % - 2 5 -5 0

Mitsubishi Pajero Pinin 4L 2.0 (129) 4WD Aut факт 165 11,3 12,4 8,2 9,7

расчет 164 10,7 12,0 8,5 9,8

разница, % 1 5 3 -4 -1

Mercedes S 600 12V 5.5 (500) Aut факт 250 4,8 23,1 10,8 14,8

расчет 312 4,8 22,4 10,8 15,0

разница, % - 0 3 0 -1

Nissan Miera D 4L 1.5 (65) факт 155 15,7 6,0 3,8 4,6

расчет 154 15,6 5,9 4,0 4,7

разница, % 1 1 2 -5 -2

Opel Meriva4L 1.6(87) факт 170 14,5 10,5 6,2 7,8

расчет 168 14,4 10,5 6,5 7,9

разница, % I 1 0 -5 -1

Volkswagen Touareg D 10V 4.9 (313) 4WD Aut факт 225 7,8 16,6 9,8 12,2

расчет 224 7,0 17,2 9,5 12,3

разница, % 0 10 -4 3 -1

Volvo S40 4L 1.8(122) факт 200 10,5 II 6,0 7,8

расчет 198 10,8 10,9 6,2 7,9

разница, % 1 -3 1 -3 -1

Полигонные испытания на участке Штутгартского кольца {Сга/епЬаи5еп-\Уегга1а1, 226 км)

Автомобили полной массой более 3,5 т Максимальная скорость, км/ч Средняя скорость, км/ч Расход топлива, л/100 км

DAF95 XF 6L 12.6(530) факт 119 81,8 39,4

расчет 119 80,8 38,2

разница, % 0 1 3

Iveco EuroStar 8V 17.2 факт 122 81,3 39.5

(514) расчет 122 81,1 39,0

разница, % 0 0 1

MAN 26.603 FLS10V18.3 факт 132 83,8 40,8

(600) расчет 132 82,8 40,0

разница, % 0 1 2

Mercedes 1848 8V 16.0 факт 125 80,4 37,4

(476) расчет 125 79,3 38,6

разница, % 0 1 -3

Renault Magnum 6L 12 (430). факт 125 78,2 37,3

расчет 125 79,7 35,8

разница, % 0 -2 4

Scania R 124 NA6L 11.7 факт 121 82,0 35.9

(420) расчет 121 79,5 36,3

разница, % 0 3 -1

.Volvo FH 6L 12.1 (420) факт 111 80,2 38,8

Globetrot расчет 114 79,2 36,8

разница, % -3 1 5

Примечание. Рядом с автомобилями даны: число и расположение цилиндров, рабочий объем и мощность двигателя в л.с.

В главе 5 приведены результаты лабораторно-дорожных, стендовых и эксплуатационных исследований внедорожных автосамосвалов полной массой от 45 до 300 т (БелАЗ-755 В, САТ-785 В, БелАЗ-75128, БелАЗ-75215, БелАЗ-7530).

Данные исследования использовались для корректировки постоянных величин и коэффициентов, необходимых для моделирования движения карьерных автосамосвалов. При этом, из-за отсутствия в настоящее время в компьютерной программе МВК электромеханических трансмиссий, их характеристики имитировались шестиступенчатыми гидромеханическими коробками передач и, по возможности, устанавливались идентичные потери в трансмиссиях, а также их силовые и кинематические характеристики.

Для решения поставленной задачи была разработана специальная методика. Например, для определения основного параметра определяющего расход топлива внедорожных автосамосвалов сопротивления качению шин использовались два способа: расчеты на основе замеров выбега автомобиля и, параллельно, следующим образом. При движении на горизон-

тальной дороге с постоянной скоростью замерялся расход топлива Qs. Затем, по формуле, полученной на основе (1), определялось сопротивления качению шин - Pf:

Входящие в данную формулу параметр gis и силы, характеризующие механические потери в двигателе и на привод вспомогательного оборудования Рмт, сопротивление в трансмиссии - Ртр и аэродинамическое сопротивление - Pw, определялись с помощью программы МВК. Точность определения искомой величины с помощью данной методики Pf будет зависеть от точности определения и их удельного веса в топливном балансе автомобиля и функциональной связи с искомой величиной. С наиболее высокой точностью здесь определяются параметр gis, так как его значения для дизелей такого класса, какие устанавливаются на внедорожных автосамосвалах лежат в узком диапазоне. Также с достаточно большой точностью определяется значение , так как имеется много проверенных данных по значениям механических потерь у дизелей грузовых автомобилей, которые нередко отличаются от устанавливаемых на внедорожных автосамосвалах только числом цилиндров. Наибольшая ошибка может иметь место при определении Ртр и Pw. Однако, поскольку удельный вес этих составляющих в топливном балансе внедорожных автосамосвалов невелик (см. рис. 3), то даже существенные ошибки, при их определении не окажут заметного влияния на искомую величину. Например, если рассчитанная величина Pw будет в 2 раза меньше фактической, то в результате этого вычисленное значение будет завышено немногим более чем на 1%.

Эксперименты для проверки разработанной методики проводились на ряде маршрутов в системе ОАО ХК «Кузбассразрезуголь», продольный профиль которых был известен. Фрагмент движения автомобиля БелАЗ-755 В на маршруте показан на рисунке 4, а результаты экспериментов и расчетов для данного маршрута сведены в таблицу 6.

Среднее отклонение результатов расчетов от экспериментальных данных по всем заездам составило 8%, максимальное не превышало 16%.

¡Вв1Аг 7555В БЫВ 9{700)АиЬ Дорожные испытаниям [ Ерунаковский подъем 13 в км

500 430

■ 300 • 200 • 100

2(100 4чоо» едоо> вроо юроо 12^00 м

^ I Подъем 51 % | 1 СгзйзпдОцевень! I I Коэф сцеплен 0 631

^ 1п 1« 30^

20.----^Ч140*

I 5 / 1ГО«оЛ/|»чн, \2

I

\

( '

|Среия

?Пцт 'I

0 КВТ ОХ 96 54

Моторный тормоз тормоз газ

ПАРАМЕТРЫ Текущ. СрешЦ

Скорость, км/ч 197 21 8 4

Расход, п/100км кгЛ*ас| я 818 4 13513 470 64 6 2381

Эфф моцность,л с 665 7 518 01

Давл в цип.МПв 1 73 1 67

Обороты^1/мин ой/км 2100 ^ 6405 16394 443811

Индикаторный КПД * 39 г

Количество первкл КГ] 8 1

Усхораниеи м/с" 0 050 012^ -0 09ч

Моцн> торм. КВТ' 0< м

Крутяций момент. Н"и на полуосях 68867 65048) -73861

Затраты но топливо, руб 28334

руб/100км 3682 9 2117 9]

X-Выбросы вредных веществ V М* Останов-твкувдй волане Пробел - баланс заучасток

,0<

ТОПЛИВНЫЙ ВАПАНа к . «194 6 ЗОТ 40»

Й в< 3 и 3 & *

■Р I И 3 ! 1

| и 5 * В Й К в 5 1 Я а. в г

э г п а н 1 с а £ - '¡8 }

_ е-. и—

Рисунок 4. Моделирование движения автомобиля БелАЗ-755 В с помощью разработанного метода

Таблица 6

Результаты экспериментальных исследований автомобиля БелАЗ-755 В

Маршрут длина, км Масса груза, т Результаты замеров Результаты расчетов Отклонение экспериментальных расходов топлива от расчетных в%

Скорость, км/ч Расход топлива* л/100 км< Скорость, км/ч Расход топлива, л/100 км

Ерунаковский под гору - 13,8 0 38,0 98,5 39,1 91,0 7,6

53,7 24,0 152,0 28,2 175,5 -15,5

Ерунаковский в гору - 13,8 0 31,0 145,6 34,6 125,8 13,6

53,7 - 274,0 29,9 271,0 1,1

В шестой главе приводятся варианты практических приложений разработанных методов для регулирования выбросов вредных веществ у АТС. Рассмотрены существующие методы регулирования выбросов вредных веществ у автотранспортных средств. Среди них: нормирование; эмпирические методы; экономические методы и экономическая идеология.

Предложен новый метод государственного регулирования выбросов вредных веществ - Автомобильный экологический налог (АЭН). АЭН - это налог на конструкцию автомобиля. Он пропорционален количеству ВВВ с учетом их относительной агрессивности. Налог платит тот, кто создает продукцию, загрязняющую окружающую среду и тот, кто ее использует.

АЭН базируется на компьютерной программе МВК, которая позволяет с высокой точностью определить расход топлива и ВВВ у АТС, в процессе движения его по любому маршруту (городской, магистральный и т.п.). Здесь, в отличие от испытательного теста автомобиль движется так, как ему позволяют: его конструкция, правила и условия дорожного движения. Дорожные условия определяются структурой типизированного маршрута, профилем и протяженностью его участков, особенностями регулирования движения на них. Для каждого типа АТС (легковой автомобиль, городской автобус, междугородний автобус, магистральный автопоезд и т.п.) на основе статистических данных устанавливается типизированный маршрут.

Плата за ущерб, нанесенный окружающей среде АТС, определяется в зависимости от количества ВВВ и относительной агрессивности их компонентов за пробег по типизированному маршруту. На рисунках 5 и 6 показаны фрагменты движения по скоростной дороге Дмитровского автополигона двух грузовых автомобилей ЗИЛ полной массой 10,5 т. Один из них с бензиновым двигателем - ЗИЛ-130, другой с дизельным - ЗИЛ-4331. Полученные в результате испытаний абсолютные значения ВВВ используются для вычисления суммарных выбросов (приведенных к СО) путем умножения каждой их составляющей на установленный для нее коэффициент агрессивности и последующего суммирования. Численные значения этого коэффициента, установленные НИИПиНом (Научно-исследовательский институт планирования и нормативов), имеют следующие значения: для СО (угарного газа) - 1, НС (углеводородов) - 2,1; NOx (оксиды азота) - 41; SO2 (диоксидов серы) - 67; РМ (частиц) - 200. Суммарные выбросы в данном случае составили: у автомобиля ЗИЛ-130 - 103 г/100 км, у ЗИЛ-4331 - 279 г/100 км. На основе полученных таким образом данных формируется АЭН на каждое конкретное АТС. Величины его вместе с параметрами АТС, при которых он получен, могут заноситься в его технический паспорт.

Предлагается методика определения АЭНа. За основу выбрана методика ГОШАТа и скорректирована. Для более объективной оценки с ее помощью ВВВ были выполнены сле-

дующие работы. Созданы дополнительные маршруты для испытаний легковых автомобилей, аналогичные имеющимся в стандарте EU, только при моделировании движения на дороге. Размерность расхода топлива (л/100 км) переведена в принятую при замерах ВВВ (г/км). Учтена значительно большая агрессивность ВВВ у дизеля по сравнению с бензиновым двигателем, который был принят за базу. Для решения последнего вопроса выполнены специальные расчетные исследования, в результате которых установили, что агрессивность ВВВ при сгорании 1 грамма дизельного топлива примерно в 3 раза больше чем у базового бензинового двигателя. Эта величина согласуется со средним соотношением, между предельно допустимыми нормами оксидов азота, для легковых автомобилей на 2005 г. с дизелем - 0,32 г/км, с бензиновым двигателям - 0,095 г/км.

Соотношения между агрессивностью базового бензинового двигателя и газового двигателя уточняются.

В диссертации приводятся таблицы с численными значениями АЭНа в топливном выражении для АТС массой до 3,5 т: разных классов (А, В, С, D, Е); полноприводных многоцелевых автомобилей; купе и кабриолетов; минивэнов. А также для АТС массой более 3,5 т: грузовых автомобилей; автопоездов; городских автобусов; пригородных и междугородних автобусов. Здесь, для экономии места, приводятся численные значения АЭНа для легковых автомобилей класса С и автопоездов.

Таблица 7

Численные значения АЭНа в топливном выражении для легковых автомобилей и автопоездов

Автомобиль Масса при испытаниях, кг Гип двигателя, рабочий объем, доело и расположение цилиндров Мощность, кВт (л.с.) Расход топлива в циклах, г/км АЭН в топливном выражении, г/км

Городской Скоростной Смешанный

1 2 3 4 5 6 7 8

Класс С

ВАЗ 2105 1175 Б-1.5-4Р 52(71) 82 56 65 65

ВАЗ 2110 1210 Б-1.5-4Р 56(76) 74 47 57 57

А1Га Яотео 156 1410 Б-1.6-4Р 88(120) 78 52 61 61

А^аЛотео 156 1450 Д-1.9-4Р 77(105) 75 47 57 171

ВМ\У316 1465 Б-1.9-4Р 77(105) 78 48 59 59

Автомобильный экологический налог - корректен, социально справедлив и легко контролируется. Контроль величины налога производится путем сопоставления перечня агрегатов, указанных в техническом паспорте АТС, с имеющимися в наличии при плановом или контрольном техосмотре. При этом он стимулирует постоянное совершенствование АТС производителями и потребителями, т.к. любое улучшение конструкции автомобиля или установка дополнительных устройств, снижающих ВВВ (аэродинамических обтекателей, шин прогрессивных конструкций, нейтрализаторов и т.п.), приводит к снижению налога:

Демократичен и не создает условий для злоупотреблений. Нет норм, значит, их нельзя завысить, а так же АТС, которые в них не укладываются. Искусственная настройка двигателя на какой-то режим не может оказать заметного влияния на налог, так как на маршруте двигатель работает во всем рабочем диапазоне оборотов и нагрузок.

Имеет существенное преимущество перед другими аналогичными системами в точности оценки ущерба наносимого А ТС окружающей среде и стоимости функционирования. Разработанная система позволяет учесть влияние на расход топлива и ВВВ даже самых незначительных конструктивных или эксплуатационных факторов вызывающих как изменение сопротивление движению автомобиля, так и характеристик его двигателя и быстро просуммировать их с высокой точностью. Для работы налоговой системы не требуется проведение дорогостоящих исследований с использованием специальных устройств и стендового оборудования.

Система прозрачна. Ее достоинством является возможность легко и доходчиво показать налогоплательщику, где он имеет резервы для снижения налога.

Позволяет решать некоторые важные общенародные задачи. С помощью разработанной системы можно решать, научные, образовательные, организационные, экономические, социальные задачи: оперативно получать количественные данные для выбора оптимальных путей снижения ВВВ, технико-экономического обоснования применения нейтрализаторов, альтернативных топлив, строительства путепроводов, изменения ширины проезжей части дорог, обоснования допустимых скоростей АТС, режимов работы светофоров, расстояний между остановками автобусов и др.

Приводятся примеры использования разработанной системы для решения общенародных задач. Среди них: научно-образовательная задача; экономическая и социальные задачи,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе выполненных исследований установлено, что применение параметра ge (удельный эффективный расход топлива) не позволяет достигнуть необходимой точности моделирования движения автомобиля в широком диапазоне режимов (в т.ч.на уклонах и при остановках) в виду того, что главным фактором, определяющим численное значение ge, является не совершенство рабочего процесса двигателя, а удельный вес механических потерь двигателя в топливном балансе автомобиля.

2. Разработанный автором и примененный в работе удельный индикаторный расход топлива gis, в отличие от ge, имеет четко выраженный физический смысл и определяет степень совершенства двигателя как преобразователя энергии заключенной в топливе в механи-

ческую работу. Его численное значение изменяется в узком диапазоне (отклонение от среднего значения для дизельных двигателей автомобилей - 2-5%; для бензиновых двигателей -10-13%). Их многопараметровая характеристика gis имеет сравнительно простой вид, что благоприятствует описанию их расчетными зависимостями.

3. Проведена сравнительная оценка результатов вычислительного эксперимента с результатами заводских и полигонных испытаний автомобилей массового производства, опубликованных в открытых источниках. Расхождение по сравниваемым характеристикам не превышает 5 %.

4. Результаты проведенных автором натурных испытаний внедорожных самосвалов полной массой от 45 до 300 т. совпали с результатами, полученными на расчетной модели с точностью до 8 %.

5. Разработана методика поэлементного анализа и синтеза силового и топливного балансов автомобиля, позволяющая с высокой точностью оценить степень совершенства каждого агрегата автомобиля. Оценка осуществляется путем сопоставления элементов силового, мощностного и топливного балансов исследуемого автомобиля с отечественными и зарубежными аналогами, а так же на основе синтеза этих элементов. Аргументировано обосновано определение параметров автомобиля, обеспечивающих ему рекордные показатели по топливной экономичности в своем классе. Например, на основе разработанной методики установлено что, величина путевого расхода (большая у автомобиля ВАЗ-11111 на 10% чем у автомобиля Mercedes Smart при движении на магистральном маршруте) топлива образована из следующих составляющих. Механические потери в двигателе, потери на привод вспомогательного оборудования и сопротивления качению шин обеспечивают преимущества автомобилю Mercedes Smart в 27% (20 % + 7 %). За счет аэродинамического сопротивления и потерь в трансмиссии - проигрыш в 12 % (11 % + 1 %). Суммарное сопротивление движению у автомобиля Mercedes Smart на 15% меньше (27% -12%), чем у автомобиля ВАЗ-11113.

6. Предложен новый принцип экономического регулирования выбросов вредных веществ АТС, реализуемый путем введения Автомобильного экологического налога (АЭН). Информационно-методической базой для АЭН является разработанная моделирующая система, позволяющая достоверно оценить количество вредных выбросов АТС - объектов налогообложения.

7. Введение АЭН позволит в полной мере реализовать принцип, заложенный в Экологической доктрине Российской Федерации (от 31 августа 2002 г. № 1225Р): загрязнитель должен платить за выбросы вредных веществ пропорционально их количеству и опасности, которую они представляют для окружающей среды и здоровья населения.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Московкин В.В., Вохминов Е.Н., Вохминов Д.Е. Влияние законов протекания внешней скоростной характеристики двигателя на свойства автомобиля.- М.: Сборник трудов МГАПИ «Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении» Вып. 3, 1999. с. 33-37.

2. Вохминов Д Е., Коновалов В.В., Московкин В.В., Селифонов В.В., Серебряков В.В. Методика расчета тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля на стадии проектирования. Учебное пособие. -М.: МГАПИ, МГТУ «МАМИ». 2000. - 42 с.

3. Московкин В.В., Вохминов Е.Н., Вохминов Д.Е. Экономические методы регулирования потребления энергоресурсов и выбросов вредных веществ автотранспортом. // III Международная научно-практическая конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права». Сб. науч. тр. Кн. «Экономика». / МГАПИ. 2000. с. 274-281.

4. Московкин В.В., Вохминов Е.Н., Вохминов Д.Е., Галевский Е.А. Динамический фактор или тягово-динамическая характеристика? // Автомобильная промышленность. 2001. №1 с. 7-9.

5. Московкин В.В., Вохминов Д.Е., Кошелев Н.В. О преимуществах расчетных исследований перед экспериментальными для сравнительного сопоставления свойств автомобиля // Автомобили, двигатели и экология: Сб. науч. тр. / НАМИ. 2001. Вып. 228. с. 12-14.

6. Коновалов В.В., Московкин В.В., Вохминов Д.Е. Применение электронно-моделирующей системы для выявления резервов повышения экономичности автомобиля на основе его топливного баланса. // IV Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права». Сб. науч. тр. Кн. «Приборостроение». / МГАПИ. 2001. с. 100-104.

116356

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ существующих методов для исследования и расчета скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля.

1.1. Особенности экспериментальных и расчетных методов.

1.2. Краткий анализ современных расчетных методов.

1.3. Результаты анализа и выводы.

ГЛАВА 2. Выбор и обоснование математической модели для расчетных исследований автомобиля.

2.1. Взаимосвязь между ВВВ конструктивными параметрами автомобиля.

2.2. Силовой, тепловой и топливный балансы автомобиля.

2.3. Применение индикаторных показателей для моделирования движения автомобиля.

2.4. Основные преимущества индикаторных показателей перед эффективными при исследованиях и расчетах автомобиля.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. Выявление резервов повышения свойств на основе поэлементного анализа силового и топливного балансов зарубежных аналогов.

• 3.1. Объекты исследований и маршруты.

3.2. Результаты исследований.

3.3. Выявление резервов повышения технических эксплуатационных показателей автомобиля ВАЗ-11ПЗ за счет изменения передаточных чисел главной передачи.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. Выбор объективного критерия для оценки точности разработанной модели.

4.1. Анализ существующих способов используемых для проверки эффективности разработанных конструкций и адекватности математических моделей.

4.2. Оценка точности математической модели заложенной в МВКна основе результатов испытаний, полученных из независимых источников.

Ф 4.3. Объективные факторы, влияющие на расхождение экспериментальных и расчетных данных.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. Корректировка постоянных величин и коэффициентов для оригинальных объектов (внедорожные автосамосвалы) на основе экспериментальных исследований.

5.1. Объекты экспериментальных исследований и экспериментальные маршруты.

5.2. Проведение измерений расхода топлива на внедорожных автосамосвалах БелАЗ

5.3. Анализ результатов и выводы.

ГЛАВА 6. Практические приложения разработанных методов для регулирования ВВВ у АТС.

6.1. Методы регулирования выбросов вредных веществу автотранспортных средств.

6.2. Автомобильный экологический налог - АЭН.

6.3. Примеры использования разработанной системы для решения общенародных задач.

ВЫВОДЫ.

Ухудшение экологической обстановки в стране и в мире, а также принципиальные недостатки существующей системы нормирования и контроля выбросов вредных веществ автотранспортными средств создают предпосылки для применения новых методов совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля. Наиболее оперативным и экономичным путем решения данных проблем является использования расчетного метода с привлечением современных вычислительных информационно-моделирующих систем. Поскольку выбросы вредных веществ тесно связаны с расходом топлива, использование разрабатываемого метода позволит одновременно способствовать решению двух важнейших вопросов современности: охране окружающей среды и сбережению энергоресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо применение индикаторных показателей для моделирования процесса движения автотранспортных средств (АТС). Обоснование замены эффективных показателей индикаторным при построении математической модели является основным акцентом данной работы.

Вторым важным аспектом предлагаемой работы является обоснование возможности применения компьютерных информационно-моделирующих систем для моделирования различных режимов движения автотранспортных средств.

В первой главе проведен анализ существующих методов для исследования и расчета скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля. Рассмотрены характерные особенности экспериментальных и расчетных методов. Приводятся доводы из отечественной и мировой практики в пользу того что, стоимость испытаний на топливную экономичность достаточно высока. Проведен анализ современных расчетных методов. Показывается, что существуют различные методики нормирования расхода топлива на автомобильном транспорте.

Оперативность и относительная дешевизна расчетных исследований, по сравнению с экспериментальными, служат причиной создания точных методов расчета, использование которых будет способствовать снижению сроков и стоимости работ, направленных на совершенствование топливно-экологических параметров автомобилей.

Во второй главе проведен выбор и обоснование выбранной математической модели для расчетных исследований автомобиля. Приводятся расчетные зависимости выбранной математической модели и, входящие в них, силовой, тепловой и топливный балансы автомобиля. В математической модели предложено использование нового индикаторного показателя gis. Рассмотрено преимущество данного индикаторного показателя перед аналогичным эффективным. Обосновано применение индикаторных показателей для моделирования движения автомобиля.

Указывается на применение предлагаемой математической модели в численном программном моделировании. Проиллюстрирована степень достоверности расчетных данных на основе сопоставления их с фактическими экспериментальными данными для конкретных моделей АТС.

В третьей главе показана возможность выявления резервов повышения свойств на основе поэлементного анализа силового и топливного балансов зарубежных аналогов, с помощью разработанного метода и его практической реализации при компьютерном программировании. Отмечается, что наиболее простым способом, с точки зрения внедрения в производство, является оптимизация передаточных чисел трансмиссии автомобиля. Объектами расчетных исследований были автомобиль BA3-11113 и его аналоги: Daewoo Matiz, Daihatsu Cuore, Fiat Seicento, Mercedes Smart. Их основные параметры, а также результаты стандартных испытаний объектов расчетных исследований после «тарировки» их параметров представлены в табличном виде.

Рассмотрены различные варианты моделирования движения: движение с постоянной скоростью 90 км/ч; движение на магистрали; движение по городскому маршруту. Проведена оценка результатов и показано за счет каких факторов существуют отличия у объектов исследования.

Выполнены расчетные исследования автомобиля BA3-11113 с различными передаточными числами главной передачи.

В четвертой главе проводится выбор объективного критерия для оценки точности разработанной модели. Для этого проведен анализ существующих способов используемых для проверки эффективности разработанных конструкций и адекватности математических моделей. Кратко рассмотрены мероприятия направленные на повышение топливной экономичности с результатами их экспериментальной проверки, разработанные различными авторами. Среди них улучшение рабочего процесса двигателя, снижение сопротивления движению, оптимизация параметров автомобиля и режимов его движения и др.

Произведена оценка точности предлагаемой математической модели на основе результатов испытаний полученных из независимых источников. В ходе исследований использовались экспериментальные данные, полученные по результатам трех видов испытаний: заводских, полигонных и выполненных сотрудниками автомобильных журналов. Проанализированы объективные факторы, влияющие на расхождение экспериментальных и расчетных данных. Данные всех испытаний представлены в табличном виде.

В пятой главе проведена корректировка постоянных величин и коэффициентов для оригинальных объектов на основе экспериментальных исследований. Данными объектами являлись внедорожные автосамосвалы полной массой от 45 до 300 т (БелАЗ-755 В, САТ-785 В, БелАЗ-75128, БелАЗ-75215, БелАЗ-7530). Приведено описание экс-плутационных испытаний объектов на Бачатском и Ерунаковском угольных разрезах.

Эксперименты проводились на ряде маршрутов и в стендовых условиях в процессе диагностики автомобилей. Результаты экспериментов и расчетов представлены в табличном виде. В графическом виде представлены маршруты для испытаний и режимы движения автомобилей, имитирующие нагружение в процессе диагностики.

В шестой главе приводятся варианты практические приложения разработанных методов для регулирования выбросов вредных веществ у АТС. Рассмотрены методы регулирования выбросов вредных веществ у автотранспортных средств. Среди них: нормирование, эмпирические методы; экономические методы и экономическая идеология.

Предложен один из вариантов государственного регулирования ВВВ — автомобильный экологический налог. Предложена методика его формирования и примерные значения (в топливном эквиваленте, размерностью г/км) для всех классов легковых АТС, грузовых автомобилей и автобусов при компьютерном моделировании режимов движения. Предложены варианты компьютерного моделирования типизированных маршрутов для формирования АЭНа, в соответствии с ездовыми циклами ЕЭК ООН.

Необходимо отметить, что АЭН в полной мере реализует принцип, заложенный в Экологической доктрине Российской Федерации (от 31 августа 2002 г. № 1225Р): загрязнитель должен платить за выбросы вредных веществ пропорционально их количеству и опасности, которую они представляют для окружающей среды и здоровья населения.

Приводятся примеры использования разработанной системы для решения общенародных задач. Среди них: научно-образовательная задача; экономическая и социальные задачи.

В приложениях дается описание программного пакета для комплексных исследований автомобиля, с помощью которого было поведено численно моделирование режимов движения, а также приводятся протоколы компьютерных испытаний автомобиля ВАЗ-11113 и его зарубежных аналогов.

Введение в практику расчетного метода совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля и основанных на них методах определения расхода топлива и метода госрегулирования выбросов вредных веществ, по мнению автора, позволит повысить социальную и научную роль России в мировом сообществе. В частности за счет того, что они имеют преимущества перед аналогичными системами, разработанными в Европе и США, и направлены на решение двух важнейших проблем современности: охране окружающей среды и сбережению энергоресурсов.

выводы

1. На основе выполненных исследований установлено, что применег ние параметра ge (удельный эффективный расход топлива) не позволяет достигнуть необходимой точности моделирования движения автомобиля в широком диапазоне режимов (в т.ч.на уклонах и при остановках) в виду того, что главным фактором, определяющим численное значение ge, является не совершенство рабочего процесса двигателя, а удельный вес механических потерь двигателя в топливном балансе автомобиля.

2. Разработанный автором и примененный в работе удельный индикаторный расход топлива gis, в отличие от ge, имеет четко выраженный физический смысл и определяет степень совершенства двигателя как преобразователя энергии заключенной в топливе в механическую работу. Его численное значение изменяется в узком диапазоне (отклонение от среднего значения для дизельных двигателей автомобилей — 2-5%; для бензиновых двигателей — 10-13%). Их многопараметровая характеристика имеет сравнительно простой вид, что благоприятствует описанию их расчетными зависимостями.

3. Проведена сравнительная оценка результатов вычислительного эксперимента с результатами заводских и полигонных испытаний автомобилей массового производства, опубликованных в открытых источниках. Расхождение по сравниваемым характеристикам не превышает 5 %.

4. Результаты проведенных автором натурных испытаний внедорожных самосвалов полной массой от 45 до 300 т. совпали с результатами, полученными на расчетной модели с точностью до 8 %.

5. Разработана методика поэлементного анализа и синтеза силового и топливного балансов автомобиля, позволяющая с высокой точностью оценить степень совершенства каждого агрегата автомобиля. Оценка осуществляется путем сопоставления элементов силового, мощностного и топливного балансов исследуемого автомобиля с отечественными и зарубежно ными аналогами, а так же на основе синтеза этих элементов. Аргументировано обосновано определение параметров автомобиля, обеспечивающих ему рекордные показатели по топливной экономичности в своем классе. Например, на основе разработанной методики установлено что, величина путевого расхода (большая у автомобиля ВАЗ-11111 на 10% чем у автомобиля Mercedes Smart при движении на магистральном маршруте) топлива образована из следующих составляющих. Механические потери в двигателе, потери на привод вспомогательного оборудования и сопротивления качению шин обеспечивают преимущества автомобилю Mercedes Smart в 27% (20 % + 7 %). За счет аэродинамического сопротивления и потерь в трансмиссии - проигрыш в 12%(11%+1 %). Суммарное сопротивление движению у автомобиля Mercedes Smart на 15% меньше (27% - 12%), чем у автомобиля ВАЗ-11113.

6. Предложен новый принцип экономического регулирования выбросов вредных веществ АТС, реализуемый путем введения Автомобильного экологического налога (АЭН). Информационно-методической базой для АЭН является разработанная моделирующая система, позволяющая достоверно оценить количество вредных выбросов АТС — объектов налогообложения.

7. Введение АЭН позволит в полной мере реализовать принцип, заложенный в Экологической доктрине Российской Федерации (от 31 августа 2002 г. № 1225Р): загрязнитель должен платить за выбросы вредных веществ пропорционально их количеству и опасности, которую они представляют для окружающей среды и здоровья населения.

1. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. — М.: Издательство «За рулем», 1999. — 896 с.

2. Азаров Ю.В., Кузнецова Н.Я. Новое об относительной агрессивности углеводородов. //Автомобильная промышленность. 1999. -N3. С.14-16.

3. Архангельский В.М., Вихрет Н.М., Воинов А.Н. Автомобильные двигатели. / Под ред. Ховаха М.С. -М.: Машиностроение, 1977. — 591 е.: ил.

4. Аэродинамика автомобиля / Под ред. В.-Г.Гухо; пер. с нем. Н.А.Юниковой; Под ред. С.П. Загородникова. М.: Машиностроение, 1987. - 424 е.: ил.

5. Багдасаров A.M., Абдувалиев A.A. Оценка экологической безопасности АТС // Автомобильная промышленность. 2002. - N4.-C.37-38.

6. Безбородова Г.Б., Вельбовец А.Ф. Топливный баланс прицепного автопоезда. Автомобильная промышленность, N11, 1987.

7. B.C. Крупченков, Э.И. Наркевич, A.A. Токарев. Определение суммарной силы сопротивления движению автомобиля по пути выбега. -М.: НИИАвтопрома. №9, 1977.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: «Наука». 1969.

9. Влияние конструктивных и эксплутационных факторов на топливную экономичность грузовых автомобилей и автобусов фирмы Рено. Научно-исследовательский отдел фирмы Рено. -М.: 1987. 53 с.

10. Вохминов Д.Е., Коновалов В.В., Московкин В.В., Селифонов В.В., Серебряков В.В. Методика расчета тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля на стадии проектирования. Учебное пособие. -М.: МГАПИ, МГТУ «МАМИ». 2000.-42 с.

11. Вохминов Д.Е., Московкин В.В. Испытания на экране компьютера М.: Сборник трудов МГАПИ «Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении». Вып. 2,1998. с. 64-69.

12. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю., Московкин В.В. Топливная экономичность автомобилей и автопоездов. — Минск: Наука и техника. 1984. 208 с.

13. Ган P.C., Проскуряков В.Б. Динамические качества автомобиля и мощность двигателя // Автомобильная промышленность. 2002. - N8.-C.14-16.

14. Головных И.М., Евтухов A.B. Модель токсичности выбросов дизелей на нестационарных режимах // Автомобильная промышленность. 2003. - N8.-C.9-l 1.

15. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году» (материалы с официального сервера Министерства природных ресурсов Российской Федерации. http:Wwww.mnr.gov.ru).

16. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория. Минск. Высшая школа, 1986.

17. Гусаров А.П., Вайсблюм М.Е., Донченко В.В., Кунин Ю.И. Концепция управления экологической безопасностью АТС. // Автомобильная промышленность. 1999. — N3. С.12-14.

18. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: «Наука». 1970. - 432 с.

19. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1 .Теория рабочих процессов / Лука-нин В.Н., Морозов К.А., Хачиян A.C. и др.; Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1995.

20. Диваков Н.В., Стрельников А.Н. Топливный баланс автомобиля. // Автомобильная промышленность. 1981. №8. С. 13-14.

21. Дизельные АТС более «зеленые», чем АТС с бензиновыми двигателями. По материалам фирмы «Лукас». // Автомобильная промышленность. - 1998. - N4. С. 1618.

22. Дмитриевский A.B., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых двигателей. М.: Машиностроение, 1985. - 208 е., ил.

23. Евгафов Д.Н., Московкин В.В., Петрушов В.А. Распределение нормальной нагрузки по шинам сдвоенного колеса. М.: Труды НАМИ вып. 182.1981.

24. Еврецкий В.Т., Трегубов В.А. Материальные нормативы на автомобильном транспорте: Разработка и оценка использования. М.: Транспорт, 1986. —128 с.

25. Евсеев П.П. О нормировании расхода топлива автомобилем // Автомобильная промышленность. 2001. - N11.-С.20-22.

26. Евсеев П.П. Работа, производительность и КПД автомобиля с позиций физики, стандартизации и метрологии // Автомобильная промышленность. 2003. - N4.-C.7-10.28.