автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Выбор конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса по критерию комфортности воздушной среды в салоне

На правах рукописи

Басыров Руслан Рамилевич

ВЫБОР КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ ОСОБО МАЛОГО КЛАССА ПО КРИТЕРИЮ КОМФОРТНОСТИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В САЛОНЕ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Набережные Челны - 2005

Работа выполнена в Камском государственном политехническом институте на кафедре «Автомобили и автомобильные перевозки»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Фасхиев Хакимзян Амирович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Филькин Николай Михайлович

доктор технических наук, профессор Дмитриев Сергей Васильевич

Ведущая организация

Научно-технический центр открытого акционерного общества «Камский автомобильный завод» (НТЦ ОАО «КАМАЗ», г Набережные Челны4)

Защита состоится 12 мая 2005 года в 1600 часов на заседании диссертационного Совета Д 212 309 01 при Камском государственном политехническом институте по адресу 423810, г Набережные Челны, проспект Мира, 68/19, тел (8552)39-66-29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Камского государственного политехнического института

Автореферат разослан 9 апреля 2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Симонова Л А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие автомобильной промышленности связано с созданием новых моделей автомобилей, удовлетворяющих современным требованиям безопасности В автомобилестроении большое внимание уделяется модернизации легковых автомобилей с целью повышения их эксплуатационных характеристик путем разработки и внедрения систем автоматического управления параметрами основных агрегатов и систем на базе современной микропроцессорной техники Безопасность движения автомобиля в значительной степени зависит от состояния микроклимата в салоне автомобиля, который обеспечивается эффективностью и уровнем автоматизации систем отопления и вентиляции (СОВ) Анализ современных СОВ показывает высокую степень зависимости многопараметрической функции безопасности движения от характеристик систем обеспечения комфортных условий в легковом автомобиле Дальнейшее повышение показателей качества подобных систем, без решения оптимизационных задач, приводит к неоправданным затратам, что снижает экономическую эффективность производства новых моделей автомобилей и модернизацию существующих Учет внешних факторов, влияющих на показатели качества систем обеспечения комфортных условий, важен при проектировании СОВ, поскольку автомобиль эксплуатируется в различных климатических зонах

Повышение эффективности систем обеспечения комфортных условий в период эксплуатации автомобиля - сложная задача, поэтому велика значимость заложенного технического решения системы на этапе разработки. Несовершенство конструктивных элементов систем обеспечения комфортных условий в салоне и отсутствие систем автоматического управления объясняется недостаточной проработкой вопросов, связанных с влиянием аэродинамических, тепло- и звукоизоляционных характеристик применяемых материалов Это объясняется отсутствием необходимых методик по расчету и рекомендаций по расположению в салоне элементов СОВ, обеспечивающих рациональное распределение движения воздушных потоков

Задача выбора конструктивных элементов салона легкового автомобиля особо малого класса, влияющих на комфортность воздушной среды и безопасность движения, не полностью решена, поэтому тема диссертации является актуальной

Цель работы - научное обоснование метода выбора конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса по критерию комфортности воздушной среды в салоне, обеспечивающее эффективную работу и управление системой вентиляции и отопления

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:

- выявление основных факторов, влияющих на показатели качества систем обеспечения комфортных условий и безопасности движения автомобиля,

- исследование влияния аэродинамических параметров конструкции автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» на распределение внешнего давления воздуха по кузову при движении;

- разработка математической модели взаимосвязи параметров воздушной среды в салоне автомобиля;

- обоснование выбора конструктивных элементов системы обеспечения комфортных условий в салоне легкового автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА»;

- разработка метода расчета эффективности системы отопления легкового автомобиля.

Объектом исследования является легковой автомобиль особо малого класса ВАЗ-11113 «ОКА».

Предмет исследования - методы выбора конструктивных параметров салонов легковых автомобилей.

Методология и методы исследования. Методология исследований построена на принципах рационального сочетания теоретических изысканий и натурного экспериментирования. Основные теоретические положения разрабатывались на принципах системного подхода с привлечением аппарата математической теории планирования экспериментов, математического программирования, детерминированного и статистического анализа. В работе использованы теория комплексно-системного подхода к проектированию машин, теория принятия решений, теория многопараметрической оптимизации: методы экспериментальной доводки конструкций, экономико-математическою моделирования, регрессионного анализа, оценки эффективности систем и качества машин.

Научной новизной работы являются:

- номенклатура показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля, их иерархическая классификация и методика оценки качества воздушной среды, основанная на интегральном критерии коэффициента качества, который определяется методом «профилей» и позволяет разноразмерные показатели качества объединить в один и сравнить его с показателями конкурентных автомобилей;

- алгоритм выбора и методика расчета конструктивных элементов систем вентиляции и отопления, заключающиеся в отборе, классификации и систематизации показателей, оценивающих безопасность движения и комфортность воздушной среды в салоне автомобиля на основе 3-х ступенчатой выборки, в которой предварительно принятые показатели новой модели последовательно оцениваются на эффективность системы обеспечения комфортных условий коэффициентом кратности циркуляции воздуха, на соответствие нормативным требованиям и на качество воздушной среды с помощью интегрального коэффициента качества;

- экспериментально полученные на натурном образце аэродинамические спектры обтекания и эпюры распределения давления по поверхности кузова автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА», позволяющие выявить характер потоков воздуха в зонах расположения элементов системы вентиляции и отопления с

целью выбора рационального места расположения и формы блоков вытяжной вентиляции;

- вновь полученная регрессионная модель расчета температуры в салоне легкового автомобиля особо малого класса, учитывающая такие метеорологические факторы окружающей среды, как температура, влажность, скорость ветра и время нагрева салона после запуска двигателя;

- новый критерий оценки эффективности системы отопления салона легкового автомобиля - коэффициент кратности циркуляции воздуха, рассчитываемый с учетом таких параметров, как внутренний объем салона, количество воздуха, проходящего через систему отопления, температуру воздуха в салоне и на выходе радиатора отопителя, суммарную теплопроизводительность. отличающийся от известного тем, что температура воздуха в салоне определяется по вновь предложенной четырехфакторной регрессионной модели.

Достоверность научных положений диссертации подтверждается полнотой и обстоятельностью анализа современного состояния исследований в области систем обеспечения комфортных условий в салоне автомобилей, корректностью выбора исходных допущений и ограничений при постановке научных задач, достаточной адекватностью используемых математических моделей процессам отопления и вентиляции салонов автомобилей, строгостью использования современного математического аппарата при формализации проблемы создания комфортных условий в салоне автомобиля, удовлетворительным совпадением результатов расчета по полученным моделям с результатами экспериментальных исследований, публикацией и апробацией основных положений работы на международном, всероссийском и отраслевом уровнях.

Практическая ценность:

- разработанная классификация показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне легкового автомобиля позволяет оценить потребительские свойства автомобиля, подобрать параметры СОВ по сведенным критериям и сравнить их с аналогами ещё на стадии разработки;

- предложенный критерий оценки эффективности системы отопления способствует выбору рациональных параметров салона легкового автомобиля при разработке;

- разработанная конструкция блока вытяжной вентиляции способствует обеспечению более комфортной воздушной среды в салоне автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА»;

- разработанная блок-схема системы автоматизированного управления по обеспечению комфортных условий в салоне легкового автомобиля позволяет повысить эффективность ее работы для обеспечения требуемых значений параметров воздушной среды и безопасности движения.

Реализация результатов. Результаты теоретических исследований, а также разработанный метод оценки качества воздушной среды и расчет эффективности отопления в салоне легкового автомобиля особо малого класса

используются в ОАО «ЗМА» при выполнении опытно-конструкторских работ и в учебном процессе в Камском государственном политехническом институте

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» ICATC (Казань: КГТУ-КАИ, 2001, 2003), Международной научно-практической конференции «Наука и практика. Диалоги нового века» (Набережные Челны: КамПИ, 2003), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (Екатеринбург: УГТУ, 2004, 2005), на III Международной научно-практической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза: АДИ ПГУАС, 2004), на Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» (Тольятти: ТГУ, 2004), на межвузовской научно-практической конференции «Научно-исследовательская деятельность студентов - первый шаг в науку» (Набережные Челны: КамПИ, 2004), «Студенчество. Интеллект Будущее» (Набережные Челны. КамПИ, 2005), на Международном научном симпозиуме в рамках научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва: МГТУ «МАМИ», 2005), в НТЦ ОАО «КАМАЗ», на ОАО «ЗМА» и на кафедре «Автомобили и автомобильные перевозки» Камского государственного политехнического института (Набережные Челны. 2001-2005).

Публикации. Содержащиеся в диссертации материалы нашли отражение в 17 научных трудах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 16 таблиц, список литературы включает 99 наименований, приложения приведены на 10 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, освещено состояние вопроса, сформулированы цели и основные задачи работы, приводится краткое содержание диссертации.

В первой главе проводится анализ современного состояния систем обеспечения безопасности движения автомобиля и обзор методов обеспечения комфортных условий в салоне. Изложены предпосылки и необходимость исследований поставленной задачи, сформулированы цели, проблемы и определены пути ее решения.

На современном этапе развития автомобилестроения, наряду с повышением надежности и снижением себестоимости, основное внимание уделяется повышению комфортных условий в салоне автомобиля Основные параметры микроклимата, такие как влажность, температура, давление, химический состав воздуха в салоне, определяются эффективностью СОВ

Решению этой проблемы посвящены труды В.Н. Андронова, А.К. Ватолина, А.В. Зимнихова, Г.Я. Кривуцкого, Е.В. Михайловского, Ю.И. Палутина, Л.Г. Резника, В.П. Хохрякова, А.С. Шелякина и др. Ими были разработаны новые методы испытаний и расчетов элементов СОВ.

Однако проблема качества воздушной среды в салоне автомобиля полностью не решена. В настоящее время отсутствуют чёткие, реально выполнимые рекомендации по организации движения воздушных потоков в салоне. В связи с тенденцией постоянного ужесточения требований к оцениваемым параметрам автомобиля, необходима эффективная расчетно-экспериментальная методика оценки качества воздушной среды салона автомобиля. На основе анализа установлено, что описываемые в научно-технической и справочной литературе методы расчётов и рекомендации по проектированию наиболее часто используемых конструктивных элементов СОВ автомобиля не отвечают современным требованиям. В частности, не учитывается комплексное влияние внешних и внутренних факторов на микроклимат в салоне. Известно, что температура воздуха в салоне в существенной степени влияет на число дорожно-транспортных происшествий (рисунок 1).

160

140

IX

х

с.

I

о

5 120

в

т

100

Рисунок 1 - Зависимость между температурой воздуха в салоне и числом аварий1

В результате анализа патентно-информационного материала, существующих конструкций СОВ легковых автомобилей, требований ГОСТ Р 50993-96 «Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности» установлено, что для количественной оценки её эффективности необходимо использовать ряд параметров и конструктивных характеристик автомобиля. К ним относятся коэффициент тепловых потерь, коэффициент теплопередачи, коэффициент кратности циркуляции воздуха, интегральный коэффициент качества воздушной среды, а также показатель, характеризующий время достижения комфортных условий в салоне независимо от параметров окружающей среды.

Афанасьев Л Л Конструктивная безопасность автомобиля / Л Л Афанасьев А Б Дьяков, В А Иларнонов - М Машиностроение 1983 -212с

Температура, "С

На их основе производится расчет и подбор элементов СОВ и оценка уровня качества воздушной среды.

Безопасность движения автомобиля в значительной степени зависит от надежной и эффективной защиты стекол от запотевания и обмерзания, что достигается равномерным его обдувом теплым воздухом из дефлекторов панели приборов. К сожалению, проблема запотевания боковых стекол \ выпускаемых в настоящее время автомобилей ВАЗ-11113 «ОКА» не решена.

Существующие несовершенства конструкции отечественных автомобилей объясняются недостатком информации о характерных для автомобилей особенностях вентиляции салонов, отсутствием научно обоснованных рекомендаций по организации движения воздушных потоков в салонах автомобилей Поэтому при разработке новых моделей необходимо рассматривать автомобиль как единую систему взаимодействия отдельных узлов и агрегатов, технические и экономические характеристики которых должны быть согласованы

На основе анализа номенклатуры показателей качества систем обеспечения комфортных условий (СОКУ) выявлены факторы, влияющие на безопасность при движении автомобиля, учитывающие влияние на водителя внешних и внутренних факторов (рисунок 2)

Рисунок 2 - Систематизация факторов, влияющих на безопасность движения автомобиля

В работе определены и систематизированы основные требования к параметрам микроклимата салона автомобиля с целью рационального

размещения элементов СОКУ. Предложены этапы разработки СОВ салона автомобиля, составлена блок-схема цикла последовательности выполнения заданий с указанием предположительных сроков выполнения, что будет полезно для конструкторско-технологических служб.

Из проведенного в главе анализа следует, что для повышения технического уровня и конкурентоспособности отечественной автомобильной техники в отношении совершенствования СОКУ необходимо внедрять элементы СОВ, такие как высокопроизводительный вентилятор, радиатор, автономный отопитель, кондиционер, угольный фильтр, тепло-шумоизолирующие материалы, отвечающие современным требованиям безопасности и экологичности.

Таким образом, возникает необходимость в разработке метода выбора конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса с целью повышения комфортности воздушной среды в салоне, который позволил бы выбрать рациональную конструкцию еще на стадии разработки при анализе альтернативных вариантов СОКУ. При этом необходимо учесть и тот фактор, что «ОКА» является социальным автомобилем и усовершенствование конструкции не должно существенно повышать его цену.

С учетом цели и проведенного анализа нерешенных проблем по теме диссертации были определены основные задачи исследования.

Во второй главе проведён анализ влияния внешних и внутренних факторов на показатели качества СОКУ Проведена их классификация по группам, позволяющая выявить показатели, которые имеют наибольшее влияние на комфортность воздушной среды, с целью дальнейшей оценки уровня качества воздушной среды салонов конкурентных автомобилей, находящихся в одном классе. Рассмотрены группы показателей, характеризующих приспособленность автомобиля к различным климатическим условиям и обеспечение комфортности в салоне В работе также проведена систематизация параметров, влияющих на безопасность движения автомобиля и комфортность в салоне, по которым оценивается технический уровень автомобиля, что дает возможность сравнения его характеристик с аналогичными разработками.

Для нахождения рабочего места водителя и пассажиров в зоне комфорта необходимо акцентировать внимание на параметры воздушной среды: температуру, влажность и скорость движения воздушных потоков по салону. От выбора конструктивных элементов СОВ салона и подбора её параметров зависит эффективность работы всей системы.

По результатам экспериментальных исследований и на основе применения методов математической статистики получена зависимость результирующей температуры в салоне легкового автомобиля от метеорологических факторов наружной среды. Для этих целей использовался метод многофакторного регрессионного анализа, который позволил найти функциональную взаимосвязь между признаками и определить степень влияния каждого независимого фактора на результирующий признак.

Температура в салоне является обобщенным показателем, количественно характеризующим совместное действие на водителя и пассажиров следующих показателей микроклимата

где

температура наружного воздуха, г,

влажность наружного

воздуха, %, время нагрева салона, мин, ¥н - скорость ветра, м/с

Учитывая линейную зависимость результирующего признака факторных, была использована линейная многофакторная модель вида

Тп

.а0+а{1и+а2Уи+а}Ян+а^в

(2)

Полученное уравнение множественной регрессии, определяющее зависимость результирующей температуры в салоне автомобиля от метеорологических условий наружной среды, имеет вид

Тр' = 2 408 + 0 283 <

0 836^я+0 008Яя+1241/й

О)

Проверка множественного коэффициента корреляции по критерию Фишера и коэффициентов регрессии - по критерию Стьюдента для уровня значимости а=0,05 показали, что они значимы Множественный коэффициент корреляции результативного и внешних факторных признаков равнялся 0,97 Регрессионная модель адекватна т к средняя ошибка аппроксимации менее 1 %

Влияние каждого метеорологического фактора на формирование микроклимата в салоне определяется при помощи частных коэффициентов эластичности

Э, =-027!, Эу =0,038, Эй =0173,7,

-129

н и "н

Анализ значений эластичности показал, что если расставить его значения по признаку наибольшего влияния на результирующую температуру, то наибольшее влияние на результирующую температуру в салоне оказывает время нагрева салона автомобиля tв, затем - температура окружающего воздуха tн, влажность Ян и меньше всего - скорость ветра УЕ

Уравнение множественной регрессии (3) дает возможность прогнозировать микроклиматические условия в салоне легковых автомобилей малого класса в зависимости от внешних факторов температуры окружающего воздуха, скорости ветра, влажности воздуха и времени нагрева салона автомобиля после запуска двигателя Взаимосвязь параметров микроклимата согласно результатам исследований показана на диаграммах рассеяния (рисунок 3-5)

На рисунке 6 приведено сравнение расчетных характеристик с экспериментальными данными Функциональные зависимости изменения температур показывают незначительное расхождение между результатами их разница составила не более 3°С

Рисунок 3 - График зависимости температуры в салоне от внешней скорости ветра при окружающей температуре воздуха минус 1ST

Рисунок 4-График зависимости температуры в салоне от влажности воздуха при окружающей температуре воздуха МИНУС 18°С

Рисунок 8 - График зависимости температуры в салоне от времени нагрева салона при окружающей температуре воздуха минус 15оС

РИСУНОК 6 -График экспериментальных и теоретических значений изменения температуры в са тоне автомобили ВАЗ-11113 «ОКА» при температуре окружающего

воздуха минус 15оС

Варьируя вариантами промежуточных числовых значений параметров 1Г, 1И , ЯН, 1В и Ул в уравнении (4), можно определить температуру в салоне

(таблица 1) При расчете эффективности системы отопления были приняты следующие допущения, позволяющие упростить решение задачи стенки

салона считаются плоскими и однородными; процесс теплопередачи через стенки происходит только по толщине; коэффициенты теплоемкости и теплопроводности стенок при изменении температуры изменяются незначительно.

Таблица 1 - Результаты подставленных вариантов промежуточных числовых

значений параметров микроклимата

№ <Н «// 'г V

"С м/с % мин °с

1 -30 4 —2 60 15 9,69

2 -28 70 15 12.02

3 -2 1 3 60 20 м" 24,62 Ща

4 5 ! 3 60

Для оценки эффективности системы отопления салона автомобиля предложен уточненный оценочный критерий - коэффициент кратности циркуляции воздуха, учитывающий предложенное четырехфакторное регрессионное уравнение результирующей температуры, с учетом геометрии вытяжных отверстий, герметичности, теплопроводности кузова и производительности вентилятора отопителя:

где V - внутренний объем салона, м3 ; рг - плотность воздуха, кг/м3; Св -удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг°С; Ь - количество воздуха, проходящего через систему отопления, м3/ч; Т0 - температура воздуха на выходе из радиатора отопителя, °С; ТО- теплопроизводительность системы, Вт.

Формула (4) предназначена для нахождения коэффициента кратности циркуляции воздуха в салоне легковых автомобилей с внутренним объемом кузова до 4 м3. Коэффициент кратности циркуляции воздуха позволяет оценить эффективность системы отопления салона легкового автомобиля и сравнить её с аналогами.

В третьей главе разработана методика испытаний СОВ и дан анализ результатов экспериментальных исследований по влиянию элементов конструкции салона на показатели качества воздушной среды.

В главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований по воздействию элементов конструкции на показатели качества СОКУ в салоне автомобиля. Исследованы аэродинамические спектры обтекания и получены эпюры распределения давлений по поверхности кузова автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА», позволяющие выявить характер потоков воздуха с целью определения рациональных мест расположения вытяжных отверстий. На их основе разработана конструкция блока вытяжной вентиляции, учитывающая габаритные, геометрические, эстетические и технические характеристики, обеспечивающая эффективную работу всей системы в целом. Приведена последовательность испытаний и используемое оборудование

По полученным результатам испытаний определена эффективность СОВ автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» с помощью датчиков, фиксирующих температуру и скорость воздушных потоков в контрольных точках по салону.

Показано, что интенсивность теплового потока в салоне определяет степень влияния внешних климатических воздействий. Поэтому так важна теплоизоляция кузова, снижающая влияние климатических условий на комфорт в салоне. Организация надежной вентиляции задней части салона любого движущегося автомобиля возможна только при выполнении условия пониженного давления в ней по отношению к давлению на выходе из отопителя. Однако добиться этого возможно только на автомобиле, у которого вытяжные проемы расположены в местах с разреженным давлением на поверхности кузова.

Общепринятые методы расчета, основанные на закономерностях турбулентных струйных течений, применительно к воздухораспределителям СОВ салона автомобилей не позволяют получить точные расчетные параметры, так как истечение воздуха из дефлекторов происходит через отверстия в виде жалюзей. На распространение приточных струй воздушного потока, кроме воздуховодов, направляющих дефлекторов панели приборов, вытяжной вентиляции, существенное влияние оказывают предметы и элементы интерьера салона, такие как форма и геометрия сидений, количество пассажиров, загруженность багажного отделения.

Результаты испытаний по визуализации воздушного потока по боковой поверхности кузова автомобиля «ОКА» представлены на рисунке 7. Аэродинамические испытания проводились на взлетно-посадочной полосе аэропорта «Бегишево» при скоростях движения 40, 60 и 90 км/ч. На поверхности кузова, используя прикрепленные через равные расстояния «шелковинки», с помощью фото- видеосъемки, получены спектры обтекания потоками воздуха Анализ полученных спектров позволил определить характер и направление потоков воздуха, которые послужили в выборе мест для установки элементов СОВ. Для подтверждения визуальных результатов были получены цифровые значения давлений на поверхности кузова в предполагаемых зонах расположения вытяжной вентиляции с помощью термоанемометрической аппаратуры 12АТА-А4.

Анализ полученной информации позволяет сделать следующие выводы:

- на опускном окне, в районе стойки лобового стекла, существует мощный восходящий поток, который способствует переносу дорожных частиц от колесной ниши вверх;

- в средней части боковой поверхности кузова линии воздушного потока проходят горизонтально по всей длине боковой поверхности;

- в передней части крыши и на боковых поверхностях кузова происходит срыв воздушных потоков, поэтому практически вся поверхность задней двери находится в зоне разрежения.

Рисунок 7 Распределение воздушных потоков по поверхности кузова автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» при скорости движения 60 км/ч, подветренная сторона

Результаты испытании по оценке распределения давления на поверхностях кузова представлены на рисунках 8 и 9 Отрыв воздушного потока в трех плоскостях от крыши и боковых поверхностей приводит к образованию разрежения на поверхности задней двери что ведет к восхождению воздушного потока от бампера до уровня крыши автомобиля

Ряд преимуществ имеет система вентиляции с вытяжкой в районе заднеи стойки. Такая система вентиляции является рациональной как в зимний так и в летний периоды эксплуатации автомобиля за счет значительного снижения выхода количества воздуха через вентиляционные отверстия в дверях. Прогретый воздушный поток будет удаляться вытяжной системой в районе задней стойки боковины.

Дальнейшие испытания по эффективности СОВ проводились в двух сравнительных вариантах серийный и опытный автомобиль ВАЗ-11113 «ОКА»

На автомобиле ВАЗ-11113 «ОКА», в районе задних стоек кузова размещались разработанные блоки вытяжной вентиляции Э11113-8212400 сопасно рекомендациям потученным в результате проведенных экспериментальных исследований (рисунок 10 и 11).

Рисунок 8 - Распределение давления по поверхности кузова автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА». Стрелками показано направление движения воздушных потоков Обозначение: числа в кружках- номера датчиков; в числителе- разрежение (Па) при скорости движения автомобиля 60 км/ч; в знаменателе- разрежение (Па) при скорости движения автомобиля 80 км/ч

Рисунок 9 - Распределение давления на поверхности задней части кузова автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА»

Рисунок 10 - Конструкции экспериментального блока вытяжной вентиляции

а) б) в)

Рисунок 11 - Установка экспериментального блока вытяжной вентиляции в автомобиль ВАЗ-11113 «ОКА». Вид изнутри (а), с внешней боковой стороны (б) и

вид сзади (в)

Проанализировав состояние воздушной среды салона автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» со штатной СОВ можно сделать выводы

- в салоне автомобиля движение воздушных потоков хаотично из-за наличия препятствий в виде конструкций элементов салона,

- скорость воздушных потоков и интенсивность вентилирования передней части салона в несколько раз превышает интенсивность вентилирования задней части салона, поэтому образуются застойные участки,

- температура воздуха в салоне автомобиля в зимний период не соответствует рекомендуемой, поскольку разница температур в зоне головы и ног водителя и пассажиров выше допустимой (14°С у задних пассажиров при норме в холодный период года 3 10°С)

По результатам исследований эффективности процесса очищения боковых стекол от наледи выявлено что открытие опускного стекла на 10-20 мм существенно ускоряет процесс очистки. Если через 5 МИНУТ после начала движения автомобиля с закрытым окном при использовании штатной системы вентиляции стекло очистилось приблизительно на 5% , то за те же 5 минут движения с приоткрытым окном стекло очистилось на 20%.

У автомобиля с опытной системой вентиляции интенсивность «распотевания» стекол выше, чем у серийного, так как уже через 10 минут после запуска двигателя стекло очистилось от конденсата на 80% и только на 60% - при использовании штатной системы (рисунок 12)

в) г)

Рисунок 12 - Визуализация процесса «распотевания» боковых стекол с опытным блоком вытяжнои вентиляции л), б) - исходное состояние стекол, в), г) - после 10 минут обдува Через последующие 5 минут в первом случае стекло очищается полностью а во втором - только на 80%. Поэтому для повышения интенсивности очищения боковых стекол от конденсата и наледи необходима установка дополнительных воздуховодов в панели приборов с направленными на боковые окна дефлекторами.

Анализ результатов испытаний по интенсивности «распотевания» стекол показал что для эффективного удаления конденсата со стекол необходимо чтобы скорость воздушного потока обдува стекол была не ниже 0,5 м/с.

В четвертой главе рассматриваются практические рекомендации и методика выбора конструктивных элементов СОВ салонов легковых автомобилей Приводится обоснование концепции их выбора и определения параметров системы на основе расчета по разработанному алгоритму (рисунок 13).

с

Анализ потентоб сущестбуюших конструкции и исследовании СОКУ

Предбарительныи выбор хар к проектируемой модели СОКУ

Требования потребителя

Конкурентные модели

1ре6обания ГОСТ Р 50991-96

Поиск мероприятии для повышения комфортности бездушной среды б салоне лег к обо г о автомобиля

Исследование внешней поверхности кузоба с целью бы5ора мест расположения вентиляционных отберстии

Подбор технических хар-к СОКУ и определение формы дефлекторов

1 Внешние факторы | Температура б салоне ТР = (ИЯИЛВ,1И) | -{ Внутренние факторы

Расчет параметров системы отопления

Радиатор Насос Вентилятор

1%п (СМШ )

Расчет параметров и изготовление опытного блока вентиляции

(в. О

Испытание опытного образца б состабе обтомобиля

Расчет интегрального показателя качестбо бозбушнои среды (К^)

Не уАйнетОеряря

Рисунок 13- Алгоритм выбора конструктивных элементов СОКУ

Суть алгоритма заключается в отборе, классификации и комплексной систематизации показателей, оценивающих безопасность движения и комфортность воздушной среды в салоне автомобиля на основе 3-х ступенчатой выборки, в которой предварительно принятые показатели новой модели последовательно оцениваются на эффективность системы обеспечения комфортных условий коэффициентом кратности циркуляции воздуха, на соответствие нормативным требованиям и на качество воздушной среды - с помощью интегрального критерия коэффициента качества Такой подход позволяет выбрать рациональную конкурентоспособную конструкцию СОВ автомобиля

В случае неудовлетворения на любом из этапов проверки цикл по обратной связи возвращает в предыдущий этап для корректировки той или иной характеристики до тех пор, пока она не будет соответствовать требуемому условию

Проведенные расчеты коэффициента кратности циркуляции воздуха в салоне, которые составили 0,29 - 0,47 м7с, показывают высокую эффективность системы отопления модернизированного автомобиля. Результаты расчетов по предложенному алгоритму подтверждаются соответствующими экспериментальными исследованиями, доказывают потенциальную возможность их использования при разработке как новых, так и при модернизации существующих СОВ легковых автомобилей.

В работе проведена оценка качества воздушной среды СОВ салона автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» по методике, разработанной проф. Фасхиевым X А2 По 36 показателям, разделенным на 4 группы, получен интегральный коэффициент качества воздушной среды серийного и опытного автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» (рисунок 14). Суть метода состоит в том, что чем больше площадь профиля, тем выше качество воздушной среды в салоне автомобиля.

Температура воздуха в салоне автомобиля, °С (в зоне юловы, пояса и ног водителя и пассажиров) (с 1 по 9 показатель)

Перепад между температурами воздуха

0 о

в зоне ног и головы, С (с 10 по 13 показатель)

1

Подвижность воздуха в салоне, м/с (с 14 по 21 показатель)

Обзорность, % (зона очищения боковых стекол от конденсата) ( с 22 по 36 показатель)

Рисунок 14 - Профиль качества воздушной среды в салоне автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» (показатели качества приведены в диссертации)

Результаты оценки показывают, что среди сравниваемых автомобилей лучшее значение коэффициента качества воздушной среды имеет опытный

2 Фасхиев Х А Конкуретоспособность автомобилей и их агрегатов / X А Фасхиев, А В Крахмалева, М А Сафарова - Набережные челны Изд-во КамПИ, 2005 - 187 с

автомобиль ВАЗ-11113 «ОКА», оборудованный экспериментальными блоками вытяжной вентиляции - 0,637, а серийный автомобиль - 0,524, что в 1,2 раза меньше. Значит, внедрение блока вытяжной вентиляции позволит будущим владельцам микролитражных автомобилей ощутить преимущества в виде отсутствия запотевших окон и комфортной воздушной среды по всему салону

На основе исследованных элементов СОВ салона легкового автомобиля разработана функциональная схема СОКУ в салоне (рисунок 15).

Рисунок 15 - Блок-схема автоматизации СОКУ в салоне автомобиля

Разработанная структурная схема системы управления микроклиматом ориентирована на реализацию алгоритма управления элементами регулирования параметров воздушной среды микропроцессорными средствами.

Система автоматического управления СОВ салона позволяет оптимально управлять элементами систем, обеспечивая при этом регулировку температуры воздуха в салоне в широком диапазоне, местный подогрев элементов конструкций в зависимости от климатических условий.

Наиболее перспективным направлением совершенствования СОКУ и повышения его эффективности является обеспечение комплексного подхода в решении задачи за счет корректировки распределения воздушных потоков и применения методов обеспечения требуемых параметров путем применения различных видов энергии как тепловой, так и электрической.

Данная схема включает создание автоматизированного управления системой с общей обратной связью по параметрам, характеризующим воздушную среду в салоне автомобиля, с целью повышения комфортности воздушной среды в салоне легкового автомобиля. Блок-схема рекомендована для внедрения в ОАО «ЗМА».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 По результатам анализа проблем качества обеспечения комфортных воздушных условий в салонах легковых автомобилей установлены причины неравномерного распределения воздушных потоков по салону, большие разницы температур в зонах головы и ног передних и задних пассажиров, запотевание боковых стекол Причинами недостатков являются изначально заноженные несовершенства конструкций, некорректно подобранные характеристики системы, некачественное изготовление, что объясняются отсутствием объективных данных о характерных особенностях СОВ, комплексных методик расчета и испытаний, рекомендаций по сравнительной оценке СОВ конкурентных моделей автомобилей

2 Разработана номенклатура показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля, их иерархическая классификация и методика оценки качества воздушной среды, основанная на интегральном критерии коэффициента качества, который определяется методом «профилей» и позволяет разноразмерные показатели качества объединить в один и сравнить его с показателями конкурентных автомобилей Сравнение коэффициентов качества салонов опытного и серийного автомобилей «ОКА» показали повышение качества воздушной среды при применении экспериментальных блоков вытяжной вентиляции в 1,2 раза Коэффициенты качества составили О 637 и 0,524 соответственно

3 Разработан алгоритм выбора и метод расчета конструктивных элементов систем вентиляции и отопления, заключающийся в отборе, классификации и систематизации показателей, оценивающих безопасность движения и комфортность воздушной среды в салоне автомобиля на основе 3-х ступенчатой выборки, в которой предварительно принятые показатели новой модели последовательно оцениваются на эффективность системы обеспечения комфортных условий коэффициентом кратности циркуляции воздуха, на соответствие нормативным требованиям и на качество воздушной среды с помощью интегрального коэффициента качества

4 Экспериментально получены на натурном образце аэродинамические спектры обтекания и цифровые значения распределения давления по поверхности кузова автомобиля ВАЗ-НПЗ «ОКА», позволяющие выявить характер потоков воздуха в зонах расположения элементов системы вентиляции и отопления с цепью выбора рационального места расположения и формы блоков вытяжной вентиляции Благоприятная зона находится в области задней стойки боковины кузова, поскольку характеризуется необходимым для обеспечения вентиляции разрежением при скорости 60 км/ч, давление на поверхности кузова составляет - 36 Па, при 80 км/ч - 67 Па Установка дополнительного блока вытяжной вентиляции позволила повысить температуру в зоне ног задних пассажиров на 3 4°С

5 Получена регрессионная модель расчета температуры в салоне легкового автомобиля особо малого класса, учитывающая такие метеорологические факторы окружающей среды, как температура, влажность скорость ветра и

время нагрева салона после запуска двигателя Проверка множественного коэффициента корреляции по критерию Фишера и коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента при уровне значимости а=0,05 показали, что они значимы Множественный коэффициент коррекции - 0,97 Средняя ошибка прогноза температуры в салоне автомобиля не превышает 1 %

6 Предложен новый критерий оценки эффективности системы отопления салона легкового автомобиля - коэффициент кратности циркуляции воздуха рассчитываемый с учетом таких параметров, как внутренний объем салона количество воздуха, проходящего через систему отопления, температуры воздуха в салоне и на выходе радиатора отопителя, суммарной теплопроизводительности, отличающийся от известного тем, что температура воздуха в салоне определяется по вновь предложенной четырехфакторной регрессионной модели Коэффициент кратности циркуляции воздуха опытного автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» составил 0,29-0,47 м3/с при минимальных и максимальных режимах работы СОВ, а у серийного автомобиля он не превышает 0,3 м3/с

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 Басыров, Р Р Оптимизация параметров автомобиля на этапе разработки / Р Р Басыров, X А Фасхиев // Автомобиль и техносфера труды II Международной научно-практической конференции - Казань КГТУ, 2001 - С 148-156

2 Басыров, Р Р Влияние развития автомобилестроения на экономику России // Наука и практика Диалоги нового века материалы Международной научно-практической конференции - Набережные Челны КамПИ, 2003 - С 370-374

3 Басыров, Р Р Влияние микроклимата салона автомобиля на активную безопасность // Автомобиль и техносфера материалы III Международной научно-практической конференции - Казань КГТУ, 2003 - С 72-77

4 Басыров, Р Р Один из способов повышения комфорта в салоне автомобиля // Наука и практика Диалоги нового века материалы Международной научно-практической конференции, Ч 2 - Набережные Челны Изд-во КамПИ, 2003 -С 124-127

5 Басыров, Р Р Системный подход в обеспечении безопасности движения автомобиля // Научно-исследовательская деятельность студентов - первый шаг в науку сб материалов межвузовской научно-методической конференции -Набережные Челны Изд-во КамПИ, 2004 -С 97-101

6 Басыров, Р Р Система автоматизированного управления параметрами микроклимата салона автомобиля / Р Р Басыров, Р М Салтыков // Научно-исследовательская деятельность студентов - первый шаг в науку сб материалов межвузовской научно-методической конференции - Набережные Челны Изд-во КамПИ, 2004 - С 204-208

7 Басыров, Р Р Проблемы синтеза структуры управления параметрами микроклимата салона автомобиля / Р Р Басыров, X А Фасхиев В В Звездин // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса сб материалов Всероссийской научно-технической конференции - Екатеринбург УГТУ, 2004 -С 52-56

8 Басыров, Р Р Модернизация автомобиля «ОКА» как способ повышения конкурентоспособности // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса сб материалов Всероссийской научно-технической конференции -Екатеринбург УГТУ, 2004 - С 50-55

9 Басыров, Р Р Повышение эффективности систем обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля / РР Басыров, В В Звездин // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств материалы Международной научно-технической конференции Ч 1 - Пенза АДИ ПГУАС 2004 -С 258-264

10 Басыров, Р Р Экспериментальные исследования и анализ аэродинамических характеристик легкового автомобиля особо малого класса / Р Р Басыров, В М Ларин, X А Фасхиев, В В Звездин // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств материалы Ш Международной научно-технической конференции Ч. 2 -Пенза АДИ ПГУАС, 2004 -С 13-18

11 Басыров, Р Р Основные направления развития автомобильной промышленности в России / Р Р Басыров, X А Фасхиев // Современные тенденции развития автомобилестроения в России сб материалов III всероссийской научно-технической конференции - Тольятти ТГУ, 2004 - С 216-218

12 Басыров, Р Р Систематизация внешних и внутренних факторов, влияющих на комфортность в салоне автомобиля / Р Р Ьасыров, X А Фасхиев // Современные тенденции развития автомобилестроения в России сб материалов научно-технической конференции - Тольятти ТГУ, 2004 - С 222225

13 Басыров, Р Р Метод расчета параметров микроклимата в салоне легкового автомобиля [Электронный ресурс] [интерактивный научно-технический журнал] - Набережные Челны КамПИ, 2004 - № 7 - Режим доступа http //www kampi ru/sets/index2 php - Загл с экрана

14 Басыров, Р Р Методика оценки качества воздушной среды в салоне легкового автомобиля / Р Р Басыров, X А Фасхиев // Студенчество Интеллект Будущее сб материалов межвузовской научно-технической конференции -Набережные Челны Изд-во КамПИ, 2005 - С 367-369

15 Басыров, Р Р Методика выбора конструктивных элементов салона легкового автомобиля по критерию комфортности воздушной среды // Студенчество Интеллект Будущее сб материалов межвузовской научно-технической конференции - Набережные Челны Изд-во КамПИ, 2005 - С 370-372

16 Басыров, Р Р Методика расчета конструктивных элементов систем обеспечения комфортных условий в салоне легкового автомобиля // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств сб материалов научно-технической конференции ААИ - Москва МГТУ «МАМИ», 2005 - С 27-30

17 Басыров, Р Р Метод расчета параметров микроклимата в салоне легкового автомобиля / Р Р Басыров, В М Ларин // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса сб материалов Всероссийской научно-технической конференции - Екатеринбург УГТУ, 2005 - С 34-37

05-01 '05'- 06

Басыров Руслан Рамилевич

ВЫБОР КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ ОСОБО МАЛОГО КЛАССА ПО КРИТЕРИЮ КОМФОРТНОСТИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В САЛОНЕ

Специальность 05.05.03 Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛР № 020342 от 7.02.1997 г. ЛР № 0137 от 2.10.1998 г. Подписано в печать Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч.-издл. 1,1 Усл.-печ.л. 1,1 Тираж 100 экз.

Заказ ЬЧ

Издательско-полиграфический центр Камского государственного политехнического- иысЯтута 423810, г Набережные Челны, проспект Мира, 13

19 м:. /гч

685

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМФОРТНЫХ УСЛОВИЙ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ.

1.1. Анализ путей повышения безопасности автомобилей

1.2 Система обеспечения комфортных условий салона автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА».

1.3. Влияние конструктивных элементов салона автомобиля на параметры систем обеспечения комфортных условий

Выводы по главе и задачи исследования.

2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМФОРТНЫХ УСЛОВИЙ В САЛОНЕ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ.

2.1. Номенклатура показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля.

2.2. Исследование зависимости температуры в салоне автомобиля от внешних и внутренних факторов.

2.2.1. Математическая модель зависимости температуры в салоне легкового автомобиля особо малого класса от внешних факторов.

2.2.2. Решение задачи множественной регрессии.

Выводы по главе.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ САЛОНА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМФОРТНЫХ УСЛОВИЙ.

3.1. Исследование внешней поверхности кузова автомобиля

ВАЗ-Ill 13 «ОКА» с целью выбора оптимального места расположения вытяжных отверстий.

3.1.1. Новая вытяжная вентиляция в салоне автомобиля ВАЗ

11113 «ОКА».

3.2. Экспериментальные исследования по определению эффективности систем вентиляции и отопления автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА».

3.3. Исследование причин и пути предотвращения «запотевания» и «обмерзания» стекол.

Выводы по главе.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И ОТОПЛЕНИЯ САЛОНА ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ.

4.1. Выбор конструктивных параметров системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля ВАЗ-11113.

4.2. Оценка качества воздушной среды системы вентиляции и отопления салона автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА».

4.3. Разработка функциональной схемы системы обеспечения комфортных условий в салоне легкового автомобиля

Выводы по главе.

Актуальность проблемы. Развитие автомобильной промышленности связано с созданием новых моделей автомобилей, удовлетворяющих современным требованиям безопасности. В автомобилестроении большое внимание уделяется модернизации легковых автомобилей с целью повышения их эксплуатационных характеристик путем разработки и внедрения систем' автоматического управления параметрами основных агрегатов и систем на базе современной микропроцессорной техники. Безопасность движения автомобиля в значительной степени зависит от состояния микроклимата в салоне автомобиля, который обеспечивается эффективностью и уровнем автоматизации систем.

Анализ современных систем отопления и вентиляции (СОВ) показывает высокую степень зависимости многопараметрической функции безопасности движения от характеристик систем обеспечения комфортных условий в легковом автомобиле. Дальнейшее повышение показателей качества подобных систем, без решения оптимизационных задач, приводит к неоправданным затратам, что снижает экономическую эффективность производства новых моделей автомобилей и модернизацию существующих. Учет внешних факторов, влияющих на показатели качества систем обеспечения комфортных условий, важен при проектировании СОВ, поскольку автомобиль эксплуатируется в различных климатических зонах.

Повышение эффективности систем обеспечения комфортных условий в период эксплуатации автомобиля — сложная задача, поэтому велика значимость заложенного технического решения системы на этапе разработки. Несовершенство конструктивных элементов систем обеспечения комфортных условий в салоне и отсутствие систем автоматического управления объясняется недостаточной проработкой вопросов, связанных с влиянием аэродинамических, тепло- и звукоизоляционных характеристик применяемых материалов. Это объясняется отсутствием необходимых методик по расчёту и рекомендаций по расположению в салоне элементов, обеспечивающих необходимое распределение движения воздушных потоков.

Задача выбора конструктивных элементов салона легкового автомобиля особо малого класса, влияющих на комфортность воздушной среды и безопасность движения не полностью решена, поэтому тема диссертации является актуальной.

Целью работы является научное обоснование метода выбора конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса по критерию комфортности воздушной среды в салоне, обеспечивающее эффективную работу и управление системой вентиляции и отопления.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:

- выявление основных факторов, влияющих на показатели качества систем обеспечения комфортных условий и безопасности движения автомобиля;

- исследование влияния аэродинамических параметров конструкции автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» на распределение внешнего давления воздуха по кузову при движении;

- разработка математической модели взаимосвязи параметров воздушной среды в салоне автомобиля;

- обоснование выбора конструктивных элементов системы обеспечения комфортных условий в салоне легкового автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА»;

- разработка метода расчета эффективности системы отопления легкового автомобиля.

Объект исследования: легковой автомобиль особо малого класса ВАЗ-11113 «ОКА».

Предмет исследования: методы выбора конструктивных параметров салона легкового автомобиля.

Методология и методы исследования. Методология исследований построена на принципах рационального сочетания теоретических изысканий и натурного экспериментирования. Основные теоретические положения • разрабатывались на принципах системного подхода с привлечением аппарата математической теории планирования экспериментов, математического программирования, детерминированного и статистического анализа. В работе использованы теория комплексно-системного подхода к проектированию машин, теория принятия решений, теория многопараметрической оптимизации; методы экспериментальной доводки конструкций, экономико-математического моделирования, регрессионного анализа, оценки эффективности и качества машин.

Научной новизной работы являются:

- номенклатура показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля, их иерархическая классификация и методика оценки качества воздушной среды, основанная на интегральном критерии коэффициента качества, который определяется методом «профилей» и позволяет разноразмерные показатели качества объединить в один и сравнить его с показателями конкурентных автомобилей;

- алгоритм выбора и методика расчета конструктивных элементов систем вентиляции и отопления, заключающиеся в отборе, классификации и систематизации показателей, оценивающих безопасность движения и' комфортность воздушной среды в салоне автомобиля на основе 3-х ступенчатой выборки, в которой предварительно принятые показатели новой модели последовательно оцениваются на эффективность системы обеспечения комфортных условий коэффициентом кратности циркуляции воздуха, на соответствие нормативным требованиям и на качество воздушной среды с помощью интегрального критерия коэффициента качества;

- экспериментально полученные на натурном образце аэродинамические спектры обтекания и эпюры распределения давления по поверхности кузова автомобиля BA3-11113 «ОКА», позволяющие выявить характер потоков' воздуха в зонах расположения элементов системы вентиляции и отопления с целью выбора рационального места расположения и формы блоков вытяжной вентиляции;

- вновь полученная регрессионная модель расчета температуры в салоне легкового автомобиля особо малого класса, учитывающая такие метеорологические факторы окружающей среды, как температура, влажность, скорость ветра и время нагрева салона после запуска двигателя;

- новый критерий оценки эффективности системы отопления салона легкового автомобиля — коэффициент кратности циркуляции воздуха, рассчитываемый с учетом таких параметров, как внутренний объем салона, количество воздуха, проходящего через систему отопления, температуру воздуха в салоне и на выходе радиатора отопителя, суммарную теплопроизводительность, отличающийся от известного тем, что температура воздуха в салоне определяется по вновь предложенной четырехфакторной регрессионной модели.

Достоверность научных положений диссертации подтверждается полнотой и обстоятельностью анализа современного состояния исследований в области систем обеспечения комфортных условий в салоне автомобилей, корректностью выбора исходных допущений и ограничений при постановке научных задач, достаточной адекватностью используемых математических моделей процессам отопления и вентиляции салонов автомобилей, строгостью использования современного математического аппарата при формализации проблемы создания комфортных условий в салоне автомобиля, совпадением результатов расчета по математической модели с результатами экспериментальных исследований, публикацией и апробацией основных положений работы на международном, всероссийском и отраслевом уровнях.

Практическая ценность:

- разработанная классификация показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне легкового автомобиля позволяет оценить потребительские свойства автомобиля, подобрать параметры СОВ по введенным критериям и сравнить их с аналогами ещё на стадии разработки;

- предложенный критерий оценки эффективности системы отопления способствует выбору рациональных параметров салона легкового автомобиля при разработке;

- разработанная конструкция блока вытяжной вентиляции способствует обеспечению более комфортной воздушной среды в салоне автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА»;

- разработанная блок-схема системы автоматизированного управления по обеспечению комфортных условий в салоне легкового автомобиля позволяет повысить эффективность ее работы для обеспечения требуемых значений параметров воздушной среды и безопасности движения.

Реализация результатов. Результаты теоретических исследований, а также разработанный метод оценки качества воздушной среды и расчет. эффективности отопления в салоне легкового автомобиля особо малого класса используются в ОАО «ЗМА» при выполнении опытно-конструкторских работ и в учебном процессе в Камском государственном политехническом институте.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» ICATC (Казань: КГТУ-КАИ, 2001, 2003), Международной научно-практической конференции «Наука и практика. Диалоги нового века» (Набережные Челны: КамПИ, 2003), на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса». (Екатеринбург: УГТУ, 2004, 2005), на III Международной научно-практической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза: АДИ ПТУ АС, 2004), на Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» (Тольятти: ТГУ, 2004), на межвузовской научно-практической конференции «Научно-исследовательская деятельность студентов - первый шаг в науку» (Набережные Челны: КамПИ, 2004), «Вузовская наука - России» (Набережные Челны: КамПИ, 2005), «Студенчество. Интеллект. Будущее» (Набережные Челны: КамПИ, 2005), на Международном научном симпозиуме в рамках научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва: МГТУ «МАМИ», 2005), в НТЦ ОАО «КАМАЗ», на ОАО «ЗМА» и на кафедре «Автомобили и автомобильные перевозки» Камского государственного политехнического института (Набережные Челны, 20012005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержащего 69 рисунков, 16 таблиц, список литературы включает 99 наименований, приложения приведены на 10 страницах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ, ВЫВОДЫ, РЕКОМЕНДАЦИИ

Проведенные, в диссертационной работе, исследования показали, что СОВ салона серийного автомобиля не соответствует современным требованиям и возникает необходимость повышения ее эффективности.

Показатели качества СОКУ, к которым относятся распределение температурного поля воздуха по объему салона, давление, влажность, скорость ' движения воздушных потоков, время достижения заданных параметров и т.п., отвечают за безопасность движения автомобиля.

В результате внедрения теоретически и экспериментально обоснованных разработанных элементов вентиляции и отопления салона автомобиля снижается разность температур в нижней и верхней частей салона на 3 - 4°С, что влечет за собой снижения уровня запотевания боковых стекол.

Из этого следует, что поставленная цель - научное обоснование методов выбора конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса по критерию комфортности воздушной среды в салоне, обеспечивающее' эффективную работу и управление системой вентиляции и отопления -достигнута за счет конструктивных изменений элементов СОКУ и введения автоматического управления параметрами микроклимата. Полученные решения снижают риск возникновения аварийных ситуаций при движении автомобиля.

В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты работы:

1. По результатам анализа проблем качества обеспечения комфортных воздушных условий в салонах легковых автомобилей установлены причины неравномерного распределения воздушных потоков по салону, большие' разницы температур в зонах головы и ног передних и задних пассажиров, запотевание боковых стекол. Причинами недостатков являются изначально заложенные несовершенства конструкций, некорректно подобранные характеристики системы, некачественное изготовление. Что объясняются отсутствием объективных данных о характерных особенностях СОВ, комплексных методик расчёта и испытаний, рекомендаций по сравнительной оценке СОВ конкурентных моделей автомобилей.

2. Разработана номенклатура показателей качества системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля, их иерархическая классификация и • методика оценки качества воздушной среды, основанная на интегральном критерии коэффициента качества, который определяется методом «профилей» и позволяет разноразмерные показатели качества объединить в один и сравнить его с показателями конкурентных автомобилей. Сравнение коэффициентов качества салонов опытного и серийного автомобилей «ОКА» показали повышение качества воздушной среды при применении экспериментальных блоков вытяжной вентиляции в 1,2 раза. Коэффициенты качества составили 0,637 и 0,524 соответственно.

3. Разработан алгоритм выбора и метод расчета конструктивных элементов • систем вентиляции и отопления, заключающийся в отборе, классификации и систематизации показателей, оценивающих безопасность движения и комфортность воздушной среды в салоне автомобиля на основе 3-х ступенчатой выборки, в которой предварительно принятые показатели новой модели последовательно оцениваются на эффективность системы обеспечения комфортных условий коэффициентом кратности циркуляции воздуха, на соответствие нормативнымГтрёбованиям и на качество воздушной среды с помощью интегрального критерия коэффициента качества.

4. Экспериментально получены на натурном образце аэродинамические4 спектры обтекания и цифровые значения распределения давления по поверхности кузова автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА», позволяющие выявить характер потоков воздуха в зонах расположения элементов системы вентиляции и отопления с целью выбора рационального места расположения и формы блоков вытяжной вентиляции. Благоприятная зона находится в области задней стойки боковины кузова, поскольку характеризуется необходимым для обеспечения вентиляции разрежением при скорости 60 км/ч, давление на поверхности кузова составляет - 36 Па, при 80 км/ч - 67 Па. Установка дополнительного блока вытяжной вентиляции позволила повысить температуру в зоне ног задних пассажиров на 3.4°С.

5. Получена регрессионная модель расчета температуры в салоне легкового автомобиля особо малого класса, учитывающая такие метеорологические факторы окружающей среды, как температура, влажность, скорость ветра и время нагрева салона после запуска двигателя. Проверка множественного коэффициента корреляции по критерию Фишера и коэффициентов регрессии — по критерию Стьюдента для уровня достоверности а=0,05 значимы. Множественный коэффициент корреляции - 0,97. Средняя ошибка. аппроксимации менее 1 %.

6. Предложен новый критерий оценки эффективности системы отопления салона легкового автомобиля - коэффициент кратности циркуляции воздуха, рассчитываемый с учетом таких параметров, как внутренний объем салона, количество воздуха, проходящего через систему отопления, температуру воздуха в салоне и на выходе радиатора отопителя, суммарную теплопроизводительность, отличающийся от известного тем, что температура воздуха в салоне определяется по вновь предложенной четырехфакторной регрессионной модели. Коэффициент кратности циркуляции воздуха опытного . автомобиля ВАЗ-11113 «ОКА» составил 0,29-0,47 м3/с при минимальных и максимальных режимах работы СОВ, а у серийного автомобиля он не превышает 0,3 м3/с.

1. Асатрян, Р.С. Российское автомобилестроение. Проблемы и решение. //Автомобильная промышленность. 2000. - №7. - С. 1-5.

2. Афанасьев, М.Б. Методологические вопросы безопасности дорожного' движения / М.Б. Афанасьев, В.В. Сильянов // Автомобилизация и расселение: ВНИИ системных исследований. 1979. - Вып. 1. - С. 52-56.

3. Афанасьев, А.Л. Конструктивная безопасность автомобиля / А.Л. Афанасьев, А.Б. Дьяков, В.А. Иларионов М.: Машиностроение, 1993. - 212 с.

4. Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1982.-288 с.

5. Басыров, P.P. Оптимизация параметров автомобиля на этапе разработки / P.P. Басыров, Х.А. Фасхиев // Автомобиль и техносфера: материалы II Международной научно-практической конференции. Казань: КГТУ имени А.Н. Туполева, 2001. - С. ' 148-156.

6. Басыров, P.P. Влияние развития автомобилестроения на экономику России // Наука и практика. Диалоги нового века: Материалы международной научно-практической конференции. Набережные Челны: КамПИ, 2003. - С. 370-374.

7. Басыров, P.P. Влияние микроклимата салона автомобиля на активную безопасность // Автомобиль и техносфера: материалы III Международной научно-практической конференции. Казань: КГТУ имени А.Н. Туполева, 2003. - С. 72-77.

8. Басыров, P.P. Один из способов повышения комфорта в салоне автомобиля // Наука и практика. Диалоги нового века: материалы Международной научно-' практической конференции, 4.2. Набережные Челны: Изд-во КамПИ, 2003. - С. 124-127.

9. Басыров, P.P. Модернизация автомобиля «ОКА» как способ повышения конкурентоспособности // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: • материалы всероссийской научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ, 2004. - С. 50-55.

10. Ватолин, А.К. Пути снижения лобового сопротивления большегрузных автомобилей на основе исследований моделей в аэродинамических трубах. //

11. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казань: • КАИ, 1983.- 145 с.

12. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения / Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров. М.: Наука, 1988. - 480 с.

13. Ветлинский, В.Н. Бортовые автономные системы управления автомобилем. -М.: Автотранспорт, 1993. 178 с.

14. Ветохин, А.С. Оценка уровня надежности и безопасности системы ВАДС /

15. A.С. Ветохин, А.А. Власов, В.Ю. Акимова // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: материалы II Международной научно-технической конференции. 4.2. Пенза: ПГАСА, 2003. - С. 343-345.

16. Ветохин, А.С. Автотранспортная эргономика: учебное пособие / А.С. Ветохин,

17. B.В. Лянденбурский. Пенза: ПГАСА, 2003. - 126 с.

18. Высоцкий, М.С. Автомобили. Основы проектирования: учебное пособие для вузов / М.С. Высоцкий, А.Г. Выгонный. Мн: Высш. Шк., 1996. - 117 с.

19. Гилл, Ф. Практическая оптимизация: пер. с англ. / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт М.: Мир, 1985. - 509 с.

20. Гортышов, Ю.А, Теория и техника теплофизического эксперимента. 2-е изд. перераб. и доп. / Ю.А. Гортышов, Ф.Н. Дресвянников, Н.С. Идиатуллин // Под ред. В.К. Щукина. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 448 с.

21. ГОСТ Р 51206-98. Содержание вредных веществ в воздухе салона и кабины.

22. ГОСТ Р 50993-96. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности.

23. ГОСТ Р 121005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

24. ГОСТ Р 51266-99. Обзорность с места водителя.

25. РД 37.001.018-84. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования автотранспортных средств. Технические требования к параметрам.

26. Говорущенко, Н.Я. Системотехника проектирования транспортных машин: -учебное пособие / А.Н. Туренко. Харьков: ХНАДУ, 2002. - 176 с.

27. Гжиров, Р.И. Краткий справочник конструктора. J1: Машиностроение, 1984.

28. Глушко, О.В. Труд и здоровье водителя автомобиля / О.В. Глушко, Н.В. Клюев М.: Транспорт, 1982. - 160 с.

29. Гришкевич, А.И. Автомобили. Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть. Мн.: Высш. школа, 1986.

30. Гультяев, А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебной курс СПб: Питер, 2000. - 432 с.

31. Гухо, В.Г. Аэродинамика автомобиля. М.: Машиностроение, 1987. - 424 с.

32. Диллои, Б. Инженерные методы обеспечения надежности систем / Г. Сянгх. -М.: Мир, 1984.-318 с.

33. Евграфов, А.Н. Совершенствование аэродинамических качеств автомобилей и автопоездов / Б.Г. Хубаев. М.: ЦНИИТЭавтопром, 1987. - 52 с.

34. Елисеева, И.И. Общая теория статистики: учебник / И.И. Елисеева, М.М. Юзбашев.- М.: Финансы и статистика, 2003. 480 с.

35. Зарубин, B.C. Инженерные методы решения задач теплопроводности. М.: Энергоатомиздат, 1983. 328 с.

36. Зацепин, К. Как САУКнется так откликнется // За рулем. - 2000. - №2. - С. 44- , 45.

37. Зимнюхов, А. В. Системы отопления кабин и салонов: ГОСТ Р-50993—96 нуждается в уточнении // Автомобильная промышленность. 2004. - №7. - С. 18-21.

38. Иванов, В.Н. Пассивная безопасность автомобиля. М.: Март, 1995. - 380 с.

39. Костин, И.М. Качество основа реализации стратегии ОАО «КАМАЗ»: сб. Международной научно-практической конференции «Менеджмент организации XXI века». - Набережные Челны: КамПИ, 2001. - С. 83-85.

40. Котик, М. А. Ошибки управления. Психологические причины, метод автоматизированного анализа / М. А. Котик, А. М. Емельянов. Таллин: Валгус, 1985.-391 с.

41. Кох, П. И. Климат и надежность машин. М.: Машиностроение, 1981. - 175с.

42. Кошлова, А.Г. Справочник технолога машиностроителя / А.Г. Кошлова, А.К.

43. Мещеряков М: Машиностроение, 1986. - 176 с.

44. Кравец, В.И. Законодательные и потребительские требования к автомобилю / В.И. Кравец, Е.В. Голынин. М.: ПравоМ, 2003. - 453 с.

45. Красильников, В.В. Математические методы принятия решений. Набережные Челны: КамПИ, 1998. - 476 с.

46. Кривуцкий, Г.Я. Держи ноги в тепле // Семь верст. №7. - С. 6-9.

47. Крючков, В. Сам себе истопник // За рулем. 2000. - №3. - С. 140-141.

48. Курицкий, Б. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0. СПб: BHV, 1997.- 142 с.

49. Лебедев, Г. Дует, но не греет / Г. Лебедев, А. Карпенков // За рулем. 1999. -№10.-С. 142-143.

50. Лобанов, Е.М. Проектирование дорог и организация движения с учетом психофизиологии водителя. М.: Транспорт, 1980. - 311 с.

51. Ловцов, В.В. Системы кондиционированйя"динамического микроклимата. М.: Энергоиздат, 1997. - 225 с.

52. Лукин, П.П. Конструирование и расчет автомобиля / П.П. Лукин, Г.А. Гаспарянц, В.Ф. Родионов. М: Машиностроение, 1984. - 215 с.

53. Михайловский, Е.В. Аэродинамика автомобиля. М.: Машиностроение, 1973. -224 с.

54. Мишин, С. Наука ленивым // За рулем. 1999. - № 10. - С. 140-141.

55. Нефелов, С.В. Техника автоматического регулирования в системах вентиляциии кондиционирования /С.В. Нефелов, Ю.С. Давыдов. М.: Энергоиздат, 1995.- 150 с.

56. Никитин, И.Н. Температурный режим кабины автобуса «Волжанин» // Автомобильная промышленность. 2003. - №6. - С. 17-18.

57. Носаков, И.В. Анализ технического уровня и потребительских свойств АТС. Предпроектные исследования / И.В. Носаков, С.М. Кудрявцев // Автомобильная промышленность. 2001. - №2. - С. 13-16.

58. Обухов, А. Не мерзнет и не потеет // За рулем. 2002. - №12. - 79 с.

59. Островцев, А.Н. Критерии оценки и управления качеством автотранспортных средств на стадии проектирования, производства и эксплуатации / А.Н. Островцев, Е.С. Кузнецов, С.И. Румянцев. М.: МАДИ, 1981. - 95 с.

60. Палутин, Ю.И. Методические основы совершенствования параметров воздушной среды салонов автомобилей. М.: ГНЦ НАМИ, 1998г. - 36 с.

61. Палутин, Ю.И. Мероприятия по поддержанию требуемых параметров среды в салонах автомобилей // III-я всесоюзная конференция по автодорожной медицине: тезисы докладов. Горький, 1989. С. 40-41.

62. Палутин, Ю.И. Влияние неплотностей кузова на воздухообмен салона легкового автомобиля // Улучшение эксплутационных качеств тракторов и автомобилей: сб. научных трудов. Горький, 1988. С. 26-30.

63. Плис, А.И. Mathcad. Математический практикум для инженеров и экономистов / А.И. Плис, Сливина Н.А. М.: Финансы и статистика, 2003. - 117с.

64. Попов, Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: учебное пособие. М.: Наука, 1988. - 126 с.

65. Резник Л.Г. Эффективность использования автомобилей в различных климатических условиях / Л.Г. Резник, Г.М. Ромалис. М.: Транспорт, 1989. - 127 с.

66. Ротенберг, Р.В. Вероятностная оценка времени реакции водителя / Р.В. Ротенберг, Ш.И. Хубелашвили // Динамические процессы в транспортных системах. М.: МАДИ, 1982.- 172 с.

67. Ротенберг, Р.В. Основы надёжности системы водитель автомобиль - дорога -среда. - М.: Машиностроение, 1986. - 216 е.: ил.

68. Свиридов, А. Обещают потепление / А. Свиридов, С. Мишин // За рулем. . 2001. - №1. -С. 140-141.

69. Севастьянов, Б.А. Курс теории вероятностей и математической статистики. -М.: Наука, 1982.- 132 с.

70. Сердюк, О. Погода на заказ: отечественные системы климат-контроля // Автостандарт. 2003. - №5. - С. 28-30.

71. Том Дейтон. Автомобильные электрические и электронные системы.: США, 2000. 111 с.

72. Титков, А.И. Новое семейство автомобилей особо малого класса // Автомобильная промышленность. 2001. - №3. - С. 9-12.

73. Тюрин, Ю.Н. Статистический анализ данных на компьютере / Ю.Н. Тюрин, А.А. Макаров; под ред. В.Э. Фигурнова. М.: Инфра-М, 1998. - 172 с.

74. Фасхиев, Х.А. Технико-экономическая оценка грузовых автомобилей при разработке / Х.А. Фасхиев, И.М. Костин. Набережные Челны: Изд-во КамПИ, 2002. - 480 с.

75. Фасхиев, Х.А. Практикум по оценке экономической эффективности инвестиций. Набережные челны: Изд-во КамПИ, 2001. - 112 с.

76. Фасхиев, Х.А. Измерение конкурентоспособности автомобилей и двигателей грузовых автомобилей / Х.А. Фасхиев, А.В. Крахмалева // Инженер. Технолог. Рабочий. 2004. - №3. - С. 10-17.

77. Фасхиев, Х.А. Оценка экономической эффективности, качества и конкурентоспособности изделий машиностроения // Вестник машиностроения, 2000.-№10.-С. 59-66.

78. Фасхиев, Х.А. Оценка технико-экономической эффективности инвестиций и новой техники в рыночных условиях // Вестник машиностроения. 1998. - №8. - С. 36-42.

79. Фасхиев, Х.А. Стадия разработки автомобиля. Моделирование конкурентоспособности // Автомобильная промышленность. 2000. - №2. - С. 1-6.

80. Фасхиев, Х.А. Конкурентоспособность автомобилей и их агрегатов / Х.А.

81. Фасхиев, А.В. Крахмал ева, М.А. Сафарова. Набережные Челны: Изд-во КамПИ, 2005.- 187 с.

82. Хохряков, В.П. Отопление кабины автомобилей. М.: НИИавтопром, 1986. -136 с.

83. Хохряков, В.П. Вентиляция, отопление и обеспыливание воздуха в кабинах автомобилей. М: Машиностроение, 1987. - 172 с.

84. Четверухин, Б.М. Контроль и управление искусственным микроклиматом. М.: Стройиздат. - 1984. - 135 с.

85. Шелякин, А.С. Актуальность разработки методики количественной оценки приспособленности легковых автомобилей к зимним условиям эксплуатации по температурному режиму, воздуха в салоне // Известия вузов. Нефть и газ. -Тюмень, 1999. № 3. - С. 100 -104.

86. Шелякин, А.С. Влияние работы отопителя на длительность прогрева двигателя // Транспортные средства Сибири: межвузовский сборник научных трудов с международным участием. Красноярск: КГТУ, 1999. - С. 248-250.

87. Штробель, В. Современный автомобильный кузов. Пер. с нем. Юнишовой Н.А. М.: Машиностроение, 1984. - 264 с.

88. Ютт, В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для студентов вузов. -2-е изд. М.: Транспорт, 1995. - 304 с.