СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СУММАРНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ДЛЯ КАТЕГОРИРОВАНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ДОРОГ Российский патент 2015 года по МПК G01M17/07 

Заявка на изобретение относится к категорированию испытательных дорог и касается определения коэффициента суммарного сопротивления движению этих дорог для испытаний на них колесных транспортных средств для оценки надежности (безотказности, долговечности).

В настоящее время условия испытаний транспортных средств на надежность регламентируются видами дорог и распределением по ним общего пробега по ОСТ 37.001.472-88 [1, п. 5.5 и прилож. 3], которые, в зависимости от времени года, метеорологических условий и интенсивности движения на них, изменяют свои характеристики, особенно грунтовые дороги.

Принципиальный недостаток такой регламентации состоит в том, что конкретный вид дороги при испытаниях определяют ориентировочно по субъективным оценкам.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению транспортного средства при его дорожных испытаниях [2], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по каждой j-й (j=1…n) опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью данной опорной поверхности, определяют средний расход топлива $${\overline{Q}}_j$$ двигателя и среднюю скорость движения $${\overline{V}}_j$$ , а коэффициент суммарного сопротивления движению Ψ_j определяют по выражению

где $${\overline{Q}}_j$$ - средний расход топлива на j-й опорной поверхности, л/100 км;

$${\overline{V}}_j$$ - средняя скорость движения на j-й опорной поверхности, км/ч;

n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства и отражающей его конструктивные решения, при этом величину n по испытуемому колесному или гусеничному транспортному средству определяют по известному значению коэффициента сопротивления движению Ψ_A, соответствующему дороге с ровным твердым покрытием, равным 0,025 для колесных машин, a $${\overline{Q}}_j$$ и $${\overline{V}}_j$$ - по контрольному расходу топлива q_к испытуемого транспортного средства и скорости, соответствующей контрольному расходу топлива, $$V_{q_{к}}$$ .

Разработка способа [2] позволила перейти от субъективной оценки видов испытательных дорог к принципиально новой количественной оценке категорий этих дорог с помощью самого испытываемого транспортного средства через диапазон статистических значений коэффициента Ψ_j.

Кроме того, в ОСТ 37.001.520-96 [3, п. 6.3] коэффициент Ψ_A представлен в виде суммы коэффициентов f_o и f_w,

где f_o - коэффициент сопротивления качению, значение которого принято как среднестатистическая величина применительно к шинам отечественного производства, равная 0,02 без указания ее состояния;

f_w - коэффициент сопротивления воздуха, равный 0,005.

Недостаток первого способа при определении коэффициента пропорциональности n обусловлен принятием одночислового значения (константы) коэффициента Ψ_A для всех видов колесных транспортных средств, автоматически создавая погрешность определения показателя n и, как следствие, показателя Ψ_j (j=1…m) в выражении (1).

Недостаток второго источника обусловлен также принятием одночислового (среднестатистического) значения коэффициента f_o для всех типов шин и их размерности и одинаковым значением коэффициента сопротивления воздуха f_w для всех типов колесных транспортных средств, имеющих различную площадь лобового сечения, дополнительно создавая погрешность определения показателей n и Ψ_j, и еще с учетом того, что за последние годы повышены требования к коэффициенту сопротивления качению шины на дорогах с твердым покрытием, значение которого должно быть не более:

0,020 для холодной шины (плюс 20°С);

0,012 для прогретой шины до установившейся температуры [4], а также тем, что в настоящее время созданы и эксплуатируются шины, соответствующие указанным требованиям или близким к ним независимо от их производителя, например, KAMA-1260, 425/85R21; KAMA-1260-l,425/85R21;PIRELLI Pista, 14.00R20; «Мишлен», 14.00 R20 и др.

Задачей изобретения является повышение точности при определении коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог при изменчивости и нестабильности их характеристик, особенно грунтовых дорог.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог, согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство при полной его массе по каждой j-й (j=1…n) испытательной дороге в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности;

производят измерения расхода топлива в литрах на 100 км пробега по j-й дороге;

вычисляют реализуемую среднюю скорость движения по пройденному пути и времени чистого движения;

вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению из выражения (1), в котором коэффициент пропорциональности n, характерный для каждого типа транспортного средства, определяют по выражению

где Ψ_A - коэффициент сопротивления движению, соответствующий дороге с ровным твердым покрытием (А-дороги);

V_q - скорость, соответствующая определению контрольного расхода топлива, как правило, равная 60 км/ч;

q_к - контрольный расход топлива, определяемый по топливной характеристике на скорости V_q;

определяют коэффициент Ψ_A по выражению

где f_o - коэффициент сопротивления качению шины испытываемого транспортного средства, прогретой на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч до установившейся ее температуры при температуре наружного воздуха, равной 20±2°С, величину которого определяют по выражению

где P_f - сила сопротивления качению, определяемая по показаниям динамометра при буксировке транспортного средства на А-дороге на скорости 1,0 м/с, кгс;

G_a - суммарная нагрузка транспортного средства на опорную поверхность, кгс;

далее определяют коэффициент сопротивления воздуха f_w по выражению

где P_w - сила сопротивления воздуха, определяемая по выражению на скорости V_q

где К - коэффициент обтекаемости, определяемый экспериментально в аэродинамической трубе; для грузовых автомобилей К=0,06-0,07;

F - площадь лобового сечения транспортного средства, м², определяемая по выражению

где В - колея транспортного средства, м

Н - высота транспортного средства (по тенту), м,

после вычисления коэффициента пропорциональности n каждого транспортного средства испытания на j-x видах дорог выполняются в заданном нормативами объеме для оценки показателя Ψ_j на каждом испытательном участке с учетом выполненных вычислений $${\overline{Q}}_j$$ и $${\overline{V}}_j$$ .

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известным показывает, что при определении коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог в процессе испытаний на них транспортных средств для оценки надежности (безотказности) учитывают, при определении коэффициента n вместо «известного значения» показателя Ψ_A, равного 0,025 [2], конкретные значения его составляющих: f_o - коэффициент сопротивления качению шины на А-дороге и f_w - коэффициент сопротивления воздуха на скорости V_q на А-дороге, при этом коэффициент f_o определяют через силу сопротивления качению P_f, отнесенную к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую, в свою очередь, определяют по показаниям динамометра на предварительно прогретых шинах до установившейся их температуры на стенде с беговыми барабанами или на асфальтобетонной дороге при 20±2°С наружного воздуха с последующей буксировкой транспортного средства с отключенной трансмиссией на А-дороге на скорости 1,0 м/с, а коэффициент f_w определяют через силу сопротивления воздуха P_w, отнесенную к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую, в свою очередь, определяют через коэффициент обтекаемости К, площадь лобового сечения F, выражаемую через колею и высоту транспортного средства, и квадрат скорости $$V_q^2$$ , соответствующей режиму определения контрольного расхода топлива. На основании этого заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».

Совокупность последовательных операций, включающих определение составляющих коэффициента Ψ_A в зависимости (2) для определения коэффициента суммарного сопротивления движению на j-й дороге по зависимости (1) через коэффициент сопротивления качению шины f_o на А-дороге посредством отношения силы сопротивления качению P_f к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую определяют на предварительно прогретых шинах до установившейся их температуры на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч при температуре наружного воздуха 20±2°С с использованием показаний динамометра при последующей буксировке транспортного средства с отключенной трансмиссией на А-дороге на скорости 1,0 м/с и коэффициент сопротивления воздуха f_w на А-дороге посредством отношения силы сопротивления воздуха P_w к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую определяют через коэффициент обтекаемости К, площадь лобового сечения F и квадрат скорости $$V_q^2$$ , что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «существенные отличия».

Для определения коэффициента суммарного сопротивления движению j-й дороги повышенной точности транспортное средство перемещают при полной его массе в ведущем неустановившемся режиме в объеме заданного дискретного пробега, производят измерения расхода топлива в литрах на 100 км пробега по этой дороге, вычисляют реализуемую среднюю скорость движения по пройденному пути и времени чистого движения, вычисляют коэффициент пропорциональности n по зависимости (2). Для этого, при Ψ_A=f_o+f_w, определяют коэффициент сопротивления качению шины f_o посредством отношения силы сопротивления качению Pf к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую, в свою очередь, определяют на предварительно прогретых шинах до установившейся их температуры на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч при температуре наружного воздуха 20±2°С по показания динамометра при последующей буксировке транспортного средства с отключенной трансмиссией на А-дороге на скорости 1,0 м/с и коэффициент сопротивления воздуха f_w на А-дороге посредством отношения силы сопротивления воздуха P_w к суммарной нагрузке транспортного средства на опорную поверхность, которую определяют через коэффициент обтекаемости К, площадь лобового сечения F и квадрат скорости $$V_q^2$$ .

Предлагаемый способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению грунтовой дороги удовлетворительного состояния повышенной точности при испытаниях колесного транспортного средства, например автомобиля УРАЛ-4320 [2], реализован следующим образом.

По выполненному пробегу по грунтовой дороге удовлетворительного состояния в объеме 7,5 тыс. км получены средние значения расхода топлива в л/100 км и скорости движения указанного автомобиля, равные соответственно 50,1 л/100 км и 34,4 км/ч.

По топливной характеристике известно, что контрольный расход топлива q_к при V_q 60 км/ч равен 30 л/100 км, тогда n по зависимости (2) определяют в последовательности:

разогревают шины пробегом автомобиля на скорости 60 км/ч на стенде с беговыми барабанами или на асфальтобетонной дороге до состояния установившейся их температуры при температуре наружного воздуха 20±2°С;

методом «буксирования» определяют силу сопротивления качению шин по показаниям динамометра при скорости перемещения транспортного средства на А-дороге 1,0 м/с, равную по шине модели ОИ-25 (старая модель) в холодном состоянии 451 кгс и в разогретом состоянии - 273 кгс и на шине КАМА-1260-1 (новая модель) в холодном состоянии - 355 кгс и в разогретом состоянии - 205 кгс;

с использованием данных таблицы (фиг. 1) по зависимости (4) определяют коэффициент сопротивления качению f_o, равный:

по шине ОИ-25:

- в холодном состоянии - 0,033;

- в горячем состоянии - 0,02,

по шине модели KAMA-1260-1:

- в холодном состоянии - 0,026;

- в горячем состоянии - 0,015,

значения которого заносят в таблицу (фиг. 2).

Далее с использованием данных таблицы (фиг. 1) определяют силу сопротивления воздуха при К=0,065 [5, с. 52] по зависимости (6)

и коэффициент сопротивления воздуха по зависимости (5)

затем определяют коэффициент сопротивления движению по зависимости (3), например, для шины ОИ-25 в холодном состоянии

Тогда по зависимости (2) определяют коэффициент n

и окончательно определяют значение коэффициента суммарного сопротивления движению Ψ_гу по зависимости (1)

что на 0,046 больше (на 38%), чем в источнике [2] - Ψ_гу=0,073, в расчете которого значение коэффициента Ψ_A, как и во всех остальных случаях, было принято по «известному значению» [2], равному 0.025.

Расчеты по остальным данным приведены в таблице (фиг.2).

Использование коэффициента сопротивления качению f_o шины конкретной модели транспортного средства, прогретой до установившейся ее температуры на вращающихся барабанах стенда или в процессе пробега на асфальтобетонной дороге на скорости 60 км/ч при внешних условиях 20±2°С с последующим измерением силы сопротивления качению Р_о с помощью динамометра в процессе буксирования испытываемого транспортного средства на А-дороге со скоростью 1,0 м/с и коэффициента сопротивления воздуха, определенного через значения коэффициента обтекаемости, лобового сечения и квадрата скорости $$V_q^2$$ конкретно испытываемого транспортного средства и его массы обеспечивают по сравнению с аналогичными, включенными в коэффициент Ψ_A как константы (0,025), повышение точности определения коэффициента пропорциональности n и, наконец, самого коэффициента суммарного сопротивления движению конкретной испытательной дороги Ψ_j, существенно снижая одновременно погрешность показателя уровня нагружения W_j [6], определяемого через этот коэффициент и фактически отрабатываемый нормативный пробег по каждой j-й дороге для оценки надежности транспортных средств.

В таблице фиг. 2 представлены экспериментальные и расчетные значения исходных данных для определения коэффициента суммарного сопротивления движению j-x дорог, которые существенно отличаются между собой в зависимости от модели шины, ее состояния и конкретного транспортного средства по его массе и лобовому сечению и учет которых (отличий) содержится в способе, повышая в конечном итоге достоверность и воспроизводимость результатов испытаний транспортных средств независимо от места их проведения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ОСТ 37.001.472-88 Приемочные испытания автотранспортных средств. Типовая программа испытаний. - Введ. 1989-01-01. - М.: НАМИ, 1989.

2. Патент RU №2011955 C1, G01M 17/00 от 30.04.1994 г.

3. ОСТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения. - Введ. 1997-07-01. - М.: «Дорожный транспорт», ТК 56, 1997.

4. ГОСТ РВ 52395-2005 Шины пневматические с регулируемым давлением для военной автомобильной техники. Общие технические требования. - Введ. 2005-11-17. - М.: Стандартинформ, 2006.

5. Антонов, А.С. Армейские автомобили. Теория. [Текст] / А.С. Антонов. Е.И. Магидович, Ю.А. Кононович, B.C. Прозоров. - М.: Военное издательство МО СССР, 1970, 526 с.

6. Патент RU №2090855 C1, G01M 17/00 от 20.09.1997 г.

Значения коэффициента определяют с помощью самого испытываемого транспортного средства при его перемещении по опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения по величинам среднего расхода топлива двигателя и реализуемой средней скорости движения и коэффициент пропорциональности n, определяемый по выражению

где Ψ_A - коэффициент сопротивления движению на дороге с ровным твердым покрытием; V_q - скорость, соответствующая контрольному расходу топлива, км/ч; q_к - контрольный расход топлива, л/100. Коэффициент Ψ_A определяют по сумме коэффициентов сопротивления качению f_o и сопротивлению воздуха f_w. Технический результат - повышение точности коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог при изменчивости и нестабильности их характеристик, особенно грунтовых дорог. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению для категорирования испытательных дорог, заключающийся в перемещении испытываемого транспортного средства по опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности, и определении по величинам среднего расхода топлива двигателя и реализуемой средней скорости движения коэффициента суммарного сопротивления движению Ψ_j, с использованием коэффициента пропорциональности n, характерного для каждого типа транспортного средства, определяемого через контрольный расход топлива q_к, скорость, соответствующую контрольному расходу топлива V_q, и коэффициент сопротивления движению Ψ_А, соответствующий дороге с ровным твердым покрытием, равный 0,025, по выражению

где Ψ_А - коэффициент сопротивления движению на дороге с ровным твердым покрытием;
V_q - скорость, соответствующая контрольному расходу топлива, км/ч;
q_к - контрольный расход топлива, л/100,
отличающийся тем, что коэффициент Ψ_А определяют по сумме коэффициентов сопротивления качению f_o и сопротивления воздуха f_w, соответствующих каждому испытываемому транспортному средству в отдельности, при этом коэффициент сопротивления качению f_o определяют через отношение величины силы сопротивления качению Р_о к полной массе транспортного средства, которую определяют в процессе буксирования транспортного средства по дороге с ровным твердым покрытием - А-дороге на предварительно прогретых шинах до установившейся температуры по показаниям динамометра на скорости 1,0 м/с, а коэффициент сопротивления воздуха f_w определяют через отношение величины силы сопротивления воздуха P_w к полной массе транспортного средства, которую вычисляют по известному значению коэффициента обтекаемости К транспортного средства, площади его лобового сечения F и квадрата скорости , соответствующей определению контрольного расхода топлива.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительный прогрев шин до установившейся температуры выполняют пробегом при температуре наружного воздуха 20±2°С на вращающихся барабанах стенда или на асфальтобетонной дороге на скорости V_q, соответствующей определению контрольного расхода топлива.