Параметрическая идентификация объекта управления человеко-машинной системы "автомобиль-среда-водитель"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Параметрическая идентификация объекта управления человеко-машинной системы «автомобиль-среда-водитель»

Катанаев Николай Константинович

Москва - 2009

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Повышение материального уровня и мобильности человека вызвало интенсивный рост скоростей передвижения и прогрессирующий рост числа транспортных средств. Автомобиль, управляемый водителем, стал самой распространенной в мире человеко-машинной системой.

Результатом массового проявления деятельности человека явилось появление острейших проблем в области охраны окружающей среды, безопасности движения и сохранения энергоресурсов. В мире создан такой парк автомобилей, что он оказался реальной угрозой окружающей среде. При работе двигателя в воздух выбрасывается окись углерода, окислы азота и серы, углеводороды, альдегиды, сажа, свинец. Доля автомобилей в загрязнении воздуха в Европе достигает почти 50%, а в США и того больше - 60%.

Растущие с каждым годом потребности в питании двигателей создают дефицит, из-за которого разгораются как локальные, так и глобальные конфликты. Уже сейчас разрабатываются и активно внедряются новые источники энергии. Внедряются мероприятия по строжайшей экономии топлива. двигатель топливный экономичность

Не менее актуальной является проблема безопасности движения, особенно в России. В нашей стране в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) ежегодно гибнет порядка 35 тысяч человек. Это составляет почти десятую часть погибших в мире людей.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является улучшение качества автотранспортных средств, с точки зрения их безопасности, экологии и экономии топлива. В этом случае особую актуальность приобретают теоретические работы по совершенствованию системных методов и аппаратных устройств исследования объектов управления - транспортных средств. Это и послужило основанием для постановки основной проблемной задачи данной диссертационной работы.

Цель работы. Разработка методов параметрической идентификации объекта управления человеко-машинной системы «двигатель-автомобиль-водитель-среда» (ДАВС), позволяющих повысить эффективность научных исследований по совершенствованию эксплуатационно-технических свойств транспортных средств.

Объектом исследования явились преимущественно легковые автомобили малого класса, карбюраторные и дизельные двигатели, а также модель человеко-машинной системы ДАВС.

Методика исследования базировалась на системных принципах анализа и синтеза неустановившихся форм управляемого движения транспортного средства. В основу идентификации были положены аналитические методы получения параметров автомобиля с использованием результатов натурных испытаний. При решении поставленных функций цели был использован метод математического моделирования основных подсистем замкнутой системы «автомобиль-среда-водитель».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Аналитические и модифицированные методы параметрической идентификации транспортного средства, построенные на использовании исходных данных, полученных в процессе испытаний транспортного средства в режиме свободного выбега.

2. Идентификация внешней и частичных скоростных характеристик двигателя в классе функций хорошо согласующихся с физическими процессами, происходящими в объекте исследования.

3. Математическая модель характеристик топливной экономичности двигателя с формированием эффективной области управляемых параметров, позволяющих минимизировать затраты топлива на совершение работы транспортным средством.

4. Модель управляемого движения автомобиля с функциями цели, дающими возможность исследовать влияние параметров объекта на характеристики управляемости и экономичности автомобилей.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1.Получены аналитические выражения, позволяющие на основе экспериментальных данных провести как полную, так и частичную параметрическую идентификацию транспортного средства в зависимости от целей и задач исследований.

2. Осуществлена идентификация скоростных характеристик карбюраторных и дизельных двигателей в классе функций, хорошо согласующихся с физическими процессами, происходящими в объекте исследования.

3. Разработано описание характеристик топливной экономичности двигателя с выделением наиболее эффективной области управляемых параметров, позволяющих минимизировать затраты топлива при выполнении соответствующего задания.

4. Построена модель управляемого движения автомобиля с заданными критериями качества, дающими возможность решать задачи параметрической оптимизации, а также задачи экономии топлива.

Квалификационная формула работы. В диссертационной работе на основе выполненных исследований осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное научно-практическое и народно-хозяйственное значение, заключающееся в разработке методов параметрической идентификации объектов управления и получении модели человеко-машинной системы ДАВС, позволяющих решать задачи управляемости и экономичности транспортных средств.

Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в том, что:

1. Разработанные аналитические методы параметрической идентификации транспортного средства дают возможность существенно снизить погрешность полученных результатов, расширить круг решаемых задач и снизить затраты на проведение всего цикла испытаний объекта исследований.

2. Методы идентификации скоростных внешних и частичных характеристик карбюраторных и дизельных двигателей, а также характеристик топливной экономичности имеют достаточно четкую физическую трактовку, охватывают широкий перечень варьируемых параметров и описывают процесс практически во всем диапазоне изменения переменных, что открывает возможность их использования при исследовании разных типов двигателей.

3. Модель управляемого движения автомобиля с предлагаемыми критериями качества позволяет решать задачи параметрической оптимизации объекта управления, а также разрабатывать мероприятия по экономии топлива, включая работы по совершенствованию конструкции транспортных средств.

Реализация работы. Аналитические и модифицированные методы параметрической идентификации колесных машин были использованы при обработке результатов испытаний автомобилей при продольном движении в режиме выбега, что позволило существенно снизить погрешность определяемых параметров и снизить затраты на проведение всего цикла испытаний объекта исследований. Успешно реализованы разработанные методы идентификации характеристик как карбюраторных, так и дизельных двигателей по результатам натурных испытаний.

Основные результаты в области параметрической идентификации объектов управления, а также теоретических и экспериментальных исследований человеко-машинной системы ДАСВ были внедрены в НИИ 21 МО РФ. Основные теоретические положения диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре “Автомобили» Московского Государственного Технического Университета «МАМИ» при проведении лабораторных работ и в лекционном курсе по дисциплинам “Теория автомобиля» и «Испытание автомобиля».

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на 49-ой Международной научно - технической конференции ААИ «Приоритеты отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», М.: МАМИ, 2004 г.; на Международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий»; Москва-Сочи, 2006, 2007г.г.; на заседании кафедры «Автомобили» им. Е.А. Чудакова Московского государственного технического университета «МАМИ».

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 научных трудах, среди которых 3 работы опубликованы в издательствах, входящих в приоритетный перечень ВАКа.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников в количестве 130 трудов и приложений. Работа содержит 197 страниц машинописного текста, включая 37 таблиц и 34 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и цель работы, отражено содержание, построение и новизна научных исследований.

В первой главе «Проблемы моделирования транспортного средства как объекта управления системы «автомобиль-среда-водитель» (АСВ)» дается анализ выполненных научных исследований в области моделирования отдельных подсистем и системы АСВ в целом. Особое внимание уделено основополагающим в этой области работам отечественных и зарубежных ученых: Агейкина Я.С., Антонова Д.А., Балабина И.В., Бахмутова С.А., Гинцбурга Л.Л., Добрина А.С., Есипова М.И., Ечеистова Ю.А., Зимелева Г.В., Иванова А.М., Катанаева Н.Т., Келдыша М.В., Кисуленко Б.В., Кнороза В.И., Кутькова Г.М.,Литвинова А.С., Мирзоева Г.К., Морозова Б.И., Неймарка Ю.И., Носенкова М.А., Петрова И.П., Петрушова В.А., Ракляра А.М., Селифонова В.В., Смирнова Г.А., Фалькевича Б.С., Фаробина Я.Е., Фуфаева Н.А., Хачатурова А.А., Чудакова Е.А.,Шарипова В.А., Шухмана С.Б., Юрьева Ю.М., Беккера Г., Губера Л., Камма В., Кьеза А., Маруна Х., Ринонаполи Л., Фрома Х. и многих других.

Анализируя работы по исследованию состояния отечественной экономики и научных исследований в области моделирования человеко-машинных систем АСВ, сделан в работе вывод о необходимости принятия экстренных мер по разработке мероприятий, связанных с повышением эффективности человеко-машинных систем АСВ.

С повышением требований к безопасности транспортных средств остро встают проблемы улучшения их эксплуатационно-технических свойств. Формируются задачи, заключающиеся в таких изменениях параметров машин, которые осуществлялись бы с учетом особенностей водителя, работающего в контуре управления движением автомобиля. Этот этап связан с приспособлением (адаптацией) машины к человеку. В связи с этим широкое распространение получили исследования управляемости и устойчивости при «боковом» движении автомобиля в режиме слежения (см. рис. 1) за действительной траекторией движения У относительно заданной У_З траектории. При этом определяется и минимизируется ошибка е слежения как разность е = у_З - у.

Рис. 1. Система АСВ: Управляемое «боковое» движение
(исследование управляемости и устойчивости системы).

Режим слежения обеспечивается устройством управления, описываемым передаточной функцией W_У(s), а свойства объекта управления (автомобиля) определяются его передаточной функцией W₀(s). Замкнутая система функционирует в условиях внешних воздействий Р.

В диссертации показано, что описание в форме передаточных функций упрощает анализ системы и позволяет обобщить результаты. Однако при этом такие переменные, как, например, скорость продольного движения - V , крутящий момент на ведущих колесах - М_k, момент на валу двигателя - М_дв, момент сопротивления движению автомобиля - М_W и другие вынужденно принимаются как постоянные величины. В такой постановке обычно проводились испытания, когда траектория движения задавалась в форме «переставки» (смена полосы движения), «змейки», «рывок руля» и т.д.

На самом же деле случай постоянства переменных носит частный характер. Обычно все вышеперечисленные переменные в процессе движения изменяются, причем, в широком диапазоне, особенно, если рассматривать управляемое продольное движение в режиме слежения за действительной скоростью V (рис. 2).

Рис. 2. Система АСВ: Управляемое продольное движение
(исследование управляемости, топливной экономичности и т.д.).

При таких испытаниях, как магистральный цикл, городской ездовой цикл, все вышеперечисленные переменные априори являются переменными величинами. В этом случае (рис.2) параметры двигателя - Д и объекта управления ОУ (автомобиля) должны быть идентифицированы в широком диапазоне варьирования переменных.

В диссертации при аналитическом исследовании системы АСВ водитель - В (см. рис. 2) заменен аналитическим автоматом (АА), имитирующим деятельность центральной нервной системы (ЦНС) и работу эффекторов (Э). АА определяет ошибку слежения , как разность между действительной V и заданной скоростью V_З. На основании полученного рассогласования скоростей формируется управляющий сигнал б_п , который через двигатель воздействует на объект управления.

Поскольку в диссертации в качестве основной задачи поставлено исследование управляемого продольного движения системы АСВ, то потребовалась подготовка таких математических моделей двигателя и автомобиля, которые бы позволяли идентифицировать движение транспортного средства в широком диапазоне варьирования переменных, которые, в свою очередь, должны быть функционально связаны с моделью аналитического автомата управления движением автомобиля.

Во второй главе осуществлена идентификация модели продольного движения транспортного средства. Такие параметры как масса, линейные размеры, коэффициент сцепления колес с дорогой и так далее обычно определяются по известным хорошо отработанным методикам. Однако есть параметры и характеристики, которые задавать и определять оказывается достаточно сложно в силу влияния большого числа факторов. В работе ставятся и исследуются основные составляющие сил сопротивления движению автомобиля: постоянная составляющая, не зависящая от скорости движения; составляющая, зависящая от скорости движения и аэродинамическая составляющая, зависящая от квадрата скорости движения автомобиля.

Для определения параметров продольного движения автомобиля был выбран режим выбега (М_к = 0), для которого было получено уравнение:

(1)

где: - приведенная масса автомобиля; - масса автомобиля; F- сила инерции автомобиля; - приведенный радиус; - момент инерции пары передних колёс; - момент инерции тракта преобразования мощности от коленча-того вала двигателя к ведущим колёсам; а₀ ; а₁ ; а₂ - подлежащие определению параметры движения автомобиля.

В режиме выбега в каждом - ом дискретном по времени измерении должны быть определены и . Для трех последовательных точек кривой со сдвигом на один шаг записывается система уравнений:

 (2.1)

(2.2)

(2.3)

Решение системы уравнений (2) относительно искомых параметров а₀ ; а₁ ; а₂ позволило получить аналитические выражения:

; (3)

; (4)

. (5)

Для каждой группы из трех последовательных измерений по выражениям (3), (4) и (5) определяются соответственно по одному значению параметров , и . Далее делается шаг на одну единицу по и снова определяются параметры ,, и так далее. Количество таких операций составляет величину, равную. Тогда средние значения искомых параметров могут быть определены из выражений:

 . (6)

Кроме того, в диссертации был разработан модифицированный метод, по которому предполагается один (или два) из трех неизвестных параметров определить чисто экспериментальным путем, а для получения двух (или одного) других параметров использовать описанный в предыдущем параграфе аналитический метод с использованием характеристик, полученных в процессе испытаний автомобиля в режиме выбега.

Модифицированный метод 1 построен на использовании коэффициента а_о, полученного чисто экспериментальным путем. Тогда для получения двух других коэффициентов были получены аналитические выражения, построенные на использовании результатов испытаний автомобиля в режиме выбега:

(7)

. (8)

В модифицированном методе 2 предполагается использовать экспериментально полученные коэффициенты а₀ и а₁ , а для определения коэффициента а₂ предлагается аналитическое выражение:

. (9)

В третьей главе проведены экспериментально-теоретические исследования объекта управления системы АСВ. В первую очередь определена погрешность разрабатываемых методов идентификации. Для того чтобы исключить влияние погрешности получения характеристик автомобиля по выбегу, проверка адекватности предложенных методов велась с использованием результатов имитационного моделирования. С этой целью была подготовлена модель продольного движения автомобиля и получены необходимые результаты движения в режиме выбега, которые были использованы для определения искомых коэффициентов по выражениям (3) - (9). Степень адекватности определялась по сходимости параметров исходной модели движения автомобиля с параметрами, определенными по формулам (3) - (9). Отклонения этих результатов не превышали 1 %.

Разработанные методы были использованы при обработке натурных испытаний, проведенных под руководством профессора МГТУ «МАМИ», к.т.н. Селифонова В.В. В качестве объекта испытания был принят автомобиль УАЗ. Регистрировались следующие параметры движения: V - скорость продольного движения при выбеге, км/ч; S -пройденный путь между двумя очередными регистрациями, м; t - время прохождения автомобилем пути S за один шаг снижения скорости на 5 км/ч, с; j- значение ускорения в каждом регистрируемом цикле, м/с²; i - номер шага регистрации параметров движения автомобиля. Снаряженная масса автомобиля составляла 1600 кг. Выбег осуществлялся с 90 км/ч. Проведены 2 замера - по одному в каждую сторону через каждые 5 км/ч.

Расчет параметров движения автомобиля по разрабатываемым методам был построен на использовании базы данных по показателям: скорости движения V_i и ускорения dV_i /dt , зафиксированных на каждом шаге.

Для уравнения (1) движения автомобиля УАЗ в режиме выбега по всем предлагаемым методам были получены практически одинаковые результаты:

a₀ =205.76 кг*м/с² ; а₁ =2,4 кг/с; а₂ = 0,64 кг/м. Отклонения не превышали 5%.

Четвертая глава диссертации связана с разработкой модели управляемого продольного движения системы «двигатель-автомобиль-водитель-среда» (ДАВС). Проведено аналитическое конструирование регуляторной части системы управления продольным движением, что позволило завершить построение системы управления автомобиля. В основу модели системы положены функции цели в форме минимального отклонения действительной скорости движения от заданной, а также экономические критерии качества.

Реализация экономических функций цели возможна лишь при построении модели энергетической установки с описанием характеристик топливной экономичности, а также внешней и частичных характеристик двигателя, представляющих собой зависимость эффективной мощности и крутящего момента от скорости вращения вала двигателя при различных положениях дроссельной заслонки .

При подготовке модели предполагалось, что эффективная мощность двигателя формируется как результат вычитания мощности механических потерь из развиваемой двигателем мощности без учета потерь. Полученная модель скоростных характеристик имела вид:

, (10)

где: М_ео - максимальный момент, полученный в идеальных условиях при отсутствии потерь в двигателе; k - коэффициент, зависящий от начальных условий; k_c постоянный коэффициент; - постоянная, характеризующая интенсивность роста момента в зависимости от скорости вращения вала двигателя при фиксированном положении дроссельной заслонки; r - коэффициент демпфирования, полученный при ; - коэффициент, характеризующий потери в зависимости от квадрата скорости вращения вала двигателя.

Отличительная особенность полученной модели (10) от существующих моделей заключена в учете рассеяния энергии в зависимости от квадрата скорости вращения вала двигателя в совокупности с механическими потерями.

С использованием модели (10) была идентифицирована зависимость крутящего момента от координат и n двигателя ЗМЗ-24-01. В результате обработки экспериментальных внешней и частичных характеристик получены исходные данные для расчетных исследований: M_eo=32 кг*м; T_n=1481 об/мин; r=0,0027 кг*м / мин / об; ; k=0,3; k_c=0,3; ; (при переходе от числа оборотов в минуту к угловой скорости вращения вала двигателя использовались данные: M_eo=32 кг*м; T_n=116.26 рад/с; r=0,028 кг*м/с/рад; ; k=0,3; k_c=0,3; ).

Внешняя и семейство частичных характеристик этого двигателя, вычисленные по уравнению (10), совместно с экспериментальными характеристиками при различных углах в_Д открытия дроссельной заслонки представлены на рис. 3. На рис. 4. приведены идентифицированная и экспериментальная характеристики мощности двигателя ЗМЗ-24-01 при одних и тех же углах в_Д открытия дроссельной заслонки в зависимости от угловой скорости щ вала двигателя.

Анализ сравнительных мощностных и скоростных характеристик двигателя ЗМЗ-24-01 (рис. 3 и рис. 4) показал не только качественное, но и достаточно хорошее количественное совпадение результатов. В основном, отклонения расчетных значений от экспериментальных лежат в пределах 5%.

Рис. 3. Сравнение идентифицированных скоростных характеристик двигателя ЗМЗ-24-01 (ряды 1- 5 при: в_Д=1; в_Д=0,8; в_Д=0,6; в_Д=0,4; в_Д=0,2) и экспериментальных характеристик с соответствующими значениями в_Д
(ряды 6-10).

Рис. 4. Сравнение идентифицированных характеристик мощности двигателя ЗМЗ-24-01 (ряды 1- 5 при: в_Д=1; в_Д=0,8; в_Д=0,6; в_Д=0,4; в_Д=0,2) и экспериментальных характеристик с соответствующими значениями в_Д
(ряды 6-10) в функции угловой скорости щ вала двигателя.

Основные положения моделирования карбюраторных двигателей были перенесены и на описание характеристик дизельных двигателей. Опубликованные д.т.н. Шухманом С.Б. характеристики дизельного двигателя DT466 были идентифицированы в том же классе функций в виде уравнения:

, (11)

где: - положение рейки топливного насоса; М_ео=0,7 кН*м; М_ек=0,55 кН*м; r=0.002 кН*м*с/рад;=270 рад/с; =100 рад/с;k₁=20 ;k₂=5.

Результаты расчетов по модели (11) представлены на рис. 5. Они хорошо согласуется с экспериментальными характеристиками. Параметры, входящие в экспоненциальную модель, имеют достаточно четкую физическую трактовку, хорошо настраиваются в процессе идентификации на результаты испытания объекта исследования. Сама же модель представляет собой достаточно простую функцию с определенным входом для управления процессом изменения эффективным моментом и может быть использована при моделировании человеко-машинных систем «двигатель-автомобиль-водитель-среда».

Топливная экономичность автомобиля оценивалась расходом топлива, отнесенным к пройденному пути, и была представлена уравнением:

, (12)

где: g_x - расход топлива на единицу пробега; g_e - удельный расход топлива; c - коэффициент, учитывающий размерности и плотность топлива; i - общее передаточное число трансмиссии; - угловая скорость вращения вала двигателя; - угловая скорость упругого скольжения; - угловая скорость, связанная с фрикционным срывом контакта относительно опоры; r_kc - радиус свободно катящегося колеса.

Рис. 5. Идентификация экспериментальных характеристик двигателя DT466 в классе экспоненциальных функций (ряд 1 - = 1; ряд 2 - =0,85;
ряд 3 - = 0,7; ряд 4 - =0,55; ряд 5 - = 0,4; ряд 6 - = 0,25).

В уравнении (12) удельный расход топлива не является постоянной величиной. В реальности g_e представляет собой достаточно сложную функцию, которая в диссертации идентифицирована выражением:

, (13)

где: - начальное значение удельного расхода; Р_Т - разрежение во всасывающем коллекторе или трубопроводе (Р_т0 - его начальное значение); Т_рн - постоянная, характеризующая темп спада характеристики; - конечное значение удельного расхода; Р₀ - атмосферное давление; Т_рк - постоянная, характеризующая темп подъема характеристики.

Для получения сравнительной оценки результатов идентификации данные расчетных исследований были нанесены на результаты экспериментальных исследований (см. рис. 6). Расчетная кривая (ряд 1) располагается в зоне средних значений экспериментальных характеристик, что позволяет говорить о вполне удовлетворительных результатах идентификации.

При исследовании процессов управления системы ДАВС в качестве оценки управляемости использовались интегральные критерии, которые одновременно отвечают на вопросы качества и точности слежения за заданным законом движения. Это позволяет решать задачи параметрической оптимизации, связанные с нахождением таких параметров системы, которые обеспечивают достижение поставленной функции цели с максимальной эффективностью. Решение такой задачи в существенной мере упрощается, если движение объекта осуществляется в нормированных условиях.

При движении автомобиля в режиме городского ездового цикла оценка качества объекта управления велась по интегралу квадрата отклонения действительной скорости V_д от заданной скорости V_З:

. (14)

Рис. 6. Зависимость удельного расхода топлива g_е от давления в трубопроводе Р_Т и от числа оборотов вала двигателя n. Экспериментальные характеристики двигателя ЗМЗ - 24-01: ряд 2- 2000 об/мин;
ряд 3 - 3000 об/мин; ряд 4 - 4000 об/мин; расчетная характеристика - ряд 1.

В магистральном ездовом цикле определялись затраты топлива на совершение объектом управления определенной работы. Целевая функция, описывающая затраты топлива, строилась на основе выражений (12) и (13). Графики ездовых циклов представлены на рис. 7.

Математическая модель системы ДАВС строилась с использованием целевых функций, описаний движения автомобиля и системы управления движения автомобиля в нормированных условиях (модель системы представлена в диссертации).

В качестве иллюстрации на рис. 8 представлены результаты аналитических исследований системы ДАВС заездов в режиме магистрального ездового цикла с экономическим критерием в форме расхода топлива за один цикл с заданной установившейся скоростью (V₁=100 км/ч;
V₂ =90 км/ч; V₃ =80 км/ч; V₄=70 км/ч). Анализ этих результатов позволил сформулировать вывод, касающийся влияния параметра а₂ на характеристики топливной экономичности автомобиля.

Рис. 7. Графики магистрального цикла (ряд 1) и городского ездового цикла (ряд 2).

Рис. 8. Зависимость расхода топлива g_e от коэффициента сопротивления воздуха а₂ за один заезд с заданной установившейся скоростью (ряд 1 - V₁=100 км/ч; ряд 2 - V₂ =90 км/ч; ряд 3 - V₃ =80 км/ч; ряд 4 - V₄=70 км/ч).

Таким образом, системы ДАВС дают возможность проводить исследования процессов управления объектов с заданными критериями и осуществлять их параметрическую оптимизацию.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Проведенные научно-исследовательские работы позволили решить поставленные в диссертации задачи, связанные: с разработкой методов определения параметров модели продольного движения автомобиля; с идентификацией характеристик двигателя в классе непрерывных функций в широком диапазоне варьирования переменных; с исследованием системы ДАВС с интегральными критериями качества и др.

В отличие от существующих регрессионных методов определения параметров движения транспортных средств, предлагаемые в диссертации методы построены на использовании аналитических выражений, дающих возможность при непосредственном использовании результатов натурных испытаний по выбегу провести как полную, так и частичную параметрическую идентификацию продольного движения транспортного средства.

Полученные характеристики двигателя отличаются возможностью широкого варьирования как самих переменных, так и диапазона их изменения, что дает возможность моделировать управляемое продольное движения системы ДАВС.

По результатам научных исследований, проведенных в рамках задач диссертации, сформулированы следующие выводы:

1. Разработанные аналитические и модифицированные методы параметрической идентификации транспортного средства дают возможность расширить круг решаемых задач и снизить затраты на проведение всего цикла испытаний объекта исследований, а также существенно снизить погрешность полученных результатов. В процессе имитационного моделирования выбега при отклонениях исходных данных в интервале 10 % погрешности определения среднеарифметических значений параметров, лежали в пределах 0,25 - 0,9 %.

2. Анализ результатов имитационного моделирования продольного движения транспортного средства с соответствующей обработкой зарегистрированных значений ускорений и скорости выбега предложенными методами показал, что конечный результат с достаточно высокой точностью может быть получен при обработке всего лишь трех точек зарегистрированных значений скорости и ускорения.

3. Точность полученных параметров аналитическим и модифицированными методами практически не зависит от длительности шага регистрации характеристик продольного движения при выбеге. Однако предлагаемые методы чувствительны к точности получения экспериментальных данных. При высокой точности регистрации экспериментальных данных можно получить достоверный конечный результат при ограниченном количестве шагов регистрации параметров.

4. Предлагаемый метод идентификации скоростных внешней и частичных характеристик двигателя, а также характеристик топливной экономичности имеет достаточно четкую физическую трактовку, охватывает широкий перечень варьируемых параметров и описывает процесс практически во всем диапазоне изменения переменных. В основном, отклонения расчетных значений от экспериментальных лежат в пределах, не превышающих 5%. Эти особенности метода открывают возможность его использования при исследовании других типов двигателей.

5. Построение модели человеко-машинной системы АСВ связано с необходимостью получения интегральных критериев оценки (управляемости, устойчивости, топливной экономичности и др.), дающими возможность получить оценку, как качества системы, так и оценку ее точности, в то время как прямые оценки связаны с получением какой-либо одной из них, поэтому не могут быть использованы в оптимизационных задачах.

6. Анализ результатов расчетно-аналитического эксперимента с помощью разработанной модели системы ДАВС в режиме магистрального ездового цикла показал, что при скорости 70 км/ч приращение коэффициента сопротивления воздуха а₂ на величину 0,1 кг/м привело к увеличению расхода топлива за цикл на величину 24,74 г/цикл (в пересчете на 100 км увеличение расхода составило 618,5 г.). При скорости 100 км/ч приращение коэффициента сопротивления воздуха а₂ на ту же величину 0,1 кг/м привело к увеличению расхода топлива за цикл на величину 34,02 г/цикл (в пересчете на 100 км увеличение расхода составило 850,5 г.).

7. Модель управляемого движения автомобиля с предлагаемыми критериями качества позволяет решать задачи параметрической оптимизации объекта управления, а также разрабатывать мероприятия по экономии топлива, включая работы по совершенствованию конструкции транспортных средств.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В ТРУДАХ

1. Катанаев Н.К. Идентификация параметров модели продольного движения автомобиля. //Материалы 49-ой Международной научно -технической конференции ААИ «Приоритеты отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Секция 4.Ч.2, МГТУ «МАМИ»

2. Катанаев Н.К. Математическое моделирование в управлении потребительскими свойствами. //Материалы Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий». Часть 2.- М.: МАМИ, 2004, с.53-58.

3. Лепешкин А.В., Курмаев Р.Х., Катанаев Н.К. Идентификация работы двигателя самоходной машины для использования в математической модели ее движения (на примере двигателя ДТ466). //Известия МГТУ «МАМИ». Науч. рецензируемый журнал. - М., МГТУ «МАМИ». № 2(4), 2007, с.68-73.

4. Лепешкин А.В., Катанаев Н.К., Драгунов С.С. Моделирование процессов управления продольным движением автомобиля с помощью аналитических автоматов. //Известия МГТУ «МАМИ». Науч. рецензируемый журнал. - М., МГТУ «МАМИ». №1(5), 2008, с.66-72.

5. Катанаев Н.К Параметрическая идентификация продольного движения автомобиля. //Известия МГТУ «МАМИ». Науч. рецензируемый журнал. - М., МГТУ «МАМИ». №1(5), 2008, с.34-39.

6. Лепешкин А.В., Курмаев Р.Х., Катанаев Н.К. Математическая модель работы дизельного двигателя ДТ-466, полученная в результате математической идентификации данных его стендовых испытаний [Текст: свидетельство об отраслевой регистрации разработки №11608 от 24.10.2008/№ гос. Регистрации 50200802097/Инновации в науке и образовании №10(45)-с.7.

Размещено на Allbest.ru