Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной курсовой работе необходимо осуществить функциональное проектирование автомобиля. Функциональное проектирование заключается в определении структуры и параметров технического объекта, характеризующих выполнение объектом своего функционального назначения. Целью функционального проектирования является достижение высокого технического уровня создаваемого автомобиля.

Операции и процедуры функционального проектирования, как правило, почти полностью поддаются формализации, что в конечном итоге создает необходимые условия для определения и выбора оптимальных параметров и структуры технического объекта. При этом используются математические модели создаваемых объектов, модели оценки и принятия решений, которые в виде соответствующих алгоритмов реализуются при проектировании.

Разработка нового автомобиля невозможна без большой теоретической основы, которой и является «Теория движения автомобиля». На основе этой дисциплины определяются структура и начальные значения основных параметров автомобиля. Затем, применяя математическое моделирование функциональных процессов автомобиля с использованием ЭВМ, полученные начальные значения параметров автомобиля уточняются и оптимизируются. Это способствует обеспечению высокого качества и конкурентоспособности проектируемого автомобиля.

Процесс проектирования любого технического объекта содержит три этапа:

1) функциональное проектирование;

2) конструкторское проектирование;

3) конструирование.

В теории автомобиля изучаются только функциональные свойства. К ним относятся: тягово-скоростные свойства, тормозные свойства, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость.

Функциональные свойства определяют степень приспособленности автомобиля к эксплуатации в качестве транспортного средства. Их совокупность называют эксплуатационными свойствами автомобиля.

В курсовой работе решается задача функционального проектирования автомобиля. При этом определяются основные параметры автомобиля, его механизмов и систем. Определению подлежат: масcогеометрические параметры автомобиля, мощность двигателя, передаточные числа трансмиссии, характеристики тормозной системы, параметры подвески и шин.



1. Постановка задач проекта

автомобиль двигатель тяговый передача

Целью курсовой работы является осуществление функционального проектирования автомобиля. В процессе выполнения работы осуществляется разработка грузового автомобиля полной массой 1.9 тонн, предназначенного для местных перевозок.

Проектируемый автомобиль должен удовлетворять всем современным эксплуатационным требованиям, требованиям безопасности и надежности.

Необходимость проектирования данного автомобиля обусловлена потребностью населения в увеличении экономичности, скорости, улучшении комфортабельности и других факторов влияющих на удобство использования данного транспортного средства. Также нашей задачей является проектирование конкурентоспособного автомобиля.

Проектируемый автомобиль должен удовлетворять следующим техническим требованиям:

- полная масса 1.9 тонн;

- максимальная скорость не менее 90 км/ч;

- нормативы эффективности рабочей тормозной системы:

- начальная скорость - 80 км/ч;

- усилие на педали -700 Н;

- тормозной путь при испытаниях типа «ноль» должен быть не более - 61.2 м;

- установившееся замедление при испытаниях типа «ноль» должно быть не менее- 5 м/с²;

- тормозной путь при испытаниях типа «I» должен быть не более - 73.5 м;

- установившееся замедление при испытаниях типа «I» должно быть не менее - 4 м/с²; [14].

- максимальный уклон дороги, на которой может удерживаться авто-

мобиль стояночной тормозной системой не менее 0,2 [14];

- вибронагруженность водителя при 8 часовом рабочем дне по ГОСТ 12.1.012 - 78, ISO 2631 «Здоровье, безопасность, комфорт».

За аналог был взят автомобиль PEUGEOT Partner. Колёсная формула 4х2, дизельный двигатель, задний привод, механическая 5-ти ступенчатая КП. Подвеска передняя: независимая, пружинная; подвеска задняя: независимая, торсионная, рычажная, с гидравлическими телескопическими амортизаторами и стабилизатором поперечной устойчивости; тормоза передние-дисковые, задние - барабанные или дисковые, с АБС; размер шин - 165/70R14.

Данный автомобиль должен двигаться в следующих дорожных условиях: коэффициент сопротивления качению f₀=0,007…0,015; коэффициент сцепления ц_x=0,7; максимальная кинематическая скорость х_kmax=140 км/ч.

Компоновочная схема автомобиля-аналога представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Компоновочная схема автомобиля-аналога



2. Определение основных параметров автомобиля, двигателя и трансмиссии

2.1 Определение параметров автомобиля

Различают полную и снаряженную массы автомобиля. Полная масса включает снаряженную массу и массу нагрузки. Для грузового автомобиля нагрузка определяется в основном массой перевозимого груза m_г.

При выборе этих параметров ориентируемся на характеристики аналога.

Полная масса автомобиля в соответствии с заданием m_a=1900 кг.

Коэффициент грузоподъемности k_Г=0,45 [2, с. 66].

Грузоподъемность автомобиля вычисляется по формуле:

кг;

Масса порожнего автомобиля вычисляется по формуле:

кг;

Определяем координаты центра масс груженого hc_Г и порожнего hc₀ автомобиля:

;

;

где L=2.69 м - база автомобиля, которая выбрана по аналогу.

Количество мостов определяется из условия рационального распределения между ними полной массы автомобиля с учетом допускаемой нагрузки на дорогу. Допускаемая осевая нагрузка зависит от качества дорожного покрытия и от расстояния между мостами.

Количество мостов определяется по формуле:

,

где g - ускорение свободного падения, м/с²;

- предельно допустимая осевая нагрузка на дорогу, Н.

Наиболее рациональное распределение достигается при условии равенства нагрузок на все шины. В этом случае масса автомобиля, приходящаяся на одну шину m_ш и нормальная нагрузка на шину F_z определяются по формулам:

;

;

где - суммарное количество шин на всех мостах автомобиля.

Распределение полной массы автомобиля между мостами определяется по формулам:

кг;

кг,

где - масса, приходящаяся на передний мост, кг;

- масса, приходящаяся на задний мост или на тележку, кг;

- количество шин переднего моста;

- количество шин заднего моста.

Для неполноприводных автомобилей с целью повышения проходимости обычно принимают несколько большую нагрузку на шины ведущих колес, чем на шины ведомых колес. Тогда принимаем:

Затем определим расстояния от центра масс до переднего моста l₁ и до заднего l₂ автомобиля:

м

м

где L ? база автомобиля, м.

Внешняя форма автомобиля оказывает существенное влияние на сопротивление воздуха.

Определим лобовую площадь автомобиля:

м²

где ? коэффициент заполнения лобовой площади;

- габаритная ширина автомобиля, м;

- габаритная высота, м.

Теперь определим силу сопротивления воздуха:

, Н,

где ? коэффициент сопротивления воздуха, Н•с²/м⁴;

- относительная скорость потока воздуха, равная на данном этапе скорости автомобиля, м/с.

Колёсную формулу выбираем в зависимости от назначения, то есть в нашем случае это 4х2.

Тип шин зависит от назначения автомобиля. Так как автомобиль грузовой, то выбираем диагональные шины. Размер шин подбирают в зависимости от нагрузки, приходящейся на наиболее нагруженные колеса проектируемого автомобиля. Размеры шины оказывают влияние на параметры, характеризующие приемистость автомобиля. Поэтому предпочтительно использовать шину минимально возможного размера. Ограничением является допускаемая нагрузка на шину, указываемая в стандартах [14]. Там же приводится информация о статическом радиусе шины при номинальных значениях давления воздуха и нормальной нагрузки .

Выбираем шины6.40-13С. У этой шины ширина профиля b=172 мм, индекс допустимой максимальной скорости W=140 км/ч.

По стандарту для шины определяем следующие параметры:

– номинальная нагрузка на шину F_H= 4903Н,

– наружный диаметр D_Н= 0,645 м,

– радиус качения r_к= 0,309 м,

– статический радиус r_ст= 0,303 м.

Определим радиальную жесткость шины с_Ш:

Н/м.

Геометрические параметры автомобиля зависят от его назначения и от принятой компоновки, определяющей его общий вид. На этапе функционального проектирования разрабатывают макет общего вида автомобиля. При этом используется информация о существующих аналогах. Предельно допустимые габаритные размеры автомобилей установлены международными стандартами [3]. Габаритная ширина автомобиля не должна превышать 2.5 м; габаритная высота - 3.8 м; полная длина одиночного автомобиля с любым количеством мостов - 12 м.

Параметры проектируемого автомобиля сведем в таблицу 2.

Таблица 2.1 - Параметры проектируемого автомобиля

Наименование параметра	Обозначение	Единица	Значение
1 Снаряженная масса		кг	1070
2 Полная масса		кг	1900
3 Распределение полной массы:
- на передний мост		кг	750
- на задний мост (или тележку)		кг	1150
4 Координаты центра масс:
- горизонтальные		м	1,6282
		м	1,0618
	l1.0	м	1,1816
	l2.0	м	1,5084
- вертикальная		м	0,8070
	hc.0	м	0,5380
5 Количество мостов		-	2
6 Колесная формула		-	4х2
7 Тип шин		-	диагональные
8 Параметры шин:
- свободный радиус		м	0,3225
- статический радиус		м	0,303
- ширина профиля		м	0,172
- коэффициент радиальной жесткости		Н/м	28672,5
9 Габаритные размеры автомобиля:
- ширина	B	м	1.720
- высота	H	м	1.820
10 База автомобиля	L	м	2.69
11 Колея передних колес		м	1.422
12 Колея задних колес		м	1.440



2.2 Определение мощности двигателя

Мощность двигателя определим из условия обеспечения максимальной скорости автомобиля в заданных дорожных условиях. Движение автомобиля предполагается на прямолинейном горизонтальном участке дороги с твёрдым покрытием в сухую безветренную погоду. Необходимая мощность двигателя P_ev:

где - коэффициент суммарного дорожного сопротивления:

;

- коэффициент сопротивления качению при малой скорости (0,007…0,01);

- коэффициент, учитывающий затраты мощности на привод вспомогательного оборудования двигателя;

=0,96 - КПД трансмиссии на высшей ступени коробки передач, обеспечивающей достижение скорости при полной массе автомобиля;

=140 км/ч - максимальная скорость движения автомобиля.

Подставив значения в формулу получим следующее выражение:

Предполагая, что достигается при максимальной мощности двигателя , принимают . Значение частоты вращения коленчатого вала двигателя , соответствующее мощности , выбирают по аналогу и затем определяют вращающий момент двигателя при максимальной мощности:

Н·м,

где - вращающий момент при , Н·м;

- максимальная мощность, Вт;

- частота вращения коленчатого вала при, об/мин.

Затем определяются максимальный вращающий момент двигателя и соответствующая ему частота вращения коленчатого вала :

Н·м;

об/мин,

где - коэффициенты приспособляемости двигателя соответственно по вращающему моменту и по частоте вращения (или угловой скорости) коленчатого вала. Значения и принимают по выбранному аналогу двигателя. Для дизельного двигателя:

Полученные расчетные значения параметров двигателя сводятся в таблицу.

Таблица 2.2 - Расчетные параметры двигателя

Наименование параметра	Обозначение	Единица	Значение
1 Максимальная мощность		кВт	105.992
2 Вращающий момент при		Н·м	253.17
3 Частота вращения коленчатого вала при		об/мин	4000
4 Максимальный вращающий момент		Н·м	291.14
5 Частота вращения коленчатого вала при		об/мин	2666.7
6 Коэффициенты приспособляемости двигателя:
- по вращающему моменту		-	1,15
- по частоте вращения		-	1,5
7 Коэффициент отбора мощности		-	0,1

Внешняя скоростная характеристика двигателя проектируемого автомобиля представлена на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя: мощность двигателя

Рисунок 2.2 - Внешняя скоростная характеристика двигателя: вращающий момент



Часовой расход топлива представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Часовой расход топлива двигателя

Удельный расход топлива представлен на рисунке 2.4

Рисунок 2.4 - Удельный расход топлива двигателя

2.3 Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи u₀ определим из условия обеспечения максимальной кинематической скорости автомобиля V_max. Эта скорость соответствует частоте вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности.

При определении u₀ необходимо предварительно выбрать передаточное число высшей ступени коробки передач. На данном этапе проектирования для заднеприводного автомобиля с трехвальной коробкой передач можно принять = 1. В этом случае КПД коробки передач на высшей ступени равен 1, что позволяет существенно снизить потери в трансмиссии, т.к. транспортные автомобили до 85-90% времени движения работают на высшей передаче.

Передаточное число главной передачи определяем по формуле:

где n_Р - частотавращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, об/мин.

2.4 Определение передаточного числа низшей ступени коробки передач

Передаточное число низшей ступени коробки передач определяют исходя из обеспечения трех условий:

- преодоления максимального дорожного сопротивления, определяемого коэффициентом суммарного дорожного сопротивления ;

- предотвращение буксования ведущих колес при заданном значении коэффициента сцепления ;

- возможности движения с заданной минимальной устойчивой скоростью (для маневрирования в стесненных условиях).

Значения , и регламентированы и зависят от типа автомобиля. Для грузовых автомобилей находиться в следующих пределах . Принимаем Для неполноприводных автомобилей принимают . Принимаем .

Находим:

,

где - максимальный момент двигателя, Н·м;

- КПД трансмиссии на низшей передаче.

Выполнение первого условия обеспечивается, если динамический фактор на низшей передаче .

Условие отсутствия скольжения ведущих колес автомобиля соответствует неравенству:

,

где D_ц - динамический фактр автомобиля по сцеплению;

R_ZB - суммарная нормальная реакция опорной поверхности на ведущие колеса, Н.

Передаточное число низшей ступени коробки передач при выполнении условия определяется по формуле

.

Значение для заднеприводного автомобиля определяется по следующей формуле:

Н.

Скольжение ведущих колес будет исключено при условии .В этом случае принимают .

Передаточное число ступени коробки передач, необходимой для маневрирования с устойчивой скоростью движения, находят из выражения:

,

где n_дmin - минимальная устойчивая частота вращения вала двигателя, которую принимаем n_дmin=1,25n_x.xmin, об/мин.

Так как u_к.п.м>u_к.п.н, то коробка передач должна располагать дополнительной ступенью для маневрирования. Но передаточное число ступени коробки передач, необходимой для маневрирования сильно выпадает из плотности ряда передаточных чисел, поэтому целесообразно принять следующее:

2.5 Определение количества ступеней коробки передач

Количество ступеней коробки передач n_кп выбираем из условия оптимального использования мощности двигателя с целью обеспечения высоких показателей тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля.

Для определения значения n_кп найдем диапазон передаточных чисел коробки передач Д_кп и выберем показатель средней плотности ряда передаточных чисел

Диапазон передаточных чисел определяем с учётом чисел низшей и высшей ступеней и вычисляется по формуле:

.

Показатель средней плотности ряда передаточных чисел непосредственно влияет на скоростные режимы работы двигателя и определяет уровень использования мощности. Чем меньше , тем выше средняя скорость автомобиля и эффективнее используется энергия топлива. Для грузового автомобиля рекомендуется принимать=1.4…1.5.

Количество ступеней коробки передач вычисляется по формуле:

.

Полученное значение округлим до целого в сторону увеличения:=5 и затем уточним .

,



Передаточные числа простой коробки передач определяются по формуле:

.

Кинематическая схема коробки передач представлена на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 - Кинематическая схема коробки передач

Значения передаточных чисел всех ступеней 5-и ступенчатой коробки передач приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Значения передаточных чисел 5-и ступенчатой коробки передач

Ступень	1.3655
uкп1	3.3716
uкп2	2.4882
uкп3	1.8362
uкп4	1.3551
uкп5	1

В таблице 2.4 приведены значения передаточных чисел коробки передач, включая передачу для маневрирования и повышающую передачу.



Таблица 2.4 ? Значения передаточных чисел коробки передач

№ передачи	uкп1	uкп2	uкп3	uкп4	uкп5	uкпм	uкп.пов.
Значение	3,3716	2,4882	1,8362	1,3551	1	4,7478	0,7323

Для иллюстрации эффективности использования мощности двигателя построим лучевую диаграмму, которая представлена на рисунке 2.6

Рисунок 2.6 - Лучевая диаграмма



3. Оптимизация основных параметров автомобиля

Определение основных параметров автомобиля в предыдущем разделе осуществлялось на основе предельных значений отдельных показателей функциональных свойств автомобиля и параметров внешней среды. Так, например, мощность двигателя определена при максимальной скорости автомобиля v_max (предельное значение одного из показателей тягово-скоростных свойств) и коэффициенте суммарного дорожного сопротивления (предельное значение параметра внешней среды), соответствующем скорости v_max. Предельные значения параметров v_max и регламентированы стандартами и нормативными документами. Но основные параметры автомобиля оказывают существенное влияние на многие другие показатели функциональных свойств автомобиля, что не учитывалось при их определении, поскольку значение каждого параметра получено исходя из обеспечения требований к отдельным выходным параметрам автомобиля. Поэтому полученные таким образом значения основных параметров автомобиля не могут обеспечить желаемого сочетания всего комплекса показателей качества и эффективности автомобиля. Эти значения следует рассматривать как предварительные, т.е. как начальные значения при их последующей оптимизации.

Постановка задачи оптимизации включает следующие этапы: выбор критериев оптимальности, формирование целевой функции (зависит от стратегии оптимизации), выбор управляемых (оптимизируемых) параметров, назначение ограничений, нормирование управляемых и выходных параметров.

Критериями оптимальности при оптимизации основных параметров автомобиля принимают показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономичности. Наиболее полными, комплексными показателями этих свойств являются средняя скорость и удельный расход топлива. Однако значения этих показателей зависят от конкретных условий эксплуатации автомобиля, а их определение требует значительных затрат временных и материальных ресурсов. Поэтому при проектировании автомобиля используют некоторое множество частных показателей. Каждый из этих показателей оценивает эффективность автомобиля в частном случае движения, но их совокупность позволяет дать комплексную оценку его функциональных свойств.

3.1 Оптимизация мощности двигателя и количества ступеней коробки передач

Параметры автомобиля, определенные во втором пункте пояснительной записки, оказывают существенное влияние на показатели функциональных свойств. А это не учитывалось при их определении, поскольку значение каждого параметра получено исходя из обеспечения требований к отдельным выходным параметрам автомобиля. Следовательно, полученные таким образом значения основных параметров не могут обеспечить желаемого сочетания всего набора показателей качества и эффективности. Эти значения являются начальными и подлежат дальнейшей оптимизации.

В качестве критериев оптимальности для оптимизации основных параметров автомобиля принимаются показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономичности.

Для оценки тягово-скоростных свойств автомобиля с механической трансмиссией используют следующие 10 показателей:

1) максимальная скорость автомобиля V_max:

(3.1)



где u_тр - передаточное число трансмиссии,

r_к0 - радиус качения колеса, м;

Для грузовых автомобилей значение V_max установлено Правилами ЕЭК ООН №68 и ГОСТ 22576-90 и зависит от назначения автомобиля: для одиночных автомобилей полной массой <3.5т V_maxдолжна быть не менее 110 км/ч (на участке дороги протяженностью 1 км);

2) условная максимальная скорость V_Уmax:

(3.2)

где S - путь пройденный автомобилем, равный 400 м;

t_д - время прохождения автомобилем последних 400 м участка длиной 2 км при интенсивном разгоне с места, с;

3) время разгона на участке пути 400 м t₄₀₀:

(3.3)

где S - отрезок пути для определения времени разгона, равный 400 м;

V_ср - средняя скорость движения на этом участке в 2 км, м/с;

4) время разгона на участке пути 1000 м t₁₀₀₀, определение аналогично t₄₀₀;

5) время разгона до заданной скорости t_V:

(3.4)



где а_срi - среднее значение ускорения автомобиля, м/;

V - заданная скорость для определения времени разгона; скорость зависит от типа автомобиля: для автомобилей всех типов полной массой до 3,5т V=100 км/ч, м/с;

6) время разгона на высшей передаче t_вп от скорости V_в0 до V_вк=0,9V_max:

(3.5)

где V_B0 - начальная скорость разгона на высшей передаче, м/с.

Перечисленные 6 показателей характеризуют разгонные качества автомобиля. Следующие показатели определяются расчетным путем по динамической характеристике и характеризуют эффективность автомобиля.

7) динамический фактор при максимальной скорости D_V:

(3.6)

где М_Д-вращающий момент двигателя, реализуемый на входе в трансмиссию, Нм,

_тр - КПД трансмиссии,

k_w - коэффициент сопротивления воздуха,

А_л - площадь лобового сопротивления;

8) максимальный динамический фактор на высшей передаче D_Вmax, определяется аналогично D_V;

9) максимальный динамический фактор на низшей передаче D_Нmax, определяется аналогично D_Вmax;

10) максимальный уклон дороги, преодолеваемый автомобилем h_max:

(3.7)

где f - коэффициент сопротивления качению колеса;

Значение h_maxнормированы: для грузовых автомобилей с полной нагрузкой h_max.

Оценка топливной экономичности автомобиля поводится с использованием следующих показателей:

а) контрольные расходы топлива Q_SK1 и Q_SK2 при двух значениях скорости:

(3.8)

где g_e - удельный расход топлива, г/кВтч,

P_д - мощность, развиваемая двигателем,

- плотность топлива, кг/,

V - скорость, при которой определяется контрольный расход топлива. Для л/а, автобусов и грузовых автомобилей полной массой до 3,5т: V=90 км/ч и V=120 км/ч;

б) путевой расход топлива при циклическом движении Q_SЦ:

[л/100 км]; (3.9)

где n - число участков в цикле,

l_i - путь, проезжаемый автомобилем с постоянной скоростью,

G_Tср - среднее значение часового расхода топлива во время разгона автомобиля,

Q_si - путевой расход топлива при постоянной скорости движения,

t - время разгона автомобиля.

Стандартом регламентированы три вида ездовых циклов: магистральный, городской, стендовый. Ездовые циклы дифференцированы в зависимости от типа автомобиля и его полной массы. При испытаниях авто полной массы до 3,5 т нагрузка на него должна составлять половину номинальной грузоподъемности, но не менее 180 кг. Ездовой цикл-это движение авто на участке дороги длинной 4 км, на котором предусмотрено движение на различных передачах, включающее этапы разгона, равномерного движения, торможения и остановкок.

Зависимость критериев от оптимизируемых параметров получим в виде регрессий посредством метода планирования эксперимента. Для этого осуществим имитацию процесса разгона автомобиля на прямолинейном горизонтальном участке дороги длинной 2000 м с асфальтобетонным покрытием. Для данной цели используется программный продукт «RAZGON», а также программа «MathLab».

Процесс оптимизации разделим на два этапа. На первом оптимизации подлежат число ступеней КП и мощность двигателя. На втором оптимизации подлежат значения передаточных чисел промежуточных ступеней коробки передач.

С помощью программы «PlanExp» проводится планирование полнофакторного эксперимента второго порядка. Управляемыми параметрами являются число ступеней КП и мощность двигателя.

При решении первой задачи построим план полного факторного эксперимента второго порядка , варьировать будем максимальной мощностью и числом ступеней коробки передач . Так какn = 2 необходимо провести 8 опытов с использованием программы «Razgon». В качестве критериев оптимальности примем:

- время разгона на участке 400 м t₄₀₀,

- время разгона на участке 1000 м t₁₀₀₀,

- время разгона до заданной скорости t_v,

- контрольный расход топлива при скорости 90 км/ч Q_sk1,

- контрольный расход топлива при скорости 120 км/ч Q_sk2,

Оптимизацию осуществляем на основе минимаксной стратегии. Причём все критерии подлежат минимизации.

Целевая функция в данном случае будет иметь вид:

F (X) = ? c_i[(y_j (X) - y_jexrt) / (_yjmax - _yjmin)]²

Гдеy_j(X) - текущее значение i-ого критерия, вычисляемого по уравнению регрессии в итерационном процессе поиска экстремума целевой функции;

y_jmax и y_jmin максимальное и минимальное значения регрессионного уравнения (определяются по графикам, построенным на основе уравнений регрессий);

y_jextr - экстремальное значение регрессионного уравнения. В данном случае осуществляется поиск минимума целевой функции, поэтому y_jextr= y_jmin;

с_j - коэффициенты веса, характеризуют значимость выходных параметров.

Целевая функция подлежит минимизации. Она позволяет обеспечить максимальное приближение всех критериев к их экстремальным значениям и реализует стратегию минимакса.

Аргументами целевой функции являются управляемые параметры. В качестве управляемых параметров выступают внутренние параметры технического объекта, подлежащие оптимизации.

В качестве управляемых параметров выбираем: максимальную мощность двигателяи количество ступеней .

Следует отметить, что оптимизироваться параметры будут в нормированном виде, т.к. используются регрессионные модели, полученные с помощью регрессионного анализа, поэтому x_нi = -1, а x_вi = 1.

Значения факторов и на разных уровнях варьирования приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Значения факторов

Фактор	Наименование	Уровень варьирования	Интервал варьирования, %
		-1	0	+1
Х1	, кВт	83,2	104	124,8	20
Х2		4	5	6	20

Полученная матрица спектра плана представлена в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Матрица спектра плана

№ опыта	Х1	Х2
1	-1	-1
2	1	-1
3	-1	1
4	1	1
5	-1	0
6	1	0
7	0	-1
8	0	1

Фактор X1 - мощность автомобиля;

Фактор X2 - число ступеней коробки передач.

В соответствии с уровнями варьирования изменяется количество ступеней и значения передаточных чисел КП.



Таблица 3.3 - Значения передаточных чисел КП при разном количестве ступеней

№Uкпi	4 ступеней	5 ступеней	6 ступеней
	qср=1,499	qср=1,355	qср=1,275
1	3,3716	3,3716	3,3716
2	2,2492	2,4882	2,6444
3	1,5004	1,8362	2,0740
4	1	1,3551	1,6267
5		1	1,2758
6			1

В соответствии с матрицей спектра плана в программе «Razgon» получены следующие значения критериев оптимальности:

Таблица 3.4 - Значения критериев оптимальности

№ опыта	t400, с	t1000, с	tv, с	Qsk1, л/100 км	Qsk2, л/100 км
1	25,3	46,4	21,5	5,74902	7,49169
2	22,0	39,4	14,3	6,84445	8,88553
3	25,7	47,0	22,5	5,74902	7,49169
4	22,8	40,4	15,9	6,84445	8,88553
5	25,4	46,6	21,8	5,74902	7,49169
6	22,3	39,9	15,0	6,84445	8,88553
7	23,4	42,4	17,0	6,31873	8,23237
8	24,1	43,2	18,4	6,31873	8,23237

После проведения оптимизации в программе MathLab получены следующие значения управляемых параметров.

Мощность двигателя P_e=124.7836 кВт;

Число ступеней коробки передач ;

По мощности выберем двигатель кВт;



Таблица 3.5 ? Значения критериев оптимальности, при оптимизированных управляемых параметрах

t400, с	t1000, с	tv, с	Qsk1, л/100 км	Qsk2, л/100 км
22.3001	39.8676	14.9664	6.84405	8.88999

Коэффициенты уравнения регрессии, полученные в результате эксперимента, представлены в таблице 3.3

Таблица 3.6 - Коэффициенты уравнений регрессии

	23.650	42.750	17.550	6.319	8.240
	-1.550	-3.383	-3.433	0.548	0.702
	0.317	0.400	0.667	-1.21e-12	-0.005
	0.100	0.100	0.150	0	0.007
	0.200	0.500	0.850	-0.022	-0.051
	0.100	0.050	0.150	-7.276e-12	-0.008

Графики результатов регрессионного анализа приведены на рисунках 3.1 - 3.5

X1 - P_emax;

X2 - n_к.п..

Рисунок 3.1 - График зависимости критерия оптимальности от факторов и 

Из графика видно, что факторы X1 и X2 окажут большое влияние на функцию отклика.

X1 - P_emax;

X2 - n_к.п..

Рисунок 3.2 - График зависимости критерия оптимальности от факторов и

Из графика видно, что фактор X1 оказывает большее влияние на функцию отклика, чем факторX2.

X1 - P_emax;

X2 - n_к.п..

Рисунок 3.3 - График зависимости критерия оптимальности от факторов и



Из графика видно, что фактор X1 оказывает большее влияние на функцию отклика, чем факторX2.

X1 - P_emax;

X2 - n_к.п..

Рисунок 3.4 - График зависимости критерия оптимальности от факторов и

Из графика видно, что фактор X1 оказывает большее влияние на функцию отклика, чем факторX2.

X1 - P_emax;

X2 - n_к.п..

Рисунок 3.5 - График зависимости критерия оптимальности от факторов и



Из графика видно, что фактор X1 оказывает большее влияние на функцию отклика, чем факторX2.

В результате проведения регрессионного анализа получим следующие уравнения критериев оптимальности ,, , и :

.

В результате оптимизации получили: максимальная мощность=125 кВт и количество ступеней коробки передач=5.

3.2 Оптимизация передаточных чисел коробки передач

Осуществим поиск оптимальных значений передаточных чисел промежуточных ступеней коробки передач, ближайших к высшей ступени. Оптимизацию осуществляем тем же образом, что и на предыдущем этапе.

В качестве критериев оптимальности выбраны показатели:

время разгона на участке пути 400 м, ;

время разгона на участке пути 1000 м, ;

время разгона до заданной скорости, .

Значение факторов на разных уровнях варьирования приведены в таблице 3.6.

В качестве критериев оптимальности для второго этапа оптимизации выбираются время разгона на участке 400 м t₄₀₀, время разгона на участке 1000 м t₁₀₀₀ и время разгона до заданной скорости t_v. С помощью программы «PlanExp» проводится планирование полнофакторного эксперимента второго порядка.

Управляемыми параметрами являются передаточные числа второй, третьей и четвертой ступени коробки передач.

Таблица 3.6 - Значения управляемых параметров на уровнях варьирования

Фактор	Нижний уровень	Центр плана	Верхний уровень	Интервал варьирования, %
U2	2.239	2.4882	2.737	10
U3	1.652	1.8362	2.020	10
U4	1.220	1.3551	1.491	10

Таблица 3.7 - Матрица спектра плана

№ опыта	X1	X2	X3
1	-1	-1	-1
2	1	-1	-1
3	-1	1	-1
4	1	1	-1
5	-1	-1	1
6	1	-1	1
7	-1	1	1
8	1	1	1
9	-1	0	0
10	1	0	0
11	0	-1	0
12	0	1	0
13	0	0	-1
14	0	0	1

В соответствии с матрицей спектра плана в программе «Razgon» проведены опыты и получены следующие значения критериев оптимальности.

Таблица 3.8 - значения критериев оптимальности

№ опыта	t400, c	t1000, c	tv, c
1	22.2	44.0	14.9
2	22.4	44.2	15.0
3	22.5	44.3	15.3
4	22.7	44.5	15.3
5	22.5	44.3	15.3
6	22.7	44.5	15.4
7	22.6	44.4	15.3
8	22.7	44.5	15.3
9	22.4	44.2	15.0
10	22.5	44.3	15.0
11	22.4	44.2	15.0
12	22.5	44.3	15.1
13	22.3	44.1	15.0
14	22.6	44.3	15.2

Таблица 3.9 ? Значения передаточных чисел коробки передач до и после оптимизации

№ передачи	uкп2	uкп3	uкп4
До оптимизации	2.4882	1.8362	1.3551
После оптимизации	2.4163	1.7119	1.3485

Таблица 3.10 - Значения критериев оптимальности до и после оптимизации

Критерий	t400, c	t1000, c	tv, c
До оптимизации	22.5	44.29	15.15
После оптимизации	22.3433	44.132	14.9333

Коэффициенты уравнения регрессии, полученные в результате эксперимента, представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Коэффициенты уравнений регрессии

	22.406	44.181	14.963
	0.080	0.080	0.020
	0.080	0.080	0.070
	0.100	0.090	0.100
	-0.012	-0.013	-0.025
	-0.012	-0.013	-1.81e-12
	-0.062	-0.062	-0.100
	0.044	0.069	0.037
	0.044	0.069	0.087
	0.044	0.019	0.137

В результате проведения регрессионного анализа получим следующие уравнения критериев оптимальности, , , :

.

Графики результатов регрессионного анализа приведены на рисунках 3.6 - 3.8.

Х1 - u₂;

Х2 - u₃;

Х3 - u₄;

Рисунок 3.6 - График зависимости критерия оптимальности от факторов



Х1 - u₂;

Х2 - u₃;

Х3 - u₄;

Рисунок 3.7 - График зависимости критерия оптимальности от факторов

Х1 - u₂;

Х2 - u₃;

Х3 - u₄;

Рисунок 3.8 - График зависимости критерия оптимальности от факторов

По результатам оптимизации составим таблицы, в которых приведем значения P_emax, n_к.п., u_кп.iдо оптимизации и после оптимизации, а также вычислим коэффициент улучшения показателей Wпо следующей формуле:



,

где y_исх, y_опт - значения соответствующего показателя до и после оптимизации параметров автомобиля.

Таблица 3.7 - Значения P_emax, n_б.к.п., u_кп.i до и после оптимизации

Параметр	До оптимизации	После оптимизации	W, %
Pemax, кВт	105	125	-20.19
nк.п	5	5	0
uкп.2	2.4882	2.4163	2.88
uкп.3	1.8362	1.7119	6.77
uкп.4	1.3551	1.3485	0.487



4. Характеристики тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля

Определим характеристики и показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономичности проектируемого автомобиля и аналога. При этом приведем характеристики двигателей P_e=f(n_д), M_e=f(n_д), динамические характеристики D=f(v) и характеристики разгона v=f(t), s=f(t).

Характеристики и показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономичности проектируемого автомобиля и автомобиля аналога представлены на рисунках 4.1 - 4.6.

Рисунок 4.1 - График зависимости P_e=f(n_д) для проектируемого автомобиля и для аналога

Рисунок 4.2 - График зависимости M_e=f(n_д) для проектируемого автомобиля и для аналога



Рисунок 4.3 - График зависимости D=f(v) для проектируемого автомобиля и для аналога

Рисунок 4.4 - График зависимости v=f(t) для проектируемого автомобиля и для аналога

Рисунок 4.5 - График зависимости s=f(t) для проектируемого автомобиля и для аналога



Рисунок 4.6 - График зависимости Q=f(v) для проектируемого автомобиля и для аналога

На основании полученных данных составим таблицу в которую занесем показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономичности проектируемого автомобиля и аналога, и по формуле

,

где y_исх, y_опт - значения соответствующего показателя до и после оптимизации параметров автомобиля.

оценим достигнутый в процессе проектирования уровень их улучшения.

Таблица 4.1 - Сравнительная характеристика проектируемого автомобиля и аналога

Параметр	Проектируемый автомобиль	Автомобиль-аналог	W, %
Pemax, кВт	125	105	19.05
Мemax, Н·м	343	291	17.87
Dmax	0,55454	0,35835	54,7
vуmax, км/ч	135,45455	110,76923	22.29
Q, л (при 90 км/ч)	9,99827	7,38370	35.41
Q, л (при 120 км/ч)	13,51513	14,35931	5.8
t400, c	22.3433	25.5	12.37
t1000, c	44.132	47.29	6.68
tv, c	14.9333	17.15	12.93

Как видно из таблицы характеристики проектируемого автомобиля лучше характеристик автомобиля-аналога.



Заключение

При выполнении курсовой работы по функциональному проектированию автомобиля были определены основные параметры автомобиля, в том числе: массы автомобиля, количество мостов и колёсная формула, мощность двигателя, передаточные числа главной передачи и коробки передач, осуществили выбор шин и геометрических параметров, параметров тормозной системы и подвески, оценили управляемость, устойчивость и проходимость автомобиля. Также для достижения наилучших показателей была проведена оптимизация основных параметров автомобиля (мощность двигателя, количество ступеней коробки передач и её передаточные числа). Составили техническую характеристику проектируемого автомобиля. Все нормативы по показателям эксплуатационных свойств были выполнены. Автомобиль обладает большой мощностью (125 кВТ) и скоростью (140 км/ч). Уже выше сказанное даёт нам право сделать вывод о конкурентоспособности этого автомобиля. К тому же есть ещё большая перспектива к улучшению показателей качества, эффективности и комфортабельности данного автомобиля.



Список использованных источников

1 Гришкевич, А.И. Автомобили. Теория. - Мн.: Выш. шк., 1986. - 208 с.

2 Проектирование трансмиссий автомобилей. Справочник / А.И. Гришкевич, Б.У. Бусел, Г.Ф. Бутусов и др.; Под общ. ред. А.И. Гришкевича. - М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.

3 Тарасик, В.П. Математическое моделирование технических систем. - Мн.: ДизайнПРО, 1997. - 640 с.

4 Тарасик, В.П. Методические указания по проектировочному тяговому расчету автомобиля с механической трансмиссией. - Могилев, 1985. - 10 с.

5 Тарасик, В.П. Оптимизация параметров технических объектов с учетом ограничений. Методические указания - Могилев, 1991. - 16 с.

6 Тарасик, В.П. Оптимизация параметров технических объектов с использованием максиминных критериев. Методические указания. - Могилев, 1991. - 12 с.

7 Тарасик, В.П. Теория движения автомобиля. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию - Белорусско-Российский Университет, 2005. - 26 с.

8 Крутолевич, С.К. Оценка тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля с механической трансмиссией. Методические указания. - Могилев, 1994. - 22 с.

9 ГОСТ 21398-89. Автомобили грузовые. Общие технические требования.

10 ГОСТ 22576-90. Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний.

11 ГОСТ 20306-90. Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний.

12 ГОСТ 12.1.012-78. Вибрация. Общие требования безопасности.

13 ГОСТ 22895-77. Тормозные системы и тормозные свойства автотранспортных средств. Нормативы эффективности. Технические требования.

14 ГОСТ 4364-81. Приводы пневматические тормозных систем автотранспортных средств. Технические требования.

15 ГОСТ 22653-77. Автомобили. Параметры проходимости. Термины и определения.

16 ГОСТ 4754-80; ГОСТ 5513-86; ГОСТ 12715-90; ГОСТ 13298-90; ГОСТ 17393-82; ГОСТ 28837-90; ГОСТ 22374-77; ГОСТ 24985-81; ГОСТ 26585-85. Шины пневматические.

Размещено на Allbest.ru