Соответствие выбранных параметров автомобиля его назначению устанавливается на основании пробеговых испытаний в характерных для данного автомобиля условиях. Оценочными параметрами обычно являются средняя скорость и расход топлива, определяющие производительность и экономичность автомобиля. Проведение пробеговых испытаний является трудоемким процессом, а изменение параметров спроектированного и изготовленного в опытных образцах автомобиля связано с большими затратами средств и времени. Поэтому на стадии проектирования желательно иметь максимальный объем информации о предполагаемом поведении автомобиля в реальных условиях эксплуатации.
Таким образом, приведенная схема моделирования в принципе позволяет учесть все основные факторы, от которых зависит режим движения автомобиля. Конечными результатами моделирования являются параметры, характеризующие производительность автомобиля и его топливную экономичность. В некоторых случаях результаты моделирования используются для нахождения нагрузочных режимов работы трансмиссии, двигателя или ходовой части.
Разработанные в последнее десятилетие методы моделирования процесса движения автомобиля на вычислительных машинах позволяют получить объективные данные о его режимах движения в заданных эксплуатационных условиях.
Под моделированием понимается способ изучения системы или явления путем замены реальной системы ее физической или математической моделью, более удобной для изучения, но сохраняющей все существенные черты оригинала. В частности, в модели системы водитель — автомобиль — дорога должны быть три подсистемы (водитель, автомобиль, дорога), а также определены условия их взаимодействия.
Разработаны методики моделирования процесса движения автомобиля применительно к цифровым и аналоговым вычислительным машинам, а также аналогово-цифровым комплексам.
Принципиальная схема моделирования не зависит от типа вычислительного устройства. В схему включены три вышеназванные подсистемы и определена взаимосвязь между ними. Кроме того, в схему обычно, включают подсистему регистрации режимов движения.
В общем виде дорожные условия характеризуются макропрофилем, коэффициентом сцепления, ровностью покрытия, извилистостью трассы, шириной проезжей части дороги, интенсивностью движения и ограничениями скоростей, обусловленными регулированием движения и наличием на дорогах помех различного рода.
С точки зрения влияния этих условий на режим движения автомобиля их характеристики сводятся к двум случайным процессам, описывающим изменение уклонов (коэффициентов сопротивления подъему) и максимально допустимой скорости движения в функции пути. Подсистема «дорога» предназначена для моделирования этих процессов. Процессы могут генерироваться как случайные сигналы с заданными вероятностными характеристиками или представлять собой конкретные функциональные зависимости. В первом случае модель дороги считается вероятностной, а во втором — детерминированной, поскольку ее параметры соответствуют конкретной реальной или условной дороге, принятой за типовую.
Принципиально методика создания вероятностной модели дороги не отличается от общей методики получения случайного процесса с заданными статистическими характеристиками. В рассматриваемом случае модель состоит из двух генераторов случайных процессов (генераторов случайных чисел при моделировании на цифровой вычислительной машине) и двух формирующих фильтров с заданными передаточными характеристиками. Одна из систем — генератор с формирующим фильтром — обеспечивает случайный процесс, соответствующий изменению уклонов дороги, а вторая — случайный процесс, описывающий ограничения скоростей движения. На реальных дорогах ограничения скоростей движения связаны с профилем дороги и ее кривизной в плане. Поэтому при организации вероятностной модели дороги возникают определенные трудности учета этих связей. Принципиально вероятностная модель может дать более объективные характеристики поведения автомобиля в исследуемых условиях эксплуатации. Однако при расчетах режимов движения автомобиля такие модели применяются в настоящее время редко, так как решение по ним находится методом статистических испытаний, требующим для получения установившихся оценок значительного машинного времени. Кроме того, в настоящее время не накоплен еще достаточный экспериментальный материал по вероятностным характеристикам дорог и ограничениям скоростей движения и их корреляционной связи.
Поэтому более часто используют детерминированную модель, по которой для каждой координаты пути определяются дорожный уклон кривизна дороги в плане, допустимая скорость движения, расстояние до точки с такой координатой пути, в которой скорость автомобиля должна быть меньше, чем в точке с координатой, а также допустимая скорость в этой точке.
При построении детерминированной модели используют экспериментальные данные, полученные при проезде автомобилем по типовой дороге, или данные, рассчитываемые по технической документации. Для построения модели дороги по экспериментальным данным автомобиль, близкий по своим характеристикам к проектируемому, оборудуют измерительной аппаратурой и совершают несколько заездов по выбранному участку дороги. В процессе движения регистрируют путь, углы подъемов и спусков, ограничения скоростей движения. После обработки измеренных параметров составляют модель дороги в виде таблицы, в которой указываются координаты пути и соответствующие им уклоны и ограничения скоростей движения.
В процессе решения координаты пути и соответствующие им дорожные уклоны передаются в подсистему моделирования динамики автомобиля и действий водителя, а ограничения скорости — в подсистему моделирования действий водителя.
В подсистеме моделирования динамики автомобиля интегрированием дифференциального уравнения движения определяются затрачиваемая двигателем мощность, скорость и ускорение автомобиля, пройденный путь, текущий расход топлива. Пройденный автомобилем за шаг интегрирования путь передается в подсистему моделирования дороги, где определяется координата пути для последующего шага интегрирования. Текущие значения скорости и ускорения автомобиля передаются в подсистему моделирования действий водителя.
В подсистеме моделирования действий водителя производится сравнение текущей скорости автомобиля с допустимой, а также оценивается режим работы двигателя. По результатам сравнения путем логических операций определяется для последующего шага интегрирования режим работы автомобиля: сохраняется или изменяется подача топлива, происходит ли переключение ступеней в коробке передач или возникает необходимость изменения скорости автомобиля торможением.
А.И.Гришкевич — Автомобили. Теория.
Комментарий
Нет комментариев