Оптимизация передаточного числа трансмиссии по расходу топлива

Введение. Вопросы обеспечения оптимальных режимов расхода топлива являются предметом постоянного исследования в области эксплуатации автотранспортных средств. Работы в области снижения расхода топлива в большинстве случаев посвящены исследованию конструкции силовых установок, трансмиссии или аэродинамических особенностей кузова автомобилей. Вместе с тем вопросы определения оптимальных законов управления неустановившимся движением с точки зрения синтеза алгоритмов управления движением автомобиля не рассматривались. Для оптимизации передаточного числа автомобилей при неустановившимся движении авторами работы проведены аналитические расчеты, позволяющие упростить синтез алгоритмов управления движением, что позволяет снизить расход топлива. Целью работы являлось определение оптимального передаточного числа, позволяющего решить задачу синтеза управления транспортным средством для снижения расхода топлива.

Материалы и методы. Рассматриваемый в работе синтез алгоритмов управления движением автомобиля основан на применении к инвариантным признакам действительного движения игольчатой вариации Л.С. Понтрягина. Использован аналитический метод оценки энергетической эффективности эксплуатационных характеристик автомобиля, в основе которого лежит определение оптимального передаточного числа трансмиссии автотранспортных средств с учетом наименьшего расхода топлива. Представленный метод учитывает величину крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя на элементы трансмиссии, который, в зависимости от мощности двигателя, реализуется в виде силы тяги на колесах автомобиля.

Результаты исследования. Построен закон оптимального изменения передаточного числа трансмиссии при разгоне автомобиля за минимальное время. Решена задача определения оптимального передаточного числа трансмиссии автомобиля в случае движения автомобиля с постоянной скоростью и постоянной подачей топлива, а также при разгоне автомобиля до заданной скорости при постоянной подаче топлива, когда соблюдается условие ε = const. Результатом рассмотренного случая применения оптимального закона изменения передаточного числа трансмиссии является минимизация расхода топлива при ограничениях на ускорение (силу тяги) и скорость движения автомобиля.

Обсуждение и заключение. Применение авторами аналитического метода для определения передаточного числа трансмиссии автомобиля, а также использование данного метода в практических расчетах для автомобиля с заданными характеристиками показывает возможность решения задачи синтеза управления транспортным средством с применением математического аппарата. Это подтверждается построенной графической зависимостью по результатам проведенных расчётов. Рассмотренные случаи движения позволили определить аналитические зависимости оптимального передаточного числа и скорости автомобиля. Исходные данные, полученные по аналитическим зависимостям, применимы для автомобилей со смешанным режимом управления.

1. Додонов Б.М., Кольцов В.И., Долгов И.А. Управление курсовым движением автомобиля по направляющей точке. Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2009;(4):45–61. https://doi.org/10.20537/vm090405

2. Deryushev V.V., Kosenko V.V., Zagutin D.S., Arakelyan R.M., Krymsky V.S. The motor vehicles transmission number optimum management. In: AIP Conference Proceedings. XV International Scientific-Technical Conference "Dynamics of Technical Systems" (DTS 2019). Rostov-on-Don; 2019. 2188(1):020010. https://doi.org/10.1063/1.5138384

3. Popov S., Marchenko J., Kosenko E., Dontsov N., Khvan R., Demchenko D. Estimation of the residual life of cars In: XV International Scientific Conference «INTERAGROMASH 2022». Lecture Notes in Networks and Systems. Vol. 575, Cham: Springer; 2023. P. 1276–1283 https://doi.org/10.1007/978-3-031-21219-2_143

4. Marchenko Yu.V., Deryushev V.V., Popov S.I., Marchenko E.V. Model of multi-parameter optimization of the characteristics of a cable car in a solid waste transportation system. Safety of Technogenic and Natural Systems. 2023;(4):80–96. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2023-7-4-80-96

5. Макаров А.В., Макаров В.Г., Афанасьев А.Ю. Оптимальное управление гибридной силовой установкой транспортного средства при движении с постоянной скоростью. Вестник Чувашского университета. 2019;(3):150–158. URL: https://www.chuvsu.ru/wp-content/uploads/2020/04/2019_3.pdf (дата обращения: 14.11.2023) (In Russ.).

6. Горохов Д.А. Моделирование системы управления курсовой устойчивостью автомобиля. Научные труды КубГТУ. 2016;(6):29–35. URL: https://ntk.kubstu.ru/data/mc/0027/1001.pdf (дата обращения: 14.11.2023) (In Russ.).

7. Горожанкин С.А., Савенков Н.В., Понякин В.В. Влияние передаточного числа главной передачи на топливную экономичность автомобиля в ездовом цикле. Вестник Сибирского государственного автомобильнодорожного университета. 2018;15(1(59)):19–29. URL: https://vestnik.sibadi.org/jour/issue/viewFile/18/6 (дата обращения: 14.11.2023) (In Russ.).