Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 33
|
Белорусский национальный технический университет Автотракторный факультет Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания» Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Математическое моделирование производственных процессов тема: Моделирование скоростных характеристик автомобиля BMW M5 Содержание.
Введение 1. Цели и задачи моделирования 2. Составление содержательного описания 3. Составление формального описания 4. Преобразование формального описания в математическую модель 5. Алгоритмизация и программирование модели 6. Результаты моделирования Выводы Список использованных источников Введение
Оценить приёмистость (способность быстро увеличивать скорость движения) автомобиля позволяет характеристика «разгон-выбег». Она представляет собой изменение скорости автомобиля во времени. Проверка скоростных свойств автомобиля выполняется по ГОСТ 22576-90 по программам и методикам контрольных испытаний. Основными оценочными показателями скоростных свойств автомобиля являются: 1. максимальная скорость: к испытаниям на максимальную скорость относятся: · максимальная скорость на участке дороги длиной 1 км.; · условная максимальная скорость – средняя скорость прохождения автомобилем последних 400 м участка дороги длиной 2 км при интенсивном разгоне. 2. время разгона до заданной скорости 3. время разгона на пути 400 м 4. время разгона на пути 1000 м Испытания по оценке тягово-скоростных свойств автомобиля проводятся при номинальной нагрузке двигателя (внешняя скоростная характеристика двигателя при полной подаче топлива), на прямом отрезке дороги с цементобетонным покрытием при скорости ветра не более 3 м/с, температуре воздуха 20 0
С, атмосферном давлении 750 мм.рт.ст. и влажностью 95 %. Определение скоростной характеристики разгона автомобиля с места при полной подаче топлива производится по внешней скоростной характеристике двигателя и выбег его с максимальной скорости до полной остановки при минимальной подаче топлива и нейтрали в коробке передач завершается построением графиков зависимости V=f(t) и V=f(S). 1.
Цели и задачи моделирования
Цель работы: Смоделировать модель разгон-выбег и построить графики зависимости разгона-выбега от времени и пути автомобиля BMW M5 . Для нахождения приемлемого решения задачи, нужно знать, в чем она состоит. Часто это положение игнорируется и результат, как правило, - чрезмерные затраты ресурсов на последующих этапах моделирования. В числе целей можно выделить: 1. Нахождение исходных данных 2. Составление алгоритма программы. 3. Разработка модели, в доступной форме показывающей процесс разгона, переключения передач и выбега автомобиля. 4. Построение графиков зависимостей скорости автомобиля от пути и времени на этапах разгона и выбега. 5. Дать оценку разработанной модели. 6. Оценить возможности использования модели на практике. Процесс проектирования удобно рассматривать как процесс детализации описания разрабатываемой технической системы, причем описание это не что иное, как модель технической системы. Объектом моделирования является автомобиль MAZDA 626, находящийся в движении, а именно: при разгоне и выбеге. Ниже приведены основные технические характеристики данного автомобиля. Технические характеристики автомобиля mazda 626 2.0 16V: КУЗОВ Тип кузова Седан Число мест 4 Число дверей 2 ГАБАРИТЫ Ширина, мм 1700 Высота, мм 1360 Размер шин 215/65 R 16 Снаряженная масса, кг 1160 ДВИГАТЕЛЬ Объем двигателя, см3 2000 Мощность, л.с./об.мин. 140/6500 Крутящий момент, Нм/об.мин. 186/4000 Количество цилиндров 4 Расположение цилиндров Рядное Система питания Инжектор Топливо Бензин АИ-95 ПРИВОД Тип привода Задний Описание внешней среды, взаимодействующей с автомобилем
Прямой отрезок дороги с цементобетонным покрытием. Скорости ветра не более 3 м/с, температура воздуха 20 0
С, атмосферное давление 750 мм. рт. ст. и влажность 95 %. Описание взаимодействия модели с внешней средой
Автомобиль находится в непрерывном движении с момента его трогания с места и до полной остановки. При его движении учитываются следующие факторы: автомобиль движется по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием; КПД трансмиссии — 0,85-0,93; коэффициент сопротивления качению f=0,008-0,012; время переключения передач составляет 1 секунду. Автомобиль разгоняется до своей максимальной скорости или до достижения пути 2000 м и переводится в режим выбега. Коэффициент обтекаемости Кb
=0,30. На автомобиль непрерывно действуют следующие силы: Fо
− полная окружная сила на ведущих колесах при вращении их без буксования, при коэффициенте сцепления шины с дорогой 0,7; Fв
— сила лобового сопротивления; G — сила тяжести автомобиля; Ff
— сила сопротивления качению; Fj
— сила инерции. Также в данной модели учитывается динамический фактор — D. В описании будут использованы независимые параметры – время и путь, и зависимый параметр – скорость. 4.
Преобразование формального описания в математическую модель
Испытания по оценке тягово-скоростных свойств проводятся при номинальной нагрузке и нормальных климатических условиях на дорогах с асфальтобетонным покрытием. Определение скоростной характеристики разгона автомобиля с места на внешней скоростной характеристике двигателя и выбега с максимальной скорости до полной остановки завершается построением графиков зависимостей Внешняя скоростная характеристика двигателя определяется по формулам: где Движение автомобиля рассмотрим под действием сил показанных на рисунке: Рисунок 1. Движение автомобиля под действием приложенных сил Сила тяги на ведущих колёсах при вращении их без буксования при коэффициенте сцепления где где где Сила сопротивления качению: где Разность между силой тяги и силы сопротивления воздуха – свободная сила тяги, которая может быть использована для преодоления сил трения качения и разгона автомобиля. Отношение свободной силы тяги к весу автомобиля называется динамическим фактором: где Максимально возможное ускорение автомобиля при движении в заданных дорожных условиях наиболее удобно вычислять, используя динамическую характеристику. Из уравнения тягового баланса имеем: где Поскольку этап трогания автомобиля с места зависит от темпа включения сцепления и темпа подачи топлива, т.е. определяется индивидуальными особенностями водителя, то при расчёте принимается, что разгон начинается с минимальной устойчивой скорости на передаче с которой происходит трогание автомобиля. Минимальная устойчивая скорость определяется исходя из минимальной устойчивой частоты вращения коленчатого вала. Разгон осуществляется при полной подаче топлива, т.е. двигатель работает на внешней скоростной характеристике. Для определения скорости, пути и времени разгона автомобиля проводится численное интегрирование с заданным шагом по времени. При этом считают, что ускорение автомобиля на шаге интегрирования постоянно и по нему определяется приращение скорости и пути: Максимальная скорость на данной передаче: При переключении передачи, начальная скорость разгона автомобиля на следующей передаче равна конечной скорости на предыдущей за вычетом потери скорости при переключении передачи из-за разрыва потока мощности. Конечная скорость автомобиля на предыдущей передаче равна максимальной скорости при той передаче, которая достигается при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Выбег автомобиля начинается с максимальной достигнутой скорости на участке 2000 метров. Он заключается в выключении передачи и движении автомобиля по инерции до полной остановки. Характеристикой «выбег» оценивается сопротивление автомобиля качению. Ja
= (g/d)*(D-f) Заканчивается выбег автомобиля его полной остановкой или достижением минимальной скорости движения < 0,1 км/ч. Составляется таблица исходных данных и идентификаторов программы. Составляется схема алгоритма решения задачи и составляется программа расчета. В схеме алгоритма программы должны быть отражены три основных ветви алгоритма: 1. Разгон на передаче. 2. Переключение передачи. 3. Выбег. Допущения и ограничения, принимаемые в модели
Допущения:
1. Ускорение автомобиля на шаге интегрирования постоянно 2. Частота вращения коленчатого вала должна находиться в диапазоне nxx
<n<np
3. Крутящий момент двигателя при выбеге равен нулю 4. Радиус качения колеса в процессе движения остаётся постоянным, колесо не деформируется и коэффициент сцепления шины с дорогой равен 0,7 при движении по асфальтированной сухой дороге. Ограничения:
1. Путь разгона не превышает 2000 м 2. Конец разгона принимается при достижении либо максимальной скорости, либо конца участка разгона в 2000 м 5. Алгоритмизация и программирование
Алгоритм расчета математической модели
Расчет модели производится в приложении Microsoft Office EXCEL: В поле ячеек А3-J56 вводятся исходные данные для данной модели автомобиля. В поле ячеек A43-j56 производится вычисление используемых в расчетах по следующим формулам: в ячейке Н43 рассчитывается сила сопротивления качению Ff= m*g*f, в ячейке Н44 рассчитывается сила тяжести автомобиля Ga=m*g, в ячейке Н45 - крутящий момент при максимальной мощности Mp= 9550*Nemax/np Радиус колеса определяется в ячейке Н46 по формуле Rо = (0,5*d + H)/1000 Коэффициенты: Кm=Memax/Mp, Kn=np/nm, a=(Kn*(Km*Kn-3)+2) / (Kn-1)2
, b=(Kn2
* (3-2*Km)-1)/(Kn-1)2
, c=(Kn2
*(Km-2)+Kn) / (Kn-1)2
. В столбец А начиная с ячейки А64 вводим значения времени с интервалом 0,1 и растягиваем до нужного значения времени. В столбце G вводим значение n=1500, а начиная с ячейки G75 n вычисляем по формуле n=30*V*U1*U0/(p*r0), В столбце H, начиная с ячейки H64 записываем формулу вычисления крутящего момента Ме=Мз* (ф+и*(т.тз)+с(т.тз)2
растягивая данную зависимость на определенное число ячеек получаем нужные значения Ме. В столбце I начиная с ячейки I64 рассчитываем Алщ=0б9*Ьу*Г1*Г0*те.к0 Растягиваем данные значения до необходимых для дальнейшего вычисления. В столбце F, начиная с ячейки F64 рассчитываем значения силы лобового сопротивления Ав=Сч*Фи*Иф*Рф*М2
Растягивая на необходимое число ячеек данную зависимость получаем необходимые значения силы Fv. В столбце J начиная с ячейки J64 рассчитываем значение динамического фактора по формуле D= (Fko-FB
)/Ga Аналогично растягивая данную зависимость получаем необходимые значения D. В столбце E, начиная с ячейки E64 рассчитываем значения ускорения j=(g/d)*(D-f) Также данную зависимость растягиваем до необходимого значения. В столбце В в ячейке В64 задаемся начальной скоростью V=0, а начиная с ячейки В65 вычисляем значение скорости по следующей формуле V=j*(tn
-tn
-1
)+ Vn
-1,
Растягиваем данные значения до необходимых. В столбце D производим вычисление перемещения, предварительно задавшись в ячейке D64 значением начального перемещения S0
=0. Начиная с ячейки D65 перемещение вычисляется по формуле Ыт
=Ыт-1
+ Мт
*(ет
-ет-1)
+(от
*(ет
-ет-1
))2
.2ю Для построения графиков выделяется два необходимых столбца и с помощью встроенного Мастера диаграмм строятся графики требуемых зависимостей. Алгоритм вычисления разгона 1.
2.
3.
нет 4.
5
. Алгоритм вычисления выбега 1 2
3
нет 4
да 5
модель разгон выбег автомобиль Программа моделирования разгона и выбега
Исходные данные Автомобиль Mazda626 2,0 16v Максимальная мощность Nemax 149,00 л.с. 109,00 кВт Обороты при максимальной мощности np 6500,00 об/мин Максимальный крутящий момент Memax 186,00 Нм Обороты при максимальном крутящем моменте nm 4000,00 об/мин Посадочный диаметр колеса d 16,00 inch 406,40 мм Ширина шины B 205,00 мм Высота профиля шин H 30,00 % 79,50 мм Коэффициент сопротивления качению f 0,01 КПД трансмиссии (0.8-0.92) nt 0,92 Число передач nper 5,00 Передаточное отношение 1 передачи U 3,31 Передаточное отношение 2 передачи 1,84 Передаточное отношение 3 передачи 1,31 Передаточное отношение 4 передачи 1,03 Передаточное отношение 5 передачи 0,84 Передаточное отношение главной передачи Uo 4,10 Коэффициент учета вращающих масс б при выключении передач и выбеге 1,03 1-ая передача 1,47 2-ая передача 1,16 3-ая передача 1,10 4-ая передача 1,07 5-ая передача 1,06 Коэффициент обтекаемости Kb 0,26 Площадь поперечного сечения автомобиля Ab 1,61 Кэффициент заполнения площади a 0,70 Габаритная ширина Ba 1,69 м Габаритная высота Ha 1,36 м Масса m 1160,00 кг Частота вращения на холостом ходу nxx 900,00 об/мин Ускорение свободного падения g 9,82 м/с2 Промежуточные вычисления Сила сопротивления качению Ff 113,91 Н Сила тяжести автомобиля Ga 11391,20 Н Крутящий момент при максимальной мощности Mp 160,15 Нм Радиус колеса r0 0,28 м Коэффициенты Kn 1,63 Km 1,16 a 0,75 b 1,34 c -1,09 Максимально допустимые скорости V1 14,18 м/с 51,03 км/ч V2 25,58 м/с 92,08 км/ч на данной передаче V3 35,80 м/с 128,88 км/ч V4 45,57 м/с 164,04 км/ч V5 56,07 м/с 201,87 км/ч Моделирование разгона и выбега t, с v, м/с V, км/ч s, м j, м/с2 , Н n, мин-1 Me, Нм Fo, Н D б Fj 0,00 0,000 0,000 0,000 4,003 0,00 1500 160,15 6933 0,6087 1,469 -4643,833 0,10 0,400 1,441 0,020 4,003 0,07 1500 160,15 6933 0,6087 1,469 -4643,788 0,20 0,801 2,882 0,080 4,003 0,27 1500 160,15 6933 0,6086 1,469 -4643,651 0,30 1,201 4,323 0,180 4,003 0,60 1500 160,15 6933 0,6086 1,469 -4643,422 0,40 1,601 5,765 0,320 4,003 1,07 1500 160,15 6933 0,6086 1,469 -4643,103 0,50 2,002 7,206 0,500 4,002 1,68 1500 160,15 6933 0,6085 1,469 -4642,692 0,60 2,402 8,646 0,721 4,002 2,41 1500 160,15 6933 0,6085 1,469 -4642,190 0,70 2,802 10,087 0,981 4,001 3,28 1500 160,15 6933 0,6084 1,469 -4641,597 0,80 3,202 11,528 1,281 4,001 4,29 1500 160,15 6933 0,6083 1,469 -4640,913 0,90 3,602 12,968 1,621 4,000 5,43 1500 160,15 6933 0,6082 1,469 -4640,137 1,00 4,002 14,408 2,001 3,999 6,70 1500 160,15 6933 0,6081 1,469 -4639,271 1,10 4,402 15,848 2,422 4,243 8,11 2019 169,76 7350 0,6445 1,469 -4921,744 1,20 4,826 17,375 2,883 4,319 9,74 2213 172,79 7481 0,6559 1,469 -5010,039 1,30 5,258 18,930 3,387 4,388 11,57 2411 175,56 7601 0,6662 1,469 -5090,330 1,40 5,697 20,510 3,935 4,450 13,58 2612 178,04 7708 0,6755 1,469 -5162,001 1,50 6,142 22,112 4,527 4,504 15,78 2816 180,21 7802 0,6835 1,469 -5224,483 1,60 6,593 23,733 5,164 4,549 18,18 3023 182,05 7882 0,6903 1,469 -5277,265 1,70 7,047 25,371 5,846 4,586 20,78 3232 183,56 7947 0,6958 1,469 -5319,902 1,80 7,506 27,022 6,573 4,614 23,57 3442 184,71 7997 0,7000 1,469 -5352,020 1,90 7,967 28,683 7,347 4,632 26,55 3653 185,50 8031 0,7027 1,469 -5373,327 2,00 8,431 30,350 8,167 4,641 29,73 3866 185,93 8050 0,7040 1,469 -5383,613 2,10 8,895 32,021 9,033 4,640 33,10 4079 185,97 8052 0,7039 1,469 -5382,760 2,20 9,359 33,692 9,946 4,630 36,64 4291 185,65 8038 0,7024 1,469 -5370,740 2,30 9,822 35,358 10,905 4,610 40,35 4504 184,95 8007 0,6994 1,469 -5347,619 2,40 10,283 37,018 11,910 4,581 44,23 4715 183,88 7961 0,6950 1,469 -5313,552 2,50 10,741 38,667 12,961 4,542 48,26 4925 182,46 7899 0,6892 1,469 -5268,787 2,60 11,195 40,302 14,058 4,495 52,43 5134 180,68 7823 0,6821 1,469 -5213,655 2,70 11,645 41,920 15,200 4,438 56,72 5340 178,58 7731 0,6737 1,469 -5148,570 2,80 12,088 43,518 16,387 4,374 61,13 5543 176,15 7626 0,6641 1,469 -5074,017 2,90 12,526 45,093 17,618 4,302 65,63 5744 173,42 7508 0,6534 1,469 -4990,548 3,00 12,956 46,642 18,892 4,223 70,22 5941 170,42 7378 0,6415 1,469 -4898,775 3,10 13,378 48,162 20,208 4,137 74,87 6135 167,15 7237 0,6287 1,469 -4799,354 3,20 13,369 48,128 21,545 -0,158 74,76 6450 0,00 0 -0,0066 1,030 183,178 3,30 13,359 48,093 22,881 -0,158 74,66 6160 0,00 0 -0,0066 1,030 183,075 3,40 13,350 48,059 24,216 -0,158 74,55 5870 0,00 0 -0,0065 1,030 182,972 3,50 13,340 48,025 25,550 -0,158 74,44 5580 0,00 0 -0,0065 1,030 182,868 3,60 13,331 47,990 26,883 -0,158 74,34 5290 0,00 0 -0,0065 1,030 182,765 3,70 13,321 47,956 28,215 -0,157 74,23 5000 0,00 0 -0,0065 1,030 182,662 3,80 13,312 47,922 29,546 -0,157 74,12 4710 0,00 0 -0,0065 1,030 182,559 3,90 13,302 47,887 30,877 -0,157 74,02 4420 0,00 0 -0,0065 1,030 182,456 4,00 13,292 47,853 32,206 -0,157 73,91 4130 0,00 0 -0,0065 1,030 182,353 4,10 13,283 47,819 33,534 -0,157 73,81 3840 0,00 0 -0,0065 1,030 182,250 4,20 13,273 47,784 34,862 -0,157 73,70 3550 0,00 0 -0,0065 1,030 182,147 4,30 13,258 47,728 36,188 3,135 73,53 3369 184,35 4423 0,3819 1,165 -3637,035 4,40 13,571 48,857 37,530 3,140 77,04 3449 184,74 4433 0,3824 1,165 -3642,039 4,50 13,885 49,987 38,902 3,143 80,65 3529 185,08 4441 0,3828 1,165 -3645,895 4,60 14,200
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||