1462

11

12

УДК 621.43

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ЗМЗ-406

И.Е. Агуреев, Р.Н. Хмелев, А.Е. Радько

Тульский государственный университет, Россия

Предложено математическое описание системы управления инжекторным двигателем ЗМЗ-406, ориентированное на включение в динамическую модель ДВС.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, система управления, математическое моделирование.

В современных автомобильных двигателях обеспечение требуемых мощностных, экономических и экологических показателей во многом достигается за счет применения электронных систем управления, реализующих достаточно сложные алгоритмы [1].

Перед разработчиками систем управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания (ДВС) стоят три основные задачи [2]:

–контроль заданного вращающего момента двигателя или стабилизация заданной скорости вращения коленчатого вала. Данный контур управления реализовать затруднительно и в большинстве двигателей он не используется;

–поддержание заданного соотношения воздух/топливо;

–обеспечение оптимального угла опережения зажигания.

Для решения перечисленных задач целесообразно использовать методы математического моделирования, позволяющие на стадии проектирования и доводки ДВС осуществить выбор эффективных алгоритмов управления двигателем с минимальными временными и материальными затратами.

Известные математические модели [2–7] системы управления автомобильным двигателем на достаточно высоком уровне описывают работу данных систем. В то же время при построении данных моделей, как правило, используются общепринятые допущения, связанные с использованием осредненных и полученных для сходственных установившихся режимов показателей рабочих процессов ДВС и характеристик потребителя.

14

Отмеченное положение ограничивает область применения существующих математических моделей системы управления ДВС и не позволяет в полном объеме выполнить исследования сложных динамических процессов в системе «двигатель–потребитель» на переходных режимах.

В данной работе предложено и опробовано расчетами математическое описание системы управления инжекторным двигателем ЗМЗ 406, ориентированное на включение в имитационную динамическую модель системы «двигатель–автомобиль» [8, 9].

На рисунке приведена структурная схема математической модели системы управления автомобильным двигателем.

Рис. Структурная схема математической модели системы управления инжекторным двигателем

В инжекторных двигателях цикловой расход воздуха является основным командным параметром [7] системы автоматического регулирования топливоподачи двигателя, что связано с необходимостью обеспечения коэффициента избытка воздуха (α), равного 1, для эффективной работы системы нейтрализации.

Математическая модель системы управления ДВС состоит из двух частей:

– математическое описание циклового наполнения Gт цилиндров топливом в виде зависимости

Gт =Gв / l0 ,

где l0 – стехиометрический состав горючей смеси; Gв и Gт – массовые расходы воздуха и топлива, соответственно;

–математическое описание изменения угла опережения зажигания

ввиде регрессионной зависимости

15

ϕо.з = f(ω, Gт ).

где ω – угловая скорость вращения коленчатого вала.

В качестве исходных данных для построения математической модели системы управления ДВС использовались калибровочные таблицы электронного блока управления СОАТЭ 302.3763 000-01 [10].

Числовые значения угловой скорости ω и расхода воздуха Gв оп-

ределялись на основании приведенных в работе [9] уравнений динамической модели ДВС при текущем положении дроссельной заслонки и значении момента сопротивления.

Адекватность предложенного математического описания была подтверждена результатами экспериментальных исследований на лабораторном стенде [11] с применением программы компьютерной диагностики «МоторСкан».

Разработанное математическое описание системы управления ДВС позволяет исследовать динамические процессы в системе «двигатель– потребитель» на переходных режимах и может использоваться на стадии проектирования и доводки автомобильных двигателей.

Список литературы

1.Поливаев О.И., Костиков О.М., Ведринский О.С. Электронные системы управления бензиновых двигателей. – М.: КНОРУС, 2011. – 95 с.

2.Инжектронный двигатель как объект управления / Д.Н. Герасимов, Х. Джавахериан, Д.В. Ефимов, В.О. Никифоров // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2010. – № 5. – С. 135–147.

3.Guzzella Lino, Christopher Onder H. Introduction to Modeling and Control of Internal Combustion Engine Systems. – Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. – 362 с.

5.Борисов А.О., Черноусов А.А. Моделирование функций части САУ ДВС // Вестник УГАТУ. – 2012. – № 6. – С. 120–126.

6.Борисов А.О., Загайко С.А. Управление двигателем внутреннего сгорания по модели // Ползуновский вестник. – 2006. – № 4. – С. 23–26.

7.Пенкин Д.В. Формирование моделей для управления двигателем по цикловому расходу воздуха: автореф. … канд. техн. наук / Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2000. – 19 с.

8.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / Малиованов М.В., Радько А.Е., Хмелев Р.Н. № 2014617074.

16

Программный комплекс «Имитационная динамическая модель автомобиля», дата регистрации 10.06.2014.

9.Малиованов М.В., Хмелев Р.Н. Разработка и исследование динамической модели автомобиля // Модернизация и научные исследования

втранспортном комплексе: материалы межунар. науч.-практ. конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та , 2013. – С. 207–216.

10.Автомобили «Волга», «Газель» (ЭБУ Микас, VS, Соатэ). Се-

рийные прошивки [Электронный ресурс]. – URL: http://www.chiptuner.ru/ content/gaz_ecu/ (дата обращения: 03.11.2014).

11.Техника экспериментальных исследований для повышения эффективных показателей двигателей внутреннего сгорания / И.Е. Агуреев, А.П. Безгубов, Э.С. Темнов, М.Ю. Власов, Д.С. Лукьянов // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2011. – Вып. 5. – Ч. 3. – С. 289–298.

Об авторах

Агуреев Игорь Евгеньевич (Тула, Россия) – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Автомобили и автомобильное хозяйство», Тульский государственный университет (300012, г. Тула,

пр. Ленина, 92; e-mail: aiah@yandex.ru).

Хмелев Роман Николаевич (Тула, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство», Тульский государственный университет (300012, г. Тула,

пр. Ленина, 92; e-mail: aiah@yandex.ru).

Радько Александр Евгеньевич (Тула, Россия) – аспирант кафедры

«Автомобили и автомобильное хозяйство», Тульский государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: aiah@yandex.ru).

17

УДК 656.13

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИТНЫХ ТЕРМИНАЛОВ

З.В. Альметова, О.Н. Ларин

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

Анализируются методы оптимизации параметров транзитных терминалов. Интеграция разнонаправленных по максимальной мощности транзитных грузопотоков обеспечивает снижение неравномерности объёмов транзитных грузопотоков по всем направлениям и сокращение транзитных провозных возможностей транспортных систем и порожних пробегов транзитного транспорта. Для определения оптимального размещения транзитного терминала предложено учитывать затраты на порожние и груженые пробеги в рамках существующей конфигурации транспортной сети транзитного региона.

Ключевые слова: транспортная система, транзитный терминал, методы оптимизации, неравномерность грузопотоков.

Повышение транзитных перевозок возможно обеспечить путем снижения доли порожнего транспорта в составе транзитного потока при безусловном повышении степени использования грузоподъемности транспортных средств за счет интеграции транзитных грузопотоков с учетом их неравномерности в узловых центрах автотранспортных систем регионов, снижения затрат терминалов и перевозчиков при выполнении погрузочно-разгрузочных работ в транзитных терминалах на основе разработки новых методов оптимизации параметров транзитных терминалов [1].

Вопросы оптимизации технологических процессов в транзитных транспортных узлах, интеграции элементов транспортных систем, теоретические и методологические основы создания и развития терминальной сети рассматриваются в трудах многих ученых, например, В.М. Беляева, Л.Б. Миротина, В.С. Лукинского, Р.Н. Паршиной, В.А. Прокофьевой и др.

Анализ научных работ по определению критерия эффективности деятельности транзитных терминалов показывает, что организацию технологических процессов терминалов необходимо рассматривать

18

в единстве с целью получения эффекта всеми участниками логистической цепи – отправителями и получателями грузов, перевозчиками и собственниками терминалов, а также владельцами складов, транспортными операторами и т.д.

Методологической основой определения наиболее рационального местоположения заданного количества региональных транспортнологистических центров с точностью до района является задача сокращения затрат при перевозочном процессе с учётом кратчайших маршрутов. В качестве вершины регионального логистического центра выбирается та, которой принадлежит большее число кратчайших маршрутов. Подобный методический подход целесообразно применять для расположения логистических центров, которые являются конечными отправителями и получателями грузов в цепи поставок, но он мало пригоден для расположения транзитных терминалов, которые являются промежуточным звеном в цепи поставок. А методика оценки оптимальности транспортного процесса в цепи поставок, основанная на модели индексного нормирования оценки результативности и методов Исикава и Парето, предложенная в работе [6], основана на сочетании критериального подхода и интегральной оценки полученных результа-

тов [3].

Вработе [4] для определения оптимального по критерию минимума грузооборота месторасположения базовых объектов транспортнологистической системы региона предложена сетевая модель с учётом существующей конфигурации транспортной сети и инфраструктурных объектов. В качестве вершин в модели выбираются объекты транс- портно-логистического комплекса региона, расположенные на территории обслуживания. Оптимальное месторасположение базового объекта будет соответствовать общей медиане графа. Оценка эффективности работы перевозчиков на транзитных маршрутах осуществляется на основе комплексного показателя, увязывающего показатели эффективности и результативности деятельности с учетом груженого пробега транспортных средств [3].

Вработе [5] при определении оптимального количества контейнерных терминалов предлагается учитывать тарифы на перевозку, заданные суммарные объемы контейнерных перевозок, удельную стоимость накопления, хранения и комплектации, прочие затраты, но возможные потери транспортной работы при порожних пробегах транспорта при этом не учитываются.

19

Заслуживает внимания работа [7], в которой предложена методика выбора системы доставки грузов, основанная на едином математическом представлении определяемых транспортных параметров терминальной сети, обслуживающей перевозки по маятниковым маршрутам с обратным порожним пробегом для различных видов транспорта. Однако автор отмечает, что данная методика неприменима к транзитным перевозкам.

При оценке эффективности деятельности транзитных терминалов образование эффекта возможно при сокращении затрат до минимума и при увеличении объемов производства и услуг. С учетом особенностей функционирования транзитных терминалов эффект можно получить за счет роста объема транзитных перевозок и сокращения затрат на логистические операции.

Анализ научных работ по исследованию кластерного подхода для оптимизации транспортных систем позволяет утверждать, что деятельность транзитных терминалов не должна рассматриваться изолированно, их параметры должны быть взаимоувязаны с параметрами деятельности других терминалов и участников логистического процесса. Поэтому можно утверждать, что методические положения создания транзитных терминалов, которые обеспечивают обслуживание транзитных грузопотоков в межтерминальных сообщениях, должны быть основаны на показателях неравномерности объемов транзитных грузопотоков по направлениям и регионам назначения с учётом затрат перевозчиков на выполнение груженых и порожних пробегов.

Список литературы

1.Альметова З.В., Ларин О.Н. Развитие транзитного потенциала Уральских регионов с учетом неравномерности грузопотоков // Транспорт: наука, техника, управление. – 2012. – № 7. – С. 19–24.

2.Альметова З.В., Ларин О.Н. Вопросы размещения транзитных терминалов в регионах // Транспорт: наука, техника, управление. – 2012. – № 11. – С. 45–46.

3.Альметова З.В. Повышение эффективности транзитных перевозок в межтерминальных сообщениях (на примере Челябинской облас-

ти): дис. ... канд. техн. наук. – М., 2014. – 185 с.

4.Ефремов А.В. Системный анализ и метод структурного синтеза транспортно-логистической систем: дис. ... канд. техн. наук. – Самара, 2005. – 168 с.

20