Математичне моделювання зміни швидкості руху автомобіля при екстреному гальмуванні

The object of research is the reconstruction of the development of the mechanism and circumstances of the road accident. The key point of research is establishment of the car speed at different moments in the development of a traffic accident. Precisely the accuracy in determining the car speed affects the nature of the main findings of the examination. When calculating the car speed, the expert solves the inverse problem, that is, determines the speed according to the braking performance of the car and the length of the trail of braking. For the last two decades, the design of the car's brake system has changed. The brakes are equipped with antilock braking systems. At the same time, the efficiency of vehicle braking has improved significantly. But it turned out that experts can’t objectively determine the car speed, which is equipped with an anti-lock braking system, because such brakes do not leave traces of braking on the road surface.When developing and solving this problem by determining the vehicle speed, the vehicle is equipped with an anti-lock braking system, methods of differentiating and integrating a complex function are used. With a comparative analysis of the existing and proposed methods for calculating the speed of the car in the process of emergency application braking, the graphical method.According to the research results, a mathematical model for determining the speed of the car is developed, which is equipped with an anti-lock braking system. This model allows to take into account the effect of the forces of air resistance, resistance to movement and resistance to recovery not only in the steady phase of braking, but also during the reaction of the driver and the timing of the brakes. An analysis of the mathematical model shows that during these time intervals a certain deceleration will act on the car, which will depend on the speed of movement and the state of the car. Moreover, the action of the drag resistance force can significantly increase this deceleration and influence the change in the car speed. The proposed mathematical model more accurately displays the actual process of emergency braking of the car and provides a reduction in the error in calculating the speed of the car by 4–8 % compared with existing calculation methods.Объектом исследования является реконструкция развития механизма и обстоятельств дорожно-транспортного происшествия. Ключевым моментом исследования является установление скорости движения автомобиля в разные моменты развития дорожно-транспортного происшествия. Именно точность в определении скорости движения автомобиля влияет на характер основных выводов экспертизы. При расчете скорости движения автомобиля эксперт решает обратную задачу, то есть определяет скорость по показателям эффективности торможения автомобиля и длины следа торможения. За последние два десятилетия изменилась конструкция тормозной системы автомобиля. Тормоза стали оборудовать антиблокировочной системой. При этом эффективность торможения автомобилей значительно улучшилась. Но оказалось, что эксперты не могут объективно определить скорость движения автомобиля, который оборудован антиблокировочной системой тормозов, потому что такие тормоза не оставляют следов торможения на дорожном покрытии.При разработке и решении этой проблемы по определению скорости движения автомобиля, который оборудован антиблокировочной системой тормозов, использованы методы дифференцирования и интегрирования сложной функции. При сравнительном анализе существующего и предлагаемого методов расчета скорости движения автомобиля в процессе экстренного торможения применен графический метод.По результатам работы разработана математическая модель по определению скорости движения автомобиля, который оборудован антиблокировочной системой тормозов. Эта модель позволяет учесть влияние действия сил сопротивления воздуха, сопротивления движению и сопротивления подъему не только в установившейся фазе торможения, но и во время реакции водителя и время срабатывания тормозов. Анализ математической модели показывает, что за эти интервалы времени на автомобиль будет действовать определенное замедление, которое будет зависеть от скорости движения и состояния загрузки автомобиля. Причем, действие силы сопротивления подъему способна значительно увеличивать это замедление и влиять на изменение скорости движения автомобиля. Предложенная математическая модель более точно отображает реальный процесс экстренного торможения автомобиля и обеспечивает снижение погрешности расчета скорости движения автомобиля на 4–8 % по сравнению с существующими расчетными методами.Об’єктом дослідження є реконструкція розвитку механізму та обставин дорожньо-транспортної пригоди. Ключовим моментом дослідження є встановлення швидкості руху автомобіля у будь-який момент розвитку дорожньо-транспортної пригоди. Саме точність у визначенні швидкості руху автомобіля впливає на характер основних висновків експертизи. При розрахунку швидкості руху автомобіля експерт вирішує зворотну задачу, тобто визначає швидкість за показниками ефективності гальмування автомобіля та довжини сліду гальмування. За останні два десятиріччя змінилася конструкція гальмівної системи автомобіля. Гальма стали обладнувати анти-блокувальною системою. При цьому ефективність гальмування автомобілів значно покращилася. Але виявилось, що експерти не можуть об’єктивно визначити швидкість руху автомобіля, який обладнаний анти-блокувальною системою гальм, тому що такі гальма не залишають слідів гальмування на дорожньому покритті.При розробці та вирішенні цієї проблеми з визначення швидкості руху автомобіля, який обладнаний анти-блокувальною системою гальм, використані методи диференціювання та інтегрування складної функції. При порівняльному аналізу існуючого та запропонованого методів розрахунку швидкості руху автомобіля в процесі екстреного гальмування застосований графічний метод.За результатами роботи розроблена математична модель з визначення швидкості руху автомобіля, який обладнаний анти-блокувальною системою гальм. Ця модель дозволяє врахувати вплив дії сил опору повітря, опору руху та опору підйому не тільки в усталеній фазі гальмування, але і під час реакції водія та час спрацьовування гальм. Аналіз математичної моделі показує, що за ці інтервали часу на автомобіль буде діяти певне сповільнення, яке буде залежати від швидкості руху та стану завантаження автомобіля. Причому, дія сили опору підйому здатна значно збільшувати це сповільнення і вливати на зміну швидкості руху автомобіля. Запропонована математична модель більш точно відображує реальний процес екстреного гальмування автомобіля і забезпечує зниження похибки розрахунку швидкості руху автомобіля на 4–8 % у порівнянні з існуючими розрахунковими методами

Математичне моделювання зміни швидкості руху автомобіля при екстреному гальмуванні

The object of research is the reconstruction of the development of the mechanism and circumstances of the road accident. The key point of research is establishment of the car speed at different moments in the development of a traffic accident. Precisely the accuracy in determining the car speed affects the nature of the main findings of the examination. When calculating the car speed, the expert solves the inverse problem, that is, determines the speed according to the braking performance of the car and the length of the trail of braking. For the last two decades, the design of the car's brake system has changed. The brakes are equipped with antilock braking systems. At the same time, the efficiency of vehicle braking has improved significantly. But it turned out that experts can’t objectively determine the car speed, which is equipped with an anti-lock braking system, because such brakes do not leave traces of braking on the road surface.When developing and solving this problem by determining the vehicle speed, the vehicle is equipped with an anti-lock braking system, methods of differentiating and integrating a complex function are used. With a comparative analysis of the existing and proposed methods for calculating the speed of the car in the process of emergency application braking, the graphical method.According to the research results, a mathematical model for determining the speed of the car is developed, which is equipped with an anti-lock braking system. This model allows to take into account the effect of the forces of air resistance, resistance to movement and resistance to recovery not only in the steady phase of braking, but also during the reaction of the driver and the timing of the brakes. An analysis of the mathematical model shows that during these time intervals a certain deceleration will act on the car, which will depend on the speed of movement and the state of the car. Moreover, the action of the drag resistance force can significantly increase this deceleration and influence the change in the car speed. The proposed mathematical model more accurately displays the actual process of emergency braking of the car and provides a reduction in the error in calculating the speed of the car by 4–8 % compared with existing calculation methods.Объектом исследования является реконструкция развития механизма и обстоятельств дорожно-транспортного происшествия. Ключевым моментом исследования является установление скорости движения автомобиля в разные моменты развития дорожно-транспортного происшествия. Именно точность в определении скорости движения автомобиля влияет на характер основных выводов экспертизы. При расчете скорости движения автомобиля эксперт решает обратную задачу, то есть определяет скорость по показателям эффективности торможения автомобиля и длины следа торможения. За последние два десятилетия изменилась конструкция тормозной системы автомобиля. Тормоза стали оборудовать антиблокировочной системой. При этом эффективность торможения автомобилей значительно улучшилась. Но оказалось, что эксперты не могут объективно определить скорость движения автомобиля, который оборудован антиблокировочной системой тормозов, потому что такие тормоза не оставляют следов торможения на дорожном покрытии.При разработке и решении этой проблемы по определению скорости движения автомобиля, который оборудован антиблокировочной системой тормозов, использованы методы дифференцирования и интегрирования сложной функции. При сравнительном анализе существующего и предлагаемого методов расчета скорости движения автомобиля в процессе экстренного торможения применен графический метод.По результатам работы разработана математическая модель по определению скорости движения автомобиля, который оборудован антиблокировочной системой тормозов. Эта модель позволяет учесть влияние действия сил сопротивления воздуха, сопротивления движению и сопротивления подъему не только в установившейся фазе торможения, но и во время реакции водителя и время срабатывания тормозов. Анализ математической модели показывает, что за эти интервалы времени на автомобиль будет действовать определенное замедление, которое будет зависеть от скорости движения и состояния загрузки автомобиля. Причем, действие силы сопротивления подъему способна значительно увеличивать это замедление и влиять на изменение скорости движения автомобиля. Предложенная математическая модель более точно отображает реальный процесс экстренного торможения автомобиля и обеспечивает снижение погрешности расчета скорости движения автомобиля на 4–8 % по сравнению с существующими расчетными методами.Об’єктом дослідження є реконструкція розвитку механізму та обставин дорожньо-транспортної пригоди. Ключовим моментом дослідження є встановлення швидкості руху автомобіля у будь-який момент розвитку дорожньо-транспортної пригоди. Саме точність у визначенні швидкості руху автомобіля впливає на характер основних висновків експертизи. При розрахунку швидкості руху автомобіля експерт вирішує зворотну задачу, тобто визначає швидкість за показниками ефективності гальмування автомобіля та довжини сліду гальмування. За останні два десятиріччя змінилася конструкція гальмівної системи автомобіля. Гальма стали обладнувати анти-блокувальною системою. При цьому ефективність гальмування автомобілів значно покращилася. Але виявилось, що експерти не можуть об’єктивно визначити швидкість руху автомобіля, який обладнаний анти-блокувальною системою гальм, тому що такі гальма не залишають слідів гальмування на дорожньому покритті.При розробці та вирішенні цієї проблеми з визначення швидкості руху автомобіля, який обладнаний анти-блокувальною системою гальм, використані методи диференціювання та інтегрування складної функції. При порівняльному аналізу існуючого та запропонованого методів розрахунку швидкості руху автомобіля в процесі екстреного гальмування застосований графічний метод.За результатами роботи розроблена математична модель з визначення швидкості руху автомобіля, який обладнаний анти-блокувальною системою гальм. Ця модель дозволяє врахувати вплив дії сил опору повітря, опору руху та опору підйому не тільки в усталеній фазі гальмування, але і під час реакції водія та час спрацьовування гальм. Аналіз математичної моделі показує, що за ці інтервали часу на автомобіль буде діяти певне сповільнення, яке буде залежати від швидкості руху та стану завантаження автомобіля. Причому, дія сили опору підйому здатна значно збільшувати це сповільнення і вливати на зміну швидкості руху автомобіля. Запропонована математична модель більш точно відображує реальний процес екстреного гальмування автомобіля і забезпечує зниження похибки розрахунку швидкості руху автомобіля на 4–8 % у порівнянні з існуючими розрахунковими методами

Розробка моделі течії повітря з частинками пилу во впускній системі двигуна внутрішнього згоряння дорожнього транспортного засобу

This paper considers the mechanism of malfunction of internal combustion engines that implies the accelerated local wear of parts in individual cylinders as a result of uneven distribution of dust particles that pass through the air filter in the intake system. In order to acquire quantitative data on the effect of the structure of the intake system on the redistribution of dust in engine cylinders, the two-phase flow of air with dust particles in the standard elements of the intake system was mathematically modeled. ANSYS software package was used to solve the problem. A simulation technique was devised in which the airflow was first calculated to determine the boundary conditions for dust, after which the flow of air with particles was calculated. The calculations were carried out in a range of air velocities of 5‒20 m/s in branching channels with diversion angles of 45°, 90°, and 135° for the most characteristic particle sizes of 5‒30 µm. It has been estimated that dust particles deviate from the air streamlines by inertia and can slip through the lateral drain the stronger the larger particle size, diversion angle, and velocity of air. The comparison of the simulation results with experimental data confirmed that in the intake system of some engines, due to uneven particle distribution, there is local abrasive wear in one or more cylinders, which can significantly reduce the resource. This paper shows the need to take into consideration the centrifugation and redistribution of dust in the intake systems during the design, modernization, expert studies to determine the causes of faults associated with faulty operating conditions, as well as to clarify the regulations for the maintenance of existing engines.Рассмотрен механизм неисправности автомобильных двигателей внутреннего сгорания, которой описывает ускоренный локальный износ деталей в отдельных цилиндрах в результате неравномерного распределения во впускной системе частиц пыли, проходящих через воздушный фильтр. С целью получения количественных данных о влиянии конструкции впускной системы на перераспределение пыли по цилиндрам двигателя выполнено математическое моделирование двухфазного течения воздуха с частицами пыли в типовых элементах впускной системы. Для решения задачи использовался программный комплекс ANSYS. Была разработана методика моделирования, в которой для определения граничных условий для пыли вначале выполнялся расчет течения воздуха, после чего производился расчет течения воздуха с частицами. Расчеты проводились в диапазоне скоростей воздуха 5–20 м/с в разветвляющихся каналах с углами отводов 45°, 90° и 135° для наиболее характерных размеров частиц 5–30 мкм. Расчетным путем установлено, что частицы пыли по инерции отклоняются от линий тока воздуха и могут проскакивать боковой отвод тем сильнее, чем больше размер частицы, угол отвода и скорость воздуха. Сравнение результатов моделирования с опытными данными подтвердило, что во впускной системе некоторых двигателей за счет неравномерного распределения частиц возникает локальный абразивный износ в одном или нескольких цилиндрах, который может значительно снизить ресурс. Показана необходимость учета центрифугирования и перераспределения пыли во впускных системах при проектировании, модернизации, проведении экспертных исследований по определению причин неисправностей, связанных с нарушением условий эксплуатации, а также для уточнения регламентов обслуживания уже существующих двигателейРозглянуто механізм несправності автомобільних двигунів внутрішнього згоряння, якій описує прискорений локальний знос деталей в окремих циліндрах в результаті нерівномірного розподілу у впускній системі частинок пилу, що проходять через повітряний фільтр. З метою отримання кількісних даних про вплив конструкції впускної системи на перерозподіл пилу по циліндрах двигуна виконано математичне моделювання двофазної течії повітря з частинками пилу в типових елементах впускної системи. Для вирішення завдання використовувався програмний комплекс ANSYS. Була розроблена методика моделювання, у якій для визначення граничних умов для пилу спочатку виконувався розрахунок течії повітря, після чого проводився розрахунок течії повітря з частинками. Розрахунки проводилися в діапазоні швидкостей повітря 5–20 м/с для розгалуження каналів з кутами відводів 45°, 90° і 135° для найбільш характерних розмірів частинок 5–30 мкм. Розрахунковим шляхом встановлено, що частинки пилу за інерцією відхиляються від ліній струму повітря і можуть проскакувати бічний відвід тим сильніше, чим більше розмір частинки, кут відведення та швидкість повітря. Порівняння результатів моделювання з досвідченими даними підтвердило, що у впускній системі деяких двигунів шляхом нерівномірного розподілу часток виникає локальний абразивний знос в одному або декількох циліндрах, який може значно знизити ресурс. Показана необхідність врахування центрифугування і перерозподілу пилу у впускних системах при проєктуванні, модернізації, проведенні експертних досліджень з визначення причин несправностей, пов'язаних з порушенням умов експлуатації, а також для уточнення регламентів обслуговування вже існуючих двигун

ТЕХНІЧНІ ТА ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ ЗНОШУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ КЛАПАННОГО МЕХАНІЗМУ В ПРОЦЕСІ ПЕРЕОБЛАДНАННЯ БЕНЗИНОВОГО ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ НА ГАЗОМОТОРНЕ ПАЛИВО

Problem. The main trends in the car gasification are considered. It is shown that after the global automakers lost the interest in the creation and production of gas engines, the development of gas systems continues in the secondary market. A noticeable decrease in the valve train durability due to the valve recession was noted, which can make the conversion of the engine to gas fuel technically inexpedient and economically ineffective. However, in practice, a detailed economic analysis is either not carried out at all, or is done in a simplified manner. Goal of the work is to develop a methodology and obtain the quantitative data that allow assessing the economic efficiency and technical feasibility of converting the gasoline engines to gas engine fuel. Methodology includes the analysis of the friction process in the valve-seat interface zone using semiempirical methods. Based on the data obtained, a list of constructive measures was compiled to reduce wear when converting the gasoline engine to gas fuel. A method for calculating the economic efficiency of a gasoline engine operating on gas, taking into account the initial and operating costs, has been developed. Results. It is noted that the transfer of a serial gasoline engine to gas without making changes to the valve train design means an absolutely inevitable decrease in the resource of the valve-seat interface. The area of effective application of gas equipment in car transport is obtained by calculation. It is shown that despite the large difference in price between gasoline and gas, the total economic effect of converting a gasoline engine to gas fuel does not exceed 15-20% and in general has a number of serious limitations not only of an economic but also of a technical nature. Originality. For the first time, it has been shown that any options for unauthorized conversion of car engines to another fuel should be considered, first of all, in terms of economic efficiency over the entire service life of the car, and not as private advantages obtained during certain periods of its operation. Practical value. The results obtained can be used in practice in the development of transport gasification programs, in assessing the real economic efficiency of the use of gas cylinder equipment, as well as in the search for the faults caused by the engine design change if converting it to another fuel.Розглянуті основні тенденції газифікації легкового автотранспорту. Відзначено, що помітне зниження ресурсу клапанного механізму двигуна під час роботи на газі пов’язане із просіданням клапанів. На підставі отриманих результатів установлено, що переведення серійного бензинового двигуна на газ без внесення змін у конструкцію клапанного механізму означає зовсім неминуче зменшення ресурсу сполучення клапана із сідлом. Складена методика розрахунків економічної ефективності й визначені характерні границі та область ефективного застосування газобалонного устаткування на легковому транспорті. Показано, що, незважаючи на більшу різницю в ціні між газом і бензином, сумарний економічний ефект від переведення бензинового двигуна на позаштатне газове паливо за весь час експлуатації автомобіля не перевищує 15–20 % і в загальному випадку має цілу низку серйозних обмежень не тільки економічного, але й технічного характер

Розробка аналітичної системи управління умовами експлуатації транспортних засобів у інформаційному комплексі V2I з використанням імітаційного моделювання

In connection with the active development of information systems in transport, it becomes necessary to integrate vehicles, infrastructure and humans into a single information network. The V2I system of information analysis for monitoring and controlling vehicles in operating conditions is an organic combination of information and analytical components. The latter includes the analysis of information regarding changes in operating conditions. The article presents a study that has improved the processes of managing the operating conditions of vehicles in the V2I communication system by using simulation modelling. A simulation model for choosing the optimal operating conditions for vehicles is described. The model takes into account road, climatic, and transport conditions and culture of vehicle operation, as well as the peculiarities of public transport movement in a transport hub. The objective function with the appropriate restrictions and the problem of traffic optimization in the investigated transport hub were established. Diagrams of the processes of the simulation model were constructed for various input parameters, including the optimal ones, with the creation of corresponding agents and their populations. Models of public transport delays at stops using a triangular distribution were developed, and the corresponding hypotheses were confirmed by Pearson’s test (χ2). The developed models can be used in the process of rebuilding a transport hub, as well as for modeling traffic when the operating conditions of vehicles change and for predicting such changes. The simulation results can be used in the creation and design of intelligent transport systemsВ связи с активным развивитием информационных систем на транспорте возникает необходимость интеграции транспортных средств, инфраструктуры и человека в единую информационную систему. Информационно-аналитическая система V2I мониторинга и управления транспортными средствами в условиях эксплуатации представляет собой органичное соединение информационной и аналитической составляющей. Компонентом последней является анализ информации в части изменения условий эксплуатации. В работе выполнено улучшение процессов управления условиями эксплуатации транспортных средств в информационно-аналитической системе V2I использованием имитационного моделирования. Приводится имитационная модель выбора оптимальных условий эксплуатации транспортных средств. Модель учитывает дорожные, атмосферно-климатические, транспортные условия и культуру эксплуатации транспортных средств, а также особенности движения общественного транспорта в транспортном узле. Сформирована целевая функция с соответствующими ограничениями и задача оптимизации дорожного движения в исследуемом транспортном узле. Построены диаграммы процессов имитационной модели для различных входящих параметров, в том числе и оптимальных, созданы соответствующие агенты и их популяции. Разработаны модели задержек общественного транспорта на остановках с помощью треугольного распределения, а соответствующие гипотезы были подтверждены по критерию Пирсона (χ2). Созданные модели могут быть использованы в процессе переустройства транспортного узла, а также для моделирования дорожного движения при изменении условий эксплуатации транспортных средств и их прогнозировании. Результаты моделирования могут быть использованы при создании и проектировании интеллектуальных транспортных системЧерез активний розвиток інформаційних систем на транспорті виникає необхідність інтеграції транспортних засобів, інфраструктури й людини в єдину інформаційну систему. Інформаційно-аналітична система V2I моніторингу та управління транспортними засобами в умовах експлуатації є органічним поєднанням інформаційного та аналітичного складників. Компонентом останнього є аналіз інформації в частині зміни умов експлуатації, а саме атмосферно-кліматичних, дорожніх, транспортних умов. В роботі виконано поліпшення процесів управління умовами експлуатації транспортних засобів в інформаційно-аналітичній системі V2I використанням імітаційного моделювання. Наводиться імітаційна модель вибору оптимальних умов експлуатації транспортних засобів. Модель враховує дорожні, атмосферно-кліматичні, транспортні умови й культуру експлуатації транспортних засобів, а також особливості руху громадського транспорту в транспортному вузлі. Сформована цільова функція з відповідними обмеженнями та завдання оптимізації дорожнього руху в досліджуваному транспортному вузлі. Побудовано діаграми процесів імітаційної моделі для різних вхідних параметрів, у тому числі й оптимальних, створені відповідні агенти і їх популяції. Розроблено моделі затримок громадського транспорту на зупинках за допомогою трикутного розподілу, а відповідні гіпотези були підтверджені за критерієм Пірсона (χ2). Створені моделі можуть бути використані в процесі перебудови транспортного вузла, а також для моделювання дорожнього руху під час зміни умов експлуатації транспортних засобів і їх прогнозуванні. Результати моделювання можуть бути використані у разі створення і проектування інтелектуальних транспортних систе