Р. Р. Басыров, А. Д. Галимянов, В. Н. Никишин комфортабельность автомобиля
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Рисунок 1.14 - Расположение блока вытяжной вентиляции в задней стойке перспективного автомобиля «ОКА-2» Воздушные вентиляционные каналы в переднеприводных автомобилях ВАЗ расположены в дверях (рисунок 1.15 и 1.16). 76 Рисунок 1.15 - Расположение клапанов вытяжной вентиляции в дверях автомобиля ВАЗ-2110 (исходный конвейерный вариант) Рисунок 1.16 - Расположение клапанов вытяжной вентиляции вытяжной вентиляции в багажнике автомобиля ВАЗ-2110 На большинстве зарубежных автомобилей вентиляционные отверстия расположены за боковинами задних бамперов (рисунок 1.17). 77 а) б) Рисунок 1.17 - Расположение вытяжных отверстий и клапанов на автомобилях «Renault-Twingo» (а), «Ford- Escort» (б) Такой тип вытяжной вентиляции планируется к внедрению на новом семействе автомобилей ВАЗ-1118 «Калина», а в перспективе и при модернизации существующих автомобилей «ВАЗ». В практике мирового автомобилестроения в последнее время все большее распространение получает вытяжка через заднюю стойку или багажник. Недостатком вытяжной вентиляции в дверях является нерациональное распределение и протекание воздушных потоков в салоне автомобиля. Зимой практически весь нагретый воздух, поднявшись из зоны ног вверх к потолку салона, поступает к холодному заднему стеклу. Там он охлаждается и направляется по спинке заднего сиденья и спинам задних пассажиров вниз, чтобы выйти наружу через вытяжку в задних дверях на уровне поясницы и почек пассажиров. Это явление называют «холодной волной». Оно характерно для всех переднеприводных автомобилей. Кроме того, вытяжка в дверях приводит к быстрому запотеванию стекол. Система вытяжной вентиляции через двери не может конкурировать с более совершенными системами. Для систем 78 вентиляции через задние стойки и через багажник воздух из салона выходит через щель между нижней кромкой заднего стекла и задней полкой. А в летнее время это обеспечивает большее поступление свежего воздуха в зоны головы водителя и пассажиров. Вентиляция, осуществляемая через багажник, имеет и некоторые другие преимущества – это вентиляция багажника, снижение уровня шума, увеличение расходов воздуха в салоне, предотвращение запотевания стекол (рисунок 1.18). Рисунок 1.18 - Вариант расположения вытяжных отверстий на задней полке автомобиля ВАЗ-2110 79 Общая площадь вытяжных отверстий в багажном отделении должна быть больше, чем на задней стойке, поэтому сопротивление воздушного потока становится меньше, что обеспечивает повышение расхода воздуха при движении. Если сравнить полученные результаты по двум системам, то новый вариант с вытяжкой в багажнике эффективнее: температура воздуха в салоне снижается на 1 - 2°С, скорости воздуха увеличиваются на 11%. Это ощущается не только субъективно, но и в зимнее время ведет к уменьшению обмерзания стекол боковых дверей. В варианте с вытяжкой в дверях стекла задних дверей оставались замерзшими. Для обеспечения полного размораживания стекол задних дверей в обивку дверей были установлены микровентиляторы, всасывающие воздух из салона и по воздуховоду обдувающие стекла дверей (рисунок 1.19). Рисунок 1.19 - Для исключения запотевания и обмерзания стекол задних дверей на автомобиле ВАЗ-2110 в обивках дверей устанавливают микровентиляторы, обдувающие заднее стекло 80 В начале 70-х годов появились встроенные в крышу автомобиля люки. В настоящее время данный подход в организации вентиляции получил наибольшее распространение [16]. Существуют разнообразные варианты технического решения крыш автомобилей (складные, стеклянные крыши-жалюзи и панорамные с солнечными батареями) (рисунок 1.20). Рисунок 1.20 - Стеклянный подъёмный люк, установленный в крышу легкового автомобиля Люк обеспечивает хорошую вентиляцию, при этом салон не только охлаждается, но и в нем усиливается циркуляция воздуха, что помогает избежать «кислородное голодание». Как показывают исследования, даже высокопроизводительный автомобильный кондиционер в жаркую погоду не справляется с задачей охлаждения, поэтому сочетание люка на крыше автомобиля с кондиционером намного эффективнее. Поскольку транспортный поток стал намного интенсивней, резко возросла загазованность вредными 81 выбросами, копотью, резиновой пылью и в результате требуется фильтрация поступающего в салон воздуха. Отработавшие газы (ОГ) автомобилей являются основными источниками газообразных загрязняющих веществ в воздухе салона по двум причинам. Во-первых, небольшая высота расположения выхлопных труб, в среднем 30 см над поверхностью дорожного полотна, за счет чего ОГ легко всасываются через систему вентиляции. Во-вторых, медленное снижение концентрации вредных веществ от центра улицы к тротуарам, т.е. в центре улицы концентрация ОГ максимальна. Все эти раздражители действуют на водителя и снижают период его реакций и чувство комфорта. Поэтому одним из основных путей совершенствования систем отопления и вентиляции для получения комфортного температурного режима в салоне и предотвращения проникновения вредных веществ, является повышение герметичности кузова автомобиля и его тепловой изоляции. Анализ влияния микроклимата в салоне автомобиля на водителя и пассажиров показал, что само понятие комфорта неразрывно связано с обеспечением требуемых шумовых и вибрационных параметров кузова; температуры, влажности и давления воздуха; содержания вредных химических веществ. Система обеспечения комфортности требует введения информативных параметров о состоянии микроклимата, регулирующих и исполнительных механизмов по их изменению (температуры, влажности, скорости, направления, давления воздуха и др.) В настоящее время приоритет в создании комфортных условий салона отдается комбинированным методам использования различных видов энергии и управления ими (электрической и тепловой). Многообразие способов и устройств достижения комфортных условий приводит к необходимости внедрения автоматизированных систем управления и регулирования параметров микроклимата на базе микропроцессорных систем. 82 Микропроцессорная система управления СОКУ является частью общей системы управления автомобилем, в задачи которой входит управление трансмиссией, силовым агрегатом, элементами освещения и т.п. Например, система управления, разработанная германской фирмой «BOSH», является составной частью микропроцессорной системы управления инжекторного двигателя легкового автомобиля. Она функционирует по сигналам обратной связи с датчиков (скорости автомобиля, положения дроссельной заслонки, концентрации кислорода в выхлопных газах, детонации, массового расхода воздуха, положения коленчатого вала и температуры охлаждающей жидкости ДВС). Получаемые от них электрические сигналы, несущие в себе информацию о значении необходимых параметров, через блок преобразования поступают в бортовую микропроцессорную систему (МПС). В МПС производится обработка информации по заданному алгоритму и сравнение этих сигналов с заданными значениями. Сигнал рассогласования между заданным и полученным значениями преобразуется в аналоговый вид и через блок усиления подается на соответствующий исполнительный механизм. Водитель имеет возможность выбирать режим работы системы управления установкой режима в позицию «AUTO», либо в позицию «MAUAL» (при неисправности или сбое системы управления). Для повышения надёжности микропроцессорных систем используют различные подходы в их разработке. Одним из вариантов является обеспечение резервирования. При выходе из строя основного контроллера, управление автоматически передается резервному, но с ограниченными функциональными возможностями. При сбое в работе СОКУ, бортовой компьютер выдает соответствующее сообщение водителю и переходит в аварийный режим работы. 83 ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМФОРТНОСТИ В САЛОНЕ Несовершенство конструкций элементов СОКУ современных отечественных автомобилей объясняется недостаточной проработкой вопросов, связанных с влиянием аэродинамических, тепло- и звукоизоляционных характеристик применяемых материалов на воздушные, тепловые и звуковые потоки в салоне автомобиля; отсутствием необходимых методик расчётов, рекомендаций по организации движения воздушных потоков и т.п. При разработке новых конструктивных элементов салона автомобиля, влияющих на систему обеспечения комфортных условий, необходимо рассматривать автомобиль как единую систему взаимодействия отдельных узлов и агрегатов, технические и экономические характеристики которых должны быть согласованы. Процесс разработки СОКУ салона автомобиля представляет собой несколько последовательных этапов. В результате анализа этапов разработки СОКУ салона автомобиля составлен цикл разработки системы вентиляции и отопления салона автомобиля, позволяющий конструктору или заказчику проекта, заранее предусмотреть и оценить объём предстоящих работ, скоординировать свои действия по месяцам и на основании данной схемы составить план-график с указанием предположительных сроков выполнения задания (рисунок 1.21). Выбор оптимальной схемы и конструкции СОКУ является важной задачей проектирования систем вентиляции и отопления. Поэтому поэтапная разработка проектирования СОВ салона должна соответствовать современным требованиям Правил ЕЭК ООН. 84 Испытание образцов Подготовка материалов и методики испытания Изготовление опытных образцов системы микроклимата Получение исходных данных испытаний Экспериментальное исследо-вание параметров качества воздушной среды. Соответствие эргономическим требованиям, ремонтопригодности, удобства обслуживания системы. Испытание на соответствие ГОСТу Р 50993-96 Сертификационные испытания системы вентиляции и отопления салона автомобиля Эксплуатац ионные испытания производств енных образцов Опы тное пр- во Сер ийн ое пр- во Рисунок 1.21 - Цикл разработки системы вентиляции и отопления салона автомобиля 1 2 3 4 5 6 7 Конструкторские работы Замысел и его осуществи- мость. Техни- ческое задание. Дизайнерская проработка (дизайн-проект интерьера автомобиля, эргономика панели приборов). Расчет, оптимизация параметров и моделирование распределения воздушных потоков по салону автомобиля. Определение парамет-ров, необхо- димых для расчёта Компоновка и подбор компонентов системы в кузов. Деталировка конструкции и изготовление компоновочных чертежей. Защита авторских прав. Заявка на патент. Подготовка рабочих чертежей. Доводка, испытание, изменение конструкции и выдача КД Технологический инжиниринг Испытания Месяцы 88 Параметры, определяющие качество системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля, приведены в таблице 2.2. Таблица 2.2 - Параметры комфортных условий воздушной среды на рабочем месте водителя Параметры Зоны Комфорта Психологического дискомфорта Физиологического дискомфорта Температура , ºС 18 15 10 Влажность, % 50-60 30-70 20-90 Скорость движения воздуха, м/с 0,15 0,30 2,0 Воздухообмен на 1 чел., м 3 /мин 0,57 0,37 0,14 Потери тепла на 1 чел., кДж/ч 0,315 1,50 3,00 Потребное кол-во тепла на 1 чел., кДж/ч 1,93 - 0,90 Объем салона, приходящийс я на 1 чел., м 3 1,2 0,9 0,4 89 Исходя из табличных данных зона комфорта, психологического и физиологического дискомфорта в салоне автомобиля показаны на рисунке 2.1. Рисунок 2.1 - Зона комфорта в салоне легкового автомобиля Решая вопрос повышения безопасности движения автомобиля при эксплуатации в зимний период года, замечено значительное влияния внешних и внутренних факторов на условия рабочего места и психо-эмоциональное состояние водителя при длительном управлении. Наблюдается явное не соответствие комфорту показателей качества систем обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля. Поэтому для нахождения рабочего места водителя и пассажиров в зоне комфорта необходимо акцентрировать внимание на параметры воздушной среды: температуру, влажность и скорость движения воздушных потоков по салону. От выбора конструктивных элементов 90 системы вентиляции и отопления салона и подбора её параметров зависит эффективность работы всей системы. Зависимости температуры в салоне автомобиля от внешних и внутренних факторов Эффективность системы отопления салона автомобиля оценивается по величине коэффициента кратности циркуляции воздуха. Хохряков В.П. рассчитывает этот коэффициент по следующей формуле: ] [ / Р T T L C V Q Кц О B B , (2.1) где V - внутренний объем салона, м 3 ; B - плотность воздуха, кг/м 3 ; С В - удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг С; L - количество воздуха, проходящего через систему отопления, м 3 /ч; Т о - температура воздуха на выходе из радиатора отопителя, С; Т P - температура в рабочей зоне, С; Q - теплопроизводительность системы, Вт, определяемая по формуле: n i ч Q э Q д Q T G C i k i S Q B B 1 ] [ , (2.2) где n - количество ограждающих поверхностей салона; S i - площадь i-ой ограждающих поверхности, м 2 ; k i -коэффициент теплопередачи i-ой ограждающей поверхности, Вт/м 2 С; 91 Т - перепад температуры наружного воздуха Т н и воздуха внутри салона Т В , С; G В - расход воздуха через системы отопления, кг/ч; ч Q э Q д Q , , - теплота, поступающая в салон соответственно от двигателя автомобиля через ограждение, электрооборудования в салоне и от людей, находящихся в салоне, Вт. Чем больше коэффициент кратности циркуляции, тем выше эффективность системы отопления [96, 97]. Однако у систем отопления большинства отечественных автомобилей он не превышает 0,2 - 0,3 м -3 . Коэффициент лучших систем отопления составляет 0,5 - 0,6 м -3 Проанализировав параметры формул (2.1) и (2.2) определено, что одним из наиболее влиятельных параметров микроклимата в салоне автомобиля является температура воздуха. Поэтому в данной работе предлагается уточнить нахождение значения параметра Р T . В формуле (2.1) Хохряков В.П. называет параметр Р T , как температура в рабочей зоне. Но этот параметр является обобщенным показателем, поэтому целесообразнее назвать его, как результирующая температура. 92 Результирующая температура Р T количественно характеризует совместное действие на водителя и пассажиров следующих показателей микроклимата: ) ; ; ; ( H H H V t R t f Р Т В , (2.3) где H t - температура наружного воздуха, С ; H R - влажность наружного воздуха, %; В t - время нагрева, мин; H V - скорость ветра, м/с. Наличие баз данных по результатам экспериментальных исследований, носящих вероятностный характер, на основе применения методов теории вероятности и математической статистики, позволило получить зависимость результирующей температуры Р T в салоне легкового автомобиля от метеорологических факторов наружной среды. Для этих целей использовался метод многофакторного регрессионного анализа, который позволяет найти функциональную взаимосвязь между признаками и определять степень влияния каждого независимого фактора на результирующий признак. 93 Математическая модель зависимости температуры в салоне легкового автомобиля от внешних факторов Рассмотрим влияние внешних и внутренних факторов на зависимую переменную: ) ,..., , ( 2 1 m x x x f y Линейная модель для множественной регрессии имеет вид: m x m a x a x a a y ..., 2 2 1 1 0 (2.4) По имеющимся данным экспериментальных значений всех признаков ) 1 2 1 ___ , ( ), ,..., , , ( n mi i i i x x x i y , требуется определить: численные значения неизвестных параметров m a a a a ..., , , 2 1 0 уравнения (2.4); степень влияния каждого из факторных признаков m x x x ..., , 2 1 на результативный признак y ; тесноту взаимосвязи результирующего признака y с каждым из факторных признаков. Первый шаг обычно предполагает обдумать, как зависимая переменная y может быть связана с каждой из 94 независимых переменных m x x x ..., , 2 1 . Нет смысла включать дополнительные переменные x , если они не дают возможности объяснения вариации . Задача состоит в том, чтобы объяснить вариацию по мере количественного изменения независимой переменной x включенной в модель [24, 30]. Необходимо рассчитать коэффициенты корреляции r для всех пар переменных ) , 1 ( ), , ( ___ m j j x y при условии независимости наблюдений друг от друга. Это даст возможность определить, связаны ли все независимые переменные X и линейно и независимы ли k X и p X между собой. Это важно в множественной регрессии. Если обнаруживается высокая корреляция, например, между 1 x и 2 x , то маловероятно, чтобы эти переменные были бы включены в окончательную модель. Исследовать линейную связь можно с любой комбинацией независимых переменных. Но модель имеет силу только в том случае, если существует значимая линейная связь между и каждым независимым фактором X . При этом надо учитывать, чтобы каждый коэффициент k a линии регрессии значимо отличался от нуля. В 95 противном случае такой фактор нужно будет исключить из модели. Можно получить множественную регрессию не исключая последовательно независимые переменные, а расширяя их круг. В этом случае начинают с построения регрессий для каждой из независимых переменных поочередно. Выбирается лучшая из этих регрессий, т.е. с наивысшим коэффициентом корреляции, затем добавляется к этому, наиболее приемлемому значению, вторая переменная. Этот метод построения множественной регрессии называется прямым. Обратный метод начинается с исследования модели, включающей все независимые переменные. Переменная, которая дает наименьший вклад в общую модель, исключается из рассмотрения. Для оставшихся значений определяется линейная модель. Если же и эта модель не верна, то исключается еще одна переменная, дающая наименьший вклад. И этот процесс аналогично повторяется со следующими переменными. Описанная процедура очень сложна и без персонального компьютера практически не выполнима. Для полной реализации отбора значимых независимых факторов, |