XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

к.т.н, доц. Павленко О.В., к.т.н, доц. Павленко В.В. ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СКЛАДУ ЦІЛЬОВОЇ ФУНКЦІЇ ПРИ ОПТИМІЗАЦІЇ РЯДУ ПЕРЕДАВАЛЬНИХ ЧИСЕЛ ВАНТАЖНИХ АВТОМОБІЛІВ НА ЇХ ШВИДКІСНІ ВЛАСТИВОСТІ

к.т.н, доц.  Павленко  О.В., к.т.н, доц.  Павленко В.В.

Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського

Дослідження впливу складу цільової функції при оптимізації ряду передавальних чиСел вантажних

автомобілів на їх швидкісні властивості

Вступ. Застосуванням методів оптимізації для визначення ряду передавальних чисел трансмісії досягають кращої відповідності конструкції автомобіля умовам його експлуатації. Таку відповідність можна забезпечити за рахунок відповідного вибору цільової функції, алгоритму оптимізації а також достовірністю інформації щодо найбільш вірогідних умов експлуатації. Розглянемо як будуть змінюватися показники швидкісних властивостей та паливної економічності залежно від алгоритму оптимізації та складу цільової функції на прикладі вантажних автомобілів підвищеної прохідності.

Загалом відомо, що оптимізація може бути однокритріальною або багатокритеріальною, з обмеженнями чи без. В даному матеріалі використані методи багатокритеріальної оптимізації з обмеженнями.

Що стосується алгоритмів оптимізації, то вибрані такі методи як квазіньютонівський, модифікований метод Ньютона, симплексу та метод Хука-Дживса.

В цільову функцію включено показники, що оцінюють швидкісні властивості та паливну економічність повноприводних вантажних автомобілів. Такими показниками вибрано: час розгону до заданої швидкості (згідно ГОСТ 20306-90), прискорення за час розгону, довжина шляху, що проїхав автомобіль за час розгону, кількість витраченого палива за час розгону, середній динамічний фактор [1], середня витрата палива усталеного руху [2].

Таким чином, записано шість оціночних показників, які можуть бути включеними до цільової функції. Але результати оптимізації за різним складом цільової функції ( в даному матеріалі) будемо розглядати на величіні зміни таких показників як час розгону та середній динамічний фактор, як найбільш уживані для оцінки швидкісних властивостей повноприводних автомобілів [7]. Ці показники вибрані тому, швидкість усталеного руху на окремих відрізках шляху обмежується дорожнім опором руху. Долаємий автомобілем опір визначається значеннями передавальних чисел проміжних ступенів трансмісії.

Оціночні показники можливо об'єднати в одну цільову функцію адитивним та мультиплікативним способами [3]. Наприклад, спершу Филькин Н.М. [4], а потім Сітовський О.П. [5] використовували тільки адитивну цільову функцію і покоординатний та найшвидшого спуску, а також квазіньютоновський методи оптимізаціїї без обмежень. До речі, Сітовський О.П. у своїй роботі відмітив факт впливу зміни ряду передаточних чисел трансмісії на кількість шкідливих викидів бензинового двигуна.

Мета роботи. Розглянути, як впливає на вибрані оцінюючі показники повноприводних автомобілів зміна методу оптимізації та складу адитивної цільової функції, яка складається з наступних оцінюючих показників: час розгону до заданої швидкості tp, прискорення за час розгону Jp, довжина шляху, що проїхав автомобіль за час розгону Sp, кількість витраченого палива за час розгону Qp, середній динамічний фактор D, середня витрата палива усталеного руху Qs.

Матеріали і результати досліджень. 

У загальному вигляді цільова функція (адитивна функція цілі) визначається як

image002197.png

де j, L  - порядкові номера критеріїв, що мінімізуються та максимізуються відповідно;

image002198.png  - математичний вираз цільової функції;

image002199.png  - число прийнятих критеріїв, що мінімізуються та максимізуються відповідно;

image002200.png - показник що мінімізується;

image002201.png  - показник що максимізується.

У нашому випадку цільова функція в повному складі матиме такий вигляд

image002202.png

Аби визначити вплив складу цільової функції та методу оптимізації на значення обраних показників проведемо розрахунки за допомогою відповідних математичних моделей розроблених в [6] для всіх трьох методів оптимізації за планом повного факторного експерименту з двома рівнями значимості. Перший рівень - відповідний показник входить до складу цільової функції, другий - він відсутній.  Таким чином будемо мати 64 розрахункових точок для кожного методу оптимізації.

Матеріал та результати досліджень. Дослідження впливу складу цільової функції та методу оптимізації на вибрані показники виконувались на прикладі  автомобіля КрАЗ 5131ВЕ. Щоб мати можливість провести аналіз отриманих даних результати розрахунків були представлені в графічній формі. Графічна форма дозволяє одразу показники, що виявилися нечутливими до оптимізації, і головне виділити методи оптимізації, що дали найкращі результати.

За результатами розрахунків зроблено такі висновки.

•1.                Покращити час розгону автомобілів не вдається, в більшості випадків час розгону значно зменшується. Для автомобіля КрАЗ 260В відсоток покращення часу розгону не перевищує 5 %.

•2.                Підвищити середній динамічний фактор КрАЗ 5131 ВЕ вдалося за допомогою цільових функцій:

•-       що мають у своєму складі показники, які оцінюють тільки розгін автомобіля і половина з них включає середній динамічний фактор (покращення показника складає від 8,3 до 20,2%);

•-       що мають у своєму складі показники, які оцінюють тільки розгін автомобіля (від 39,3 до 145,3%);

•-        у складі цільової функції присутні і показники, що характеризують розгін автомобіля і середній динамічний фактор (до 39,6 до 170%).

Якщо представити ті ж самі результати з оглядом на метод оптимізації, то видно що найкращий результат досягається за використанням

•-        методу симплексу у поєднанні з цільовою функцією, що має у своєму складі тільки показники розгону і дві функції, що додатково включають динамічний фактор покращили середній динамічний фактор в межах 40,3 до 152,2%;

•-       модифікованого методу Ньютона і цільових функцій, що мають у складі  тільки показники розгону і динамічний фактор  (покращення склало від 13,22 до 169,9;

•-       якщо використати тільки один критерій - час розгону, то, згідно розрахунків,  можна досягти покращення середнього динамічного фактору до 44 %.

Всі інші розглянуті методи оптимізації в поєднанні з усіма можливими комбінаціями складу цільової функції  не дали позитивного результату для автомобіля КрАЗ 5131ВЕ.

Алгоритм Хука - Дживса виявився найменш  чутливим до зміни складу цільової функції.

Шляхом співставлення відсотків зміни середнього динамічного фактору, отриманих після оптимізації, та склад цільових функцій зроблено наступні висновки:

•1.                Найбільш ефективним методом оптимізації середнього динамічного фактору є модифікований метод Ньютону і метод симплексу, і в останню чергу - квазіньютонівський.

•2.                Високі результати оптимізації адитивного динамічного фактору досягаються при поєднанні в одній цільовій функції показника середнього динамічного фактору із показниками, що характеризують процес розгону автомобіля (час розгону tp, довжина шляху розгону Sp, прискорення під час розгону Jp і кількість витраченого палива під час розгону Qp).

3. При поєднанні в одній цільовій функції динамічного фактору із показниками, що характеризують процес розгону, найбільший вплив мають час розгону tp, прискорення Jp і довжина шляху розгону Sp  рівною мірою. Витрата палива під час розгону незначним чином впливає на оптимізацію динамічного фактору, але при значному покращенні динамічного фактору значно збільшується витрата палива за час розгону (до20%).

-- page break --

4.  Попередньо можна висунути припущення про те, що прагнути до найбільшої кількості показників, що включені до складу цільової функції, не має сенсу, оскільки що більше показників буде в складі цільової функції, то меншим буде покращення кожного окремого показника. Це твердження треба підтвердити, розглянувши закономірності, що відбуваються при оптимізації інших показників.

Необхідно відзначити, що в даній статті розглянуто вплив складу цільової функції в поєднанні з методом оптимізації тільки  на середній динамічний фактор, що зо даної постановки питання явно недостатньо. Треба одночасно розглянути зміну всіх інших вибраних параметрів автомобіля  залежно від складу цільової функції та методу оптимізації, що буде зроблено найближчим часом.

Література:

•1. Павленко А.В., Павленко В.В., Оптимизация числа передач трансмиссии автомобилей по условию получения максимальных скоростных свойств // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук:  КДПУ, 2003.- Вип. 4(21). - 274 с.

•2. Павленко А.В., Павленко В.В., Зависимость расхода топлива автомобиля в установившемся движении от числа ступеней трансмиссии // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2003.- Вип. 2(19), Т. 3 - 178 с.

•3. САПР. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для техн. вузов. В 9 кн. Кн. 5. Автоматизация функционального проектирования/ П.К. Кузьмик, В.Б. Маничев; под ред. И.П. Норенкова.  - Мн.: Выш. Шк., 1988. - 141с.

•4.  Филькин Н.М. Оптимизация передаточных чисел и количества ступеней трансмиссии легкового автомобиля: Автореф. Дис. ...канд. техн. наук. Моск. гос. Техн. ен-т им. Н.Э. Баумана. -М., 1990. - 16 с.

•5. Сітовский О.П. Підвищення техніко-експлуатаційних властивостей легкових автомобілів малого класу підвищеної прохідності шляхом оптимізації параметрів системи "двигун-трансміссія": Автореф. Дис. канд. техн. Наук: 05.22.02/ НТУ. К., 2002 - 19 с.

•6. Павленко ОВ. Пкращення швидкісних властивостей автомобілів КрАЗ за рахунок оптимізації передаточних чисел трансміссії. Автореф. Дис. канд. техн. наук. НТУ. -К., 2002. 20 с.

•7.  Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобилб: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».-М.: Машиностроение, 1989.-240 с.

 

docent@link.pl.ua


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>