Оценка приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации
На правах рукописи
ЛЯМЗИН Александр Михайлович
ОЦЕНКА ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ ШИН К НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Специальность 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тюмень — 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО “Тюменский государственный нефтегазовый университет” на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта».
| Научный руководитель | доктор технических наук, профессор Резник Леонид Григорьевич |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Захаров Николай Степанович |
| кандидат технических наук, доцент Малюгин Петр Николаевич | |
| Ведущая организация | ТУТТ и СТ №3 ООО «Газпром трансгаз Сургут» |
Защита состоится «11» ноября 2009 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 273. 04 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, зал имени А.Н. Косухина
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета, а также по e-mail: [email protected].
Автореферат разослан «8» октября 2009 г.
Телефон для справок (3452) 20-93-02.
| Ученый секретарь диссертационного совета | Евтин П.В. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В современных условиях рыночной экономики особенно актуальна проблема экономной эксплуатации автомобилей. Большая часть автомобилей в России значительное время работает при низких температурах окружающего воздуха, что оказывает значительное влияние на эксплуатационные расходы.
Под влиянием низких температур окружающего воздуха существенно изменяется расход топлива, что в значительной степени объясняется повышением сопротивления движению. Потери на качение шин составляют значительную долю в общем балансе сопротивления движению автомобиля.
Проведенными ранее исследованиями установлено, что на сопротивление движению автомобиля оказывают влияние как температура окружающего воздуха, так и типообразующие особенности шин. Особенно значительно это проявляется в зимних условиях. В то же время степень изменения сопротивления качению в зимних условиях различна для разных типов шин и определяется уровнем их приспособленности к этим условиям.
Закономерности изменения коэффициента сопротивления качению в низкотемпературных условиях эксплуатации применительно к шинам различных типов исследованы недостаточно. Методика нормирования расхода топлива автомобилей, действующая в настоящее время, не учитывает влияние характеристик используемых шин на изменение расхода топлива, что препятствует объективному нормированию и разработке научно обоснованного решения проблемы повышения эффективности использования автомобилей.
Таким образом, для повышения эффективности использования автомобилей зимой необходима объективная оценка приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации по коэффициенту сопротивления качению. Поэтому работа, посвященная влиянию низкотемпературных условий эксплуатации автомобилей на сопротивление качению автомобильных шин, является актуальной.
Данная работа выполнена в соответствии с Тематическим планом госбюджетных НИР ТюмГНГУ.
Цель работы. Повышение эффективности эксплуатации автомобилей путем установления и практического использования закономерностей влияния низких температур окружающего воздуха на сопротивление качению.
Объект исследования – процесс изменения коэффициента сопротивления качению шин при их эксплуатации в условиях низких температур окружающего воздуха, а предмет исследования – этот процесс применительно к шинам конкретных типов.
Методологической основой исследования являются теория автомобиля, теория приспособленности автомобиля, теория распознавания образов, факторный анализ, системный анализ, теория вероятности и математическая статистика.
Научная новизна:
- выявлена закономерность влияния низкотемпературных условий эксплуатации на изменение значения коэффициента сопротивления качению шин, которая описывается линейной математической моделью приспособленности. Доказана ее адекватность и определены численные значения входящих в нее параметров применительно к автомобильным шинам конкретных типов;
- установлены три уровня приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации (низкий, средний, высокий);
- выявлены наиболее информативные признаки шин для их классификации по уровням приспособленности: категория использования и ошипованность;
- установлено существенное различие уровней приспособленности шин разных типов к низкотемпературным условиям эксплуатации, свидетельствующее о необходимости дифференцированного корректирования норм расхода топлива;
- предложены пути практического использования результатов исследования, разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилей с учетом приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации.
Практическая значимость и результаты внедрения.
Внедрение разработанной Методики обеспечивает повышение эффективности эксплуатации автомобилей путем применения объективного дифференцированного нормирования расхода топлива при низких температурах окружающего воздуха. В результате внедрения дифференцированного корректирования норм расхода топлива экономическая эффективность составляет от 4 до 15 руб./100 км пробега на один легковой автомобиль среднего класса (ВАЗ 21093) в умеренно-суровых условиях эксплуатации автомобилей и среднем уровне приспособленности к ним шин.
На защиту выносятся:
- коэффициент приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации по коэффициенту сопротивления качению;
- закономерность влияния низкой температуры окружающего воздуха на коэффициент сопротивления качению шин;
- численные значения параметров математических моделей, описывающих полученные закономерности;
- три уровня приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации по коэффициенту сопротивления качению;
- пути практического использования результатов исследования и Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилями в зависимости от уровня приспособленности автомобильных шин к низкотемпературным условиям эксплуатации.
Апробация работы. Материалы работы были доложены и одобрены на всероссийской научно-технической конференции “Прогрессивные технологии в транспортных системах” (г. Оренбург, 2005), региональной научно-технической конференции «Транспортный комплекс 2008» (Тюмень, 2008г.), всероссийской научно-технической конференции “Проблемы эксплуатации систем транспорта” (Тюмень, 2007, 2008), региональной научно-технической конференции “Транспортный комплекс 2009” (Тюмень, 2009г.), международной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2009), заседаниях кафедры “Эксплуатация автомобильного транспорта” Тюменского государственного нефтегазового университета (2005, 2006, 2007, 2008, 2009 г.г.).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 7 публикациях, в том числе одна из них в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Реализация результатов работы. В результате проведённых исследований разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилями с учетом изменения коэффициента сопротивления качению в зависимости от различных уровней приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации, позволяющая снизить расход топлива при эксплуатации. Методика внедрена в ряде автотранспортных предприятий Тюменской области, а также используется в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке специалистов автомобильного транспорта.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка использованных источников и приложений. Объем диссертации составляет 111 страницу текста, 14 таблицы, 22 рисунка, список литературы из 115 наименований и 4 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, излагаются основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу предыдущих исследований в области влияния различных факторов на сопротивление качению автомобильных шин, выполненных в НИИАТ, МАДИ, ТюмГНГУ, а также в ряде других НИИ, вузов и организаций.
Анализ литературных источников показал, что коэффициент сопротивления качению является одной из важнейших характеристик шины, так как в значительной степени определяет расход топлива автомобиля и связан с влиянием ряда факторов. Данному вопросу посвящены работы Захарова Н.С., Кнороза В.И., Петрушова В.А., Резника Л.Г., Тарновского В.И., Narasimha Rao K.V., Wong J.Y., а также других авторов. Увеличение расхода топлива при эксплуатации автомобилей в зимних условиях связано с увеличением сопротивления качению шин. Основным параметром внешней среды, влияющим на данное увеличение, является температура окружающего воздуха. С ее уменьшением, сопротивление качению колеса автомобиля увеличивается. В то же время степень изменения коэффициента сопротивления качению при этих условиях эксплуатации различна для разных автомобильных шин и определяется их приспособленностью к условиям эксплуатации. Ранее проведенные исследования недостаточно учитывают приспособленность автомобильных шин к низкотемпературным условиям эксплуатации.
Анализ состояния вопроса показал, что для оценки приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации необходимо определить количественный показатель и разработать систему классификации шин по уровням приспособленности. Используя основные положения теории приспособленности автомобиля, необходимо конкретизировать вид математических моделей и установить численные значения их параметров.
До настоящего времени не разработана методика оценки приспособленности автомобильных шин к зимним условиям по коэффициенту сопротивления качению. Для улучшения оценки эффективности использования автомобилей зимой и ее обоснованного повышения необходимо иметь методику оценки приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации, в частности, по коэффициенту сопротивления качению, что позволит объективно нормировать расход топлива автомобилями.
На основании проведенного анализа для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи.
1. Установить рациональные интервалы суровости низкотемпературных условий эксплуатации, применительно к шинам легковых автомобилей.
2. Установить закономерность влияния низких температур окружающего воздуха на величину коэффициента сопротивления качению шин.
3. Определить численные значения параметров математической модели применительно к автомобильным шинам конкретных типов.
4. Оценить уровни приспособленности автомобильных шин различных типов к суровым низкотемпературным условиям эксплуатации и провести их сравнительный анализ.
5. Провести анализ признаков, используемых для определения степени приспособленности автомобильной шины, для выявления их информативной значимости.
6. Разработать пути практического применения результатов исследования. Оценить экономическую эффективность от внедрения полученных результатов.
Вторая глава посвящена аналитическим исследованиям. Разработана общая методика исследований, являющаяся планом проведения аналитических и экспериментальных работ.
Необходимо развитие системного подхода к оценке эффективности использования автомобилей. При этом несомненно, что подобное развитие системного подхода невозможно без оценки приспособленности узлов и агрегатов автомобиля к сезонным условиям эксплуатации. Шины существенно изменяют свои физико-механические свойства в зависимости от температуры окружающего воздуха и, таким образом, влияют на изменение потребления топлива автомобилем зимой.
Отрицательная температура окружающего воздуха в реальных условиях эксплуатации изменяется в широких пределах (от 0 до минус 60 °С). Согласно Правилам эксплуатации автомобильных шин (АЭ 001-04) минимальная температура, при которой может осуществляться эксплуатация автомобильных шин в климатическом исполнении для умеренного климата, равна минус 45 °С (морозостойкие шины предназначены для работы в районах с температурой ниже минус 45 °C).
Суровые условия характеризуются как отклонение от стандартных (оптимальных) условий. Для количественной оценки суровости условий эксплуатации используется двенадцати бальная шкала суровости, а также индекс суровости 
. Единицей измерения суровости условий эксплуатации является балл суровости R.
Согласно нормативно-технической документации, минимальная температура при которой могут эксплуатироваться автомобильные шины равна минус 45 оС. В тоже время существуют морозоустойчивые шины, предназначенные для эксплуатации при температурах до минус 60 оС. Таким образом, предлагается принять температуру окружающего воздуха минус 60 оС в качестве максимально возможного отклонения этого фактора и приравнять ее к 12 R. Диапазон отрицательных температур воздуха подразделяется на 4 интервала с учетом индекса суровости R:
- умеренный (-0,5…-15 °С, R = 0,1…3,0);
- умеренно суровый (-15…-30 °С, R = 3,0…6,0);
- суровый (-30…-45 °С, R = 6,0…9,0);
- очень суровый (-45…-60 °С, R = 9,0…12,0).
Для значений температур и значений суровости определяется величина сопротивления качению, формирующаяся под влиянием низкотемпературных условий эксплуатации. Соответственно, коэффициент приспособленности определяется на интервалах суровости и соответствующих им температурах окружающего воздуха.
Значение коэффициента определяется:
, (1)
где 
– коэффициент сопротивления качению при температуре окружающего воздуха равной минус 0,5 °С;
– коэффициент сопротивления качению при фактической температуре окружающего воздуха.
Теоретический диапазон численных значений коэффициента приспособленности изменяется: 
. При 
автомобильная шина минимально приспособлена к низкотемпературным условиям эксплуатации. При 
имеет место максимальная, полная приспособленность, то есть коэффициент сопротивления качению не зависит от суровости условий эксплуатации.
В зависимости от значения коэффициента приспособленности, на основании ранее выполненных исследований, выделяются три уровня приспособленности: высокий, средний и низкий. Предлагается следующее разбиение на диапазоны:
- “низкий”: (0;
]; - “средний”: (
; 
]; - “высокий”: (
; 1];
где 
, 
- максимальное и минимальное зарегистрированные значения 
по результатам эксперимента (при фактической температуре минус 22,5 °С ).
Основная научная идея состоит в том, что влияние суровых условий на автомобильные шины зависит от уровня их приспособленности к этим условиям. Таким образом, в качестве рабочей гипотезы применительно к данной работе выдвигается положение о том, что однофакторной аддитивной моделью приспособленности можно описать зависимость величины коэффициента сопротивления качению от индекса суровости:
, (2)
где 
– значение коэффициента сопротивления качению при минус 0,5 °С;
– параметр чувствительности;
– индекс суровости.
Отнесение автомобильной шины к одному из уровней приспособленности возможно на основании вектора ее признаков. Под вектором признаков понимается совокупность признаков, относящихся к одной шине. Признак – это количественное измерение автомобильной шины. Признаки могут выражаться как числовыми, так и не числовыми значениями.
Вся экспериментальная выборка может быть представлена таблицей или матрицей наблюдений 
, которая имеет следующий вид:
(3)
где 
- j-ый признак i-ой шины.
Применение к матрице 
факторного анализа предполагает, что каждый из параметров 
линейно зависит, в общем случае, от 
общих факторов 
; 
; p<n, то есть:
; 
; p<n, (4)
где коэффициент 
определяет “нагрузку” k-го фактора 
по j-ому параметру 
, а 
- специфический фактор j-ого параметра – это та часть изменений параметра 
, которая не может быть описана факторами 
.
Векторное представление системы уравнений (2.10) имеет вид:
, (5)
где: 
- вектор-строка параметров элементами которой являются параметры 
; 
- матрица факторных нагрузок элементами которой являются нагрузки 
; 
- вектор-строка общих факторов элементами которой являются общие факторы 
; 
- вектор-строка погрешности элементами которой являются ошибки 
.
Согласно ГОСТ Р ИСО 4000-1-2005 “Шины для легковых автомобилей и ободья”, ГОСТ 4754-97 “Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости” и проведенному анализу, для изучения статистических данных об автомобильных шинах выбраны следующие основные конструктивные и эксплуатационные признаки: 
– категория использования; 
– ошипованность; 
– индекс несущей способности; 
– индекс категории скорости; 
– индекс давления.
Для классификации автомобильных шин по классам уровней приспособленности к низкотемпературным условиям эксплуатации необходима адекватная модель, описывающая взаимосвязь признаков шин и вариантов класса. На основе методов многомерного статистического анализа реализовано Байесовское решающее правило классификации. Сопоставление апостериорных данных об этой шине с данными, заключенными в априорном описании всех классов автомобильных шин позволяет определить, к какому классу относится неизвестная автомобильная шина.
По этой формуле можно вычислить вероятность гипотезы 
, когда событие 
уже произошло. Вероятности 
принято называть априорными (то есть полученные до опыта), а условные вероятности 
называют апостериорными (то есть полученные после опыта). Таким образом, формула Байеса дает возможность “пересмотреть” вероятности гипотез с учетом наблюдавшегося результата опыта. Используя Байесовское решающее правило классификации по максимуму апостериорной вероятности, можно заключить следующее: автомобильная шина принадлежит к тому классу, для которого апостериорная вероятность выше.
В третьей главе изложены методики экспериментальных исследований, которые проводились в соответствии с заранее составленным планом, а также расчет погрешности измерений.
Была разработана методика, согласно которой измерения проводились при различных температурах окружающего воздуха (от минус 30 до 0 0С) и скорости выбега автомобиля равной 50 км/ч. В процессе эксплуатационных испытаний соблюдались требования ГОСТ 20306-90 «Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний». При эксплуатационных испытаниях автомобильных шин в протокол заносились присущие шине признаки путем анализа ее маркировки. На этапе предварительных эксплуатационных испытаний было обосновано оптимальное число измерений времени выбега автомобиля в соответствии с принятой доверительной вероятностью 0,95.
Для определения коэффициента сопротивления качению, в соответствии с исследованиями Кнороза В.И. и др., использовалась формула:
(6)
где 
- ускорение свободного падения;
- число;
- начальная скорость автомобиля;
- коэффициент вращающихся масс автомобиля.
(7)
где 
- коэффициент сопротивления воздуха;
- коэффициент, зависящий от конструкции ходовой части автомобиля;
- показатель ровности покрытия;
- лобовая площадь;
Ga – вес автомобиля.
Как показали проведенные экспериментальные исследования, автомобильные шин с различными эксплуатационными и конструктивными характеристиками имеют различную степень изменения коэффициента сопротивления качению в условиях низких температур эксплуатации, а, следовательно, имеют различные значения параметра приспособленности 
.
На рисунке 1 представлена зависимость коэффициента сопротивления качению шин от температуры окружающего воздуха.
Из графика видно, что степень изменения показателя сопротивления качению шины неодинакова. Это объясняется различным уровнем приспособленности шин. Угол наклона прямых на графике характеризует приспособленность автомобильных шин к низкотемпературным условиям по коэффициенту сопротивления качению. Из графика видно, что имеет место значительная разница между значениями коэффициента сопротивления качению автомобильных шин разных типов.
Полученные результаты подтверждают рабочую гипотезу о том, что влияние температуры окружающего воздуха на коэффициент сопротивления качению описывается линейной математической моделью приспособленности. В результате эксплуатационных испытаний определены численные значения коэффициента приспособленности 
автомобильных шин.
Рис. 1. Зависимость коэффициента сопротивления качению от температуры окружающего воздуха: 1 – Toyo GRG30 175/70 R13; 2 – Omskshina O-144 175/70 R13; 3 – Rosava BC-11 175/70 R13.
Четвертая глава посвящена анализу результатов аналитических и экспериментальных исследований.
Для практического использования диапазон значений показателя приспособленности автомобильных шин разбивается на три уровня приспособленности.
Установлена принадлежность каждого типа шин к одному из трех уровней приспособленности. В таблице 2 представлены характеристики уровней приспособленности шин к температуре окружающего воздуха.
Шина в условиях эксплуатации представляет собой объект, который, в наших исследованиях, может быть охарактеризован следующим параметрами (признаками):
1. Уровень приспособленности – “Группа”. Этот параметр может принимать значения “Высокий”, “Средний” и “Низкий”.
2. Категория использования (
). Приняты следующие значения: “Дорожные”, “Зимние”, “Всесезонные”.
3. Ошипованность (
). Определяется наличием или отсутствием шипов и принимает, соответственно, значения “Ошипованная” и “Не ошипованная”.
4. Индекс несущей способности (
). Варьируется в пределах 50120.
5. Индекс категории скорости (
). Варьируется в пределах 80300.
6. Индекс давления (
). Варьируется в пределах 2085.
Из числа описанных параметров, параметр “уровень приспособленности” является “принимающим” в том смысле, что все шины должны быть отнесены к одному из перечисленных уровней приспособленности.
Каждая из автомобильных шин испытанной выборки экспертным путем относится к тому или иному уровню приспособленности. Остальные параметры представляют собой признаки шин определяемые путем анализа маркировки и ниже именуются “определяющими”.
В итоге были получены исходные данные для многомерного анализа - матрица “шина - признак”.
Таблица наблюдений преобразуется к рабочей таблице измерений путем оцифровки признаков в рабочей матрице наблюдений таблица 3.
Корреляционная матрица анализируемых параметров и график по критерию “каменистой осыпи” (таблица 4 и рисунок 2) указывают, что одним фактором можно описать 53% вариаций параметров, а увеличение числа факторов до двух обеспечивает описание 74 % всех вариаций.
Таблица 2.
Границы уровней приспособленности автомобильных шин к низкотемпературным условиям эксплуатации по коэффициенту сопротивления качению
| Уровень приспособленности | Границы уровня приспособленности |
| низкий | (0…0,51] |
| средний | [0,52…0,62] |
| высокий | (0,63…1] |
Таблица 3.
Рабочая таблица матрицы наблюдений
| № образца | Группа | Обозначение группы |  |  |  |  |  |
| N 1 | 1 | Круг | 1 | 1 | 82 | 160 | 33 |
| … | … | … | … | … | … | … | … |
| 35 | 2 | Квадрат | 3 | 2 | 82 | 190 | 35 |
Дальнейшее увеличение числа факторов к существенному увеличению точности описания не приводит. И критерий Кайзера, и критерий Кэттела указывают на одно и то же предельное число существенных факторов равное двум.
Таблица 4.
Собственные числа корреляционной матрицы и
доля общности в параметрах (отбраковка пропусков)
| № собственного числа | Собственное число | % общей дисперсии | Накопленное собственных значений | % накопленных значений |
| 1 | 2,657152 | 53,14304 | 2,657152 | 53,1430 |
| 2 | 1,065574 | 21,31147 | 3,722726 | 74,4545 |
| 3 | 0,745024 | 14,90047 | 4,467749 | 89,3550 |
| 4 | 0,459920 | 9,19841 | 4,927669 | 98,5534 |
| 5 | 0,072331 | 1,44661 | 5,000000 | 100,0000 |
Результаты предварительного факторного анализа таблицы наблюдений с выбраковкой строк, имеющих пропущенные значения, в диаграммной форме представлены на рисунках 3, 4. Представлены результаты однофакторного и двухфакторного анализов. Приведенные результаты факторного анализа указывают на то, что в пространстве факторов можно выделить не пересекающие области, в которых сосредоточены факторы преимущественно одной группы. Эти области разграничены линиями L I и L II.
Таким образом, предварительные результаты факторного анализа показывают, что представленная таблицей измерений выборка экспериментальных объектов допускает возможность разработки искомого алгоритма (правила) классификации.
Необходимо рассмотреть возможность “разнесения” в факторном пространстве объектов, относящихся к разным группам. Необходимость этого следует уже из того, что объекты групп “Средний” и “Низкий” в факторном пространстве располагаются столь близко, что фактически тяготеют к образованию одной группы. Возможно, что объекты этих групп действительно образуют единую группу, однако решить вопрос о
Рис. 2. График по критерию “каменистая осыпь”
Рис. 3. Результаты однофакторного анализа (отбраковка пропусков)
Рис. 4. Результаты двухфакторного анализа (отбраковка пропусков)
количестве групп объектов в рамках выполненного выше анализа не представляется возможным.
Для решения этой задачи, преобразуем таблицу экспериментальных данных так, как это представлено в таблице 5. Использование в факторном анализе дихотомических переменных может существенным образом исказить результаты факторного анализа. А именно такой дихотомической переменной является параметр “Ошипованность”.
Таблица 5.
Таблица модифицированной матрицы наблюдений
| № | Группа | Ошипована | Неошипована | ||||
 |  |  |  |  |  | ||
| 1 | Высокий | 82 | 160 | 33 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | Высокий | 82 | 160 | 35 | 0 | 0 | 0 |
| … | … | … | … | … | … | … | … |
| 35 | Средний | 0 | 0 | 0 | 82 | 190 | 35 |
Полученные результаты на рисунке 5 показывают, что исключение из анализа порядковых и дихотомических величин приводит к объединению всех объектов в две четко изолированные группы, при этом группы “Средний” и “Низкий” сливаются в одну группу и различить их в пространстве факторов не представляется возможным. Этот результат подтверждает высказанное ранее предположение, что объекты второй и третьей групп могут относится к одной объединенной группе.
Однако, отображение параметра “K” в факторном пространстве указывает, что по этому параметру объекты действительно могут быть распределены по трем группам (1 – “Высокий”; 2 – “Средний”; 3 – “Низкий”’) и, тем не менее, факторный анализ этих различий не выявляет.
Из этого следует, что анализируемые данные маркировки шин являются характеристиками менее информативными, нежели рассчитанный по результатам экспериментальных исследований параметр “K”. Также факторный анализ выявил различия лишь между ошипованными и не ошипованными автомобильными шинами. Параметры “Груз”, “Скорость”, “Давление” показали сильную коррелированность для ошипованных и не ошипованных шин. Таким образом можно заключить что они определяются ошипованностью.
Используя результаты факторного анализа экспериментальной выборки шин можно заключить, что информативными признаками для цели классификации по трем уровням приспособленности будут являться: категория использования и наличие или отсутствие шипов. Остальные параметры мало информативны и отнесение по ним к одному из трех уровней приспособленности не представляется возможным.
Таблица 6.
Уровни приспособленности автомобильных шин к низкотемпературным условиям по коэффициенту сопротивления качению
| Уровень приспособленности | Среднее значение  | Среднее значение  | Автомобильные шины |
| Высокий |  |  | Зимние ошипованные |
| Средний |  |  | Зимние неошипованные, всесезонные |
| Низкий |  |  | Зимние неошипованные, дорожные |
Рис. 5. Отображение параметра K (вертикальная ось) в факторном пространстве
В таблице 7 приведена матрица априорных вероятностей для уровней приспособленности шин, где: 
- “зимняя”, 
- “дорожная”, 
- “всесезонная”, 
- “ошипована”, 
- “неошипована”, 
- “высокий”, 
- “средниий”, 
- “низкий”.
Как следует из результатов факторного анализа экспериментальной выборки шин, информативными признаками для цели отнесения к одному из трех уровней приспособленности являются: категория использования и наличие или отсутствие шипов. Остальные параметры мало информативны и отнесение по ним к одному из трех уровней приспособленности не представляется возможным.
Таблица 7.
Значения 
для уровней приспособленности шин
| Уровень приспособленности | Признак  | |||||||||||
Категория использования  | Наличие шипов  | |||||||||||
 |  |  |  |  | ||||||||
 |  |  |  |  | ||||||||
 | 0,57 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | ||||||
 | 0,09 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | ||||||
 | 0,34 | 0,17 | 0,83 | 0 | 0 | 1 | ||||||
Обработка данных проводилась с использованием программ Microsoft Excel и Statistica 6.0.
В пятой главе изложены пути практического использования результатов исследования и оценена их эффективность.
Рассматриваются два основных пути.
1. Разработка Методики дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилей с учетом приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации.
2. Учебно-методические пособия для использования в учебном процессе при подготовке инженеров автотранспортных специальностей.
Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилей с учетом приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации основана на учёте приспособленности автомобильных шин к низкотемпературным условиям эксплуатации по коэффициенту сопротивления качению. Методика предусматривает определение дифференцированного коэффициента, корректирующего величину нормируемого значения расхода топлива. Величина коэффициента зависит от значения фактической температуры воздуха, при которой происходит эксплуатация автомобиля, и от уровня приспособленности шин к отрицательным температурам окружающего воздуха по коэффициенту сопротивления качению.
Результаты проведённых исследований позволяют достичь экономический эффект за счёт более объективного корректирования линейных норм расхода топлива.
На основе анализа возможных путей реализации полученных результатов возможны следующие направления:
- разработка Методики дифференцированного корректирования норм расхода топлива в зависимости от приспособленности шины к низким температурам окружающего воздуха
- разработка рекомендаций по использованию автомобильных шин, наиболее приспособленных к конкретным условиям эксплуатации
- определение условий эксплуатации для использования автомобильных шин с заданным уровнем приспособленности.
Действующие Методические рекомендации предусматривают увеличение нормы при эксплуатации в зимних условиях. Однако, величина надбавки может быть меньше при использовании всесезонных шин, характеризующихся средним уровнем приспособленности в сочетании с меньшим значением базового коэффициента сопротивления качению по сравнению с зимними ошипованными. Таким образом, экономическая эффективность 
, руб./автомобиль·день, при внедрении Методики дифференцированного корректирования для одного автомобиля рассчитывается по формуле:
A=q·Lcc·C, (8)
где q – разница между нормами расхода топлива, л/ 100 км;
– среднесуточный пробег, км;
– стоимость топлива, руб.
Разница между нормами расхода топлива рассчитана при использовании двух вариантов шин: высокого и среднего уровней приспособленности.
Таблица 8.
Значения корректирующих коэффициентов
| Уровень приспособленности шин | Значения коэффициента, %, для интервалов суровости  | ||
 |  |  | |
| Высокий | 2 | 6 | 10 |
| Средний | 3 | 9 | 16 |
| Низкий | 4 | 14 | 24 |
Для автомобиля ВАЗ-21093 с использованием шин среднего уровня приспособленности, эксплуатируемым в умеренно суровых условиях эксплуатации со среднесуточным пробегом 100 км, экономическая эффективность составляет от 4 до 15 рублей/автомобиль·день (по ценам 1 кв. 2009 г.).
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Решена научно-практическая задача повышения эффективности эксплуатации автомобилей в низкотемпературных условиях путем объективного нормирования расхода топлива на основе установления закономерностей изменения приспособленности шин к этим условиям по коэффициенту сопротивления качению.
2. Установлена закономерность влияния низких температур окружающего воздуха на коэффициент сопротивления качению шин описываемая однофакторной математической моделью. На основе экспериментальных исследований определены численные значения параметров установленной модели для исследованных автомобильных шин и доказана ее адекватность.
3. Определены интервалы суровости низкотемпературных условий эксплуатации применительно к шинам легковых автомобилей: умеренный [0,1…3R], умеренно суровый (3R…6R], суровый (6R…9R] и очень суровый (9R…12R].
4. В зависимости от значения коэффициента приспособленности шины могут быть разделены на три уровня приспособленности: высокий, средний и низкий.
5. Проведен анализ качественных и количественных признаков, используемых для отнесения шин по уровням приспособленности к низкотемпературным условиям эксплуатации. Наиболее информативными признаками являются категория использования шины и наличие отсутствие шипов.
6. Разработана методика оценки приспособленности автомобильных шин к зимним условиям эксплуатации по коэффициенту сопротивления качению, основывающаяся на Байесовском решающем правиле.
7. Предложены пути практического использования результатов исследования и разработана Методика дифференцированного корректирования норм расхода топлива автомобилями в зависимости от приспособленности шин к низкотемпературным условиям эксплуатации. При этом экономическая эффективность от внедрения полученных результатов составит от 4 до 15 руб./100 км на один автомобиль при умеренно суровых условиях эксплуатации и среднем уровне приспособленности к ним шин.
Основные положения диссертации изложены в следующих работах.
В журналах рецензируемых ВАК:
1. Лямзин А. М. Разработка системы классификации автомобильных шин по уровню приспособленности к низкотемпературным условиям эксплуатации [Текст] / А. М. Лямзин // Научно-технический журнал «Транспорт Урала» №2(17)/2008 / Екатеринбург: УрГУПС, 2008 – С. 103-105.
В прочих изданиях:
1. Лямзин А. М. Влияние шин различных конструкций и моделей на топливную экономичность автомобилей [Текст] / А. Г. Сопов, А. М. Лямзин // Прогрессивные технологии в транспортных системах: Тез. докл. научно-техн. конф. — Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. – С. 48-51.
2. Лямзин А. М. Методика исследования влияния шин различных конструкций на расход топлива автомобиля в низкотемпературных условиях эксплуатации [Текст] / А. М. Лямзин, А. Г. Сопов // Эксплуатация автотранспорта и специальной нефтегазопромысловой техники: Межвуз. сб. науч. тр. — Тюмень: Издательство “Вектор Бук”, 2006 – 228 С.
3. Лямзин А. М. Анализ конструктивных и эксплуатационных признаков автомобильных шин определяющих уровень приспособленности к низкотемпературным условиям эксплуатации [Текст] / А. М. Лямзин, Г. Т. Дгебуадзе // Проблемы эксплуатации систем транспорта: Матер. всерос. научно-техн. конф. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2008. – С. 190-192.
4. Лямзин А. М. Результаты исследований приспособленности автомобильных шин к отрицательным температурам воздуха по коэффициенту сопротивления качению [Текст] / Л. Г. Резник, А. М. Лямзин // Проблемы эксплуатации транспортно-технологических машин. матер. Междунар. науч.-практ. конф. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. С. 291 – 293.
5. Лямзин А. М. Определение интервалов суровости условий эксплуатации автомобильных шин [Текст] / А. М. Лямзин // Проблемы эксплуатации транспортно-технологических машин. матер. междунар науч.-практ. конф. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. С. 211 – 213.
6. Лямзин А. М. Результаты факторного анализа характеристик шин по степени влияния на уровень приспособленности [Текст] / А. М. Лямзин // Новые технологии – нефтегазовому региону: Матер. всерос. научно-практич. конф. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. Том 2, С. 241 – 243.
