Содержание к диссертации
Введение
1. проблема обеспечения информационного подобия в тренажерных комплексах 11
1.0. Введение 11
1.1. Тренажеры как измерительно-информационные системы 14
1.1.1. Обобщенная структура тренажеров 16
1.1.2. Классификация тренажеров 20
1.2. Подобие тренажеров реальным подвижным наземным объектам 25
1.2.1. Типы подобия тренажеров и ПНО 25
1.2.2. Статическое подобие в тренажерах 31
1.2.3. Динамическое подобие 32
1.2.4. Информационное подобие в тренажерах 35
1.3 Особенности восприятия звука человеком 38
1.4 Структура и задачи, решаемые подсистемой имитации связи с 46 операторами
1.5 Принципы проектирования измерительно-информационных 50 управляющих систем тренажеров, формирующих звуковое информационное подобие
1.6 Выводы 56
2. Моделирование шума элементов ПНО 58
2.0 Введение 58
2.1. Связь между динамическими нагрузками, вибрацией и шумом в 60
кузове
2.2 Передаточная функция и передаваемая вибрационная мощность 63
2.4 Вибрация кузова и кабины при неподвижном ПНО 67
2.3 Вибрационные системы с периодическим характером возбуждения 70
2.5 Расчет вибрации силового агрегата, вызываемой работой двигателя 74
2.6 Анализ связности свободных колебаний силового агрегата 78
2.7 Возмущающие воздействия, вызываемые работой двигателя 79
2.8 Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания 88
2.5. Модель колебаний ПНО, возбуждаемых дорожным покрытием 93
2.6. Частотный анализ колебаний ПНО, возмущаемых профилем 105 дороги
2.7 Выводы 109
3. Методы измерения шума и вибрации ПНО 110
3.0 Введение ПО
3.1 Экспериментальные исследования шума и вибрации ПО
3.2 Стенд для измерения виброакустических характеристик ПНО 115
3.3 Методика создания широкополосной вибрации 119
3.4 Измерение характеристик нестационарных процессов 123
3.5 Особенности измерения шума ПНО 128
3.6 Выводы 137
4. Реализация информационного подобия шума наземного объекта в тренажерах 139
4.0 Введение 139
4.1. Моделирование измерительно-информационной системы, имити- 140
рующей шум ПНО
4.1.1. Моделирование переключения скоростей 140
4.1.2. Моделирование сцепления 143
4.1.3. Моделирование двигательной установки и трансмиссии 144
4.2 Имитация шума ПНО 147
4.3. Обеспечение условий обработки сигналов в тренажере 159
4.3.1. Увеличение критерия подобия, вызываемое низкой частотой дискретизации 160
4.3.2. Увеличение критерия подобия, вызываемое реальным восстанавливающим фильтром 163
4.3.3. Увеличение критерия подобия от мультипликативного дискретизатора с реальной дискретизирующей функцией 163
4.3.4. Увеличение критерия подобия, вызванное квантованием сигналов сенсорной системы 165
4.4. Система имитации связи ПНО 168
4.4.1 Способы построения подсистемы имитации связи в тренажерных системах 168
4.4.2 Унифицированный канал имитации связи 172
4.4.3 Обобщенная структура подсистемы имитации связи и ее функционирование 177
4.5. Выводы 183
Заключение 185
Литература
- Подобие тренажеров реальным подвижным наземным объектам
- Передаточная функция и передаваемая вибрационная мощность
- Стенд для измерения виброакустических характеристик ПНО
- Моделирование двигательной установки и трансмиссии
Введение к работе
Актуальность темы. Учебно-тренировочные средства нашли свое применение во многих отраслях. Их использование обеспечивает доступность, наглядность, а также позволяет сократить время на подготовку специалистов. Современные подвижные наземные объекты (ПНО) характеризуются весьма сложной процедурой управления, и, по мнению экспертов, в будущем специалист не сможет овладевать всеми вновь создаваемыми системами без применения учебно-тренировочных средств. Кроме этого, применение тренажеров обеспечивает экономию, т.к. стоимость обучения на полигонах с применением реальных образцов техники значительно превышает стоимость обучения с применением тренажеров, а неизбежные при обучении аварии и необходимость многократного повторения упражнений приводят к ускоренному износу техники.
Развитие рыночной экономики предопределило жесткую конкуренцию на рынке, что привело к постоянному обновлению оборудования и связанную с этим процессом проблему подготовки и переподготовки кадров. Поэтому в условиях рыночных отношений остро стоит проблема повышения уровня профессионализма при существенном сокращении времени и стоимости его подготовки.
Таким образом, тренажеры, как устройства, представляющие физические модели реальных объектов, приобрели важнейшее значение для качественной подготовки специалистов. Степень статическогоэчдинамического и информационного подобия тренажеров реальным объектам определяет эффективность их применения при подготовке кадров.
Современные тренажеры представляют собой сложные информационно-измерительные и управляющие системы. Рассматривая тренажер как объект проектирования, необходимо отметить, что задачи целенаправленного проектирования решены не полностью. В частности не решена проблема имитации адекватного акустического фона, имеющего место при функционировании реального подвижного объекта при воздействии на тренажер человека-оператора через информационно-измерительную систему и имитаторы органов управления. Все это объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.
Таким образом, объектом исследования диссертационной работы являются информационно-измерительные системы тренажеров, формирующие акустический фон и обеспечивающие в 'совокупности с управляющей системой информационное подобие моделируемым подвижным наземным объектам.
Предметом исследования диссертационной работы являются характеристики тренажеров как физических моделей, обеспечивающие информационное подобие реальным объектам.
Вопросами обеспечения подобия в тренажерных комплексах за счет измерительно-информационных систем занимались А.С. Бабенко, В.А. Боднер, Р.А. Закиров, B.C. Шукшунов, и др. Психологическими аспектами подобия занимались В.Ф. Венда, B.C. Зайцев и др. Вопросами изучения шумовых характе-
С.-Петербург
ристик ПНО и агрегатов ПНО занимались В.Л. Вейц, М.Д. Генкин, С.А. Воронцов, А.Е. Кочура, В.Е. Тольский и др.
Из всех существующих подходов к разработке тренажеров наиболее продуктивным представляется подход, основанный на аналитических методах математического моделирования процессов в них, что позволяет целенаправленно планировать будущие свойства разрабатываемой динамической системы. Для этого в диссертации использованы: теория подобия, теоретическая механика, теория управления, теория случайных процессов.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методов формирования акустической картины тренажера, подобной акустической картине реального ПНО при создании его информационно-измерительной системы.
Задачи исследований
-
Разработка принципов проектирования информационно-измерительных систем тренажеров, формирующих акустическое информационное подобие.
-
Выделение основных источников шума подвижного объекта.
-
Разработка информационной модели ПНО, с точки зрения формирования акустического фона, и обеспечивающей, в совокупности с управляющей системой, информационное подобие моделируемым подвижным наземным объектам.
-
Формулировка требований и получение критерия для оценки степени информационного подобия реального ПНО и тренажера.
-
Разработка методики и соответствующего математического аппарата для изучения шума ПНО.
-
Получение зависимостей, связывающих параметры функционирования элементов ПНО с создаваемым ими шумом.
7. Разработка методов реализации информационного подобия, путем
формирования акустического фона функционирования ПНО, имитирующего
шум реального ПНО.
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
-
Разработана информационная модель ПНО, с точки зрения формирования акустического фона и структурная схема системы для воспроизведения акустической картины в тренажере.
-
Сформулированы принципы проектирования информационно-измерительных систем тренажеров, формирующих акустическое информационное подобие; получен критерий оценки информационного подобия.
-
Разработан подход к выделению основных источников шума ПНО и построены математические модели связывающие режимы и условия функционирования узлов и агрегатов ПНО с создаваемым ими шумом.
-
Предложена информационно-измерительная система для измерения виброакустических характеристик ПНО; разработана методика измерения характеристик нестационарных процессов.
-
Разработана методика генерации шума подвижного объекта посредством фильтрации белого шума, предложена схема совмещения системы имитации связи с системой имитации шумовой картины функционирования ПНО.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные в диссертации методы ориентированы на использование при проектировании измерительно-информационных и управляющих систем как вновь разрабатываемых, так и модернизируемых тренажеров, что позволяет повысить уровень их информационного подобия при сокращении сроков разработки.
Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробации предложенных методов при решении практических задач разработки информационно-измерительных систем тренажеров подвижных наземных объектов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Информационная модель ПНО, с точки зрения формирования акусти
ческого фона. Структурная схема системы для воспроизведения акустической
картины в тренажере.
2. Принципы проектирования информационно-измерительных систем
тренажеров, формирующих акустическое информационное подобие; критерий
оценки информационного подобия.
3. Подход к выделению основных источников шума ПНО. Математиче
ские модели, связывающие режимы и условия функционирования узлов и агре
гатов ПНО с создаваемым ими шумом.
4. Информационно-измерительная система для измерения виброаку
стических характеристик ПНО; методика измерения характеристик нестацио
нарных процессов.
5. Методика генерации шума подвижного объекта посредством фильтра
ции белого шума; схема совмещения системы имитации связи с системой ими
тации шумовой картины функционирования ПНО.
Реализация и внедрение результатов.
Предложенная в диссертации «Методика генерации акустического шума подвижного объекта» внедрена в производство ОАО "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения", г.Тула.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.
1. 5-я Всероссийская научно-техническая конференция "Проблемы
специального машиностроения", Тула, Тульский государственный университет,
2002 г.
-
XXI Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула, Тульский государственный университет, 2003.
-
6-я Всероссийская научно-техническая конференция "Проблемы специального машиностроения". - Тула, Тульский государственный университет, 2003.
4. 4 Научно-техническая конференция «Техника XXI века глазами
молодых ученых и специалистов» - Тула, Тульский государственный
университет, 2004.
5. Научно-практические конференции профессорско-преподавательского
состава ТулГУ 2003 - 2005 гг.
По теме диссертации опубликовано 13 работ, включенных в список литературы, в том числе: 1 тезис доклада на всероссийской конференции и 12 статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов изложенных на 170 страницах машинописного текста, заключения, списка использованной литературы из 97 наименований и приложений на 2-х листах. Основной текст включает 49 рисунков и 3 таблицы.
Подобие тренажеров реальным подвижным наземным объектам
Моделирование ПНО на тренажере представляет собой воспроизведение определенных сторон подвижного наземного объекта для обучения оператора задачам управления им с последующим переносом полученных навыков на моделируемый объект-оригинал.
Последний может быть представлен в виде некоторой системы организованной для решения определенных функциональных задач [9, 10, 11, 28, 58, 64, 66, 94]. Компоненты системы представляют собой подсистемы, функционально связанные между собой, и элементы, принимаемые в данной постановке задачи как неделимые на более мелкие составляющие. Типовая структура ПНО как некоторой системы приведена на рис. 1.6.
В состав системы входят: подсистема управления движением (УД), подсистема управления ориентацией объекта в пространстве (УО), подсистемы управления специальным оборудованием для решения целевых задач (УСОї - УСОи). Сигналы обратной связи в ПНО формируются как через наблюдение оператором за показаниями приборов, так и через наблюдение оператором окружающей среды. В процессе функционирования объекта окружающая среда воздействует на оператора непосредственно, или опосредовано, через объект. Кроме того, ПНО оказывает воздействие на окружающую среду. Под процессом функционирования ПНО будем понимать изменение его состояний или режимов, зависящее от собственных параметров системы и параметров возмущающих воздействий со стороны окружающей среды. Различают установившиеся и переходные режимы работы системы. Под установившимся режимом понимается такое состояние системы, при котором параметры режима постоянны или незначительно изменяются около некоторого среднего значения. Под переходным режимом понимается состояние системы, при котором происходят непрерывные последовательные изменения параметров режима, обусловленные изменением начальных условий или появлением возмущающих воздействий и приводящие к отклонениям режима от его установившегося значения.
Изменение состояния ПНО происходит в пространстве/времени и характеризуются некоторыми показателями X — (х\, ..., х,-, ..., xN), которые называются текущими переменными или обобщенными координатами. При этом под процессом понимается закономерное последовательное изменение относительно самостоятельной группы показателей, называемой параметрами процесса. Тренажер, как физическая модель системы, в свою очередь, описывается переменными Е- (i, ..., %j, ..., м), при этом в тренажере должно быть реализовано отношение подобия модели оригиналу [22, 23, 24, 25, 27, 31, 33, 35, 36, 45, 46, 47, 66, 73, 79, 80, 95, 97, 98, 102]. Под реализацией отношения подобия понимается установление системы правил, которые определяют переход от совокупности обобщенных координат X— (xj, ..., х,-, ..., х#) к обобщенным координатам Е— (ь 4/ » » /), т.е. установление соответствия 5=Ф{Х), (1-І) где Ф(...) - векторная функция векторного аргумента.
Однако не все обобщенные координаты X = (х\, ..., х„ ..., x#) могут принимать независимые значения вследствие того, что в реальных системах между ними существует взаимосвязь, определяемая наличием структурных связей между подсистемами и элементами, характеризующими конкретные физические процессы в них. Аналогичные ограничения могут быть наложены на обобщенные координаты Е= ( fi, ..., gj, ..., /). Это предопределяет возможность введения некоторых обобщенных характеристик подобных процессов, являющихся функциями групп зависимых и независимых параметров, - критериев подобия. Как правило, это - некоторая скалярная функция Е(Е, X), характеризующая степень соответствия ПНО и тренажера, которая должна достигать экстремума (минимума или максимума) при оценке реальной конструкторской разработки.
Простейший случай подобия - геометрическое, или статическое подобие - состоит в следующем: геометрические фигуры подобны, если у них соответственные углы равны и сходственные стороны пропорциональны [22, 23]. Дальнейшим развитием и обобщением понятия геометрического подобия яв ляется понятие аффинного подобия, при котором допускается неравенство масштабов по отдельным координатным осям X, Y и Z. Коэффициентами подобия в этом случае могут быть названы масштабные коэффициенты, характеризующие пропорциональность сходственных размеров.
Понятие подобие физических процессов (объектов) является развитием понятия аффинного подобия. Любой конкретный физический процесс характеризуется определенной функциональной зависимостью F{X) между некоторой совокупностью параметров X = (х\, ..., х„, ..., xN). Эта функциональная зависимость может быть отображена графически в соответствующем N-мер-ном координатном пространстве (хь ..., хп, ..., xN) в котором участвующие в процессе параметры соотнесены с соответствующими координатными осями. Аналогично в том же координатном пространстве может быть отображен процесс G(E), характеризуемый сходственными параметрами Е= ( fb ..., ,..., Л/). Если при этом количество сходственных параметров одинаково и разница заключается только в масштабах пропорциональности, то возникает физическое подобие оригинала и модели.
Пропорциональность параметров является частным случаем подобия физических процессов. В общем случае процессы будут подобны, если существует частичное соответствие сходственных величин сопоставляемых систем: положений точек, геометрических размеров, параметров систем и параметров процессов. Поэтому и понятия сходственных точек и сходственных величин, известные из геометрии, значительно сложнее в теории подобия физических явлений: сходственными точками пространства, времени и параметров процесса будут такие величины, при которых их значениям в одной системе, так или иначе, соответствуют значения в другой системе. Соответствие между сходственными величинами может устанавливаться и при переменных масштабах (например, зависящих от какого-либо параметра процесса) - это будут особые виды подобия: нелинейное, функциональное и т. д.
Передаточная функция и передаваемая вибрационная мощность
Передаточная функция и передаваемая вибрационная мощность Значения динамических сил, воздействующих на кузов со стороны различных агрегатов, характеризуют вибронагруженность ПНО. Определим показатель, по которому можно было бы оценить склонность того или иного элемента конструкции к передаче вибрации. Таким показателем может быть передаточная функция Т(/й)), которую удобно определить как отношение комплексных амплитуд виброскоростей v2 в точке наблюдения и vi в точке приложения возмущающей силы: T(j(o)=v2{j(0)/v1(JGJ) (2.7) Если возмущающую силу поддерживать постоянной F](jaj)= const, то, регистрируя v2(jco) и v\(jco)y можно измерить отношения nj(j(o)=vx(j(o)/V,(j(o) (2.8) n2(jco)=v2(j(o)/Vx(jco) (2.9) где TIJQQ)); ПгО о)) - соответственно входная и переходная подвижность (например, кузова ПНО) [3]. Тогда передаточная функция ТОа )=П2Єа )ЛІіО а ) (2.10)
Целесообразно рассмотреть обобщенные параметры, которые учитывали бы не только упомянутые выше динамические нагрузки и вибрацию, но и дис-сипативные и жесткостные характеристики как виброизоляторов, так и отдельных вибрирующих элементов конструкции. Можно оценить механизм как источник вибрации по потоку вибрационной энергии [12, 72]. В общем виде излучаемая в основание кузова любым вибрирующим механизмом мощность Wu представляет собой скалярное произведение векторных сил F(S,t) и виброскорости v(S, t) : цги = ]\F(S,t)v(S,t)dSdt ЦБ (2.11) где S — общая площадь контакта механизма с опорными и неопорными связями; / - время работы механизма.
Если представить силовой агрегат ПНО как твердое тело, то излучаемую вибрационную мощность можно оценить как сумму мощностей, излучаемую через его опорные связи.
Характерной особенностью ПНО с гусеничным движителем является активное взаимодействие крутильной системы силовой установки с пространст венной колебательной системой кузов-подвеска-грунт. В общем случае указанная система характеризуется четырьмя степенями свободы: смещениями корпуса по вертикальной (z) и продольной (х) осям, а также угловыми поворотами корпуса относительно осей х ну (рис. 23.).
Исследуем локальную структуру оконечной части динамической модели силовой установки гусеничного ПНО с учетом взаимодействия его с системой подрессоривания кузова. Влияние крутильной системы на ведущие колеса отразим моментами М/ и М2.
В качестве координат динамической системы примем Qk = Qa = [ Pi , Р2 Х Z Г, Р] (2.12) Qc = QR = \d\ ,d2,8x , 52m ] где Qk - вектор, определяющий текущее состояние системы; Qc - вектор квазиупругих координат; QM - вектор координат инерции; QR - вектор диссипа-тивных координат; Р\,(Р2 - крутильные координаты ведущих колес; dx,d2 -деформации ведущих ветвей гусениц; Sj, j = 1,2m, - деформации упругих амортизаторов; т — число амортизаторов по каждому борту ПНО.
При малых колебаниях, полагая, что угловые колебания корпуса несущественно влияют на контактные координаты катков, уравнение связей для компонент векторов Qc И Qk можно представить в виде dx - p{R + х-zcosa + sXyy + sXpfi = 0 d2 -(p2R + x-zcosa + s2yy + s2pfi = Q Sj-z- XjY + yjj3 = v(x + Xj \j = 1,2/и где siy = zki since - хкі; si/3 =ykicosa; R - радиус ведущего колеса; a - угол наклона ведущих ветвей гусениц, отсчитываемый от вертикали; xki,yki,zki -координаты центров инерции ведущих колес (/ = 1,2); X:,yj - координаты точек крепления упругих амортизаторов к корпусу ПНО; V(JC) - характеристика дорожного профиля в виде функциональной зависимости высоты неровностей от текущей координаты пути - координаты перемещения центра тяжести ПНО.
Стенд для измерения виброакустических характеристик ПНО
После усиления и интегрирования (при необходимости) сигнал с усилителя 4 через анализатор 5 подается на самописец 9. Сигнал с датчика силы 2 (акселерометра 3) используется в системе обратной связи для поддержания постоянного значения силы (вибрации). Чаще всего измерение происходит при постоянном значении силы; фазовый угол между опорным сигналом (силой) и виброскоростью измеряется с помощью фазометра 10 и записывается самописцем 11, Если в системе обратной связи поддерживать постоянным значение не динамической силы, а виброскорости, то сигнал датчика силы будет пропорциональным модулю механического импеданса. Описанная измерительная установка находит применение для исследования вибрационных характеристик силового агрегата, карданной передачи, рамы, элементов подвески, шин и т.д. Акустические характеристики кузова (кабины) определяют, используя микрофон 6 и анализатор 5.
Рассмотрим подробнее датчики, применяемые в данном стенде.
Для измерения частотных характеристик используется силовое возбуждение. Для измерения вынуждающей силы, приложенной к объекту, применяются малогабаритные пьезоэлектрические датчики силы на основе пьезокерамики, реже - кварца. Они имеют большую чувствительность, около 0,01 - 0,1 В/Н. Диапазон рабочих частот в средне 5-10000 Гц, ограниченный снизу параметрами согласующего усилителя, а сверху резонансными свойствами механических связей. Диапазон измеряемых усилий 0,1 - 1000 Н. Типичная конструкция датчиков силы описана в работе [39, 97].
В реальных условиях на датчик, размещенный между вибрвозбудителем и объектом действует не только динамическая, но и статическая сила, причем, большей величины. Величина статической силы зависит от массы возбудителя или натяжения гибкой или шарнирной связей. Пластины датчика должны быть достаточно сильно сжаты деталями корпуса, чтобы ни при каких условиях не было размыкания. Стягивающий элемент должен быть достаточно прочным для обеспечения требуемого сжатия (103-104 Н в зависимости от диапазона действующих усилий). Вместе с тем его жесткость не должна быть слишком большой, так как она играет роль «силового шунта», уменьшая эффективную чувствительность датчика: д с, S,, сд + сш S r = где сд, сш - жесткости датчика и шунта; S? — чувствительность датчика без шунта.
Изменение жесткостей сд и сш за счет контактных явлений (влияние шероховатости, смятие резьбы, сила прижатия) может быть причиной нестабильности эффективной чувствительности. На значение силы влияют главным образом масса М подвижной системы между возбудителем и датчиком, и масса т крепежных деталей между датчиком и объектом. Можно использовать соотношения: Рп=рв Мао\ (зл) 117 F0=FL-Ma0 (3.2) где a j - виброускорение объекта; FB - сила, развиваемая вибровозбудителем; F%- сила, измеряемая датчиком; F0— сила, приложенная к объекту.
Из уравнения (3.1) следует, что масса Муменьшает отдачу возбудителя: но не влияет на точность измерений.
Недостаткам пьезодатчиков силы является их чувствительность к перекосам и ударам, низкая стабильность чувствительности по сравнению с тензорезисторными датчиками, значительная поперечная чувствительность.
Акселерометром, по традиции, называют датчик ускорения [39, 97]. Свойства датчика описываются уравнением: а=и ) = Чи(і?)е (3.3) 0)0 где sa - чувствительность датчиков ускорения; у8 - относительное перемещение; со0 - собственная частота. Н( і)= ,. (3-4) V(l-72 )+(2 )2 где /7 - безразмерная величина, равная отношению частоты к собственной частоте 77 = —; Р - относительное демпфирование, равное отношению коэффициента демпфирования системы є к ее критическому коэффициенту демпфирования
Моделирование двигательной установки и трансмиссии
Педаль сцепления управляет передачей крутящего момента и угла поворота вала с двигателя на трансмиссию. Сигнал а о положении педали сцепления формируется на выходе потенциометрического датчика R]. При этом коэффициенты передачи момента Км и скорости вращения Кт зависят от значения сигнала а с имитатора педали сцепления. Указанные зависимости являются в общем случае нелинейными. Кроме того, педаль сцепления управляет формированием сигнала Хо і Км,Кт 1 0 I min \Ятах а
Моделирование двигательной установки и трансмиссии Двигательная установка и трансмиссия является динамической системой с моментом инерции и моментами сопротивления, развиваемыми внешней полезной нагрузкой и силами трения в подвижных частях установки. Кроме того, в трансмиссии возможно наличие люфта. Как правило, в ПНО используются двигатели внутреннего сгорания, управление которыми происходит путем изменения подачи топлива, что приводит к изменению крутящего момента на валу. В системе управления подачей топлива также возможно наличие люфта.
Система дифференциальных уравнений, описывающих двигательную установку до коробки скоростей, имеет вид Jdmd + rjdmd + Мсд + Мсв = Мц; (4.6) Фд=тд где ф ) - угол поворота вала двигателя; Шд - угловая скорость вращения вала двигателя; Jd - момент инерции подвижных частей двигательной установки, приведенный к валу двигателя; щ - коэффициент сил вязкого трения, приведенных к валу двигателя; Мсд - момент сопротивления движению подвижных частей двигательной установки, приведенный к валу двигателя (сухое трение); Мсд - внешний момент сопротивления, приведенный к валу двигателя; Мц - момент, создаваемый на поршнях цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Мц представляет собой периодическую функцию, которая в первом приближении может быть представлена в виде последовательности прямоугольных импульсов, вид которых приведен на рис. 4.3. Ось абсцисс на графике представляет собой угол поворота вала двигателя. Импульсы моделируют момент, развиваемый на валу при сгорании топлива в цилиндрах. Количество импульсов, укладывающихся на интервале 2ж, определяется конструкцией двигателя и равно количеству активных цилиндров на данном обороте двигателя, в которых происходит сгорание. Ширина импульсов ф - фд и расстояние между ними ф,-. 1,2 — ф/2 также зависят от конструктивных параметров двигателя, а величина им 144 пульса Мщ определяется количеством сгорающего топлива и зависит от положения дроссельной заслонки системы подачи топлива.
Следует отметить, что в начальный момент времени, при фд = О, Мц = 0. Это позволяет моделировать, в том числе и работу стартера, при которой вал двигателя сначала раскручивается, что соответствует началу воздействия на двигатель импульсов с нулевой амплитудой, а затем водитель должен нажать на педаль газа, что соответствует началу процесса сгорания топлива в цилиндрах.
Передача от педали газа к дроссельной заслонке имеет вид типового нелинейного звена с люфтом, характеристики которого приведены на рис. 4.4. По оси абсцисс графика откладывается положение педали газа, по оси ординат -текущее значение момента, создаваемого при сгорании топлива в цилиндре. Угол наклона характеристики arctg кц определяется конструктивными особенностями системы подачи топлива двигателя, и самого двигателя.
Люфт при передаче управляющего воздействия от педали газа к дроссельной заслонке Математическое выражение, описывающее подачу топлива, имеет вид Мці = кц (b-b2) при db/dt 0,Ь2 Ь Ь4,Мц кц(Ь- Ь2); кцф-Ьх)приdbIdt 0,bt Ь Ь3,МЦ кц{Ь-Ьх); (4.8) dM4/dt = Опри6, b b4,кц{Ь-bx) М ц кц{Ь -Ь2), где Ъ\,Ъг, Ьт„ Ь\ - параметры, определяющие величину люфта.
Уравнения, описывающие скорость вращения и передаваемый момент вала коробки скоростей имеют вид: шх= шдКтх, Mx = MdKmZ, (4.9) где шх и Мх - соответственно, угловая скорость и момент вала коробки скоростей; х текущее значение передаточного числа коробки скоростей. Момент Мх уравновешивается следующими моментами, приведенными к валу коробки скоростей, и вследствие этого зависящими от передаточного числа х приведенным моментом инерции, создаваемым всеми массами ПНО Jx{%)\ приведенным моментом вязкого трения т]х(х) , приведенным моментом сухого трения Мсх(х); приведенным моментом воздействия силы тяжести при движении ПНО по наклонной плоскости Mgx(x).
