Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные системы автоматического управления качением колес автотранспортных средств 13
1.1. Проблема автоматического управления качением колеса в тормозном режиме 13
1.2. Место АБС в системе управления автомобилем 17
1.3. Объект управления «автомобиль + колесо + дорога» ...20
1.4. Анализ современных разработок АБС 36
1.4.1. Схемы применения АБС 36
1.4.2. Влияние объекта на конструкцию АБС 39
1.4.3. Влияние тормозного привода на конструкцию АБС 40
1.4.4. Классификация АБС как системы автоматического управления 42
1.4.5. Схемотехника и конструкция блока управления 45
1.4.6. Диагностические возможности АБС 45
1.5. Выводы 46
ГЛАВА 2. Метод и теория адаптивного антиблокировочного управления тормозящим колесом 48
2.1. Математическая модель объекта управления «колесо+дорога» .48
2.1.1. Функциональная модель объекта при случайно меняющихся условиях качения 48
2.1.2. Динамические образы объекта управления 53
2.2. Модель тормозного механизма 56
2.3. Математическая модель пневматического привода 58
2.3.1. Уравнения динамики 58
2.3.2. Анализ работы пневматического привода в циклическом режиме 74
2.4. Функциональная задача антиблокировочного управления 83
2.5. Оптимальное решение функциональной задачи контура АБС 84
2.6. Содержательная постановка задачи синтеза контура АБС с квазиоптимальным управлением 87
2.7. Алгоритм квазиоптимального адаптивного закона управления 88
2.7.1 Определение квазиоптимального закона 88
2.7.2. Квазиоптимальный закон управления и информация о состоянии объекта управления 91
2.7.3.Квазиоптимальный закон управления и адаптивность 106
2.8. Выводы 113
ГЛАВА 3. Построение антиблокировочной тормозной системы автомобиля, автопоезда 116
3.1. Построение контура антиблокировочного управления на основе квазиоптимального адаптивного закона управления 116
3.2. Контроль работоспособности контура управления колесом 128
3.3. Структурный метод обеспечения взаимодействия контуров антиблокировочной тормозной системы автомобиля 132
3.4. Структурный метод обеспечения взаимодействия антиблокировочной тормозной системы автомобиля и прицепа (полуприцепа) 142
ГЛАВА 4. Расширение функций АБС 153
4.1. Перспективная базовая основа развития 153
4.2. Электронно-пневматическая тормозная система 159
4.3. Антиблокировочно-противобуксовочная система (АБС/ПБС)... 161
ГЛАВА 5. Разработка и исследование элементов АБС 164
5.1. Выбор основных параметров датчика частоты вращения колеса 165
5.2. Разработка электронных блоков 169
5.2.1. Разработка электронного блока управления 169
5.2.2. Разработка блока контроля АБС автомобиля и блока коммутации АБС прицепа 172
5.3. Разработка и исследование пневматического привода 174
5.3.1. Определение конструктивных параметров основных элементов модулятора давления 174
5.3.2. Исследование характеристик тормозных камер 190
ГЛАВА 6. Испытания автотранспортных средств, оснащенных АБС 202
6.1. Методика испытаний 202
6.1.1. Определение влияния АБС на эффективность торможения 203
6.1.2. Определение влияния АБС на курсовую устойчивость 207
6.1.3. Определение расхода сжатого воздуха 208
6.2. Результаты испытаний 210
6.2.1 Результаты испытаний АБС на автомобиле ЗИЛ-534330 216
6.2.2 Результаты испытаний АБС на автомобиле ЗИЛ-5301 220
6.2.3 Результаты испытаний автомобиля ЗИЛ-5301 с АБС фирмы ВАБКО 229
Основные результаты и выводы 237
Список литературы
- Объект управления «автомобиль + колесо + дорога»
- Математическая модель пневматического привода
- Контроль работоспособности контура управления колесом
- Электронно-пневматическая тормозная система
Введение к работе
Наше время характеризуется стремительным развитием производительных сил общества. Этот процесс, имея поистине глобальные масштабы, сопровождается, в том числе, интенсивным развитием транспорта.
Среди транспортных средств современности ведущее место занимает автомобиль. Отличаясь высокими скоростями движения, комфортабельностью, проходимостью и технологичностью в условиях массового производства, автомобиль стал наиболее распространенным видом транспорта.
Влияние автомобиля на жизнь общества огромно. Помимо выполнения своей прямой (транспортной) функции, он в значительной мере определяет структуру промышленности, изменяет профессиональную ориентацию в обществе, в определенной степени формирует психологию людей, моды, нравы.
Однако, такое широкое проникновение автомобиля в жизнь имеет и теневые стороны. Исключая весьма важные аспекты воздействия автомобиля на окружающую среду, следует остановиться на важнейшей проблеме — обеспечении безопасности движения на дорогах.
Безопасность движения зависит от многих факторов и является комплексной проблемой.
Известными направлениями решения проблемы повышения безопасности движения являются: дорожное строительство (прокладка дорог с раздельными потоками движения и пересечениями на разных уровнях, использование материалов покрытий с высокими сцепными свойствами); организация движения (введение одностороннего движения, дальнейшее распространение светофоров, указателей, информационных табло и т. д.); повышение квалификации водителя и, естественно, совершенствование конструкции автомобиля. Последнее в первую очередь касается улучшений, направленных на повышение активной безопасности — свойства сие-
темы «водитель + автомобиль + дорога» предотвращать дорожно-транспортные происшествия.
Активная безопасность определяется: способностью водителя оценить дорожную ситуацию и выбрать безопасный режим движения; возможностью транспортного средства реализовать желаемый безопасный режим движения. Первое зависит от квалификации водителя, второе — от уровня эксплуатационных характеристик транспортного средства, таких как управляемость, устойчивость, тормозная эффективность.
Поскольку рабочая тормозная система современных автомобилей создается с возможностью блокировать колеса даже на сухом бетоне, при торможении существует реальная опасность заноса автомобиля, а для автопоезда - складывания.
Для отечественных условий, характеризующихся климатическим разнообразием и недостаточным благоустройством дорожной сети, обеспечение устойчивости автотранспортных средств при торможении особенно актуально. С целью снижения риска потери устойчивости при торможении юзом и одновременно сохранения возможности торможения с максимальной для данных условий интенсивностью рабочая тормозная система автотранспортных средств проектируется с предписываемым распределением тормозных сил по осям. Требуется, в частности, опережающее блокирование передних колес на всех дорогах для легковых автомобилей и на скользких дорогах - для прочих автотранспортных средств. Но диапазон условий эксплуатации автомобилей настолько широк, что создать рабочую тормозную систему, обеспечивающую желаемое распределение тормозных сил по осям при всех весовых состояниях и на любом дорожном покрытии, удается лишь введением в конструкцию рабочей тормозной системы устройств, корректирующих распределение тормозных сил в зависимости от конкретных условий торможения. Такие устройства, называемые регуляторами тормозных сил, получили широкое распространение, особенно на автомобилях со значительной разницей ста-
тических и динамических нормальных нагрузок (короткобазных, с высоким расположением центра масс). Все устройства подобного типа реализуют заранее заданную характеристику, т. е. являются программными автоматами. В силу этого они обладают тем существенным недостатком, что не учитывают эксплуатационные разбросы свойств тормозного привода и тормозных механизмов, а также не реагируют на изменение сцепления пары колесо + поверхность дороги, не учитывают динамику.торможения колеса. Опасность блокирования колес сохраняется, соответственно сохраняется и опасность заноса. Даже самый лучший регулятор тормозных сил лишь в ограниченной степени позволяет улучшить устойчивость автотранспортного средства.
Радикальное решение задачи повышения устойчивости автомобиля при торможении возможно лишь на пути построения автоматической системы управления качением колеса на основе информации о его динамике.
Идея предотвращения блокирования (юза) колеса при пере-тормаживании с помощью средств автоматики появилась давно. Первые патентные сообщения об антиблокировочных устройствах относятся к середине 20-х годов прошлого столетия.
За свою историю развития предложения по предотвращению блокирования колеса прошли этапы механических и электромеханических конструкций. Высокие требования, предъявляемые к осуществлению такими устройствами своих функций в различных дорожных условиях, в полной мере могут быть удовлетворены лишь путем введения электроники в их конструкцию.
Современные электронные АБС представляют собой весьма сложные по конструкции и логике работы системы автоматического управления процессом торможения, способные решать задачу не только предотвращения блокирования колеса, но и задачу оптимизации сцепных свойств колеса с опорной поверхностью во время торможения автомобиля. Оснащение автомобилей и автопоездов такими системами позволяет: смягчить
ограничение скорости движения по условиям безопасности; обеспечить предотвращение складывания автопоездов, способствуя увеличению числа звеньев и грузоподъемности; уменьшить вероятность дорожно-транспортных происшествий (ДТП), что соответственно снижает ущерб от потери грузов, травматизма, простоя автомобиля, связанного с последствиями ДТП.
Исследования, рассматривавшие целью создание АБС для применения на отечественных автомобилях, непосредственно связаны с рядом директивных документов, стимулировавших развитие работ в области применения электронных средств управления рабочими процессами машин и механизмов, в том числе автомобиля и его агрегатов.
Важнейшими из этих документов являются: Постановление ЦК КПСС и СМ СССР № 682 от 22. 07. 82г. «О развитии работ по автоматизации машин, оборудования и приборов с применением микропроцессорных средств»; комплексная целевая программа ГКНТ 0.19.047 от 13.12.83г.; приказы Минавтопрома № 165 от 4.06.76г. и № 419 от 25.10.82г., а также перечень рекомендованных ВАК (Бюлл. ВАК №=1,1984) направлений диссертационных исследований по специальности «Автомобили и тракторы» ( п.2 «Разработка систем автоматического управления режимами работы агрегатов с целью повышения производительности, экономичности, безопасности», п. 12 «Разработка методов повышения активной безопасности за счёт улучшения тормозных свойств, устойчивости и управляемости»).
Над проблемой создания АБС в России на протяжении многих лет работает ряд организаций и ВУЗов, в числе которых ЗИЛ, КамАЗ, НАМИ, НИИАЭ, МАМИ, МАДИ, СИБАДИ и др.
Конкретные результаты этих работ нашли отражение в публикациях таких исследователей, как: В. В. Иваненко, В.И. Иларионов, Н.Т. Катана-ев, Г.М. Косолапое, Н. Г. Мальцев, Б.И. Морозов, Я.Н. Нефедьев, Э.Н. Ни-
кульников, А. И. Попов, Н.К. Пчелин, А.А. Ревин, В.И. Сальников, Д.А. Соцков, А.К. Фрумкин, А.А. Юрчевский и др..
Активно работают над созданием электронных АБС зарубежные фирмы. Лидирующее положение занимают фирмы «БОШ» и «ВАБКО».
Несмотря на наличие исследований, посвященных АБС, и развитие отдельных технических решений, до настоящего времени не создано общей теории и методов построения систем, пригодных для крупносерийного производства. Трудность решения этой научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, состоит в необходимости обеспечения высокой эффективности и приемлемой стоимости сложного изделия, предназначенного для применения на автомобиле при крупномасштабном производстве. Противоречие между стоимостью и массовостью применения АБС может быть смягчено обеспечением унификации технических решений.
Цель настоящей работы - повышение активной безопасности движения колесных машин на основе применения унифицированной АБС.
Исходной концепцией построения такой системы управления рассматривается обеспечение инвариантности ее выходных характеристик по отношению к изменению параметров объекта управления (системы «дорога + колесо + автомобиль») и внутренним параметрическим возмущениям. Это достигается приданием системе адаптивных свойств.
Круг задач, связанных с достижением поставленной цели, включает в себя:
исследование объекта управления "колесо + дорога", тормозного привода с разработкой их математических (функциональных) моделей и обоснованием допускающих экспериментальное измерение критериев качества антиблокировочного управления;
создание теории построения адаптивного закона управления объектом "колесо + дорога", обеспечивающего инвариантность достижения
критериев качества при изменении параметров объекта в широких пределах;
разработку метода контроля работоспособности контура управления отдельным колесом;
создание методов построения АБС автомобиля, автопоезда из контуров управления отдельными колесами с обеспечением работоспособности АБС как системы, непосредственно связанной с безопасностью движения;
натурные исследования и испытания, направленные на оценку эффективности системы по принятым критериям качества.
Комплексное решение перечисленных задач определило содержание исследований, при выполнении которых созданы теоретическая и аппаратурная основы для проектирования и исследования АБС целого класса автотранспортных средств, включая автопоезда.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что разработана теория построения адаптивной АБС колесных машин, в том числе:
впервые антиблокировочное управление объектом "колеса + дорога" сформулировано как оптимизационная задача на основе функциональной модели в случайно меняющихся (неопределенных) условиях с обоснованием критериев качества решения задачи, позволяющих экспериментальную оценку значений;
установлено, что сформулированная задача допускает аналитическое определение оптимального значения искомого давления в тормозном приводе, однако это решение неустойчиво по Ляпунову и может быть реализовано лишь в виде квазиоптимального решения;
предложено для обеспечения квазиоптимального решения задачи между параметрами состояния объекта «колесо + дорога» и искомым значением управляющего давления в тормозном приводе формировать связь
на основе теории размытых множеств (нечеткой логики) с введением лин-гвистическои переменной «динамический образ;
разработана математическая модель пневматического тормозного привода, отражающая особенности работы силового привода в контуре управления в циклическом адаптивном режиме;
разработан адаптивный алгоритм решения задачи антиблокировочного управления, компенсирующий недостаток текущей информации об объекте управления "колесо + дорога" использованием предыстории изменения состояния объекта, запоминанием предыдущего квазиоптимального значения давления в тормозном приводе, распознаванием текущего динамического образа объекта и прогнозированием развития состояния объекта;
разработаны алгоритм и схема контроля работоспособности контура управления;
- разработаны алгоритмы и структуры взаимодействия адаптивных
контуров АБС автомобиля, автопоезда.
Реализация результатов работы характеризуется тем, что на основе предложенных в работе теоретических положений и конкретных технических решений создан унифицированный комплект антиблокировочной тормозной системы для грузовых автомобилей: датчик угловой скорости колеса 14.3862; модулятор давления 100-3533410; блок управления 11.3563; блок контроля 12.3863; блок коммутации АБС прицепа 13.3863. Унифицированный комплект прошел сертификационные испытания на автомобилях ЗИЛ категорий N2, N3 и устанавливается на конвейере завода.
Объект управления «автомобиль + колесо + дорога»
Колесо - движитель колесной машины. Посредством колеса осуществляется взаимодействие автомобиля с основным элементом внешней среды - дорогой. Через колесо передаются силы, которые удерживают автомобиль на дороге, передвигают и останавливают его, заставляют изменять направление движения.
С момента появления автомобиля существует потребность в теоретическом объяснении процесса качения колеса с эластичной шиной, связанная с разнообразными инженерными задачами по совершенствованию конструкции автомобиля.
Сложность физических процессов, происходящих как в зоне контакта шины с дорогой, так и в теле шины, обусловили создание ряда моделей, устанавливающих силовые, кинематические и энергетические зависимости.
Качение ведущего колеса, без учета влияния боковой силы, иллюстрирует полученная в результате теоретических и экспериментальных работ различных ученых схема (рис. 1.3) [104].
Крутящий момент Мк создает действующую на колесо в зоне пятна контакта силу Rx реакции колеса с опорной поверхностью и равную ей, но противоположно направленную силу Рх реакции колеса с осью. Сила К воздействует на опорную поверхность, К от оси колеса - на раму (кузов) автомобиля, приводя его в движение. Кроме того, гистерезисные потери на внутреннее трение в шине вызывают снос а нормальной реакции Rz от оси колеса, что приводит к возникновению момента сопротивления качению. В результате действия сил Rx и Рх ось колеса смещается из точки О в точку О .
Под действием крутящего момента беговая дорожка шины перед входом ее в контакт сжимается в окружном направлении. Это сжатие сохраняется постоянным в передней части пятна контакта (на участке L„ покоя), а в задней части (на участке Lo буксования) под действием сил упругости элементы шины перемещаются относительно опорной поверхности, т.е. происходит упругое буксование, причем сжатие беговой дорожки шины уменьшает радиус качения колеса, определяющий проходимый осью колеса путь, ее поступательную скорость и скорость автомобиля.
Сила тяги Рт представляет собой создаваемую крутящим моментом продольную силу, действующую на колесо.
Сила Rx, действующая на колесо в пятне контакта, по величине и направлению равна толкающей силе К, которая передается от оси колеса на раму (кузов) автомобиля и толкает его, преодолевая силы сопротивления движению, что позволяет отождествлять эти силы.
Сила сопротивления качению Р/ ведущего колеса оценивает силовые потери при качении и показывает, насколько уменьшается толкающая сила по сравнению с силой тяги.
Аналогичная схема может быть составлена и для тормозящего колеса, с той разницей, что под действием тормозного момента сила реакции опорной поверхности направлена в противоположную сторону и беговая дорожка шины в большей степени сжимается на выходе из контакта с опорной поверхностью.
Силы и моменты, действующие на тормозящее колесо, показаны на рис. 1.4. Уравнение вращения тормозящего колеса (рис. 1.4) в общем виде, когда оно связано через трансмиссию с тормозом - замедлителем (двигателем), имеет вид [116]: JZ = R -rX-MT-Mf-M73—, (1.1) 4jL = Rx.rk-MT-Mf-Mn.b dt jn где J-z — приведенный к колесу момент инерции вращающихся частей, соединенных с колесом; Мг-момент, создаваемый на колесе с помощью тормозного привода; Mf-момент сопротивления качению колеса; Мтз -момент сопротивления тормоза - замедлителя; итз - передаточное число от тормоза - замедлителя до колеса; Чтз -КПД от тормоза - замедлителя до колеса; Rx - продольная реакция колеса с опорной поверхностью (тормозная сила); гк - радиус колеса.
Математическая модель пневматического привода
Типичная циклограмма работы пневматического привода антиблокировочной тормозной системы при торможении водителем, работе АБС и растормаживании водителем показана на рис.2.2.
Торможение водителем включает три этапа:
I этап — наполнение постоянного (начального) объёма рабочей по лости Yum до давления Рш начала движения штока МИМ;
II этап - движение штока МИМ до положения, обеспечивающего прижатие колодок к тормозному барабану;
III этап - наполнение рабочей полости до давления Amax , при этом объём V рабочей полости увеличивается незначительно. _ Растормаживание w Работа АБС в предельном случае характеризуется модуляцией давления в рабочей полости от Ата до Атт с целью изменения усилия на
Верхний предел Атах ограничивается давлением в питающем целью предотвращения полного растормаживания тормозного механизма и неоправданного расхода сжатого воздуха. При этом циклическое изменение давления P\e[P\om;Pitmx] в рабочей полости МИМ может рассматриваться происходящим при неизменном ходе штока (при постоянном объёме рабочей полости) [16].
При растормаживании водителем рабочий цикл состоит также из трёх этапов: I этап — выпуск сжатого воздуха из рабочей полости до давления на чала движения штока; II этап — движение штока МИМ до исходного (начального) положе ния; при этом происходит выпуск сжатого воздуха из переменного объёма до давления А ; III этап - выпуск из постоянного начального объёма рабочей полос ти.
В циклограмме (рис.2.2) основной интерес представляет та часть, которая влияет на динамику АБС, то есть процесс изменения давления в постоянном объёме рабочей полости МИМ при релейном переключении энергетического канала тормозного привода на впуск и выпуск сжатого воздуха.
При этом рассматриваются процессы, происходящие в схеме, приведённой на рис.2.3. Процессы характеризуются наполнением и опоражниванием рабочей полости объёма V через сосредоточенный дроссель ,/, =/
Наполнение(рис.2.3, а)происходитиз объёма неограниченной ёмкости (po const), опоражнивание (рис.2.3 б) происходит в атмосферу (pa=const). Взаимосвязь параметров сжатого воздуха в рассматриваемом объёме определяется уравнением состояния [48]: prV = 0-R9 (2.6) где pi - давление сжатого воздуха; V- величина объёма; 0 - количество воздуха; R — газовая постоянная; Т- температура воздуха.
Скорость изменения давления в объёме может быть получена дифференцированием уравнения (2.6), то есть: dt dt dt dt (2.7) или (2.8) dpx __ d6 RT dT OR dV px dt dt V + dt V dt V Уравнение (2.8) показывает, что мгновенная скорость изменения давления в объёме определяется суммой мгновенных скоростей изменения температуры, количества воздуха и скорости изменения объёма камеры.
Для случая неизменного состава воздуха в рабочей полости и неизменного объёма уравнение (2.8) упрощается: (2.9) йв RT dT OR + dt dt V dt V
Изменение температуры воздуха может происходить за счёт теплообмена находящегося в объёме воздуха с окружающей средой, а также при подаче в рабочую полость воздуха, температура которого отличается от температуры воздуха в камере.
Считая температуру воздуха, подаваемого в объём, равной температуре воздуха, первоначально находящегося в объёме, можно принять, что процесс наполнения или опоражнивания рабочей полости происходит при постоянной температуре.
Учитывая это допущение, уравнение (2.9) можно записать: (2.10) V Ф, =g RT0 dt d9 где G = r - секундный расход в единицу времени поступающего в объём или вытекающего из него воздуха; Го- фиксированная температура. В случае наполнения камеры G 0, а при опоражнивании G 0. Рассмотрим случай наполнения.
Контроль работоспособности контура управления колесом
Как видно, контур управления колесом содержит электромеханический датчик угловой скорости колеса, электронный блок управления, электропневматический модулятор давления, пневматический исполнительный механизм (тормозную камеру) и воздействующий на колесо тормозной механизм. Данный контур взаимодействует с «человеческим фактором»: с одной стороны, режим работы контура в определенной степени зависит от действий водителя, а с другой стороны - АБС влияет на возможности водителя приблизиться к физическим пределам поведения автомобиля.
Вполне очевидно, что практическая реализация рассматриваемого контура допустима лишь при обеспечении гарантии отсутствия отрицательного влияния АБС на поведение водителя и автомобиля, т.е. обеспечении надежности управления автомобилем.
Надежностью принято называть свойство системы (изделия) сохранять способность к выполнению своих функций в течение заданного периода. Для сложного устройства, работа которого определяется многими показателями, иногда довольно трудно установить, выполняет ли оно свою функцию. В связи с этим вводится понятие работоспособности, которое определяется как такое состояние технической системы, при котором она выполняет свои функции, сохраняя значения параметров в пределах, заданных техническими условиями на данное изделие.
Характеристики работоспособности основываются на учете событий, называемых отказами. Отказ — это событие, после которого отдельный элемент или все устройство (система) перестает выполнять свои функции. Отказ трактуется как случайное событие и поэтому все количественные характеристики работоспособности основаны на учете времени до возникновения отказа. Причем принято различать отказы внезапные и постепенные. В последнем случае условия появления отказа накапливаются постепенно, приводя к снижению характеристики и в конечном счете к отказу. В нормативно-технической документации по автотранспортным средствам [108], [109], исходной нормируемой функцией рассматривается эффективность торможения (замедление транспортного средства). При появлении отказа в тормозной системе сохранение работоспособности означает нормирование допустимого падения эффективности торможения.
Введение в тормозную систему АБС со стороны нормативно-технических документов сопровождается специальными требованиями по предотвращению снижения работоспособности тормозной системы: - наличие на автомобиле АБС не должно приводить к потере работоспособности рабочей тормозной системы, в том числе при потере работоспособности АБС; - при потере работоспособности АБС для обеспечения безопасности автомобиля в максимально возможной степени должен использоваться «человеческий фактор» (мастерство водителя), для чего в конструкции АБС должна быть специальная схема контроля работоспособности с оптическим сигнализатором отказа АБС; - указанная схема контроля должна выявлять отказы, приводящие к блокированию колеса, т.е. приводящие к потере способности решать функциональную задачу АБС; - указанная схема контроля должна выявлять отказы, приводящие к неоднозначности в оценке состояния АБС водителем (например, перегорел сам сигнализатор, а водитель об этом не знает).
При этом с точки зрения последствий отказа АБС, совершенно безразлична его причина: вызван ли отказ разрушением элементов системы или связей между ними, срывом управления из-за потери устойчивости (по Ляпунову) или воздействием помех на каналы передачи информации.
Сложность выполнения контрольных функций в контуре АБС заключается в том, что контур управления является адаптивной, переменной структурой и ее свойства в полной мере проявляются лишь в динамике. Статический контроль функционирования отдельных узлов не обеспечивает необходимой информацией о правильной работе контура в целом, особенно с учетом возможности как внезапных отказов, так и постепенного накапливания условий появления отказа (например, изменение зазора между подвижной и неподвижной частями датчика угловой скорости колеса).
В настоящей работе в результате исследований для оценки работоспособности контура АБС предложено использовать то обстоятельство, что контур АБС работает в автоколебательном режиме. Установлено, что в реальных условиях период автоколебаний (циклов управления) в контуре АБС меняется в достаточно узких пределах (0,5-1,0 Гц) и оценка этого периода или его составляющих частей несет основную информацию о внезапной потере работоспособности контура АБС в целом. Для получения этой информации достаточно в контур АБС ввести таймер, настроенный на априори заданное значение времени растормаживания в каждом цикле управления и осуществлять сравнение заданного и текущего значений времени растормаживания (tpaCm) [34].
Электронно-пневматическая тормозная система
Синтез адаптивного закона управления колесом, обеспечивающего инвариантность к объекту управления и дорожным условиям (в назначенных пределах), позволил поставить и успешно решить задачу разработки унифицированной конструкции блока управления.
Функциональная схема электронной управляющей части контура управления колесом представлена на рис.3.1. Управляющая часть включает следующие основные узлы: - преобразователь "частота-напряжение" (ПЧН); - дифференцирующее устройство; - компараторы замедления и ускорения; - формирователи вспомогательного, основного и дополнительного управляющего сигнала, подаваемого на исполнительное устройство; - устройство коррекции вспомогательного управляющего сигнала; - коммутирующей элемент; - кроме того, электронная схема контура управления должна включить предохранительную часть (см. схему рис.3.7), где должны быть реализованы: - узел контроля датчика в начале движения; - узел выявления пропуска импульсов от датчика; - узел контроля усилителя мощности и цепей модулятора; - узел контроля времени растормаживания; - узел формирования сигнала "контроль"; - стабилизатор напряжения питания.
Электронный блок, реализующий вышеперечисленные функции, представляет собой достаточно сложное электронное изделие, к которому предъявляются высокие требования. Причем, следует учитывать, что различные условия окружающей среды (температура, влажность, давление) влияют на параметры компонентов. С течением времени параметры схем меняются из-за "старения" входящих в них элементов. У изделий, которые изготавливаются серийно, добавляется проблема необходимости учета производственных допусков. Решение этой проблемы путем ужесточения требований к точности элементов может привести к неоправданному удорожанию изделий.
В силу этого были необходимы целенаправленные исследования поведения системы при наличии параметрических возмущений, вызванных разбросом характеристик составляющих её элементов. Такие исследования были проведены с учетом конструкторско-технологических возможностей завода "Автоэлектроника" (г. Калуга) и их результаты изложены в работах [4], [97].
Этими исследованиями было установлено, что в блоке управления АБС первого поколения узлы управляющей и предохранительной частей могут быть реализованы на базе аналоговой схемотехники, где основными вычислительными элементами могут служить операционные усилители в интегральном исполнении типа 1УД553 или серии К140.
Важным достоинством последнего (токоразностного дифференциального усилителя, называемого операционным усилителем Нортона) является то, что на выходе возможно получение управляемых напряжений, не превышающих десятых долей вольта. Это позволяет повысить точность решения задачи.
В целом схемотехнически блок управления первого поколения представляет аналого-дискретный вычислитель. Причем благодаря адаптивности структуры, система в целом мало чувствительна к разбросам внутренних параметров. Оконечные усилители выполнены с защитой от короткого замыкания нагрузки, что повышает надежность блока управления. По уровням входных и выходных сигналов блок управления согласован с датчиками и модулятором.
На рис.5.4 (слева) представлен общий вид блока управления 11.3863, а на рис.5.5 (слева) показана схемная реализация этого блока. Данный блок разработан ЗИЛом совместно с заводом "Автоэлектроника" и предназначен для управления одним модулятором по сигналам от двух датчиков одной оси.
При этом реализуется схема управления по "слабому" колесу. Дальнейшее развитие системы связано с модернизацией исполнения данного блока на принципах взаимозаменяемости. Так в настоящее время используется также модификация блока, содержащего два канала управления для работы с датчиком и модулятором индивидуально каждого колеса заднего моста.
Разработка блока контроля АБС автомобиля и блока коммутации АБС прицепа.
Формирование функциональных характеристик и надежности АБС автомобиля структурно обеспечивается блоком контроля. Функциональная схема блока контроля приведена на рис.3.9. Схема содержит: - узлы фильтрации входных сигналов; - компараторы; - усилители мощности с блокировкой входного сигнала; - формирователь входного сигнала; - узел задержки со схемой сброса; - генератор периодических сигналов; - электронно управляемые электромагнитные устройства (реле). Схемотехнически данный блок представляет аналого-дискретный вычислитель, созданный на базе тех же элементов, что и блок управления. Разработан ЗИЛом совместно с заводом "Автоэлектроника".
Блок контроля с одной стороны взаимодействует с предохранительными частями контуров управления, а с другой стороны - с водителем через замок зажигания, кнопку "контроль" и сигнализатор "контроль".
