Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цели и задачи исследования 7
1.1. Предпосылки и основные аспекты автоматизации управления механическими трансмиссиями с помощью ЭВМ 7
1.2. Современные тенденции в решении задач управления фрикционными сцеплениями 13
1.3. Обзор критериев качества управления фрикционным сцеплением 19
1.4. Анализ параметров, используемых при автоматическом управлении фрикционным сцеплением 30
1.5. Выводы по проведённому обзору, цель и задачи исследования 41
ГЛАВА 2. Методика создания алгоритмов и математическая постановка задач исследования 44
2.1. Формальное описание алгоритмов управления и эксплуатационных условий и режимов 44
2.2. Математическая модель объекта управления и его взаимодействия с окружающей средой 50
2.3. Формализация процесса трогания автомобиля с места 59
2.4. Формирование критериев качества алгоритмов управления 60
2.5. Анализ полученных задач и преобразование их к виду, обеспечивающему эффективное формирование массива оценок 63
2.6. Методика создания алгоритмов управления фрикционным сцеплением 74
2.7. Постановка задачи оценки влияния погрешностей устройств сбора и обработки информации на качество управления 76
ГЛАВА 3. Результаты решения поставленных задач 81
3.1. Создание алгоритмов управления фрикционным сцеплением автомобиля малого класса и их сравнительное исследование 81
3.1.1. Исходные данные для создания алгоритмов 81
3.1.2. Создание алгоритмов неадаптивного управления при различной точности описания предполагаемых ситуаций и использовании различных критериях качества 87
3.1.3. Сравнительный анализ и исследование созданных алгоритмов неадаптивного управления 91
3.1.4. Исследование возможностей повышения качества управления фрикционным сцеплением за счёт
использования адаптивных СА 101
3.2. Исследование влияния измерительных погрешностей на качество управления 107
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования 114
4.1. Цель, объект и средства экспериментальных исследований 114
4.2. Условия, метод проведения и результаты эксперимента 131
Основные результаты и выводы работы 136.
Библиографический список 139
Приложения 154
- Современные тенденции в решении задач управления фрикционными сцеплениями
- Формализация процесса трогания автомобиля с места
- Создание алгоритмов неадаптивного управления при различной точности описания предполагаемых ситуаций и использовании различных критериях качества
- Условия, метод проведения и результаты эксперимента
Введение к работе
Актуальность работы. Современный автомобиль относится к наиболее эффективным, доступным и востребованным наземным транспортным средствам, благодаря чему одной из выраженных мировых тенденций последних десятилетий является увеличение объёма производства автотранспорта.
За период с 1992 яо 2010 год общая численность автопарка Российской Федерации возросла более чем в два раза. Последствия данного процесса на текущей стадии выразились в увеличении напряжённости дорожного движения и времени пребывания водителей за рулём, что привело к повышению их утомляемости и вероятности возникновения дорожно-транспортных происшествий.
Совокупность перечисленного наряду с увеличением числа водителей низкой квалификации свидетельствует об актуальности проблемы облегчения управления автомобилем. На сегодняшний день варианты её решения сводятся к передаче части функций водителя системам, обеспечивающим ту или иную степень автоматизации управления системами автомобиля и в первую очередь - его трансмиссией.
В настоящее время наиболее распространены автоматические гидромеханические трансмиссии, которые обладают рядом недостатков, не хараісгерньїх для механических ступенчатых трансмиссий, управляемых бортовыми ЭВМ. Выпуск автомобилей с подобными трансмиссиями, в настоящее время освоили производители таких известных брендов как "Citroen", "Fiat", "Opel", "Peugeot", "Renault", "Toyota".
Вместе с тем, используемые этими фирмами решения также не лишены недостатков. К ним относятся повышенные затраты на техническое обслуживание и ремонт, обусловленные низкой долговечностью фрикционных накладок сцепления. Опыт эксплуатации показывает, что квалифицированный водитель в состоянии обеспечить больший срок службы накладок, чем исполняющая его функции автоматика. Это негативно влияет на конкурентоспособность оборудованных ею автомобилей, сдерживая темпы продаж, и свидетельствует о наличии определённого поля для научных исследований.
Одним из направлений повышения долговечности фрикционных накладок является совершенствование элементов системы автоматического управления (САУ) сцеплением и используемых ею алгоритмов управления в частности. В настоящее время у отечественных автомобилестроителей отсутствуют готовые к практическому воплощению методики создания этих алгоритмов. Принимая во внимание данное обстоятельство и расширение рынка автомобилей, оборудованных механическими трансмиссиями с автоматическим микропроцессорным управлением, можно заключить, что представленная на рассмотрение работа является актуальной.
Целью работы является разработка методики создания алгоритмов управления сцеплением, обеспечивающих высокие показатели долговечности фрикционных накладок, с учетом конструктивных особенностей автомобиля, условий и режимов его эксплуатации.
Объект исследования - САУ фрикционным сцеплением легкового автомобиля.
Предмет исследования- влияние на создаваемый алгоритм критерия, при помощи которого оценивается его качество, конструктивных особенностей автомобиля, условий и режимов его эксплуатации, а также влияние на качество управления погрешностей устройств сбора и обработки информации, используемых в системе управления.
Методы исследований, используемые в работе, базируются на основных положениях таких разделов знания, как теоретическая механика, теория эксплуатационных свойств автомобиля, теория автоматического управления, математический анализ, теория дифференциальных уравнений, теория вероятностей и математическая статистика, трибология, имитационное математическое моделирование, вычислительная математика. При реализации данных методов широко применялась средства современных ЭВМ.
Научная новизна работы обусловлена тем, что:
разработанная методика учитывает вероятностные характеристики условий и режимов эксплуатации автомобиля и может использоваться для создания как неадаптивных, так и адаптивных алгоритмов управления;
подтверждено, влияние выбора критерия качества на результат решения задачи создания алгоритма;
разработаны средства, позволяющие оценить влияние погрешностей устройств сбора и обработки информации об управляющих параметрах на качество управления сцеплением.
Практическая значимость. Разработанная методика позволяет создавать эффективные алгоритмы для систем автоматического управления фрикционным сцеплением с учетом технических характеристик автомобиля, а также вероятностных характеристик предполагаемых условий и режимов эксплуатации. Методика включает ряд математических моделей и правил их взаимодействия, реализованных в виде прикладного программного обеспечения, которое может быть использовано в автомобилестроении как составляющая системы автоматизированного проектирования.
Реализация работы. Созданные по предложенной методике алгоритмы использованы в экспериментальной САУ сцеплением, установленной на автомобиле малого класса "Москвич" АЗЛК-21412-01. Работоспособность данной системы подтверждена в экспериментальной части представленной на рассмотрение работы.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на 49-ой международной научно-технической конференции ААИ "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров" в рамках международного научного симпозиума, посвященного 140-летию МГТУ "МАМИ" (Россия, Москва, МГТУ "МАМИ", 23 - 24 марта 2005 г.); на 65-ой международной научно-технической конференции ААИ "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров" в рамках международного научного симпозиума "Автотрактракторостроение-2009" (Россия, Москва, МГТУ "МАМИ", 25 - 26 марта 2009 г.), а также на заседаниях коллектива кафедры "Автомобили" имени
академика Е.А. Чудакова МГТУ "МАМИ" в 2008 и 2010 гг.
Публикации, По теме диссертации опубликовано шесть научных статей. В том числе, три - в издании, входящем в перечень ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация в целом содержит 161 страницу машинописного текста, включая 54 иллюстрации и 6 таблиц, и состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, библиографического списка (142 наименования), и двух приложений.
Современные тенденции в решении задач управления фрикционными сцеплениями
Оптимальным процессом следует считать такой процесс, который обеспечивает экстремальное значение выбранной целевой функции (критерия, характеризующего качество управления). При многообразии эксплуатационных условий и режимов реализация оптимальных процессов может потребовать такого количества информации, что её сбор и обработка могут оказаться экономически невыгодными или вообще невозможными на данном этапе развития техники [66].
Компромиссным выходом является создание алгоритма, который при приемлемых материальных затратах обеспечит по совокупности рассматриваемых условий и режимов качество управления наиболее близкое к тому, что соответствует реализации оптимальных процессов.
Добиться более близких к оптимальным результатов позволяет повышение степени адаптивности управления. Под адаптивностью здесь понимается способность САУ менять характер управления в зависимости от тех или иных характеризующих условия и режимы эксплуатации параметров [10, 116], а под степенью адаптивности - их количество. С целью снижения, себестоимости САУ в число этих параметров целесообразно включать лишь те, чьё влияние проявляется в наибольшей степени. Выявление таковых обуславливает необходимость проведения соответствующих исследований.
Ориентируясь на приведённые выше определения, можно говорить о том, что постановка задачи оптимального управления подразумевает: 1) разработку модели объекта управления и его взаимодействия с окружающей средой; 2) формализацию условий и режимов эксплуатации объекта; 3) формирование критерия качества (оптимальности). Перечисленные этапы рассматривались как отдельные задачи, решение которых необходимо для достижения цели исследования. При выборе методов и средств решения этих задач учитывался опыт исследований в соответствующих областях знания.
В.А. Петров в книге [92] отмечает, что периоды функционирования систем управления сцеплением кратковременны, благодаря чему отпадает необходи мость использования методов теории автоматического управления для исследования их устойчивости, но отнюдь не потребность изучения переходных процессов общими методами механики.
Исследованием происходящих в трансмиссиях автотранспортных средств процессов и проблемами их математического моделирования занимались В;Б. Альгин, Ф.Р. Геккер, Е.И. Зайцев, СП. Контанистов, П.П. Лукин, B.C. Лукинский, В.М. Семёнов, И.С. Цитович и другие авторы, в чьих работах рассмотрены модели различающиеся количеством инерционных масс в расчётной схеме, характером установленных между массами связей и способами формального описания прилагаемых к ним силовых воздействий.
Условия эксплуатации автомобиля обладают выраженными стохастическими свойствами. На протекание рабочих процессов трансмиссии влияют параметры условий и режимов.эксплуатации, связанные с его весовым состоянием, конструктивными элементами, внешней средой и человеческим фактором [13, 28]. Множество возможных значений этих параметров обуславливает соответствующее количество эксплуатационных ситуаций, возникновение которых носит случайный характер.
При этом большая, часть существующих методик теоретического исследования нагруженности элементов трансмиссии [3, 20; 99, 130] сводится к рассмотрению ограниченного числа эксплуатационных ситуаций, которые являются наиболее характерными для данного автомобиля или соответствующими наибольшим нагрузкам. Формулирование однозначных выводов f в данных случаях представляется» не вполне корректным, так как. наряду с принятой в рассмотрение ситуацией существует множество иных, где результаты могут носить иной характер. Кроме того, рассматривая- определённую совокупность ситуаций, различающихся по одному или нескольким параметрам, авторы не учитывают частоты их возникновения, что не позволяет судить о действительной значимости соответствующих им результатов.
Таким образом, при формализации эксплуатационных условий и режимов важным является не только количество принимаемых в рассмотрение ситуаций, но и их статистические характеристики. Среди работ, где были учтены данные соображения, следует выделить исследования А.В: Кретова, отражённые в [66]. Путём анализа и обобщения экспериментальных, данных им выявлены основные закономерности начальной фа-зы разгона автомобиля, определены их вероятностные характеристики и произведена систематизация.
Особого внимания заслуживает задача формирования, критерия- качества поскольку опыт решения задач оптимизации в смежных областях показывает, что результаты существенно зависят от его выбора.
Одним из ожидаемых при автоматизации фрикционного, сцепления; эффектов является увеличение ресурса, пар: трения. Методы) его прогнозирования и повышения! всегда были объектами внимания даже вне рамок проблем: автоматизации, поэтому вопрос о величинах, способных охарактеризовать нагружен-ность и долговечность данного узла, затрагивался в работах многих авторов, из которых, прежде всего, следует назвать И-Б. Барского, Л.А. Еивартовского, Б;В: Гольда; Л.Р.Горелова, И.Н.Зверева, В!Н. Игнатенко; ШФі Камнева, ВШ. Карпицкого, Є.Н: Коломиеца; АЖКоряеву, ИіВІ Крагельского, ИЖ Малашкова, О-ВіЄоколова; А;В; Чичинадзе, Е.А. Чудакова;. ВМ1 Шарипо-ва, Н;Н: Шарипову, В-Е. Шевалье; ЕМ. Щеренкова;
Несмотря на то, что создание оптимального алгоритма является; одним из= определяющих этапов автоматизации; качествоуправления:зависит-не только от успешного решения .этой: задачи; но,и от используемых при его реализации устройств:
Аппаратную часть САУ можно- условно представить в виде цепи измерительных, обрабатывающих и исполнительных звеньев; (рис. 2);
Все:звеньям той или иной: степени.подвержены воздействиям дестабилизирующих факторов различной природы; имеют технологические изъяны и недостатки конструкции, а, в. динамике обладают обуславливающими некоторое "запаздывание! инерционными, свойствами:.В;результате, величина на выходе каждого звена наряду с полезной составляющей содержит некоторую погрешность, которую не всегда возможно учесть и скомпенсировать.
Формализация процесса трогания автомобиля с места
Исследования показывают, что основная часть производящейся в процессе буксования работы и наивысшие величины его мощности должны относиться к периоду разгона, длительность же процесса, который соответствует структуре расчётной схемы на рис. 7, по отношению к общему времени буксования невелика [66]. Причём, мощность N6 в период его осуществления ввиду сравнительно малого момента трения Мс и угловой скорости Юб не достигает сколько-нибудь существенных значений, а значит, соответствующие ему работа буксования и износ фрикционных накладок незначительны. Однако описание этого процесса необходимо для того, чтобы располагать информацией о состоянии системы на момент изменения структуры расчётной схемы (исходных фазовых координатах модели (2.11), (2.12)).
Решая (2.11) и (2.12), мы получаем возможность исследовать процессы буксования и получать интересующие нас оценки для каждого технического решения из МТР формирования искомых массивов оценок.
Однако прежде чем перейти к выбору метода решения необходимо найти способ математического описания входящих в данные уравнения величин, а именно 1в, 1д, Мс, Мд и Mv. Если величина 1в является постоянной в рамках
отдельно рассматриваемого процесса трогания, а величина 1д - постоянной для всех троганий, производящихся на автомобиле с данным ДВС, то моменты Мс, Мд и Mv, входящие в эти уравнения, будучи зависимы от ряда параметров, в реальности являются переменными по времени и нелинейными величина ми [74], что создаёт значительные затруднения для аналитического решения даже при принятых допущениях. Затруднения эти вынуждали многих авторов вводить в модели различные упрощения, основанные на предложенном основоположником отечественной автомобильной науки академиком Е.А. Чудаковым методе, суть которого заключается в допущении постоянства указанных величин или угловой скорости (0Д. Пытаясь усовершенствовать данный метод, некоторые исследователи [49, 54, 77, 115, 130] при описании процессов буксования основывались на результатах статистической обработки экспериментально полученных данных. Эти методы не удовлетворяют уровню вновь возникающих исследовательских задач, что заставляет подойти к задаче решения упомянутых уравнений с учётом возможностей современных технологий.
Зависимость, по которой происходит изменение момента Мс, предопределена самой постановкой задачи, а именно соотношением (2.1).
Задача же разработки математическоймодели ДВС может решаться разными способами. В" частности, некоторые исследователи рабочих процессов сцепления предполагали, что на всём рассматриваемом отрезке времени крутящий момент ДВС остаётся постоянным. При этом значение Мд = const часто принималось равным Мдтах [20]. Однако в действительности момент Мд за период буксования изменяется в весьма широких пределах, часто не достигая максимума. В свою очередь, автор работы [66] констатирует, что использующие указанное допущение не учитывают возможность управления ДВС, тем самым исключая возможность корректной постановки задачи оптимизации процесса управления сцеплением при трогании автомобиля с места.
Аналогичный вывод напрашивается в, случае описания работы ДВС при помощи аппроксимируемых различными способами внешних [3, 29, 31, 50, 51, 74, 75, 99,106] или частичных [19, 104] скоростных характеристик в виде зависимостей Мд=/(сОд). В [59, 100, 115, 118, 125, 126] предложены типовые диаграммы разгона транспортного средства, где изменение Мд во времени аппроксимируется по определённым правилам кусочно-линейными зависимостями. Данная методика включает ряд необходимых допущений, которые, являясь вполне уместными при выполнении всех управляющих функций водителем, не позволяют проводить адекватное рассмотрение многих процессов, характерных именно для автоматического управления сцеплением. Это также делает её малопригодной для решения поставленных здесь задач.
В диссертации [94], автор, признавая, что оценка алгоритма управления сцеплением требует более совершенного способа описания работы ДВС нежели перечисленные выше, использовал полученную на основании результатов экспериментальных исследований зависимость, в которой момент Мд был представлен функцией как угловой скорости сод, так и текущего времени t. Таким образом была осуществлена имитация одного из бесконечного множества возможных управлений ДВС, соответствующего лишь.наиболее часто встречаемой эксплуатационной ситуации. В нашем же случае требуется возможность иссле-дования всего их спектра, что свидетельствует о необходимости использования иногоспособа моделирования.
Тем самым мы приходим к пониманию того; что величина Мд в формируемой математической модели должна быть задана как функция, положения дроссельной заслонки U и угловой скорости- коленчатого вала сод. В действительности характеристика ДВС на неустановившихся- режимах работы определяется большим числом, факторов, но во избежание чрезмерного усложнения расчётных зависимостей-в рассматриваемой задаче целесообразно остановиться на использовании этих наиболее значимых параметров. Тем более, снижение эффективного крутящего момента ДВС при работе на неустановившихся режимах составляет менее 3 % [109], что делает пренебрежение им вполне допустимым.
При анализе способов представления модели ДВС в виде зависимости Мд = /(и, СОд) оценивалась возможность описания комплекса происходящих в
ДВС тепловых и механических процессов с помощью» дифференциальных уравнений. В результате анализа сформированных таким образом моделей было принято решение об использовании факторной (регрессионной) модели, полученной путём обобщения экспериментальных данных [117]. Изучение литературных источников, в которых затрагивается проблема регрессионного анализа режимов работы бензиновых ДВС, позволило выделить модели, предложенные в [57, 103, 109]. В результате их сравнения предпочтение было отдано следующей зависимости: Мд = СІІСОД2+а2сод+а!3соди+d4U+d5U2+d6, (2.17) где di...d6- коэффициенты регрессии, численные значения которых могут быть найдены рекуррентным методом [103]. Соображения, мотивирующие данный выбор, заключаются в том, что использование полинома с наименьшими степенями переменных, является удобным с точки зрения проведения алгебраических преобразований и аналитического дифференцирования. О состоятельности же модели (2.17) свидетельствуют как исследования, проведённые в рамках [103] (где было установлено, что её среднеквадратичная погрешность не превышает 2,1 %), так и работа [66], в которой она была использована при решении задачи определения оптимальных процессов управления сцеплением при трогании автомобиля.
Создание алгоритмов неадаптивного управления при различной точности описания предполагаемых ситуаций и использовании различных критериях качества
Разработанные методики создания алгоритмов позволяют получить параметры зависимостей (2.1) и (2.2) как результат численного решения математических задач, включающих дифференциальные и алгебраические уравнения, а также логические условия. Решение этих задач выполнялось при помощи обладающих высокими техническими характеристиками персональных компьютеров и современных средств программирования, среди которых предпочтение было отдано математическому редактору "Mathcad" [58, 67, 76] версии 13. В его среде автором был разработан комплекс программного обеспечения, позволяющий выполнять необходимые расчёты.
При решении дифференциальных уравнений использовался метод Рунге -Кутта четвёртого порядка, при решении алгебраических уравнений — метод секущих, вычисление интегралов осуществлялось методом Ромберга, а производных - методом Риддера. Названные методы являются частью математического обеспечения "Mathcad" и по оценкам авторов [58, 122] обеспечивают удовлетворительную точность при решении практических задач.
Апробирование разработанной методики производилось применительно к автомобилю "Москвич" АЗЛК-21412-01, оснащённому двигателем УЗАМ-412 [1,30].
Поиск численных значений искомых коэффициентов и показателей степеней зависимостей (2.1) и (2.2) осуществлялось в массиве, который охватывает широкий спектр технических решений, определяемых выбранными управляющими параметрами и видом исходного уравнения (2.1).
Общее число элементов МТР составило 11979 ((д,хухаіХа2хаз = =3x3x11x11x11) при следующей совокупности дискретных значений коэффициентов и степенных показателей: цє{0,5;1;2}; ve{0,l;l;2}; а!є{0; 15; ЗО; 45; 60; 75; 90; 105; 120; 135; 150}; {0; 450; 480; 510; 540; 570; 600; 630; 660; 690; 720} при v=0,l; а2є {0; 0,15; 0,3; 0,45; 0,6; 0,75; 0,9; 1,05; 1,2; 1,35; 1,5} при v=l; {0; 0,0004; 0,0008; 0,0012; 0,0016; 0,002; 0,0024; 0,0028; 0,0032; 0,0036; 0,004} при v=2; "{0; -700; -760; -820; -880; -940; а3 є -1000; -1060; -1120; -1180; -1240} при v=0,l; {0; -80; -160; -240; -320; -400; -480; -560; -640; -720; -800} при v=l; {0; -40; -80; -120; -160; -200; -240; -280; -320; -360; -400} при v=2. При выборе этих значений учитывалось, что аі 0, a2 0, a3 0, ju 0, v 0. Данные ограничения обусловлены тем, что зависимость (2.1) при увеличении степени открытия дроссельной заслонки U и угловой скорости коленчатого вала СОд должна обеспечивать возрастание момента трения в сцеплении Мс вплоть до достижения им максимального значения Мстах. Выбор необходимых для решения задачи создания алгоритмов количественных характеристик МЭС зависит от числа принимаемых к рассмотрению ситуаций.
Наименьшее число исследуемых эксплуатационных ситуаций равнялось единице; наибольшее — определялось тремя значениями коэффициента режима трогания кр (т=3), тремя значениями массы автомобиля ша (п=3), одним значением коэффициента сопротивления качению щ (о=1) и одним значением угла продольного уклона дорожного полотна у (Р = 1) то есть, девятью (3x3x1x1) элементами массива.
Ограничение числа элементов массива эксплуатационных ситуаций обу-словлено связанным с его увеличением ростом размерности задачи. Большие значения m, п, о, р обеспечивают лучшую точность описания эксплуатацион ных условий и режимов. Но наряду с точностью увеличивается количество необходимых вычислений, а следовательно, и время, потребное для создания алгоритма, обеспечивающего экстремальное значение интегрального критерия качества в исследуемой совокупности ситуаций. Так при девяти элементах массива эксплуатационных ситуаций, для поиска решения при вышеуказанном числе элементов массива технических решений необходимо выполнить 107811 (11979x9) циклов расчёта, что требует значительных затрат времени.
При определении исследуемой совокупности эксплуатационных режимов были использованы результаты проведённых в рамках работы [66] экспериментальных исследований, которые показали, что для города с интенсивным движением в формуле (2.24) может использоваться степенной показатель Су равный 1,6, а вероятностное распределение коэффициента режима трогания кр может быть описано нормальным законом: -(кр-м02 ФкР= е 2 , (3.1) akpv27T где , Gkp - среднее квадратическое отклонение коэффициента режима трогания; Мц, - математическое ожидание коэффициента режима трогания. Также в [66] были установлены значения числовых характеристик данного распределения. Для вышеупомянутых условий Мкр =1,0555 и С7кр=0,35, что полностью определяет стохастический характер режимов трогания автомобиля, и позволяет построить кривую плотности распределения вероятностей коэффициента режима трогания кр (рис. 12).
По правилу трёх сигм, согласно которому, вероятность попадания нормально і распределённой величины на интервал (Mkp-3(Jkp; Мкр+3акр] близка к достоверности (=0,9973), практически имеет смысл рассматривать только те трогания, значения коэффициента кр которых принадлежат ему, пренебрегая достаточно малой (=0,0027) вероятностью противоположного события. На данном интервале при помощи формул (2.4), (2.5), (2.6) и (2.7) для т = 3 были выделены три эквивалентных режима трогания, наименования и численные характеристики которых сведены в табл. 1.
При определении используемой для создания алгоритмов совокупности значений массы автомобиля та была выдвинута гипотеза, согласно которой вероятность возникновения в эксплуатации различных весовых состояний подчиняется асимметричному закону распределения, а наиболее вероятными являются ситуации, когда масса автомобиля определяется как сумма его снаряженной массы и массы водителя. Ориентируясь на приведённые в [1] данные и полагая согласно рекомендации [30] массу одного человека равной 75 кг, принимаем, что дискретным значениям (111 =1105 кг, (та)2=1285 кг и (та)3=1465 кг, являющимся соответственно серединами интервалов (1015; 1195), (і 195; 1375) и (1375; 1555) из области возможных значений массы, определяемой техническими характеристиками автомобиля, сопоставлены следующие вероятности их возникновения в эксплуатации: Р =0,55; Р(та)2 =0,3; Р(п1а)з =0,15.
Значения величин, характеризующих дорожные условия, были определены в предположении, что автомобиль будет эксплуатироваться исключительно в городе на находящихся в хорошем состоянии сухих цементо- или асфальтобетонных горизонтальных дорогах: (xj/o = 0,019; (у\ = 0 (P(Vo) =1; P(Y) =!)
Параметры двигателя УЗАМ-412 согласно его модели (2.17) определяются коэффициентами сЦ =-0,000431; d2 = 0,0073; d3=0,3175; d4 =116,25; d5 = 67,65; d6=2,15 [66]. На рис. 14 показаны его скоростные характеристики, построенные для приведённого набора коэффициентов регрессии с учётом условий (2.18), (2.19) и того, что минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала сом.у. = 80,4 с-1, а угловая скорость, соответствующая рубежу "красной зоны", сотах = 600 с-1.
Условия, метод проведения и результаты эксперимента
Каждый оборот входного звена датчика соответствует шести импульсам напряжения на выходе. Счёт количества этих импульсов позволяет оценить угловую скорость полуоси, которая соотносится с угловой скоростью ведомого диска через передаточное число 1ф. Место установки датчика в подкапотном пространстве автомобиля, показано на рис. 42. В современной практике экспериментальных исследований известны различные по технологии, точности и затратам ресурсов способы измерения момента трения в сцеплении Мс [2, 45, 46, 66, 68, 81]. В условиях ограничений по времени научным руководителем и автором настоящей работы было решено использовать способ, предложенный ими в работе [68]. Это позволило значительно сократить продолжительность периода подготовки эксперимента и связанные с ним издержки.
Реализуемая динамика разгона автомобиля (то есть, его поступательное ускорение, прямо пропорциональное угловому ускорению ведомых элементов сцепления єв) однозначно определяет характер изменения крутящего момента, передаваемого от ДВС сцеплением через трансмиссию на ведущие колёса. Следовательно, зная эмпирическую зависимость eB = /(t), полученную путём обра 118 ботки сигналов от датчика угловой скорости ведомых элементов сцепления, возможно из соотношения (2.33) определить, зависимость Mc = f(t) в процессе буксования. Операция дифференцирования зависимости coB = /(t) для получения искомой функции B = f(i) осуществлялась численными методами. С целью оценки точности предложенного метода анализировался ряд осциллограмм, полученных при экспериментальных исследованиях рабочих процессов трансмиссии в рамках исследований [46, 55, 66, 81], где наряду с угловой скоростью буксования и поступательным ускорением автомобиля при помощи тензометрических датчиков и токосъёмника регистрировался крутящий момент на его полуоси.
Наличие данной информации позволило для каждого из представленных на осциллограммах процессов вычислить работу буксования двумя различными способами, в одном из которых зависимость Mc=/(t) определялась по осциллограмме крутящего момента на полуоси, а во втором - по осциллограмме поступательного ускорения автомобиля. Их сопоставление показало, что наибольшая разница в значениях работы не превышает 8,2 %, засвидетельствовав допустимость использования предложенного способа оценки момента трения в сцеплении Мс в экспериментальных исследованиях данной работы.
Функции преобразования поступающих от измерительных устройств непрерывных электрических величин в числовые данные, их систематизированного сбора и необходимой обработки с отправкой на индикационно-регистрирующие устройства, а также формирования управляющего сигнала, посылаемого на устройство исполнительное, были возложены на специально разработанный и изготовленный электронный блок управления (ЭБУ) на базе микроконтроллера PIC 18F1320 со встроенным АЦП [11, 32] (рис. 36).
Для данного ЭБУ на соответствующем архитектуре микроконтроллера языке ассемблера была составлена микропрограмма, реализующая перечисленные выше функции.
Ввиду понятного в условиях дорожных испытаний требования совместить портативность и высокую мобильность оборудования с максимальной функциональностью в качестве универсального устройства вывода и регистрации данных использовался переносной персональный компьютер с автономным электропитанием, для размещения которого вместе с другими атрибутами эксперимента в салоне автомобиля было оборудовано рабочее место оператора.
С целью интеграции компьютера с ЭБУ в среде программирования "Borland C++" был сформирован комплекс программных продуктов, включающий:
1) пакет драйверов ЭБУ для взаимодействия его с различными модификациями операционных систем семейства "Windows NT";
2) утилиту "Программа загрузки" версии 2.1 (рис.37, а), которая позволяет обновлять микропрограмму ЭБУ, очищая его постоянную память от текущей версии и загружая туда новую из файла с кодом, располагающегося на любом подключённом к компьютеру носителе информации;
3) программу "Terminal" версии 1.9Ь (рис. 37, б), предназначенную для получения от ЭБУ данных о значениях величин t, U, сод, со в и положении наружного рычага механизма выключения сцепления, вывода этих данных в числовой форме и сохранения их на любой подключённый к компьютеру носитель информации.
