Введение к работе
Актуальность теми. Одним из оснобішх направлений поилпения производительности ' и безопасности автотранспортных средств являема дальнейшее совершенствование конструкции тормозного привода на основе внедрения современных достижений науки,
* техники и технологии. Так благодаря применению на автомОиле
автоматических систем стало возмокдам кардинальное повышение
эффективности, устойчивости и управляемости в реждоэ экстренного торможения.
Однако, високая себестоимость таких систем, получивших название антиблокировочгных, сдергивает их распространение.
Решение ГфОйЛеЧН ВОЗМОЖНО На ОСНОБв ^рИМЭНеНИЯ СИСТеМ, ИСПОЛЬг-
зущих кинетическу» энергии автомобиля для восстановления давдени. рабочего тела, которые получили название рекуперативных АЬС. Однако, особенности рабочего процесса не позволяют, эффективно использовать алгоритма существующих традиционных АБС. Поэтому разработка алгоритма управления является одной из важнейших задач в создании рекуперативной.АБС, т.к. правильный выбор алгоритма определяет оптимальность протекания раоочего процесса данной системы и ее надежность.
Цель работа. Изучить особенности рабочего процесса рекупе-ративной АБС и на атой основе рааработать рабочий алгоритм для управления ее функционированием.
Методы исследования. В работе использован метод математического моделирования рабочего процессе затормаживания- колеса автомобиля с рекуперативной АБС в гидроприводе тормозов и экспериментальные исследования на автомобиля ЮК-2І26.
Объект исследования. Легковой автомобиль Ш-ZIZS с рекупе-
ративной АБС производства п/о ШМАШ в тормозном приводе. Макет
_ 4 -
блока управления, реализующий разработанный алгоритм.
Научная новизна. Исследовано влияние закона изменен; уставки в зависимости от линейной скорости оси колеса на ei эффекгишость и устойчивость при тірможении с рекуперативне АБС б тормозном приводе. Обоснована оптимальная форма : эвисимс ста fSzJ(V) применительно к легковому автомобилю малого классг исследовано влияние основных конструктивных параметров рекупе ративпог АБС (приведенное к обороту колеса число выступе кулачка, время запаздывания срабатывания) и эксплуагациоаны факторов (стохастический характер изменения коэффициента сцеп ления по пуд, податливость подвески в плоскости вращенк колеса) на эффективность к устойчивость торлояения колеса.
Практическая ценность Создана математическая модзя "колесо", программа которой реализована на ЭВМ типа ЕС-І06І н; языке ФОРТРАН-4, здзкватность которой подтверждена натурньа экспериментам, позволяющая производить на стадии проектирована отладку алгоритмов управления работой рекуперативной АБС, Выполнен макет Олока управления, прошедзий проверку в дорожню условиях.
Реализация рабе-п. Созданный блок управления используется в Волгоградском политехническом институте для управления функционированием опытных образцов рекуператив: эй АБС, изготовленной в п/о кшіїї. Результаты исследования be ренн в учебный процесс.
Аігробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях ВолгШ в 1989-91 г.г., а гака» на региональной научно-технической конференции "Применение математических средств к задачам автомобильного транспорта", Волгоград, 1989 г.
Публикации. По материалам работы опубликована одва статья.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и рекомендации, прялогения и списка литература. Общий объал работы 158 страниц, в том числе 103 страницы основного текста, 39 страниц иллюстраций, 4 стр. таблиц. «УГСЙШШЕ РАБОТУ
Во введении обосновала актуальность теш диссертации,-формулируется цель исследования с дана общая характеристика работы.
В первой глав- проведен обзор литературных источников, госвяценшх задаче предотвращая юза колеса. Рассмотрены современные конструкції! АБС, их функции, пргкцш действия, типы и классификации. Проанализированы также суцзстЕущиа алгоритмы управл-дая ABC, с точки зрения бозмокностя их использования для управления функционирования рекуперативные ASC. Описано главное отличие рекуперативних АБС от традиционных в фззе растормазива-ния, зоаюжюсти их применения и перспектива рзспространенш на массовых недорогих автомобилях. На основе проведанного анализа, сформулированц задачи управления.
Во второй глаье приводится описание разработанной математической модели "колесо" торхотенил колеса с рекуперативной ABC для исследования рабочего процесса и на згой основе проведена отладка алгоритма управления. В математической модели нормаль- ная реакция на колесе задается в виде -bwt
где Rzo - начальное значение норкалшл нагрузки; &z, bz. п^ - коэффициенты.
Учет изменения динамического радиуса колеса производится
по формуле
гд = г; > - Л!Усш- <2> .
где Сш - нормальная жесткость вини;
г - значеній радиуса колеса прл нормальной нагоузке. Касательная реакция находится по обычной зависимости
«і = <3>
где ф - текущее значение коэффициента сцепления в функции от проскальзывания.
Последняя зависимость задается с помоі^ьв плавных функций в виде
гле Sx - коэффициент проскальзывания;
Ч>0 - коэффициент сцепления заблокированного колеса; kj - коэффициент, учитыващнй снижение сцепления с ростом линейной скорости автомобиля; as, bs, cg- коэффициента апроксимацій, определяющие тип поверз-носи. Особенностью математической модели является учет инерционности и гистерезиса тормозного механизма, моделирование тормозного привода по выходным характеристикам, моделирование дорожных условий при стохасгаческсм задании изменения коэффициента сцепления по пути с помощью корреляционной зависимости вида
R(S) = (-0^^, (5)
где о2 - дисперсия; ч
а - коэффициент затухания; в - основание натурального логарифма.
енка кг. „єства торжжетя кол. :з производится по спедутас?»
птериям ,
1. Средя5ре2:жіс-із:^Е:о значения коэ;пд1ентов сцеплзшя л
носитзльного прсскальгяЕПіпл.
<>ср = ^4«/'«,),
^ = 1^^^^1^- <6>
;е t1 и tK - С0ОТГ.ЗТ0ТБ8НКО eccv начала работа АБС и мша юцесса.
2. Дисперспи, срс-днеквгдратэте скор отклонена и коэф^щз-
t? гарпашія, которі'з глт.іслястся по ормулгм
с2 = — 2 .^ - ?, а о=і v
о = /с2^, (7)
г» = о / г,
іе л - число изгов расчета;
Ка основе математической моделі созде :а основная программа ECJP, которая списывает процзсс тоемоеєшя колеса с рекуперз-иеной ГС. Бпок-jxs:-:a програм, показана ка рис.1. Кроме того, с-здзн ряд всяемогатальші програм. Например, AiaOPT.c, поисво» стерег велась отладка а выбор оптимальної зависимости ыда S^KV), AIGOR, реализующая разработанной рабочий алгоритм прЕзлэшм; 13НЛ7, которая црздвазначеьэ для авгоаатизации асчгтз коьй-тцкгнтов задаваемого полинома tSTl(7) и другеє.
^ля вывода на печать конечной ивЗзэрцзцги предназначена одггрсгракма исепдогрзфіа-лі PGRV. Програма рзсчигзна на вывод а печать графической информация оо иомензнги шеста параметров
Блок-схема програла "RECUP"
' ввод исходных данных.
блок задания \ нормальной нзгрурчи
олок определения данатаческого радиуса колэса
г11-
расчет оценок Ч качества торможения
блок аадаам типа поверхности
программа гасчеаа
сіуча&ях функ
Ч'т»-^
насчет параметров затормокенного колеса
определена сигналов датчика
Ч^алгор
Набор алгогстков
| расчет даєлекш в РГЦ
«гм управления
сзсчег ЕЗМЗНИЗНИЯ давлежя рабочего тела
ЭлСПйрй..:зНТ2,ЛЬКл
алгоритм
г5"
учет хэпактетастак мімоза
1 СК-
ОЛОК фОрМфОЕаНЕЯ US43TZ г*-
/ вывод еэ печать /
стоп
Ркс.1
затор.мягсівасмего колеса (-угловых скорое.и и замедления .кзлеса, тормозного момента, дзздбіг'я в термосном праводе,, перзмзцения моста и проскальзывания колеса).
Проверка адекватное :и проведена на созданной дорожной лаборатории на баз^. автомобиля ИЛ-2І26, которая оборудована необгеджеч измерительной и рэгистрирукздей -ппарат,роЛ для проведошія доро;жых .спыгаккЯ разработанного блока управления * па реально;.', объекте г.сследовзнгя. Проверка адекватности модели осуществлялась на основе сравнительное" оцзыя результатов численного моделирования (ЭЦЕ'Л EC-ICSI) и реального эксперимента (доро;-дш<э испытания) по четыреч гакодпиа параметра?/.: частота ергбатниаы:-? AEG на определенно:,! типе поверхности дорога, ггрсдолінс.-.-у замедлен;!»' коле з, чеменэнню угловой скорости колеса и тормозного ые.чзнта. Отклонения предельных значена* рассматр'-із^е:^':-: параметров яе прзгьшют 107. Наилучпая сходимость (погрзкюсть менее 2,5) достигнута для тормозного ыскен-та. Это дает основание заключить, что разработанная модель адекватно егтсывает реальный ггроцесс.
3 третьей главе изложено исследование рабочего процесса
колеса с рэхупер-тквЕсй АБС на ссноез использования типовых
алгоритмов. Здесь аэ проведены описание физической картки
торможения колеса с рекуперативной АБС и результаты исследова
ния влияния Форш зависимости CS^HV) на выходные характериств- «'
ки колеса. 3 качестве исследуемого полінома мято трехсгзпонкоэ
уравнение Еида - »
Г52) = а,+ ag.V t a3.«V2+ ад.?3, .(8)
где IS ] - значение коэффициента просксльвывзная колеса,^ при котором происходит срабагаваекіе АЕС (точка застройка):
7 - линейная скорость автомобиля (оса колеса);
aj - значение проскальзывания прл V = 0 (начальное значение проскальзывания); ug.ag к а4 - коэффициента голеноно.
Данное уравнение позеоляє" моделировать слэдущке законы изменения уставки срабатывания АЗС в завіїсіжосгл от линейной скорости тормсгения автомобиля: not гоянная величина уставки, ее. линейное снижение и параболическую зависимость по ' мэре изменения скорости с выпуклой и вогнутой формами (см.рис..2а). Определение козНецкэнтоз псинома производится с помощью специальной подпрограммы DRAV на осново координат, шести точек, взятых произвольно в плоскої системе исследуемой форкш данного полинома. Исследования показали, что в качестве оптимальЕо2 фэрмы для разработки алгоритма управления АБС рекугоративного типа целесообразно использовать S-образнув зависимость, т.е. уравнение вада:
[31:=0,147-0,002337+0.0017172-0,000061473. (З.*6)
Найденные коэффициенты вводились в программу ALG0PT, в качестве экспериментального алгоритма управления. Для S -образной Форш' полинома были определена оптимальные зоны (см.рис.20) точки перегиба кривой по значениям линейных скоростей центра масс автомобиля получены интервалы ?=6-10 ч/с и а1=0,10-0,2 для автомосиля типа iffi-2126. Уточненные расчет-, позволили определить координаты точки перегиба (V*=8 и/с, а1=0,212) при начальной значении а., =0,15.
В четвертой главе дается описание разработанного алгоритма управления, исследуется влияние способов его реализации на эффективность торможения колеса "с рекуперативной АБО. Кроме того, представлена разработка алгоритма и его реализация в виде
- II -
РэссмотрйЕаемые вида закісимосте:* ISZ3(V) (а), и ошкіадьпрч фор/а полинома (б)
У L/C
-
- постоянное значение уставки
-
- .ТИН32Н2Я фотаэ ИЗ:.!Є"9ЕНЯ УС!ГЙКИ
-
- кгаяратзчная Форма изменения уставал
б) tSs3 0,3
20 7, П/С
67 !Э, С П
- 12 -макета экспериментального блоха упразлешы. Прлведенэ блок
СЇЄМЗ ЛОГЕЧеСІСОГО устройства КЛЪ. СПрОДРЛеЫИ ПрОСКЯЧЬЗИЕ^ІИЯ' И
осьове їжїорі^ац'.'л об угловой скорости колеса к .ьгрзботки ко канд. показана на рис.З.
Блок-схема логического устройства
да тчи; колеса
-нуоилтель -
Оі'р ІНЇІ"ИТЄДЬ
-J
ІПЧН
иелиэЯшй Филъар
ЗБЄК0 I |3EGH0llj
rv'-''K-Ji-ек-ц»іа; opjj
SKaJHS^Topa -Н сигнале
-~FT
фоп-кропатель порогов . р*-
J
щфроьая честь
команда
Ркс.З
Больпое внжзшіе было уделано способам реализации опта калькой S-oSpasHOjl формы полинома. При этом быт рассмотрен: три способа реализации: линейная аппроксккацЕЯ, кусочно линейная со "сі'уіьнькой" в области оптимальных скоростей : кусочно-линейная эдрокикаиля греки участкаиі. Исследована, доказалз, что толг-о два последних способа (см.рис.4) позволяй 8ф$ективно ревизовать рабочий алгоритм управления, разработал вый ранее в главе S.' Ь!а тематические выражения при регдпзаид алгоритма по второму способу (кусочно-линейная апрэкскмация г "ступенькой" б середине),(см. рис.4з), имеет вэд: з области низких скоростей
ISX1'= ^+ a-3'V, при \%iV*l и куаь-*3; (10)
- ІЗ -
З СбЛЗСЇЯ EUCCXIEC СКОрССТЄЙ
[S ) = а4+ sl^'1, лр-л 7>[V*3 л ц>к>[ш*), где (V*) [»*] - соответствен:-» пороговые значатся лкнейсЗ 2
7ГЛ02С2 СКОрООТЙ.
Псз реализации алгоритма по третьему - спосозу (кусочкс-лжейная гпооксзашя грєкя участками, см.рис.46), :оответотзу?2зк ураьнзпия и.'.еют Bit* [S3 = з>+ a^-V, при 7
После выбрз порогов [Уз, [Ц] скло прсЕЭДокэ исслєдоезкіз влііяггіія кекструкпіьккх и гксплуатаївкшох фзктороз нз уноко-с:сс~глгл? рекуперативной АБС. упраьлекіз которое осуществлялось со рззраЗотіг:іО'-',у вісо алгоритму. В ь .честве конструктивных і.г:тсроз с?іло леел-здовгно вли.янл» Бременя заіжлдогнкя отраоот-кк ксмэ::~г т , 'і ігріведя-люго количества зкступоз кулачка, Еір:Еодяг;?зся т_т ол;я оборот колеса г^. В качестве примера на рис. 5 и 6 приведена «їрагкзнга зависимостей срэднерэзлизовгняыя коэффициентов сцепления її проскальзывания от двух HaSSSHHKX конструялзкйс факторов. Результата свидетельствуют, что при увеличении х з п^ проявляется явне вкразенная тенденция к снижении аїфектввносги. Однако это е :звзно . ггоогиеопмозеед процессами: снижением г*$$екпгеностк при излпкем расторкзкиза-шсі и еэ ростом у заблокированного колеса (затупеьзннве точки нз графив). В связи с этлм наибольший интерес представляют результата при зх,=15,6, егкдетелъствугеие об оптимизация этого параметра за счет обеспечения тормокеЕиа в области экстремуме Ф<5)-дизгр:и.ы. сеновней целью исследования влияния эксплугть-іпскЕах факторов на работай процесс рекуперативной АБС являлась
- U -
Отнмалк-ай Еэрнант реализация уставки при еэ . кусочн. -лшейаой впцроксилцки со "ступенькой'- (а) -. и тремя участками (б;
IS-W.m/c
67 а). 1-1
19.(^ .М/С
67 Е»,с-1-
Н 21 28 35 42 Рис. і
Зависимость срвдггэреализоваянсго кс;фщиэнта сцепления
от времени запаздав&яия отработки команда и количества
выступов кула'їков, при-одягкхся на одш оборот, колеса при
торге .енил ка заснеженном асфальта
19.5
0.020
%
V с
о - удовлетворяет требованиям Правої 13 ЕЭК ООН е- ве удовлетворяет требованиям по предельной скорости
ЕбОбрЗТМСГО Ю38 К0Л8С
Рис.5
Зависимость средаереализованного коэффициента
проскальзывания от времени запаздывания отработки команды г
количества выступов кулачков, приходящихся на одзш оборот
колеса при торможении на заснеженном асфальте
о"- удовлетворяет требованиям Правил 13 ЕЭК ООН
- не удовлетворяет требованиям по предельной
скорости необратимого вза
Рес.6
проверка помехоустойчивости алгоритме. В качестве основных помех учтено стохастическое изменение коэффициента сцепления по пути и колебания статора датчика из-за угловой податливости подвески в плоскости временна колеса. Исследования подтвердили, что разработанный .лгоритм оказался помехоустойчив, достаточно эффективен и надежен при торможении с рекупрративне 3 АБС на всех типах дорошогс покрытия.
В приложении приведеш оскоіная программа KECUP, подпрограмм ALGOPT и ALG0B, а такке распечатки вш. )Дной информации процесса-торчовения колеса с рекудараг :свной АБС с блоком управления по разработанному алгоритму.
