Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Анализ современных средств повышения активной безопасности автомобиля 11
1.2. Анализ средств, применяемых при проектировании автомобилей 13
1.3. Анализ нормативных требований к тормозным системам 21
1.4. Анализ средств испытаний тормозных систем автомобиля 26
1.5. Цели и задачи исследования 33
Глава 2. Разработка средств оценки активной безопасности автомобиля с АБС в лабораторных условиях 35
2.1. Математическая модель автомобиля с АБС и его подсистем для лабораторных доводочных испытаний 36
2.1.1. Уравнения, описывающие движение колеса в режиме торможения... 40
2.1.2. Математическое описание траектории движения автомобиля 46
2.1.3. Моделирование работы тормозного механизма 48
2.1.4. Моделирование работы рулевого управления 51
2.1.5. Моделирование работы подвески 53
2.1.6. Моделирование работы трансмиссии автомобиля в режиме торможения 55
2.1.7. Моделирование дорожных условий движения автомобиля 56
2.2. Основные принципы построения систем сбора, обработки сигналов при проведении испытаний 59
2.2.1. Системы автоматизации проведения исследований 59
2.2.2. Система сбора данных и управления на базе IBM PC совместимых компьютеров 61
2.2.3. Программное обеспечение 68
2.3. Подбор производительности компьютера с учетом параметров расчета математической модели 75
2.4. Условия достоверного моделирования визуализации движения автомобиля 85
2.5. Выбор устройств нагружения обеспечивающий воспроизведения тактильного канала информации воспринимаемой водителем 93
Глава 3. Реализация моделирования процесса торможения на основе применения имитационного стенда-тренажера 99
3.1.1 Устройство нагружения для реализации канала тактильной информации на рулевом колесе 102
3.1.2 Тормозная система имитационного стенда-тренажера 103
3.1.3 Сопряжение гидромеханической и электронно-вычислительной части стенда 111
3.1.3 Программное обеспечение имитационного стенда-тренажера 114
3.2 Результаты моделирования процесса торможения на имитационном стенде-тренажере 131
Глава 4. Методика оценки соответствия активной безопасности автомобиля с АБС нормативным требованиям на имитационном стенде-тренажере ...148
4.1. Место имитационного стенда-тренажера в цикле испытаний тормозных систем 149
4.2. Методика проведения подготовительных работ 151
4.3. Порядок проведения испытаний по оценке активной безопасности автомобиля с АБС на имитационном стенде-тренажере 157
4.4. Методика обработки экспериментальных данных 166
Основные результаты и выводы 169
Список использованной литературы 171
Приложение
- Анализ средств, применяемых при проектировании автомобилей
- Основные принципы построения систем сбора, обработки сигналов при проведении испытаний
- Результаты моделирования процесса торможения на имитационном стенде-тренажере
- Методика проведения подготовительных работ
Введение к работе
Мировой автомобильный парк в 1990 г. превысил полмиллиарда единиц и ежегодно увеличивается на 17-20 млн. автомобилей. Автомобиль является объектом повышенной опасности. Более 300 тыс. человек ежегодно гибнут в дорожно-транспортных происшествиях и это, не считая увечий и ранений. Поэтому повышение безопасности автомобиля продолжает оставаться одним из основных направлений в развитии автотранспорта.
Безопасность движения автомобильного транспорта в значительной степени определяется тормозной динамикой и устойчивостью автомобиля в режиме торможения.
В настоящее время все автомобилестроительные фирмы идут по пути создания различных автоматизированных систем управления [80], функциональные возможности которых уже сейчас во многом превышают возможности водителя. Созданы и создаются все новые электронные системы управления двигателем, сцеплением, коробкой передач и т.д., направленные на повышение эксплуатационных свойств автомобиля - прежде всего его безопасности, экономичности и экологичности. Уже в 1994 году доля электронных и микропроцессорных систем управления в общей стоимости серийно выпускаемых зарубежных автомобилей составляла 10-15 и % (в российских автомобилях всего 2-3%) [92].
Тормозное управление является важнейшим элементом обеспечения безопасности движения автомобиля. Новым этапом в длительном процессе его совершенствования стало создание антиблокировочных систем (АБС) [70], которые обеспечивают повышение активной безопасности автомобиля.
Такое широкое и уже обязательное для некоторых категорий автотранспортных средств, применение АБС [27,62] обусловлено их основными свойствами: способностыо сокращать тормозной путь (особенно на скользких по-
верхностях - до 10-20 %), сохранять устойчивость и управляемость автомобиля
при движении и торможении в различных дорожных условиях.
%10СЬ 99
87*
66 і
60 Ё
.«
Малый класс Нижний средний Средний класс Большой класс
класс
Г 1990 1993 Ш1995 :.. 1997
Рост числа новых европейских автомобилей, оснащенных АБС. В связи с активизацией работ по внедрению АБС на автотранспортные средства на первый план выступает проблема проведения испытаний автомобилей с АБС [44,45,49,54,55,56,57,78]. Опытные образцы АБС перед постановкой на производство последовательно проходят (согласно ГОСТ 16504 [11]) доводочные, предварительные и приемочные испытания. Полигонные испытания автомобилей с АБС проходят в чрезвычайно неблагоприятных дорожных условиях и крайне опасны. Доводочные испытания проходят неотработанные образцы с плохо изученными характеристиками. Последствия полигонных испытаний в этих условиях становятся непредсказуемыми. Для того, чтобы результаты дорожных заездов были достоверными и стабильными, необходимы
специальные дорожные сооружения, которые имеют ровные гладкие покрытия из материалов, стойких к воздействию эрозии и температуры. Подобные сооружения дорогостоящи (свыше 1 млн. долларов) и в нашей стране имеются лишь на автополигоне НИЦИАМТ.
Таким образом, исходя из требований безопасности и по экономическим соображениям, целесообразно максимально сократить объем дорожных испытаний и значительную часть исследовательских и доводочных работ выполнять в лабораторных условиях. При этом необходимо учитывать действия водителя по корректированию траектории движения автомобиля в режиме торможения. На защиту выносятся:
Методика построения и средства реализации имитационных стендов-тренажеров, использующих методы комплексной технологии моделирования для режима доводочных испытаний автомобиля с АБС.
Имитационный стенд-тренажер для проведения доводочных испытаний АБС.
Результаты имитационного моделирования.
Условия и режимы проведения доводочных испытательных работ на имитационном стенде-тренажере, которые позволяют в полной мере учесть требования основного международного нормативного документа - предписаний, касающихся испытаний тормозных систем, оборудованных антиблокировочными устройствами (приложение 13, к правилам 13 ЕЭК ООН).
Лабораторный метод проведения доводочных испытаний АБС, позволяющий учитывать режим корректирования траектории движения автомобиля водителем, в процессе торможения, предусмотренное нормативными требованиями.
Диссертация выполнена на кафедре «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей» Волгоградского государственного технического университета, в соответствии с НТП «Транспорт» 2001-2002 г. (Тема 205.03.01.14).
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.т.н., проф. А.А. Ревину за помощь, оказанную в выполнении настоящей работы.
Анализ средств, применяемых при проектировании автомобилей
В области проектирования и производства автомобилей за последние годы произошли очень серьезные изменения. Можно даже заключить, что цифровые технологии набрали в середине 90-х годов некую критическую массу, которая позволила почти всем крупным производителям разом совершить качественный скачок. Конкурентная борьба вынуждает производителей все больше и больше сокращать сроки разработки и организации производства новых моделей. Поэтому без систем автоматизированного проектирования (САПР) и применения современных исследовательских методик рассчитывать на успех не приходится. Кроме того, про изводимую продукцию необходимо сертифицировать согласно международным нормативам и требованиям.
Для запуска новой модели автомобиля в серийное производство, необходимо проведение большого количества испытаний, в ходе которых ведется проверка на соответствие нормативным требованиям, как автомобиля в целом, так его отдельных узлов и агрегатов.
В этих условиях наиболее острым становится вопрос о выявлении ошибок на ранних стадиях проектирования автомобиля. Об этом красноречиво свидетельствует сделанная экспертами автомобильной компании General Motors оценка, во что обходится исправление ошибки в конструкции на примере одной детали (рис. 1.5).Из приведенной диаграммы видно, что основной скачек затрат в результате ошибок проходит на двух переходных стадиях - до и после проведения испытаний (Е).
На первых этапах проектирования (А - D) избежать большинство ошибок позволяют комплексы САПР, которые можно подразделить на несколько семейств: CAD-системы (черчение), САМ-системы (организация производства) и САЕ-системы (инженерные расчеты). Наибольшее применение в автомобилестроении нашли следующие системы автоматизированного проектирования: CATIA (www.catia.lbm.com) — совместного производства Dassault Systems и IBM (эту систему используют 11 ведущих автомобилестроителей Chrysler - 2800, ГАЗ - 130, ВАЗ - 100 рабочих мест), Urographies и Solid Edge (www.ug.eds.com) -— производства фирмы Urographies Solutions (ВАЗ, КамАЗ), Pro/Engineer (www.ptc.com) — производства Parametric Technology Corporation (РТС) (ИЖ, КамАЗ), а также многочисленные системы фирм Autodesk Inc. (www3.autodesk.com) и другие. Это наименее ресурсоемкие и не дорогостоящие виды исследования —математическое моделирование, но при этом обладающие рядом недостатков. Хотя в последнее время все большее применение находят мощные программные САЕ комплексы как ADAMS, которые позволяют проводить виртуальное прототипирование, основанное на автоматическом построении и решении уравнений Эйлера - Лагранжа.
Однако составление адекватной математической модели работы системы невозможно без проведения ряда физических испытаний элементов систем. При всех неоспоримых достоинствах подобные комплексы обладают и недостатками, например, затруднен учет влияния неточности изготовления вследствие технологических требований и культуры производства предприятия изготовителя.
Компьютерная программа ADAMS — это приложение для автоматизированного анализа (САЕ) механических систем. Назначение программы состоит в прогнозировании поведения таких систем, которые могут быть описаны законами динамики твердого тела.представляют собой традиционный подход при анализе механических систем. В уравнениях (1.1) -(1.2) применяются следующие обозначения:
Систему уравнений (1.1)-(1.2) можно представить в программных кодах. Численное интегрирование уравнений, выведенных из формулировки Лагранжа (1.1), позволит описать движение самых различных механических систем.
Дифференциальные уравнения (ДУ) в системе (1.1) можно свести к уравнениям 1-го порядка путем стандартной подстановки новых зависимых переменных вместо каждой производной высшего порядка. Линейное перемещение описывается в прямоугольной системе координат. Угловое перемещение можно описывать различными способами; в решателе ADAMS используются углы Эйлера. Результаты расчета угловых положений и скоростей в ADAMS можно выводить в различных представлениях по выбору пользователя.
Связи, присутствующие в механической системе, могут использоваться для уменьшения общего числа неизвестных — это позволило бы сделать разрешающую систему ДУ более компактной. Однако, в ADAMS применяется иной подход: уравнения связей добавляются к набору ДУ, формируя таким образом задачу Коши для ОДУ с алгебраическими уравнениями связей.В итоге, анализ работы механизма в коде ADAMS сводится к численному решению дифференциально-алгебраической системы уравнений с применением различных алгоритмов. Численное решение системы дифференциальных уравнений ведется в формулах дифференцирования назад (BDF) с переменным шагом интегрирования. Для решения нелинейной алгебраической системы применяется итерационный метод Ньютона-Рафсона.
Для вычисления якобиана нелинейной системы в ADAMS применяются аналитические выражения. В рамках итерационной схемы разложение якобиана на верхнюю и нижнюю треугольные матрицы ведется автоматически с выбором ведущего элемента на каждой итерации. При этом ADAMS учитывает естественную разреженность матриц. Управление процессом решения сводится к:повторному вычислению якобиана после определенного количества итераций,определению оптимального набора ведущих элементов для точного решения линейной системы при максимально возможном сохранении разреженности матриц. Таким образом, при наличии определенных преимуществ в альтернативных методах, программный код ADAMS реализует подходы, рациональные как в плане математической постановки, так и численной реализации.
В рамках алгоритма ADAMS решается связанная дифференциально-алгебраическая система уравнений. Решение состоит из следующих этапов:1. Дифференциальные уравнения приводятся к системе первого порядка;2. Конечно-разностные формулы численного дифференцирования назад используются для приближенного представления производных;3. При интегрировании решается большая разреженная нелинейная система алгебраических уравнений;4. На каждом шаге интегрирования метод «предиктор-корректор» переменного шага и порядка позволяет оценить и уточнить решение;5. Итерационная процедура Ньютона-Рафсона применяется для решения нелинейной системы уравнений.Хотя ADAMS и демонстрирует свою эффективность в качестве приложения для автоматизированного анализа, он все же обладает рядом недостатков. Относительные преимущества и недостатки методов, применяемых в ADAMS, приводятся ниже.
Основные принципы построения систем сбора, обработки сигналов при проведении испытаний
Системы сбора, обработки сигналов и управления на базе IBM PC совместимых компьютеров, в настоящее время все шире используется для автоматизации промышленности и транспорта. В общем случае любая подобная система состоит из аппаратной и программной частей. Средств для сбора, обработки и анализа аналоговых (АЦП/ЦАП) и дискретных электрических сигналов, а также нормализации (приведения к стандартным диапазонам электрических величин) сигналов от первичных преобразователей (датчиков) физических величин, и средств для вывода информации из компьютера, управление исполнительными устройствами и коммутации сигналов и нагрузок.
Рассматривая особенности применения компьютеров в планировании и проведении исследований, нельзя не учитывать, что эта сфера не является обособленной и в той или иной степени воспринимает тенденции компьютерного рынка.
Принципы управления такими автоматизированными модулями следующие: от системы датчиков информация поступает в контроллеры, где преобразуется и обрабатывается в соответствии с заложенными в память контроллера алгоритмами. Если поток данных превышает производительность контроллера, или требуется более глубокий анализ данных и обработка их по сложным алгоритмам, то вместо контроллера устанавливается микро-ЭВМ, имеющая отличия от PC: так как управление должно производиться в реальном масштабе времени, используется большое число каналов обратной связи к сервоприводам и исполнительным агрегатам. Потому и требовались специализированные программируемые контроллеры (ПК) и специализированные микро-ЭВМ.
Особенности проектирования и испытаний новых изделий, подготавливаемых к запуску в производство, требовали более производительной и мощной техники, что побудило к созданию рабочих станций, сосредотачивавших в себе возможности мини-ЭВМ размещавшихся на столах проектировщиков и технологов. Список фирм-производителей рабочих станций только в США в 1984 году насчитывал более 45 наименований.
Системы сбора, обработки сигналов и управления, построенные на базе IBM PC совместимых компьютеров, в настоящее время все шире используется для автоматизации различных отраслей промышленности и транспорта. Данные системы имеют более высокую универсальность при применении в научно-исследовательских лабораториях. Это обеспечивается лишь в том случае, если данная аппаратура не работает в жестких условиях (повышенная температура, влажность и т.п.). Построение систем сбора и обработки информации (плат ввода/вывода) на базе IBM PC совместимых компьютеров не требует значительных капиталовложений по сравнению с промышленными системами.
Серия плат ввода/вывода сигналов для IBM PC совместимых компьютеров включает в себя весь диапазон необходимых в работе инструментов для сбора и обработки информации: от простейших недорогих АЦП, ЦАП, ЦВВ до быстродействующих, мощных, насыщенных сервисными возможностями плат со встроенным сигнальным процесором. Устройства такого типа, собранные в единую систему сбора данных и управления, предоставляют Вам возможность быстро и эффективно решать задачи в широком диапазоне приложений от лаборатории до заводского цеха.
Разнообразие плат позволяет сделать оптимальный выбор при решении конкретной задачи:Наличие развернутого программного обеспечения под DOS, так и под WINDOWS 3.x, 95/98, NT4.0/5.0 позволяет быстро и эффективно создавать законченные решения в привычной среде программирования ( Pascal/Delphi, Visual С, Visual Basic, LabView, Borland С, Watcom С и т.п.)
Одна отдельная плата сбора и обработки данных не всегда в состоянии решить все задачи, стоящие перед пользователем. Однако ассортимент продукции, выпускаемой фирмами производителями плат АЦП/ЦАП, позволяет создавать системы сбора и обработки аналоговой и цифровой информации , куда могут входить несколько плат, а также различные дополнительные (внешние) устройства, что позволяет пользователю полностью решить его задачу с минимальными затратами и максимальной точностью .- Мини система - готовые, серийно выпускаемые платы, компьютер, необходимые межплатные соединения, стандартное программное обеспечение, входящее в комплект поставки плат. Стоимость работ при этом составляет 23% стоимости комплектующих.- Миди система - готовые, серийно выпускаемые платы и по необходимости платы, разрабатываемые именно для этой конкретной системы, компьютер, необходимые межплатные соединения, стандартное программное обеспечение ( том числе и для новых устройств ). Стоимость работ при этом составляет не менее 50% стоимости комплектующих, входящих в систему, не включая стоимости разработки новых устройств.- Макси система - Частично, это готовые, серийно выпускаемые платы, но в основном - новые устройства, необходимые именно для этой системы, компьютер, необходимые межплатные соединения и программное обеспечение, разработанное именно для этой системы. Стоимость работ при этом до говорная, на основе технического задания и калькуляции работ, согласованных обеими сторонами.
Этап 1: определение фундаментальных параметров системы Определяется назначение и область применения системы. Определяется состав данных, необходимых для работы системы, количество входных параметров. Определяется необходимая скорость сбора данных, частота дискретизации, типы входных сигналов, требования к точности измерения входных и выдаче управляющих параметров. Определяется темп работы системы и условия эксплуатации. Этап 2: выбор технических средств
На основании анализа результатов первого этапа определяется потребность в средствах аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигналов (АЦП/ЦАП), дискретного ввода-вывода, а также необходимость использования интерфейсов RS-232 и RS-485. Возможно использование устройств с шиной ISA или PCI. Выбор технических средств базируется на следующих основных критериях: Тип и число входных и выходных каналов;Тип аналоговых входов (дифференциальный или с общим проводом); Разрешение АЦП/ЦАП; Скорость обработки данных; Программная поддержка.Этап 3: подбор программного обеспечения
Программное обеспечение в наибольшей степени определяет пригодность системы для решения данной задачи, ее эффективность, надежность и легкость модификации. Выбор программного обеспечения базируется на следующих основных критериях: Вид операционной системы; Опыт и навыки пользователя в программировании; Совместимость
Результаты моделирования процесса торможения на имитационном стенде-тренажере
Рассматриваемый имитационный стенд-тренажер создавался с целью проверки возможности использования комплексной технологии моделирования в процессе доводочных испытаний автомобильных автоматизированных тормозных систем на тех принципах, которые были сформулированы во второй главе, с учетом современного уровня развития лабораторных средств измерений, вычислительной техники, нагружающих устройств и теории автомобиля.
Для сравнения характеристик протекающих процессов в режиме торможения за исходные данные примем результаты проведения дорожных испытаний автомобиля ИЖ-2125 оснащенного АБС (Рис. 3.23).
Результаты эксперимента, проведенного на имитационном стенде-тренажере приведены на Рис. 3.24-3.35.
Необходимо отметить ряд допущений принятый при проведении эксперимента: Рулевое управление ВАЗ классической компоновки отличается от ИЖ-2125 передаточными числами рулевого привода. тормозная система ВАЗ-2106 отличается ИЖ-2125 расположением контуров гидравлического привода (осевое - ВАЗ-2106 и диагональное ИЖ-2125); Поскольку испытывались тормозные системы одинаковых по классу легковых автомобилей, и в том и в другом случае были установлены: блок управления НИИАП-КЗАМЭ; модулятор ИЖ; электромагнитный клапан УЭ-24/1-2. Учитывая приведенные допущения определяемый АБС качественный характер протекания процессов должен быть одинаков для дорожного эксперимента и имитационного стенда-тренажера. Исходные данные при проведении испытаний: 1. Коэффициент сцепления дорожной поверхности - однородный 2. Траектория движения - Прямая 3. АБС трехфазная 4. Структура на передней оси - MIR 5. Структура на задней оси - SL на кардане 6. Коэффициент сцепления справа - 0.7000 7. Коэффициент сцепления слева - 0.7000 8. Угол поперечного уклона - 0.025 рад 9. Начальная скорость: 18.00 м/с При исследовании торможения автомобиля в дорожных условиях и на стенде отмечается одинаковая частота срабатывания АБС, являющаяся приближенной, но достоверной оценкой работы АБС. Значения давлений при торможении, зафиксированные и в том и в другом случае, в соответствующих дорожных условиях близки. Рис. 3.35. Осциллограмма процесса изменения тормозного пути, бокового смещения и курсового угла (имитационный стенд-тренажер) Таблица 3.5 Зависимость времени расчета от параметров испытаний Тип микронеровности Изменение коэффициента сцепления Количество фаз АБС Структурана переднейоси Структурана заднейоси Коэффициентсцепления справа/слева Длительность процесса торможения, сек Время расчета, сек Идеально гладкая поверхность Однородный 2 Юз Юз 0,7/0,7 3,3919 0,331 Микронеровности Однородный 2 Юз Юз 0,7/0,7 2,9340 0,271 Микронеровности Микст 3 Юз Юз 0,7/0,3 1.9850 0,211 Микронеровности Однородный 3 IR IR 0,7/0,7 3.7319 0,391 Микронеровности Микст 3 IR IR 0,7/0,3 1.9850 0,190 Микронеровности Однородный 3 SLL SLL 0,7/0,7 4.2339 0.490 Микронеровности Микст 3 SLL SLL 0,7/0,3 4.9228 0.521 Микронеровности Однородный 3 SLH SLH 0,7/0,7 3.7299 0.391 Микронеровности Микст 3 SLH SLH 0,7/0,3 1.7950 1.899 Идеально гладкая поверхность Однородный 3 MIR SL кардан. 0,7/0,7 3.9399 0.361 Идеально гладкая поверхность Однородный 3 MIR MIR 0,7/0,7 3.7889 0.341 Микронеровности Однородный 3 MIR SL кардан. 0,7/0,7 4.0829 0.3799 Микронеровности Микст 3 MIR SL кардан. 0,7/0,3 2.0630 0.2000 Микронеровности Шахм. доска 3 MIR SL кардан. 0,7/0,3 3.9889 0.3799 Микронеровности Однородный 3 MIR MIR 0,7/0,7 3.7319 0.3510 Микронеровности Микст 3 MIR MIR 0,7/0,3 1.7170 0.1700 Микронеровности Шахм. доска 3 MIR MIR 0,7/0,3 3.9549 0.4010 147 Можно отметить следующую характерную особенность для сравнения дорожных экспериментов и стендовых испытаний - корреляционная связь между угловой скоростью колеса и давлением тормозной жидкости: АБС регулирует давление в соответствии с изменением рассчитанной персональным компьютером угловой скорости колеса.В таблице 3.5 приведены результаты замеров времени торможения автомобиля и времени расчета математической модели процесса торможения модулем Server.
Результаты замеров позволяют сделать вывод о том, что с применением вышеприведенной методики удалось реализовать работу имитационного стенда-тренажера в реальном масштабе времени.
Итоговые результаты, полученные при проведении эксперимента на имитационном стенде-тренажере. Качество торможения колес Математическое ожидание проскальзывания: Правого переднего колеса: 0.3476 Правого заднего колеса: 0.3497 Левого переднего колеса: 0.2755 Левого заднего колеса: 0.1925 Дисперсия проскальзывания: Правого переднего колеса: 0.1057 Правого заднего колеса: 0.0705 Левого переднего колеса: 0.0706 Левого заднего колеса: 0.0395 Среднеквадратическое отклонение проскальзывания: Правого переднего колеса: 0.3251 Правого заднего колеса: 0.2655 Левого переднего колеса: 0.2657 Левого заднего колеса: 0.1987 Коэффициент вариации проскальзывания: 148 Правого переднего колеса: 0.9354 Правого заднего колеса: 0.7590 Левого переднего колеса: 0.9643 Левого заднего колеса: 1.0321 Параметры пололсения автомобиля Максимальное габаритное отклонение переднего бампера: -4.2242 Максимальное габаритное отклонение заднего бампера: 0.9040 Габаритное отклонение переднего бампера в конце торможения: -4.1667 Габаритное отклонение заднего бампера в конце торможения: -0.2532 Скорость в продольном направлении при окончании анализа: 0.2990 Замедление в продольном направлении при окончании анализа: -4.3875 Курсовой угол при окончании анализа: -0.2938 Тормозной путь при окончании анализа: 29.9589 Боковое смещение центра масс при окончании анализа: -1.6148 Продолжительность процесса торможения: 3.2289 сек В целом сопоставление полученных в лабораторных условиях закономерностей протекания основных контролируемых параметров процесса торможения легкового автомобиля с АБС показало их хорошую сопоставимость с результатами дороэ/сных испытаний. Расхождения обусловливались лишь различиями в конструкциях испытываемых тормозных систем и присущих любому реальному процессу нестабильностью параметров функционирования.
Методика проведения подготовительных работ
Подготовительный этап включает в себя следующие мероприятия:1) Выбор технических средств реализации моделирования: определение значений конструктивных и эксплуатационных параметров, являющихся входными данными математической модели; исполнительных механизмов; устройств, моделирующих сигналы датчиков АБС; средств реализации каналов визуального и тактильного восприятия водителем дорожной обстановки; измерительной аппаратуры; комплекса вычислительной техники; устройств сопряжения персональных компьютеров. Данные вопросы подробно рассмотрены в главе 2. данной работы.2) Сборка и отладка стендового оборудования: проводятся пробные запуски установки после подключения датчиков, приводов, устройств нагру-жения, источников энергии к объекту испытаний, собранного с точным соблюдением характеристик агрегатов тормозной системы и рулевого управления, присущих реальному автомобилю, а также средств визуализации движения.3) Проверка и настройка экспериментальных средств моделирования: тарировка измерительной аппаратуры, оценка погрешности измерительного канала; установка начальных параметров архитектуры и программного обеспечения персональных компьютеров; установка конфигурации математиче ской модели, проверка ее адекватности, а также оценка временных затрат на проведение вычислений; оценка достоверности воспроизведения сигналов датчиков АБС, визуализации движения, силовых и скоростных показателей устройств нагружения.
Перед выполнением эксперимента необходимо ввести конструктивные параметры автомобиля и его подсистем, данные по дорожной поверхности и водителю. 1) Весовые и геометрические параметры автомобиля: масса, приходящаяся на каждое колесо автомобиля в снаряженном и гружёном состоянии; координаты центра тяжести автомобиля; моменты инерции относительно вертикальной, продольной и поперечной осей автомобиля; база и ширина колеи автомобиля; плечо крена; координаты габарита. 2) Конструктивные факторы подвески: величина жесткости оси и рычагов подвески; характеристики амортизаторов и подушек (буферов); угловая жесткость подвески; жесткость стабилизатора поперечной устойчивости; свободный ход подвески. 3) Параметры колес: радиус качения колеса; величина дисбаланса и момента инерции колеса; величина осевого и радиального биения колеса; величина давления воздуха в шине; величина осевой, радиальной и крутильной жесткости шины; нормальный коэффициент демпфирования; коэффициент сопротивления уводу; стабилизирующий момент колеса. 4) Тормозная система: гистерезис тормозных механизмов; коэффициент трения тормозных накладок; 5) Трансмиссия: величина внутреннего трения осевых дифференциалов и колесных редукторов; передаточные числа; коэффициент блокировки дифференциала. 6) Тормозной момент двигателя и момент инерции вращающихся масс двигателя и трансмиссии. 7) Стабильность характеристик всех перечисленных параметров. Дорожные условия при моделировании характеризуют следующие вели чины: 1) радиусы поворота; 2) угол поперечного уклона полотна дороги; 3) величина коридора безопасности (допустимого интервала); 4) коэффициент сцепления заблокированного колеса с дорогой; 5) корреляционная функция, характеризующая флуктуацию сцепления по пути; 6) корреляционная функция, характеризующая флуктуацию микропрофиля по пути. Установка антиблокировочных систем на автомобиле позволяет водителю осуществлять коррекцию курсового движения в режиме экстренного торможения. Т.к. на имитационном стенде-тренажере реальный водитель принимает непосредственное участие в процессе торможения возможно получение основных характеристик водителя: чувствительности; времени предварительного обзора; постоянных времени; времени запаздывания; времени моторного компонента; зоны нечувствительности. На стенде возможна установка различных схем гидравлических тормозных систем и блоков управления для проведения испытаний. При этом кроме геометрических параметров взаиморасположения при сборке тормозной системы стенда, необходимо строго выдерживать следующие конструктивные параметры реальной тормозной системы автомобиля:величина усилия на педали тормоза; величина передаточного отношения педали тормоза; величина свободного хода педали; величина жесткости педали тормоза и кронштейна педалей; величина податливости панели крепления главных тормозных цилиндров; характеристика усилителя тормозов; величина усилия, затрачиваемая на растяжение оттяжной пружины и перемещение поршней главных тормозных цилиндров; наличие регулятора тормозных сил, его характеристики (тип, коэффициент передачи, порог срабатывания); материал, конструкция, диаметр, длина и величина податливости жестких и гибких трубопроводов; величина усилия необходимого для перемещения поршеньков рабочих тормозных цилиндров и колец автоматической регулировки зазора между тормозной накладкой и зеркалом тормозного барабана; величина жесткости тормозного щита; взаимное расположение опорной поверхности колодок, упорного штифта и установочного выступа на поршеньке рабочего тормозного цилиндра; величина жесткости и конструктивная возможность деформироваться опорной поверхности колодок; величина жесткости стяжных и прижимных пружин; величина жесткости, осевое и радиальное биение тормозного барабана; постоянная времени тормозного механизма; характеристики функционирования АБС (структурная схема, пороги срабатывания, количество фаз работы модулятора, суммарное время запаздывания на отработку команд, темпы нарастания и падения давления, максимальное и минимальное давление в системе); энергоемкость гидроаккумуляторов. Кроме учета особенностей испытываемой тормозной системы, необходимо учитывать параметры рулевого управления автомобиля, на который планируется установка данной тормозной системы [87,90]. Величина и динамика изменения усилий возникающих на управляемых колесах в процессе торможения; суммарный момент инерции деталей рулевого управления относительно шкворня; приведенное демпфирование деталей рулевого управления относительно шкворня; приведенная жесткость; величина углов наклона шкворня; величина жесткости и передаточного отношения рулевого механизма; величина жесткости рулевого привода; соотношение жесткостей левой и правой сторон рулевой трапеции; длина цапфы; угол развала колес;
