Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса. Постановка задач исследования 11
1.1 Анализ работ, посвященных методам испытаний наземных колесных транспортных средств 11
1.2 Стендовые испытания колесной техники. Обзор и анализ конструктивных особенностей и областей применения стендов с беговыми барабанами 18
1.3 Современный подход к решению задач динамики наземных колесных транспортных средств 54
1.4 Цель и задачи исследований 57
Глава 2 Математическое моделирование прямолинейной динамики колесных машин на стендах с имитацией качения движителей по опорной поверхности 59
2.1 Математическая модель динамики одиночного движителя в ведущем режиме на беговом барабане 59
2.2 Математическая модель прямолинейной динамики одиночного движителя в ведущем режиме на недеформируемом опорном основании 66
2.3 Математическая модель динамики автомобиля с колесной формулой 88 и различными схемами трансмиссий на стенде с беговыми барабанами 68
2.4 Математическая модель динамики автомобиля с колесной формулой 88 и различными схемами трансмиссий на недеформируемом опорном основании 76
2.5 Программная реализация разработанных математических моделей 80
2.6 Выводы .
Глава 3 Разработка технологии испытаний колесных машин на стендах с имитацией качения движителей по опорной поверхности .. 89
3.1 Синтез метода испытаний и алгоритма управления стендом с беговыми барабанами для воспроизведения реальных условий эксплуатации колесных транспортных средств 89
3.2 Результаты теоретических исследований динамики одиночного движителя в ведущем режиме на беговом барабане 92
3.3 Результаты теоретических исследований динамики автомобиля с колесной формулой 88 и индивидуальным приводом движителей на стенде с беговыми барабанами 102
3.4 Методика имитации дорожных условий при испытаниях автомобилей с дифференциальной и блокированной схемами трансмиссии на стендах с беговыми барабанами 109
3.5 Результаты теоретических исследований динамики автомобиля с колесной формулой 88 при дифференциальной и блокированной схемах трансмиссии 112
3.6 Проверка работоспособности метода имитации реальных условий эксплуатации на стенде с беговыми барабанами для известных режимов качения колеса 125
3.7 Выводы 136
Глава 4 Экспериментальные исследования транспортного средства на стенде с беговыми барабанами 138
4.1 Цель и объект экспериментальных исследований 138
4.2 Конструктивные особенности стенда и размещение измерительного оборудования 139
4.3 Аппаратурно-измерительная часть 147
4.4 Методика проведения экспериментальных исследований 153 Стр.
4.5 Результаты исследований. Оценка адекватности и точности разработанной математической модели 156
4.6 Выводы 158
Основные результаты и выводы по работе 160
Список литературы
- Стендовые испытания колесной техники. Обзор и анализ конструктивных особенностей и областей применения стендов с беговыми барабанами
- Математическая модель прямолинейной динамики одиночного движителя в ведущем режиме на недеформируемом опорном основании
- Результаты теоретических исследований динамики автомобиля с колесной формулой 88 и индивидуальным приводом движителей на стенде с беговыми барабанами
- Аппаратурно-измерительная часть
Введение к работе
Актуальность темы. Натурные испытания являются неотъемлемой
частью проектирования, технологического процесса изготовления и
эксплуатации колесных машин. Необходимость их проведения обусловлена
исследовательскими и экспериментальными задачами по оценке
качественных и количественных показателей транспортных средств в целом, а также отдельных узлов и агрегатов, для проверки работоспособности конструкции, соответствия требованиям, заявленным в техническом задании на проектирование, а также для решения других сопутствующих задач. Очевидно, что существующее многообразие конструктивных особенностей колесных машин предъявляет требования по разработке методов проведения экспериментальных исследований, а также по созданию для этих целей оригинального стендового оборудования.
Ценность дорожных испытаний заключается в исследовании реальных условий взаимодействия полноразмерного автомобиля с внешней средой. Вместе с тем, дорожные испытания сопряжены с проблемами корректного сбора данных, с затратами на организацию и обслуживание полигонов (трасс) для проведения исследований, с необходимостью организации работы коллектива испытателей и многим другим.
Известны аналоги испытаний автомобилей в дорожных условиях. Например, эксперименты в условиях стендов с имитацией качения движителей по опорной поверхности (стенды с беговыми барабанами или роликовые) имеют основную положительную особенность, заключающуюся в возможности управления сочетанием тяговых и тормозных нагрузок, скоростных режимов и условий внешнего воздействия, причем установившийся режим может быть организован длительное время с целью проведения всех необходимых измерений, т.к. в отличии от дорожных условий, обеспечение постоянства условий эксперимента не ограничено по времени. Еще одной немаловажной положительной особенностью стендовых испытаний является независимость от сезонно-климатических условий.
Основной недостаток стендовых испытаний полноразмерных автомобилей – несоответствие условий качения автомобильных шин по барабану (ролику) реальным дорожным покрытиям, которые практически невозможно имитировать на поверхности барабанов. При решении проблемы стендовой имитации движения по реальной дорожной поверхности, стендовые испытания превратятся в самый предпочтительный по эффективности метод исследования транспортных средств.
Для существующих колесных машин с традиционными схемами трансмиссии (дифференциальная и блокированная связь) и разрабатываемых образцов автомобильной техники с электромеханическими трансмиссиями, а также другими типами трансмиссий, позволяющими организовывать индивидуальное управление каждым движителем транспортного средства, представляется актуальной задача по разработке методов испытаний на стендах с беговыми барабанами с целью совершенствования систем распределения мощности по колесам. При современном уровне развития вычислительной техники определенный круг задач, связанный с оценкой работоспособности и эффективности предлагаемых теоретических
разработок, целесообразно решать с помощью имитационного математического моделирования рабочих процессов на ЭВМ.
Таким образом, задача воспроизведения на стенде реальных дорожных условий имеет важное научное и практическое значение, решение которой позволит повысить эффективность натурных испытаний на стендах с имитацией качения движителей по опорной поверхности, необходимых для решения широкого круга задач, в том числе, для сокращения сроков проектирования и снижения стоимости доводочных испытаний колесной техники.
Цели и задачи. Целью работы является повышение эффективности натурных испытаний колесной техники на стендах с имитацией качения движителей по опорной поверхности путем совершенствования методов проведения экспериментальных исследований.
Для достижения цели в работе решены следующие основные задачи:
разработаны математические модели динамики одиночного колесного движителя на беговом барабане при различных режимах качения и математическая модель динамики колесной машины 88 с различными схемами трансмиссий на стенде с беговыми барабанами;
разработанные математические модели реализованы в одном из программных пакетов имитационного моделирования динамики систем;
разработаны новые методы проведения экспериментальных исследований колесной техники на стендах с беговыми барабанами, позволяющие имитировать реальные дорожные эксплуатационные условия;
проведены теоретические исследования динамики одиночного колеса при различных режимах качения и колесной машины 88 с индивидуальным приводом движителей на беговых барабанах, подтверждающие работоспособность и эффективности предлагаемых методов;
доказана работоспособность и эффективность предлагаемых методов имитации дорожных условий при испытаниях транспортных средств с различными схемами трансмиссий (блокированный и дифференциальный привод);
проведены экспериментальные исследования колесной машины на
стенде с беговыми барабанами для оценки адекватности и точности
разработанных математически моделей путем сопоставления данных,
полученных в ходе натурных и вычислительных экспериментов.
Научная новизна работы заключается:
в создании математической модели динамики колесной машины с различными схемами трансмиссий и режимами нагружения на стенде с имитацией качения движителей по опорной поверхности;
в разработке технологии экспериментальных исследований колесной техники на стендах с имитацией качения движителей по опорной поверхности, позволяющей воспроизводить широкий спектр реальных дорожных эксплуатационных условий, включая движение на подъем/спуск, изменение характеристик взаимодействия движителей с опорным
основанием в функции пути, движение транспортного средства в различных режимах и т.д.;
- в результатах теоретических исследований динамики одиночного
колеса при различных режимах качения и колесной машины 88 с
различными схемами трансмиссий на беговых барабанах, подтверждающих
работоспособность и эффективность предлагаемых методов управления
стендом с целью имитации дорожных эксплуатационных условий.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов базируются на теоретических и экспериментальных исследованиях динамики транспортных средств на стендах с беговыми барабанами, а также на использовании апробированных методов имитационного математического моделирования.
Практическая ценность работы. В ходе выполнения исследований для практического использования при проведении испытаний колесных транспортных средств на стендах с имитацией качения движителей по опорной поверхности созданы:
комплекс программ для ЭВМ, позволяющий имитировать динамику транспортных средств при различных схемах и типах трансмиссии на стендах с беговыми барабанами и проводить оценку эффективности законов управления стендом с целью воспроизведения дорожных эксплуатационных условий;
методы проведения экспериментальных исследований колесных транспортных средств с различными типами трансмиссий на стендах с беговыми барабанами.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», в ПАО «КАМАЗ», в НОЦ «Транспорт» НГТУ им. Р.Е. Алексеева, в НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также используются в учебном процессе при подготовке специалистов на кафедре СМ-10 «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана и магистров на кафедре «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы заслушивались и обсуждались:
на научно-технических семинарах кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н. Э. Баумана в 2013…2016 гг. (г. Москва);
на научно-техническом семинаре кафедры «Тягачи и амфибийные машины» ГТУ МАДИ (г. Москва, 2015 г.);
на 85-ой международной научно-технической конференции ААИ «Будущее автомобилестроения в России» (г. Москва, 2014 г.);
- на научно-технической конференции «Вычислительные системы
реального времени» (г. Москва, 2014 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 научные работы, из них по списку, рекомендованному ВАК РФ, 3.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов и списка литературы. Работа изложена на 171 листе машинописного текста, содержит 119 рисунков, 14 таблиц. Библиография работы содержит 104 наименования.
Стендовые испытания колесной техники. Обзор и анализ конструктивных особенностей и областей применения стендов с беговыми барабанами
Преимуществом такого метода испытания является то, что паразитные потери при измерениях ограничиваются только трением в подшипниках ступицы колеса и аэродинамическим сопротивлением. Главным недостатком являются погрешности измерений силы X, связанные с отклонением вектора нормальной нагрузки от направления, проходящего через ось барабана [5].
При проектировании и испытаниях тракторной техники важной задачей является определение тяговых характеристик на всех или основных передачах в заданных почвенно-климатических условиях. Тяговой характеристикой трактора называется зависимость основных показателей (тяговой мощности Nкр , часового расхода топлива Gт , удельного тягового (крюкового) расхода топлива gкр , действительной скорости движения Vд , коэффициента буксования ) от нагрузки Ркр . Проведение испытаний в полевых условиях сопровождается большими трудовыми и материальными затратами, а также существенной зависимостью от метеорологических условий. Поэтому существуют испытательные стенды для определения тяговой характеристики трактора [6], вариант конструкции такого стенда представлен на Рис. 1.5.
Тяговая нагрузка определяется при прокручивании нагрузочных барабанов стенда от ведущих колес трактора на соответствующей передаче в трансмиссии. В этом случае электрическая машина, нагружающая барабан стенда, работает в режиме генератора, вырабатывая ЭДС, которая рекуперируется в общую электрическую сеть. С помощью жидкостного реостата в цепи генератора можно плавно менять нагрузку на ведущих колесах трактора.
Крутящий момент на валу нагрузочного барабана измеряется на стенде КИ-8927 с помощью сельсинной передачи. Сельсин-датчик соединен зубчатой передачей с «подвижным» статором балансирной электромашины. Сельсин приемник установлен на пульте управления и оборудован стрелочным указателем величины крутящего момента [6]. Сила на крюке рассчитывается по зависимости (1.2): Ркр=пст-гт (1.2) где пст - показания сельсин-приемника, в делениях шкалы; гт - тарировочный коэффициент стенда (гт = 0,5 кН/деление). Сила сопротивления качению рассчитывается по формуле (1.3): Pf= f-m-g-103 (1.3) где f - коэффициент сопротивления качению; т - масса трактора.
Во время испытаний можно зафиксировать изменение тяговой силы Рдин в зависимости от эксплуатационных факторов (нормальной нагрузки на заднюю ось, номера включенной передачи, подачи топлива и др.). Действительная скорость трактора определяется по формуле (1.4): Vд=2n-пбар бар/ (1.4) / бар где пбар - заданное количество оборотов нагрузочного барабана; гбар радиус барабана; tбар - время, за которое нагрузочный барабан сделает пб оборотов, с. Заданное количество оборотов нагрузочного барабана принимается равным 55 оборотов, что при радиусе барабана 0,29 м соответствует длине пути 100 м при полевых испытаниях. Для измерения количества оборотов нагрузочного барабана используется импульсный отметчик оборотов, установленный на барабане. Теоретическая скорость движения трактора рассчитывается по зависимости (1.5): VТ =2л-пк кt (1.5) где пк - количество оборотов колеса; гк - радиус ведущего колеса; tк - время, за которое колесо совершит пк оборотов, с. Буксование ведущего колеса трактора вычисляется по формуле (1.6): s_(vТ-vд) т7 (1-6)
Расход топлива на стенде КИ-8927 определяется с помощью электронных весов, на которые установлена емкость, питающая систему топливоподачи тракторного дизеля [6]. Необходимо засечь t5(j - время расходования 50 г (0,05 кг) топлива, на различных нагрузочных режимах работы трактора. Часовой расход топлива определяется по зависимости (1.7): GТ =3600-0,05/ґ50 (1-7) Тяговая мощность TV (кВт) и удельный тяговый расход топлива g (г/кВтч) рассчитываются по формулам (1.8) и (1.9) соответственно: Nкр=Pкр-Vд (1-8) gкр =GТ1000/ Nкр (1-9) Тяговый КПД рассчитать по формуле (1.10): Лтяг =Nкрl Nе (1-Ю) э где Nе - эффективная мощность (определяется по регуляторной характеристике двигателя, используя данные по замерам часового расхода GТ при различных режимах нагружения трактора).
Для выполнения замеров трактор устанавливается задними колесами на беговые барабаны стенда и присоединяется к динамометру за крюк, крепится страховочными приспособлениями от несанкционированных перемещений в осевом направлении. При запущенном двигателе прогревают трансмиссию, вращая барабаны с помощью ведущих колес трактора. Далее проводят замеры на соответствующих передачах [6].
По полученным данным, используя зависимости (1.4) (1-Ю), рассчитывают коэффициент буксования движителей трактора, теоретическую и действительную скорости движения, тяговую мощность и тяговый КПД, удельный тяговый расход топлива. Строится тяговая характеристика испытуемого трактора на разных передачах. Определяются номинальные тяговые усилия и коэффициент запаса тягового усилия на каждой передаче по формуле (1.11): K3 =Pкр.мах /Pкр.ном . (1.11) Аналогичными методами проводят тяговые испытания автомобиля для определения его эксплуатационных свойств и характеристик. В лабораторных условиях определение запаса тяговой силы производят на стенде с беговыми барабанами. Схема стенда представлена на Рис. 1.6. Исследуемый автомобиль устанавливают ведущими колесами на беговые барабаны стенда. Вал барабанов соединен с тормозным устройством (механическим, гидравлическим или электрическим), при помощи которого создается сопротивление вращению колес и регулируется скоростной режим испытаний [7]. Автомобиль удерживается от продольных перемещений тросом, прикрепленным к неподвижной опоре. Ведомые колеса автомобиля устанавливают на весах.
Математическая модель прямолинейной динамики одиночного движителя в ведущем режиме на недеформируемом опорном основании
Гидравлическая стойка стенда с движущимися лентами Модуль имитации проезжей части позволяет выполнять тестирование автомобиля в различных режимах движения (тяговом, ведомом) как с включенным двигателем, так и с выключенным. Это позволяет анализировать уровень шумов и вибраций, передаваемых от подвески, шин и трансмиссии. Система имитации проезжей части также позволяет менять скорость отдельных приводных ремней для имитации прохождения поворотов. Дополнительные приложения для этой системы дают возможность исследовать потери при качении колеса и топливную экономичность автомобиля.
Еще одним новым видом стендов являются мощностные динамометрические стенды типа Dynapack и Rototest (Рис. 1.24). Они позволяют производить замеры мощностных и тяговых характеристик ТС исключая погрешности присущие традиционным роликовым динамометрическим стендам. Данное оборудование позволяет существенно повысить точность измерений, особенно при проведении последовательных тестов в ходе настроек параметров работы двигателя, изучения работы трансмиссии, поскольку усилие от ведущих осей непосредственно передается на измерительное оборудование.
Для проведения испытаний машину поднимают, снимают колеса, на ступицы с помощью штатного крепежа и специальных шайб крепятся переходники, которые затем шлицевым соединением связываются с нагружающими устройствами стенда. В качестве нагружающих устройств применены гидромашины, которые управляются микропроцессором и создают требуемое сопротивление вращению полуосей. Величина нагрузки ограничена только возможностями гидромашины. Стенд одновременно контролирует давление гидравлической жидкости в магистрали и измеряет число оборотов каждой ступицы, таким образом, определяется количество затраченной энергии.
Основные отличия от барабанных стендов: - для создания момента сопротивления на колесе не используется шина. При испытаниях не возникает бокового увода шины, сопротивления качению и буксования шины. Температура шины, давление, коэффициент сцепления и т.д. являются переменными, которые изменяются не только от испытания к испытанию, но и во время них. - установка машины на барабанном стенде предполагает фиксацию ее специальными крепежными ремнями. Но эти ремни имеют неопределенную и непостоянную деформацию, могут быть неравномерно натянутыми. От натяжения ремней зависит, как будет нагружаться шина. Следовательно, силы сцепления и сопротивления качению будут переменными, что внесет существенные погрешности в измерения. - отсутствие влияния инерции маховика, что позволяет отследить быстро меняющиеся процессы, получить точную кривую мощности без сглаживания получаемых характеристик.
Таким образом, стенды Dynapack и Rototest позволяют быстро и точно провести испытания различных машин с высокой точностью и повторяемостью результатов. Максимальная мощность двигателя испытуемого автомобиля – 2000 л.с., максимальный крутящий момент (с учетом передаточного числа трансмиссии на включенной передаче) – 4000 Нм в моноприводном режиме, 7000 Нм в полноприводном режиме. Максимальная нагрузка на ось в обычных условиях – 1500 кг, при использовании усилителей – 3000 кг.
Стенды такого типа позволяют получить характеристики крутящего момента и мощности на оси, пересчитанные на маховик, распределения крутящего момента и мощности по осям для полноприводного автомобиля, ускорение и тяговую силу.
В процессе испытаний можно проводить анализ и сравнение получаемых характеристик с помощью их графиков с результатами предыдущих замеров и ранее проведенных испытаний.
Современные стенды с беговыми барабанами имеют возможность нагружать колесо не только тормозным моментом, но и в силу того, что они имеют электрический привод, могут осуществлять нагружения трансмиссии вращающим моментом. Стенд такой конструкции установлен в НТЦ КАМАЗ. С помощью электродвигателей и дополнительных инерционных масс имеется возможность моделировать нагрузку на трансмиссию, имитируя условия движения на дороге.
Стенд позволяет выбирать режимы движения в соответствии с силой сопротивления движению. Состоит из беговых барабанов, числом соответствующих количеству колес автомобиля, электромоторов, соединенных с беговыми барабанами, дополнительных динамических маховиков и системы управления электродвигателями и приводом маховиков.
Результаты теоретических исследований динамики автомобиля с колесной формулой 88 и индивидуальным приводом движителей на стенде с беговыми барабанами
Рассмотрим математическую модель прямолинейной динамики одиночного колеса по недеформируемой поверхности, которая используется в дальнейшем для доказательства работоспособности и эффективности метода управления стендом.
Система уравнений, описывающая динамику одиночного колеса в ведущем режиме на ровном горизонтальном недеформируемом основании, представляется в следующем виде: (2.10) где Vx - продольное ускорение центра масс колеса на дороге; Md - крутящий (приводной) момент на колесе; Мf - момент сопротивления качению колеса; Rx - продольная реакция колеса с поверхностью дороги; гд - расстояние от оси колеса до опорной поверхности; Рх - продольная сила, приложенная к оси колеса. На Рис. 2.5: R2=m-g, где R2 - нормальная реакция в пятне контакта колеса с дорожной поверхностью.
Параметры, входящие в систему уравнений (2.10), определяются аналогично параметрам в системе уравнений (2.1), при этом системы (2.1) и (2.10) в общей блок-схеме решаются независимо друг от друга.
Коэффициент скольжения для пары «колесо – опорное основание» при качении в ведущем режиме определяется по зависимости:
Задача имитационного математического моделирования решалась для автомобиля с колесной формулой 88 и различными типами трансмиссий. Расчетная схема динамики автомобиля на стенде «Беговые барабаны» представлена на Рис. 2.6. Четные номера колес соответствуют правому борту автомобиля, нечетные – левому (на Рис. 2.6 не показаны).
В качестве допущений представим удерживающее устройство, препятствующее съезду автомобиля с поверхности барабана, в виде упруго-демпфирующей связи. Сила, удерживающая автомобиль на стенде, действует только вдоль оси х. Пренебрегаем смещением вертикальной оси i-го колеса относительно вертикальной оси i-го барабана, заменяя их действием i-ых моментов сопротивления. J6rco6=Rx6rr6-Mjb M6r где / = 1, ...n; V — продольное ускорение центра масс автомобиля на стенде (имеет значения, близкие к нулю); і? - продольная реакция /-го колеса при взаимодействии с поверхностью /-го барабана; Rx6 - продольная реакция на поверхности /-го барабана при взаимодействии с /-ым колесом; р - сила на крюке; сЬк - угловое ускорение /-го колеса; d 6 - угловое ускорение /-го барабана; J , JK - приведенные моменты инерции /-го колеса и /-го барабана, соответственно; м - крутящий (приводной) момент на /-ом колесе; Mf - момент сопротивления вращению /-го колеса на /-ом барабане; МА - момент сопротивления, передаваемый на /-ый барабан от /-го колеса; мб - тормозной (приводной) момент, реализуемый системой привода /-го барабана; / , гб - расстояния от точки контакта до оси /-го колеса и /-го барабана, соответственно.
Величины, входящие в систему уравнений (2.12) определяются по аналогии с моделированием динамики одиночного движителя на беговом барабане.
Продольная реакция /-го колеса при взаимодействии с поверхностью /-го барабана зависит от величины нормальной реакции и коэффициента взаимодействия: где px - коэффициент взаимодействия /-го колеса с /-ым барабаном. Зависимость коэффициента взаимодействия от коэффициента буксования определяется по формуле (2.3). Коэффициент буксования для /-ой пары «колесо - беговой барабан» определяется зависимостью: приведенное в технических характеристиках стенда. Под величиной г следует понимать радиус качения /-го колеса без скольжения на /-ом барабане. Для пары «колесо-барабан» примем So =0,04 и Si =0,15. Условия взаимодействия всех колеса с соответствующим барабаном для всех колес одинаковые.
Аппаратурно-измерительная часть
Эффективность разработанного алгоритма управления приводными двигателями беговых барабанов по критерию обеспечения равенства приводных моментов на каждом колесе в трансмиссии автомобиля с индивидуальным приводом подтверждена с помощью математического моделирования на ЭВМ. При этом удалось достичь как совпадения моментов, так и угловых скоростей при условии синхронизации управления степенью используемой мощности силовой установки.
В случае исследования автомобилей с блокированной и дифференциальной трансмиссией индивидуально управлять каждым приводным моментом на колесо не удастся. Момент и угловая скорость на каждом из колес получатся в зависимости от степени использования мощности силовой установки, от характеристики и от внешних условий, в которых будет находится каждое из колес.
В случае дифференциальной трансмиссии даже при условии обеспечения равенства приводных моментов на колесах невозможно будет на стенде добиться совпадения угловых скоростей вращения, поскольку различаются значения нормальных нагрузок, а также условия взаимодействия колес с опорным основанием. При блокированной трансмиссии на стендах с беговыми барабанами также не удастся реализовать полное совпадение и силовых и кинематических параметров по колесам: различие приводных моментов на колесах одной оси вполне допустимо при одновременном обеспечении одинаковой угловой скорости.
Согласование значений моментов Mд , развиваемых силовой установкой при динамике на дороге и на стенде, как и предполагалось не позволило реализовать полное совпадение и силовых, и кинематических параметров на каждом из колес. Таким образом, был сделан вывод о необходимости корректировки разработанного подхода для имитации реальных условий эксплуатации на стендах с беговыми барабанами для случаев трансмиссий с блокированными и дифференциальными связями.
Анализируя уравнения (2.19) - (2.21), можно отметить, что для достижения полного совпадения как приводного момента, так и угловой скорости по каждому из колес при дифференциальной и блокированной схемах трансмиссии, необходимо и достаточно, чтобы момент сопротивления на колесе Мк = MfK + RXK г совпадал при динамике на дороге и в условиях стенда. Иными словами, управление крутящим (тормозным) моментом на каждом приводном беговом барабане должно быть организовано не по критерию совпадения крутящих моментов на колесе, а по критерию совпадения моментов сопротивления, приведенных к каждому из движителей. При этом необходимо учитывать, что синхронизация моментов сопротивления должна быть реализована с самой начальной фазы движения, поскольку в противном случае удастся реализовать не выравнивание угловых скоростей, а только их ускорений. Соответственно, будет выровнен и общий суммарный уровень используемой мощности, но на каждом из колес этот показатель согласовать не удастся.
Методика имитации дорожных условий при испытаниях автомобилей с блокированной и дифференциальной связью в трансмиссии на стендах с беговыми барабанами заключается в следующем:
1. На основе математической модели динамики автомобиля, прошедшей оценку адекватности и точности, регистрируются значения приведенных моментов сопротивления к каждому из колес во всем временном диапазоне испытаний.
2. В математическую модель системы управления приводными двигателями стенда с беговыми зафиксированные значения приведенных моментов сопротивления к каждому из колес подаются в виде входных параметров, на основе которых формируется управляющий сигнал. В данном пункте необходимо учесть, что используемая математическая модель динамики транспортного средства на беговых барабанах также должна пройти процедуру оценки адекватности и установления точности.
3. При проведении виртуальных испытаний динамики автомобиля на стенде с беговыми барабанами регистрируются выходные параметры математической модели системы управления приводными двигателями барабанов во всем временном диапазоне исследований.
4. При натурных испытаниях транспортного средства на стенде с беговыми барабанами управление каждым беговым барабаном реализуется на основе данных, полученных с помощью имитационного математического моделирования по пункту №3.
Таким образом, можно достичь имитации нагрузочных режимов, действующих при движении транспортного средства по дороге, при проведении экспериментальных исследований на стендах с беговыми барабанами.
В дополнение следует рассмотреть один из проблемных расчетных нагрузочных режимов. Речь идет о преодолении большого угла подъема при блокированной трансмиссии, когда наиболее нагруженными оказываются задние оси (либо ось), или о случае вывешивания осей также при блокированной трансмиссии, когда вся нагрузка приходится на оси, которые остались в контакте с опорной поверхностью. Поскольку на стенде вертикальная реакция изменяется не так сильно, как при данных расчетных случаях, момент, реализуемый в реальных условиях, не удастся воспроизвести на стенде, т.е. нагрузочный режим не сможет быть воспроизведен из-за ограничений по сцепным возможностям. Для имитации таких условий предлагается следующая методика.