Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время в связи с увеличением скорости движения автомобилей на дорогах, а также плотности их движения нередко возникают ситуации, когда ручное управление режимом работы стеклоочистителем значительно повышает риск аварии, отвлекая водителя. Кроме того, жестко регламентированные режимы работы этих устройств не экономичны и приводят к преждевременному износу частей механизмов, в частности резиновых элементов стеклоочистителя.
Поэтому уже в конце XX века были разработаны микропроцессорные системы автоматического управления стеклоочистителем, в которых роль сенсора выполнял датчик дождя. На сегодняшний день теми или иными модификациями подобного рода устройств оборудованы практически все машины среднего и высшего ценового класса.
Большинство такого рода систем, основанные на использовании в качестве датчиков оптических систем, практически не способны отличать грязь на стекле от загрязненной воды, что приводит к перегрузке дворников в случае попадания на стекло засохшей труднорастворимой грязи. Кроме того, практически все оптические системы контролируют ограниченную площадь ветрового стекла, что приводит к неадекватной работе системы в случае локального загрязнения, увеличение же числа датчиков на стекле ухудшает обзор водителю и усложняет систему регулирования, что увеличивает ее стоимость. Третьей серьезной проблемой является практическая невозможность эксплуатации оптических систем в зимних условиях в связи с тем, что оптические свойства талого снега и обычной воды сильно различаются. Эту проблему пытаются решить, вводя в нее дополнительное устройство, которое принято называть «датчиком заморозков», но подобное расширение функций системы повышает ее стоимость в полтора-два раза.
Эти факторы делают актуальными исследования в области управления работой систем стеклоочистки. За последние 10 лет было опубликовано большое количество патентов на эту тему. В качестве основных направлений повышения качества работы системы стеклоочистки в них рассматривается совершенствование системы управления и алгоритмов ее работы, а также улучшение свойств резинового элемента щетки стеклоочистителя. Гораздо меньшее внимание уделяется исследованию влияния на качество работы системы передаточного механизма. Исследования в этой области обращены в основном на изменение геометрии области очистки ветрового стекла. Вопросы же влияния конструктивных параметров четырехзвенного механизма на качество очистки стекла практически не рассматривались. Вместе с тем именно передаточный механизм определяет закон движения щетки по стеклу, оказывающий прямое влияние на процессы полужидкостного трения щетки по стеклу, а соответственно и на качество очистки стекла и износ элементов щеток.
Целью работы является повышение эффективности стеклоочистки через метрический синтез и управление законом движения исполнительного механизма мехатронной системы стеклоочистки автомобиля на основе анализа параметров движения щетки по стеклу и возможности управления ими через мехатронные интерфейсы системы стеклоочистки.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
1. На основе анализа работы передаточных механизмов системы
стеклоочистки провести моделирование их работы и выбрать критерии
синтеза передаточного механизма стеклоочистителя.
2. Провести метрический синтез передаточного механизма
стеклоочистителя.
Разработать математические модели фрикционных автоколебаний и регенеративного эффекта в процессе движения щетки по стеклу. Выявить конструктивные и внешние факторы, оказывающие влияние на качество очистки ветрового стекла. Дать оценку степени их влияния на работу системы.
Разработать алгоритмы и необходимое программное обеспечение для системы управления стеклоочисткой на основе контроллера в составе мехатронной системы комфорта автомобиля.
Провести моделирование предложенной подсистемы стеклоочистки и показать ее работоспособность и техническую эффективность.
Научная новизна работы заключается в метрическом синтезе передаточного механизма, разработке моделей движения щетки по стеклу и алгоритма управления движением щетки по стеклу на их основе
Практическая ценность работы заключается в получении соотношения между геометрическими параметрами исполнительного механизма (защищенное авторским свидетельством) и разработки программного обеспечения для программируемых логических контроллеров управления системой очистки ветрового стекла с учетом регенеративного эффекта.
Личный вклад
1. На основе моделирования работы передаточного механизма
стеклоочистителя в среде Matlab проведен метрический синтез механизма, по
результатам которого получен патент на полезную модель «Привод
стеклоочистителя» №67530.
2. Разработаны модели фрикционных колебаний и регенеративного
эффекта, на основании которых предложена система управления
стеклоочисткой на базе программируемого логического контроллера, для
которого разработано необходимое программное обеспечение.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, включая 6 статей, из них 1 по перечню ВАК, 1 патент на полезную модель.
Апробация
Получен патент на полезную модель на соотношение размеров четырехзвенного механизма. Содержание работы докладывалось на международной конференции «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук», 2008 и 2009 г. и XXII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения «Будущее машиностроения России», 2010 г.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, шести глав, списка литературы, включающего 122 наименования и 2 приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков и 5 таблиц.
