автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электрогидравлическая тормозная система для легкового автомобиля

На правах рукописи

□Ü31G5459

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ

05 09 03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 МАВ

Москва - 2008

003165459

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете

«МАМИ»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, старший научный сотрудник Евгений Михайлович Овсянников

доктор технических наук, старший научный сотрудник Алексей Анатольевич Никольский

кандидат технических наук Георгий Александрович Сорокин

Ведущая организация ФГУП «Научно-исследовательский и экс-

периментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования»

Защита состоится 20 марта 2008 г. в 16:00 в ауд Б-304 на заседании диссертационного совета Д 212.140 01 в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу 107023, г Москва, ул Б Семеновская, Д 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ» по адресу 107023, г Москва, ул Б Семеновская, д 38 и на сайте игтутаггпги

Автореферат разослан

« 18» февраля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета /, Ю С Щети

4НИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

На дорогах России в 2005г произошло более 223 тысяч дорожно-транспортных происшествий, в результате которых погибло около 34000 человек и пострадало около 275000 человек Материальный ущерб, нанесенный такими авариями, составляет 2% российского ВВП При этом, согласно исследованиям, создание эффективных тормозных систем, управляемых электроникой, позволяет значительно повысить безопасность движения Анализ мирового опыта в использовании электронных тормозных систем показал, что создание тормозной системы, позволяющей обеспечить минимальный тормозной путь, за счет более высокой скорости срабатывания, и управляемость при экстренном торможении на любых типах покрытий, является актуальным В настоящее время имеются два направления развития тормозных систем, управляемых электроникой электромеханические и электрогидравлические В настоящее время электрогидравлические системы являются наиболее предпочтительными, за счёт возможности реализации надежной системы резервирования Таким образом, сказанное позволяет утверждать, что исследование и разработка электрогидравлической тормозной системы для легкового автомобиля, управляемой электроникой, и обеспечивающей улучшенные характеристики эффективности, безопасности и комфортности процесса торможения - актуально и необходимо

Цель работы и задачи исследования

Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности, безопасности и комфортности работы электрогидравлической тормозной системы (ЭГТС) легкового автомобиля путем совершенствования ее структуры, элементной базы, электрической схемы и алгоритма управления Для достижения заданной цели решены следующие задачи

1 Обоснованы требования, предъявляемые к узлам и элементам ЭГТС, на основании анализа их технических характеристик

2 Проведено исследование внешних и внутренних взаимосвязей в ЭГТС

3 Разработана структурная схема ЭГТС с улучшенными технико-зксплуатационными показателями

4 Создана и исследована компьютерная модель ЭГТС

5 Разработан алгоритм управления ЭГТС

-46 Разработан алгоритм поиска неисправностей и переключения режимов работы в случае отказа одного или нескольких компонентов системы

7 Разработан алгоритм адаптивного регулирования давления в тормозном механизме с минимальным временем срабатывания

8 Разработана принципиальная электрическая схема ЭГТС

9 Проведены экспериментальные исследования с целью подтверждения адекватности используемой математической модели и справедливости аналитических результатов

10 Разработаны рекомендации к практическому созданию ЭГТС и дальнейшему использованию результатов диссертации

Методика проведения исследования

Методика проведения исследования зависимостей и выявления внешних и внутренних взаимосвязей в ЭГТС, базировалась на использовании методов теории построения мехатронных систем, теории автоматического управления, теории имитационного моделирования, теории электропривода, теории гидропривода, а также методов расчета и исследования электрических и электронных аппаратов с микропроцессорным управлением, силовых и полупроводниковых преобразователей. Исследование, моделирование и решение теоретических задач, а также анализ результатов проведенного натурного эксперимента потребовало применение ЭВМ, как для прямых расчетов и моделирования, так и для обработки статистической информации В частности, значительная часть расчетов, в том числе и имитационное моделирование с целью исследования динамических характеристик узлов ЭГТС, проводилась в программе MATLAB 6 О Анализ распределения электромагнитной индукции в магни гном контуре электромагнитного привода клапана производился с помощью метода конечных элементов с использованием программного пакета ANSYS-Emag Также для прямых расчетов и обработки статистической информации, полученной при выполнении экспериментальных исследований, использовалась программа Microsoft Excel, а для моделирования отдельных элементов системы использовался язык программирования Visual Basic for Application (УВЛ), входящих в состав программного пакета Microsoft Office

Научная новизна

1 Разработана компьютерная модель ЭГТС с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками

-52. Установлены определяющие внешние и внутренние взаимосвязи в ЭГТС

3 Разработан адаптивный алгоритм регулирования давления в тормозном механизме, позволяющий компенсировать зону нечувствительности характеристики электромагнитного клапана

4 Разработаны алгоритмы управления и поиска неисправностей ЭГТС

5 Разработан алгоритм динамической коррекции угла опережения коммутации бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) привода источника гидравлической энергии

6 Разработана принципиальная электрическая схема ЭГТС

7 Даны рекомендации по практическому использованию результатов диссертации

Достоверность результатов

Достоверность результатов диссертационной работы определяется путем сопоставления результатов математического моделирования с данными, полученными при проведении натурного эксперимента, а также расчетными и экспериментальными данными других исследователей Адекватность разработанной

I

модели подтверждается отдельными фрагментами расчетов, уже апробированных в практике машиностроения

Практическая значимость

1 Разработанная конструкция электромагнитного клапана с трехступенчатой формой якоря позволяет повысить плавность его перемещения

2 Разработана принципиальная электрическая схема управления электромагнитным клапаном улучшающая качество регулирования давления в тормозном механизме

3 Предложенные алгоритм и электрическая схема управления электроприводом на основе БДГП позволили улучшить его энергетические показатели при работе в составе источника гидравлической энергии

4 Разработанный алгоритм поиска неисправностей и автоматического переключения режимов работы позволяет сохранить работоспособность системы в случае отказа нескольких компонентов

5 Даны рекомендации по практическому применению результатов исследования в дальнейших разработках автомобильных тормозных систем

Основные положения, выносимые на защиту

1 Компьютерная модель ЭГТС, с улучшенными технико-эксплуатационными показателями.

2 Установленные взаимосвязи между формой якоря электромагнитного клапана с пропорциональным приводом и качеством регулирования давления в тормозном механизме

3 Результаты компьютерного моделирования процесса управления электромагнитным клапаном с пропорциональным приводом

4 Алгоритм адаптивного регулирования давления в тормозном механизме, обеспечивающий максимальную скорость срабатывания

5 Результаты имитационного моделирования работы ЭГТС

6 Алгоритм поиска неисправностей и переключения режимов работы системы в случае отказа одного или нескольких компонентов

7 Принципиальная электрическая схема ЭГТС

Реализация результатов работы

Разработанные принципы построения и анализа ЭГТС, а также установленные в работе взаимосвязи с системами активной безопасности и комфорта, приняты для использования в разработках перспективных тормозных систем Федеральным государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования» (ФГУП «НИИАЭ») и Государственным научным центром Российской Федерации Федеральным государственным унитарным предприятием ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на четырех Международных и Российских научно-технических конференциях, в их числе Международная конференция «The 5Ih International Conference On Electromechanics, Electrotechnology And Electromatenal Science (ICEEE-2003)» в 2003 г, Международная конференция «The 6,h International Conference On Unconventional Electromechanical And Electrical Systems (UEES'04)» в 2004 г, Международная конференция «Автоматизированный электропривод в XXI веке пути развития (АЭП-2004)» В 2004 t , Всероссийская научно-техническая конференция «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» в

-72003 г., а также II Всероссийская научно-технической конференция «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» в 2007 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 работ, среди которых 5 статей, 10 тезисов и докладов в трудах научных конференций, в том числе и международных.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 192 страницах, включающих 64 рисунка и 4 таблицы, списка литературы из 121 наименования, а также приложения на 2 страницах, включающего справки об использовании результатов диссертационной работы на предприятиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимой диссертационной работы, сформулированы цель работы, основные задачи, научная новизна и практическая значимость исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведён обзор современных тормозных систем легковых автомобилей, способов повышения эффективности и безопасности торможения с использованием электрического привода, описаны основные функции, выполняемые современными тормозными системами, рассмотрены этапы развития и внедрения электроуправляемых тормозных систем. В частности, обращено внимание на более быстрое срабатывание электрогидравлической тормозной системы (рис. 1). Особое внимание уделено анализу проблем, связанных с внедрением и использованием электрогидравлических и электромеханических тормозных систем. Разработаны требования по отказоустойчивости систем торможения с электроприводом, в частности, обеспечение резервирования. В результате анализа был выбран объект исследования - электрогидрав-

лическая тормозная система (ЭГГС).

Во второй главе тормозная система рассматривается как объект автоматизации. Разработана структурная схема ЭГГС на основе предложенной компанией DaimlerChrysler и используемой в автомобиле Mercedes-Benz Е-класса. В частности, в предложенной схеме (рис.2), в контуры передних тормозных механизмов добавлены двухпозиционные клапаны нормально закрытого типа для компенсации роста давления, вызванного тепловым расширением рабочей жидкости в замкнутом контуре, например, при длительном торможении. Обозначения электромагнитных клапанов на схеме условные, и зависят от их функционального назначения. В частности, для регулирования давления в каждом тормозном механизме используются впускные и выпускные клапаны, составляющие четыре раздельных электрогидравлических модулятора давления. Для реализации индивидуального регулирования давления в каждом тормозном механизме, активируются уравнительные или балансировочные клапаны. Гидравлические контуры передних тормозных механизмов разделены с соответствующими модуляторами давления с помощью разделительных цилиндров. Это необходимо для нормального функционирования системы в режиме аварийного (резервного) торможения. Разделительные или изолирующие клапаны используются для разделения контуров передних тормозных механизмов с контуром главного тормозного цилиндра, при штатной работе ЭГГС. В качестве источника гидравлической энергии (ИГЭ) выступает гидравлический насос с

Рис 2. Схема электрогидравлической тормозной системы (1 - педаль тормоза; 2 - датчик положения, 3 - главный тормозной цилиндр; 4,12,14,31,32,34 - датчики давления; 5 - имитатор усилий на педали; 6,7 - изолирующие клапаны; 8,9 - температурно-компенсационные клапаны; 10,11,29.30 - колёсные тормозные механизмы; 13 - пополнительный бак, 15,16 - разделительные цилиндры; 17,28 - уравнительные клапаны; 18,19.26.27 - впускной клапан. 20,21.24.25 - выпускной клапэн; 22 - гидронасос с электроприводом; 23 - гидропневматичесхий аккумулятор давления; 33 - датчики скорости

электроприводом и гидропневматический аккумулятор давления, необходимый для создания запаса энергии и снижения пульсаций давления при работе гидронасоса. Обратная связь с блоком управления осуществляется с помощью датчиков давления, задающее воздействие оценивается с помощью датчика положения педали тормоза, а для реализации функции АБС используются датчики скорости колёс. Также составлена структурная схема математической модели ЭГТС (рис.3), проанализированы способы повышения эффективности, безопасности и комфортности Э1ТС, и сформулированы требования к узлам и элементам системы.

Рис-З Структурная схема математической модели электрогидравлической тормозной системы.

В третьей главе составлена математическая модель ЭГТС, на основании которой производятся численные эксперименты, с целью оценки способов повышения энергетической эффективности и комфортности работы электрогидравлического модулятора давления. Электрогидравлический привод тормозного механизма представляет собой участок объемного гидропривода, состоящего из двух управляемых дросселей (клапанов), один из которых (впускной) соединен с ИГЭ, а другой (выпускной) с понолнительным бачком гидросистемы, исполнительного гидроцилиндра, а также соединительного трубопровода. При этом управляемые дроссели, выполняющие функции впускных и выпускных клапанов, оснащены пропорциональным электромагнитным приводом, а все остальные клапаны являются двухходовыми двухпозиционными. На основании расчёта участка гидравлического привода устанавливаются требования к электромагнитному приводу клапанов. Математическая модель электромагнитного

привода впускного клапана представлена в виде уравнения движения якоря (рис.4):

(1)

2

с/г

где тя — масса якоря, - перемещение якоря, - тяговая характеристика, Рс (г,) - силовая характеристика Гс Силовая характеристика клапана за-

Рис 4 Структурная схема математической модели висит от его конструкции и перепада «Электромагнитный клапан»

давлений между входом и выходом

= !"(*,) (2) где К/71 - жесткость пружины, гп - преднатяжение пружины, - проходное сечение клапана, ) - коэффициент нагрузки впускного клапана, АР, перепад давления на впускном клапане

Тяговая характеристика электромагнитного привода впускного клапана определяется в результате расчета магнитной цепи

ГО 2

Э<5, 10

(3)

где МДС рабочего зазора, (7г1 (г,) - проводимость рабочего зазора, — удельная проводимость поля рассеяния, 1к, 1Я- длина обмотки и длина якоря погруженного в обмотку

Величина рабочего зазора для впускного клапана

<5, (4)

где <5та\ - величина рабочего зазора в неактивном состоянии Исследование разработанной математической модели электромагнитного привода показало, что для повышения плавности регулирования давления в исполнительном гидроцилиндре, и, как следствие, повышения комфортности работы тормозной системы, необходимо использовать пропорциональный привод электромагнитного клапана с характеристикой г = /(/) близкой к линейной Установлено, что для выполнения этого условия необходимо изменить геометрию рабочего зазора, используя ступенчатую форму якоря Так как распределение электромагнитного поля в магнитной цепи клапана со ступенчатой формой

якоря неравномерно и МДС рабочего зазора /^Дг) изменяется нелинейно, расчет последнего может быть произведен только после оценки распределения электромагнитной индукции в рабочем зазоре и магнитной цепи Поэтому для расчета электромагнитного привода использовался метод конечных элементов (МКЭ) На основании проведенного компьютерного анализа распределения электромагнитной индукции и оценки динамических свойств электромагнитных клапанов с двух- и трёхступенчатой конструкцией якоря с помощью МКЭ, было установлено, что для пропорционального управления наиболее предпочтительным является электромагнитный клапан с трехступенчатым якорем, так как его характеристика z — /(¡) имеет более выраженный линейный характер. Также, сравнительный анализ показал, что изменение тока в обмотке электромагнита с трехступенчатым якорем, при движении якоря на диапазоне ге [о, 2тач ] под действием тяговой силы, больше чем в обмотке электромагнита с двухступенчатым якорем на 46 97% и составляет 387 1ЬмА и 263 83 мА соответственно, а скорость изменения тяговой электромагнитной силы при движении якоря электромагнита с трехступенчатой конструкцией ниже, чем у электромагнита с двухступенчатой конструкцией На основании полученных данных разработан алгоритм автоматического регулирования тока в обмотках двухпозиционных и пропорциональных электромагнитных клапанов, для создания полноценной компьютерной модели адаптивной системы управления и для разработки принципиальной электрической схемы

Рассматривается электрический привод источника I идравлической энергии (ИГЭ) на основе трехфазного БДПТ без использования датчиков положения ротора Вычисление момента коммутации производится на основании анализа противо-ЭДС в отключенной фазе Алгоритм определения момента следующей коммутации с использованием динамического угла опережения рассмотрен в течение периода времени, соответствующего 60 электрическим градусам после отключения фазы А Предложенный алгоритм управления БДПТ позволяет повысить производительность привода на 11 78%, снизить величину потребляемою тока в среднем на 9 3%, и обеспечить максимальную эффективность при изменяющейся нагрузке по сравнению с приводом на основе БДПТ с датчиками положения ротора Так как момент на валу привода гидронасоса достаточно высок в момент старта, асинхронный пуск не представляется возможным Поэтому испотьзуется программный пуск, при котором осуществляется установка

ротора в начальное положение и коммутация производится в заранее определённые моменты времени. Эти данные получают в результате стендовых испытаний и записываются во встроенную память управляющего микроконтроллера

В четвёртой главе произведена идентификация объекта управления - электрогидравлического привода тормозного механизма, с целью определения параметров регулятора и преобразовательного звена Установлено, что требуемый ток обмоток впускного и выпускного клапанов для достижения вычисленного требуемого объемного расхода рабочей жидкости, может быть описан нелинейными функциями 1еп = АО,„АР1к,) и 1еып = /[£>р,АР2и)

Определено, что наилучшими характеристиками для управления следящей системой регулирования давления обладает комбинированная автоматическая система со связью по задающему воздействию (рис 5) Объект управления представлен в виде совокупности звеньев 8, 9 и 10 Звено 8 представляет собой вычисление расхода жидкости на основании перемещения запорных элементов впускного и выпускного клапанов под действием электромагнитных сил, которые возникают при протекании в обмотках токов 1еп и ;вй(1 соответственно Выходом звена 9 является значение скорости изменения действительного давления в тормозном механизме Звено 10 - интегрирующее, выходом которого является действительное значение давления в тормозном механизме Ртек Далее это значение поступает в регулятор на элемент сравнения 2, обеспечивая отрицательную обратную связь В реальной системе она обеспечивается датчиком давления с коэффициентом усиления (звено 7) Система автоматического регулирования давления состоит из ряда нелинейных элементов, поэтому традиционные методы анализа линейных автоматических систем непригодны Однако, данную систему можно исследовать в динамическом установившемся режиме Так как система автоматического регулирования давления является сле-

Рис 5 Комбинированная автоматическая система регулирования давления со связью по задающему воздействию

(1 - блок дифференцирования 2 - элемент сравнения 3 4 7 9 - элементы усиления 5 - сумма тор 6 8 - преобразователь 10 - интегрирующее звено )

дящеи, то в динамическом установившемся режиме давление в

Л«,.

тормозном механизме Ш1а должно изменяться с точно такой же скоростью.

Хотя система автоматического регулирования давления яв-

Рис 7. Динамика регулирования давления в тормозном цилиндре. (1 - комбинированное управление; 2 - адаптивное управление)

ляется астатической, за счёт присутствия сил трения, остаточной намагниченности, погрешности элементов сравнения возникает дополнительная установившаяся ошибка. Таким образом, ошибка следящей системы в установившемся динамическом режиме будет складываться из дополнительной статической ест и динамической едт ошибок.

Задача адаптивной системы управления - свести дополнительную динамическую ошибку к нулю. В результате будет произведена коррекция табличных значений ТАБЛ 1 и

БЛОК АДАПТАЦИИ

Ог

3 3

Регулятор давления

4 "'I

'«1

ТАБЛ 2 (рис.6), для впускного и выпускного клапанов соответственно, как реакция на изменяющиеся параметры и характеристи- р ки элементов системы в процессе регулирования давления в колёсном тормозном механизме. В результате указанных действий производится компенсация зоны нечувствительности характеристики г = /(г), при постоянно изменяющихся параметрах системы, что позволяет увеличить скорость срабатывания клапана, уменьшить его вибронагруженность, повышая при этом эффективность, безопасность и комфортность работы ЭГТС (рис.7). Также рассматривается разработанная принципиальная электрическая схема ЭГТС, в том числе схема блока управления ЭГТС с передачей данных по мультиплексной

Рис 6. Структурная схема адаптивного регулятора автоматической системы управления электрогидравлическим тормозным механизмом.

шине, схема автоматического регулятора тока обмотки электромагнитного клапана с пропорциональным приводом (рис.8), электрическая схема системы управления инвертором БДГГТ.

Разработанная математическая модель ЭГТС позволила синтезировать алгоритм поиска неисправностей и автоматического переключения режимов работы тормозной системы при отказе одного или нескольких компонентов. В частности, микропроцессор системы управления следит за состоянием датчиков и электромагнитных клапанов на основании данных, получаемых от самих датчиков и микроконтроллера, управляющего электромагнитными клапанами, имеющих интеллектуальные средства самодиагностики Кроме того, при помощи разработанного алгоритма поиска неисправностей, производится постоянное контролирование состояния электрогидравлической тормозной системы и оценка на соответствие заданному системой управления состоянию На основании полученной информации о неисправностях производится автоматическое переключение на тот или иной режим работы системы, позволяющий максимально использовать возможности ЭГТС, даже при отказе одного или нескольких компонентов системы

В пятой главе описывается способ оценки адекватности и достоверности разработанной математической модели В частности, был проведен натурный эксперимент с использованием электрогидравлического блока тормозной системы автомобиля Ford Mondeo в техническом центре официального дилера компании Ford в России «Независимость-Форд» В результате, экспериментально подтверждена достоверность разработанной математической модели ЭГТС и проведена оценка ее динамических свойств Для проведения эксперимента использовались два двухпозиционных двухходовых электромагнитных клапана, гидравлический насос с электроприводом, встроенные в гидравличе-

DM

Рис 8 Принципиальная электрическая схема автоматического регулятора тока (DD1 — М74НС00 DD2-74HC05 DD3-CMP04 D04-TPD1038F DD5-INA193A)

ский блок, устройство управления - диагностический комплекс WDS, и персональный компьютер (рис.9). Анализ сходимости характеристик, полученных экспериментально и путём моделирования, с помощью критерия Стьюдента (t-критерия) показал их совпадение с вероятностью 95%. Разработаны практические рекомендации по дальнейшему использованию результатов диссертации, в частности, использование предложенной схемы ЭГТС, конструкции клапана с пропорциональным электромагнитным приводом, схемы и алгоритма адаптивного управления системой. Также проанализированы способы повышения эффективности тормозной системы автомобиля Lada Kaiina.

ser- ■ з"»"

Рис.9. Проведение экспериментальных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ тенденций развития автомобильных тормозных систем и выявлены перспективы дальнейшего развития их конструкции и взаимодействии с другими системами безопасности и обеспечения комфорта, который показал, что перспективной является тормозная система, управляемая электроникой, обеспечивающая улучшенные технико-эксплуатационные показатели. При этом было установлено, что перспективная тормозная система - это автоматизированный комплекс, работающий совместно с другими бортовыми устройствами автомобиля, такими как активная подвеска, рулевое управление, системы активной и пассивной безопасности.

2. Разработана схема ЭГТС с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками. В частности, в контуры передних тормозных механизмов добавлены двухпозиционные клапаны нормально закрытого типа для компенсации роста давления, вызванного тепловым расширением рабочей жидкости в замкнутом контуре, например, при длительном торможении.

3. Разработана математическая модель ЭГТС, позволившая на основании имитационного моделирования установить способы уменьшения тормозного

пути автомобиля Одним из способов является уменьшение времени срабатывания органа управления и времени нарастания замедления Например, при давлении источника гидравлической энергии Ра„= 15 МПа, время срабатывания уменьшается на 0 06 с, а время нарастания замедления на 0 4 с (по сравнению с гидравлической системой), за счет чего тормозной путь при экстренном торможении автомобиля со скорости 60 км/ч уменьшается на 7 м. Также было установлено, что основным элементом системы, прямо влияющим на её динамические свойства, является гидравлический клапан с электромагнитным приводом

4 Разработанная математическая модель электромагнитного гидравлического клапана позволила установить алгоритм управления, как электромагнитным клапаном, так и всей системой в целом При этом методы имитационного моделирования обеспечили исследование поведения системы с широким выбором параметров расчёта Также исследование различных алгоритмических методов управления электромагнитным клапаном позволило установить, что наиболее эффективным является использование цифровых управляющих устройств, позволяющих улучшить динамические и энергетические характеристики электромагнитного привода клапана

5 Компьютерное моделирование показало, что использование электромагнитных приводов клапанов с трёхступенчатой формой якоря позволяет увеличить статическую тяговую силу на 28 9%, увеличить диапазон регулирования тока обмотки на 46.9%, снизить величину тока обмотки при малых перемещениях якоря, по сравнению с электромагнитным приводом клапана с двухступенчатой формой якоря При этом, повышается плавность регулирования давления, и, как следствие, комфортность работы тормозной системы Также линейный характер кривой г = /(г) на всем диапазоне перемещения якоря, позволяет повысить точность регулирования

6 Компьютерное моделирование позволило установить, что для уменьшения времени срабатывания, необходимо чтобы в неактивном состоянии сила, действующая на якорь клапана, была равна нулю, а запорный элемент клапана находился в контакте с седлом Таким образом, компенсируется зона нечувствительности характеристики I ~/(О) электромагнитного клапана

7 Разработан адаптивный ¿тт^ри'м гч V ¡прои.жия Iока в обмотке электромагнитного клапана, кок!р>1''' -чполяот удерживать ток около величины тока трогания якоря кг,р, - р> (Сфы системы управления, в зависимости от изменяющихся .мр'.и'-о . -"ей среды Сопасно данным полученным в результате ючг„ к г^ ""пропан «ч разработл ный алгоритм позволяет умеш>ам'>. * „ ч?чия ^еьтрочаши ього

уменьшить время срабатывания электромагнитного клапана на 4 3 мс по сравнению с комбинированным управлением, и, тем самым, повысить эффективность тормозной системы

8 Разработан алгоритм «бездатчикового» управления БДПТ, позволяющий осуществить динамическую коррекцию угла опережения момента коммутации, при изменяющейся нагрузке на валу двигателя привода источника гидравлической энергии Согласно результатам, полученным при компьютерном моделировании, разработанный алгоритм позволяет увеличить производительность на 11 8%, уменьшить пульсации электромагнитного момента на 21 7%, и уменьшить величину потребляемого тока на 9 3%, по сравнению с БДПТ с датчиками положения ротора

9 Разработанная математическая модель ЭГТС позволила составить алгоритм поиска неисправностей и автоматического переключения режимов работы тормозной системы при отказе одного или нескольких компонентов В частности, микропроцессор системы управления следит за состоянием датчиков и электромагнитных клапанов на основании данных, получаемых от самих датчиков и микроконтроллера, управляющего электромагнитными клапанами, имеющих интеллектуальные средства самодиагностики Кроме того, при помощи разработанного алгоритма поиска неисправностей, производится постоянный контроль за состоянием ЭГТС и оценка на соответствие заданному системой управления состоянию На основании полученной информации о неисправностях, производится переключение на тот или иной режим работы системы

10 Выполненный анализ технических характеристик современных микроконтроллеров позволил установить, что использование модульной конструкции Э1ТС с передачей данных по мультиплексной шине данных с протоколом ПехКау, позволяет повысить скорость и качество функционирования, отказоустойчивость и упростить диагностику и обслуживание системы

11 Проанализированы способы повышения безопасности и комфортности автомобиля с помощью ЭГТС Повышение безопасности обусловлено более быстрым срабатыванием тормозов, возможности распознавания предстоящего экстренного торможения, возможности просушивания тормозных механизмов при движении по мокрой дороге, а также использования автоматической системы поддержания безопасной дистанции до впереди идущего автомобиля Повышение комфортности связано с возможностью реализации на базе ЭГТС дополнительных функций, таких как трогание в горку без отката назад, более

плавная работа системы стабилизации и отсутствие вибраций на педали тормоза при работе АБС

12 Разработана принципиальная электрическая схема ЭГТС, позволяющая повысить быстродействие и улучшить энергосбережение

13 Проведенный анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод об адекватности разработанной математической модели, так как статистический анализ сходимости данных, полученных методом моделирования и экспериментальным путем, при помощи ^критерия Стьюдента, показал их сходимость с вероятностью 95%.

14 Разработаны рекомендации по практическому созданию ЭГТС и дальнейшему использованию результатов диссертационно! о исследования

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

1. Петленко Б И , Хрипунов С А, Смирнов М А , Балясников Е С и др Анализ протоколов передачи данных в электромеханических системах рулевого управления // Труды Всероссийской научн -техн конф «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» тезисы докл. - Тольятти, 2003 -С 112

2 Петленко Б И, Хрипунов С А., Балясников Е С , Смирнов М А, Полякова В Н Новые технологии в тормозных системах легковых автомобилей // Труды Всероссийской научн -техн конф. «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» тезисы докл - Тольятти, 2003 -С ИЗ 3. Петленко Б И., Хрипунов С А , Балясников Е С , Смирнов М А , Полякова В Н Особенности информационной среды тормозных систем легковых автомобилей // Труды Всероссийской научн.-техн конф «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» тезисы докл - Тольятти, 2003 - С 114

4 Петленко Б И , Хрипунов С А , Смирнов М А , Балясников Е С , Полякова В Н Современный подход к системам рулевого управления легковых автомобилей // Труды Всероссийской научн -техн конф «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» тезисы докл - Тольятти, 2003 - С 113-114

5 Петленко Б И , Хрипунов С А , Смирнов М А , Балясников Е С , Полякова В Н Анализ внедрения электромеханических систем рулевого управления // Труды V межд конф «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003 тезисы докл 4 2 - Алушта, 2003 -С 194

-196. Петленко Б И., Хрипунов С А., Смирнов М А , Балясников Е.С., Полякова В Н Особенности исполнительных устройств электрогидравлической тормозной системы // Труды V межд конф «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003 тезисы докл 4 2- Алушта, 2003 -С 217

7 Петленко Б И, Хрипунов С А., Смирнов М А , Балясников Е С , Полякова В Н Передача данных в электромеханических системах рулевого управления // Труды V межд конф «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003 тезисы докл 4 2 - Алушта 2003.-С 218

8 Петленко Б И , Хрипунов С А , Балясников Е С , Купеев Ю А Взгляд на системы активной безопасности автомобиля через «призму» Интернета // Труды IV межд конф. "Автоматизированный электропривод в XXI веке- пути развития Тезисы докладов - С 115-116

9 Petlenko B.I, Balyasnikov Е S , Hnpunov S A , Polyakova V.N Features of electric dnve system in car brakes // Proceedings of International Conference UEES'04 -Alushta, 2004 -voI3 -P 851-854

10 Петленко Б И , Балясников Е С Математическое моделирование электромагнитного клапана электрогидравлической тормозной системы легкового автомобиля // Электроника и электрооборудование транспорта - 2004 № 3-4 - С 15-17

11 Балясников Е С Электромеханическая клиновая тормозная система // Электроника и электрооборудование транспорта -2006 №2 - С 11-14

12 Балясников Е С , Аббасов Э М Система торможения с клиновым механизмом для АТС // Электроника и электрооборудование транспорта -2007 №1 -С 22-23

13 Овсянников Е М , Балясников Е С Алгоритм управления электрогидравлической тормозной системой // Автомобильная промышленность - 2007. №4 -С 12-15

14 Балясников Е С Алгоритмы поиска неисправностей и выбора режима управления электрогидравлической тормозной системой // Автомобильная промышленность - 2007 №8 - С 26-28

15 Балясников Е С , Аббасов Э М , Овсянников Е М Система торможения с самоусилением для автомобиля // Труды II Всероссийской науч -техн конф с межд участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и элсктротех-нологии» тезисы докладов 4 2 -Тольятти ТГУ, 2007-С 9-12 -ISBN 978-57266-0280-3

Балясников Евгений Сергеевич

Электрогидравлическая тормозная система для легкового автомобиля

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печатьг?/^^/ Заказ ^ Объем 1,0 п л Тираж 100 экз

Бумага типографская Формат 60x90/16

МГТУ «МАМИ», 107023, Москва, Б Семеновская ул , д 38

Перечень основных сокращений.

Введение.

ГЛАВА ¡.Анализ и тенденции развития современных тормозных систем.

1.1. Совершенствование тормозных систем, управляемых электроникой.

1.2. Тенденции развития автомобильных тормозных систем.

ГЛАВА 2. Тормозная система автомобиля как объект автоматизации.

2.1. Автоматизация автомобильной тормозной системы.

2.2. Моделирование как метод исследования системы.

2.3. Основные требования к электрогидравлической тормозной системе.

2.4. Исследование взаимосвязей и процессов в электрогидравлической тормозной системе.

2.5. Измерительные преобразователи в электрогидравлической тормозной системе.

2.6. Организация взаимодействия микропроцессора системы управления с внешней средой.

2.7. Особенности анализа нелинейных систем.

ГЛАВА 3.Математическое моделирование электрогидравлической тормозной системы.

3.1. Математическое моделирование тормозного механизма.

3.2. Общие сведения о гидравлическом приводе в тормозной системе.

3.3. Математическая модель одиночной ветви гидравлической цепи.

3.4. Особенности математического моделирования гидравлической цепи.

3.5. Математическая модель электромагнитного гидравлического клапана.

3.5.1. Конструкция электромагнитного привода клапана.

3.5.2. Расчёт электромагнитного привода клапана.

3.5.3. Выбор типа электромагнита и определение его основных размеров.

3.5.4. Определение тяговой характеристики электромагнита.

-33.5.5. Особенности математического моделирования электромагнита.

3.5.6. Закон управления электромагнитным клапаном.

3.6. Электрический привод источника гидравлической энергии.

3.7. Алгоритм управления электроприводом гидравлического насоса.

ГЛАВА 4. Анализ и синтез системы управления электрогидравлической тормозной системой.

4.1. Идентификация объекта управления.

4.2. Выбор схемы системы автоматического управления.

4.3. Алгоритм работы регулятора давления.

4.4. Синтез алгоритма системы управления.

4.5. Разработка принципиальной электрической схемы электрогидравлической тормозной системы.

4.6. Управление двухпозиционными клапанами.

4.7. Схемы используемых датчиков.

4.8. Обмен данными в устройстве управления.

4.9. Обеспечение отказоустойчивости.

4.10.Протоколы передачи данных в режиме «жёсткого» реального времени.

ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования электрогидравлической тормозной системы.

5.1. Проведение экспериментальных исследований.

5.2. Анализ экспериментальных данных. Оценка адекватности разработанной-математической модели электрогидравлической тормозной системы.

5.3. Рекомендации по практическому использованию результатов диссертации.

Актуальность.

На дорогах России в 2005г. произошло более 223 тысяч дорожно-транспортных происшествий, в результате которых погибло около 34000 человек и пострадало около 275000 человек. Материальный ущерб, нанесенный такими авариями, составляет 2% российского ВВП, а это сотни миллиардов рубI лей, которых лишается российская экономика. В 2006 году постановлением Правительства Российской Федерации утверждена долгосрочная' целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах». В качестве одной из целей программы является повышение уровня безопасности транспортных средств.

По данным исследования, проведенного Европейским союзом, наиболее эффективными для значительного повышения уровня безопасности дорожного движения были признаны активные системы безопасности автомобилей. Постоянно растущее число этих систем позволит к 2010 году вполовину сократить количество людей, погибших в автокатастрофах на дорогах Европы. Это стало приоритетной целью европейской Комиссии по вопросам дорожной политики. I

В настоящее время действуют 114 правил ЕЭК ООН по комплексной безопасности и экологии автотранспорта. Они содержат требования ко многим системам автомобилей, в том числе к тормозной системе, шинам, ремням безопасности, подголовникам, зеркалам, светотехнике. Создание эффективных тормозных систем, управляемых электроникой, позволяет значительно повысить безопасность движения. По экспертным оценкам обязательность установки антиблокировочных тормозных систем и подушек безопасности на автотранспортные средства обеспечивает снижение тяжести последствий и экономического ущерба от ДТП на 20 процентов. Среди современных тормозных систем специалисты особо выделяют электронную систему стабилизации ESP. Она распознает характерные для заноса автомобиля движения, и в случае необходимости, уменьшает мощность двигателя, а также притормаживает отдельные колеса, стабилизируя, таким образом, движение автомобиля. Эта функция крайне важна, поскольку, согласно исследованию центрального объединения немецких страховых компаний (GDV), именно заносы автомобиля становятся причиной 25% всех дорожно-транспортных происшествий, в результате которых пострадали люди и 60% аварий имели смертельный исход. Многие исследования также подтвердили эффективность ESPI Так, например, компания Toyota, проанализировала около одного миллиона дорожно-транспортных происшествий с человеческими жертвами и пришла к выводу, что серийная установка ESP вполовину уменьшит число серьезных аварий» [120].

Анализ мирового опыта в использовании электронных тормозных систем показал, что создание тормозной системы, позволяющей обеспечить минимальный тормозной путь, управляемость при экстренном торможении на любых типах покрытий, является актуальным. Преимуществом таких систем является более высокая скорость срабатывания и обеспечение управляемости автомобиля в экстренных ситуациях на любых типах покрытия. Bf настоящее время имеются два направления развития.тормозных систем, управляемых электроникой: электромеханические и электрогидравлические. Основным недостатком электромеханических систем является отсутствие системы резервирования на случай отказа электроники или повреждения источника питания. Повышение надёжности этой системы достигается применением дублирующих элементов, что не лучшим образом сказывается на массогабаритных показателях и стоимости. Напротив, в электрогидравлической системе, в случае отказа электроники, восстанавливается прямая гидравлическая связь между педалью тормоза и тормозными механизмами, что позволяет сохранить работоспособность тормозной системы. Поэтому в настоящее время электрогидравлические системы являются наиболее предпочтительными.

Таким образом, сказанное позволяет утверждать, что исследование и разработка электрогидравлической тормозной системы для легкового автомобиля, управляемой электроникой, и обеспечивающей улучшенные характеристики эффективности, безопасности и комфортности процесса торможения — актуально и необходимо.

Цель работы.

Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности, безопасности и комфортности работы электрогидравлической тормозной, системы легкового автомобиля путём совершенствования её структуры, элементной базы, электрической схемы и алгоритма управления.

Для достижения заданной цели решены следующие задачи.

1. Выполнен анализ технических характеристик и обоснование требований, предъявляемых к узлам и элементам электрогидравлической тормозной системы.

2. Проведено исследование внешних и внутренних взаимосвязей в электрогидравлической тормозной системе.

3. Разработана структурная схема электрогидравлической тормозной системы с улучшенными технико-эксплуатационными показателями:

4. Создана и исследована компьютерная модель электрогидравлической тормозной системы.

5. Разработан алгоритм управления электрогидравлической тормозной системой.

6. Разработан алгоритм поиска неисправностей и переключения режимов работы в случае отказа одного или нескольких компонентов системы.

7. Разработан алгоритм адаптивного управления электрогидравлической тормозной системой с минимальным временем срабатывания.

8. Разработана принципиальная электрическая схема электрогидравлической тормозной системы.

9. Проведены экспериментальные исследования с целью подтверждения адекватности используемой математической модели и справедливости аналитических результатов.

10.Разработаны рекомендации к практическому созданию электрогидравлической тормозной системы и дальнейшему использованию результатов диссертации.

Методика проведения исследования. I

Методика проведения исследования зависимостей и выявления, внешних и внутренних взаимосвязей в электрогидравлической тормозной системе, базировалась на использовании методов теории построения мехатронных систем, теории автоматического управления, теории имитационного моделирования,, теории электропривода, теории гидропривода, а также методов расчёта и исследования электрических и электронных аппаратов с микропроцессорным управлением, силовых и полупроводниковых преобразователей. Исследование; моделирование и решение теоретических задач, а также анализ результатов проведённого натурного эксперимента потребовало применение ЭВМ, как для прямых расчётов1 и моделирования; так и для обработки статистической информации. В* частности, значительная часть расчётов, в том числе и имитационное моделирование с целью исследования динамических характеристик узлов электрогидравлической тормозной системы, проводилась в программе MATLAB 6.0. Анализ распределения электромагнитной индукции в магнитном контуре электромагнитного привода клапана производился с помощью метода конечных элементов в программном пакете ANSYS-Emag. Также для прямых расчётов и обработки статистической информации, полученной при выполнении экспериментальных исследований, использовалась программа Microsoft Excel 2002, а для моделирования отдельных элементов системы использовался язык программирования Visual Basic for Application (VBA), входящих в состав программного пакета Microsoft Office ХР.

Научная новизна.

1. Разработана компьютерная модель электрогидравлической' тормозной, системы с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками.

2. Установлены определяющие внешние и внутренние взаимосвязи в электрогидравлической тормозной системе.

3. Разработан адаптивный алгоритм регулирования давления в »тормозном механизме, позволяющий, компенсировать зону нечувствительности характеристики электромагнитного клапана.

4. Разработаны алгоритмы г управления и, поиска неисправностей электрогидравлической тормозной системы.

5. Разработан алгоритм динамической коррекции угла опережения коммутации бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) привода исI точника гидравлической энергии.

6. Разработана принципиальная электрическая, схема электрогидравлической тормозной системы.

7. Даны рекомендации по практическому использованию1 результатов диссертации.

Достоверность результатов.

Достоверность результатов диссертационной работы определяется путём сопоставления результатов' математического моделирования с данными, полученными при проведении натурного эксперимента, а также расчётными и экспериментальными данными- других исследователей1. Адекватность разработанной модели подтверждается отдельными'фрагментами расчётов, уже апробированных в практике машиностроения. В частности, электромагнитного привода клапана [31, 47, 71, 82, 85, 87, 88 ,90], привода колёсного тормозного механизма [31, 32, 34], электропривода источника гидравлической энергии [46; 70, 80, 81], информационно-управляющей среды [46, 52, 70, 78, 81, 86, 89]. Хорошее совпадение данных компьютерного моделирования работы исследуемой электрогидравлической тормозной системы с данными экспериментов свидетельствует о достоверности и обоснованности полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту.

На защиту выносится следующее.

1. Компьютерная модель электрогидравлической тормозной системы, с улучшенными технико-эксплуатационными показателями.

2. Установленные взаимосвязи между формой якоря электромагнитного клапана с пропорциональным приводом и качеством регулирования давления в тормозном механизме.

3. Результаты компьютерного моделирования процесса управления электромагнитным клапаном с пропорциональным приводом.

4. Алгоритм адаптивного регулирования давления в тормозном механизме, обеспечивающий максимальную скорость срабатывания.

5. Результаты имитационного моделирования работы электрогидравлической тормозной системы.

6. Алгоритм поиска неисправностей и переключения режимов работы системы в случае отказа одного или нескольких компонентов.

7. Принципиальная электрическая схема электрогидравлической тормозной системы.

Реализация результатов работы.

Разработанные принципы построения и анализа электрогидравлической тормозной системы, а также установленные в работе взаимосвязи с системами активной безопасности и> комфорта, приняты-для использования в разработках перспективных тормозных систем Федеральным государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования» (ФГУП «НИИАЭ») и Государственным научным центром Российской Федерации Федеральным государственным унитарным предприятием ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ».

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на пяти международных и российских научно-технических конференциях, в их числе: Международная конференция «THE 5™ INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTROMECHANICS, ELECTROTECHNOLOGY AND' ELEC-TROMATERIAL SCIENCE (ICEEE-2003)» в 2003 г., Всероссийская научно-техническая конференции «Современные тенденции развития автомобилегртТ строения в России» в 2003 г., Международная конференция-«THE 6 INTERNATIONAL CONFERENCE ON UNCONVENTIONAL ELECTROMECHANICAL AND ELECTRICAL SYSTEMS (UEES,'04)» в 2004 г., Международная конференция «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития (АЭП-2004)» В 2004 г., а также II Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» в 2007г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 работ, среди которых 5 статей, 10 тезисов и докладов в трудах научных конференций, в том числе и международных.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 192 страницах, включающих 64 рисунка и 4 таблицы, списка литературы из 121 наименования, а также приложения на 2 страницах, включающего справки об использовании результатов диссертационной работы на предприятиях.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем. 1. Выполнен анализ тенденций развития современных автомобильных тормозных систем и выявлены перспективы дальнейшего развития их конструкции и взаимодействии с другими системами безопасности и обеспечения комфорта, который показал, что перспективной является тормозная система, управляемая электроникой, обеспечивающая улучшенные технико-эксплуатационные показатели. При этом было установлено, что перспективная тормозная система - это автоматизированный комплекс, работающий совместно с другими бортовыми устройствами автомобиля, такими как активная подвеска, рулевое управление, системы активной и пассивной безопасности.

-1982. Разработана схема ЭГТС с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками. В частности, в контуры передних тормозных механизмов добавлены двухпозиционные клапаны нормально закрытого типа для компенсации роста давления, вызванного тепловым расширением рабочей жидкости в замкнутом контуре, например, при длительном торможении.

3. Разработана математическая модель ЭГТС, позволившая на основании имитационного моделирования установить способы уменьшения тормозного пути автомобиля. Одним из способов является уменьшение времени срабатывания органа управления (колёсного тормозного механизма) и времени нарастания замедления. Например, при давлении источника гидравлической энергии РаКк- 15 МПа, время, срабатывания уменьшается на 0.06 с, а время нарастания замедления на 0.4 с (по сравнению с гидравлической системой), за счёт чего тормозной путь при экстренном торможении автомобиля со скорости 60 км/ч уменьшается на 7 м. Также было установлено, что основным элементом системы, прямо влияющим на её динамические свойства, является гидравлический клапан с электромагнитным приводом.

4. Разработанная математическая модель электромагнитного гидравлического клапана позволила установить алгоритм управления, как электромагнитным клапаном, так и всей системой- в целом. При этом методы имитационного моделирования обеспечили исследование поведения системы с широким выбором параметров расчёта, в частности: величина давления источника гидравлической энергии, величина напряжения бортовой сети автомобиля, величина проходного сечения электромагнитного клапана. Также исследование различных алгоритмических методов управления электромагнитным клапаном позволило установить, что наиболее эффективным является использование цифровых управляющих устройств, позволяющих улучшить динамические и энергетические характеристики клапана.

5. Компьютерное моделирование показало, что использование электромагнитных приводов клапанов с трёхступенчатой формой якоря позволяет увеличить статическую тяговую силу на 28.9%, увеличить диапазон регулирования тока обмотки на 46.9%, снизить величину тока обмотки при малых перемещениях якоря, по сравнению с электромагнитным приводом клапана с двухступенчатой формой якоря. При этом, повышается плавность регулирования давления, и, как следствие, комфортность работы тормозной системы. Также, линейный характер кривой г = /(¿) на всём диапазоне перемещения якоря, позволяет повысить точность регулирования.

6. Компьютерное моделирование позволило установить, что для уменьшения времени срабатывания, необходимо чтобы в неактивном состоянии сила, действующая на якорь клапана, была равна нулю, а запорный элемент клапана находился в контакте с седлом. Таким образом, компенсируется зона нечувствительности характеристики г — /(О) электромагнитного клапана. Для этого необходимо использовать специальный алгоритм регулирования тока обмотки.

7. Разработан адаптивный алгоритм регулирования тока в обмотке электромагнитного клапана, который позволяет удерживать ток около величины тока трогания якоря, корректируя параметры системы управления, в зависимости от изменяющихся параметров внешней среды (перепада давлений, температуры, плотности и т.д.). Согласно данным, полученным в результате компьютерного моделирования, разработанный алгоритм позволяет уменьшить время срабатывания электромагнитного клапана на 4.3 мс по сравнению с обычным управлением, и, тем самым, повысить эффективность тормозной системы.

8. Разработан алгоритм «бездатчикового» управления БДПТ, позволяющий осуществить динамическую коррекцию угла опережения момента коммутации, при изменяющейся нагрузке на валу двигателя привода источника гидравлической энергии. Согласно результатам, полученным при компьютерном моделировании, разработанный алгоритм позволяет увеличить производительность на 11.8%, уменьшить пульсации электромагнитного момента на 21.7%, и уменьшить величину потребляемого тока на 9.3%, по сравнению с БДПТ с датчиками положения ротора.

-2009. Разработанная математическая модель электрогидравлической тормозной системы позволила составить алгоритм поиска неисправностей и автоматического переключения режимов работы тормозной системы при отказе одного или нескольких компонентов. В частности, микропроцессор системы управления следит за состоянием датчиков и электромагнитных клапанов на основании данных, получаемых от самих датчиков и микроконтроллера, управляющего электромагнитными клапанами, имеющих интеллектуальные средства самодиагностики (первичные признаки). Кроме того, при помощи разработанного алгоритма поиска неисправностей, производится постоянный контроль (несколько раз в секунду) за состоянием электрогидравлической тормозной системы и оценка на соответствие заданному системой управления состоянию (вторичные признаки). На основании полученной информации о неисправностях, производится переключение на тот или иной режим работы системы.

10.Выполненный анализ технических характеристик современных микроконтроллеров позволил установить, что использование модульной конструкции электрогидравлической тормозной системы с передачей данных по мультиплексной шине данных с протоколом БкхЯау, позволяет повысить скорость и качество функционирования, отказоустойчивость и упростить диагностику и обслуживание системы.

11.Проанализированы способы повышения безопасности и комфортности автомобиля с помощью электрогидравлической тормозной системы. Повышение безопасности обусловлено более быстрым срабатыванием тормозов, возможности распознавания предстоящего экстренного торможения, возможности просушивания тормозных механизмов при движении по мокрой дороге, а также использования автоматической системы поддержания безопасной дистанции до впереди идущего автомобиля. Повышение комфортности связано с возможностью реализации на базе электрогидравлической тормозной системы дополнительных функций, таких как трогание в горку без отката назад, более плавная работа системы стабилизации и-отсутствие вибраций на педали.тормоза при работе АБС.

12.Разработана принципиальная электрическая схема электрогидравлической тормозной системы, позволяющая повысить быстродействие и- улучшить энергосбережение.

13.Проведённый анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод об адекватности разработанной математической модели, так как статистический анализ сходимости данных, полученных методом- моделирования, и экспериментальным путём, при помощи t-критерия Стьюдента, показал их сходимость с вероятностью 95%.

14.Разработаны рекомендации по практическому созданию электрогидравлической тормозной системы и дальнейшем использовании результатов диссертационного исследования.

Результаты диссертационной, работы можно использовать при последующих разработках как новых тормозных систем для легкового автомобиля, так и при совершенствовании существующих. В частности, известные1 недостатка тормозной системы автомобиля-Lada-Kaiina можно устранить, используя электропривод длял регулирования давления* в тормозных механизмах с целью достижения максимальной эффективности торможения на любых типах покрытий; при любой загрузке. Разработанные в настоящей диссертации принципы управления электрогидравлической тормозной- системой и, в частности, регулирование давления, могут быть использованы для повышения комфортности, и качества работы антиблокировочных систем; противобуксовочных-систем и. систем перераспределения тормозных усилий, а использование разработанного алгоритма управления электроприводом.гидравлического насоса позволит повысить энергетическую эффективность электрогидравлической.тормозной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертации рассмотрены тормозные системы для легковых автомобилей, управляемые электроникой, среди которых как обычная гидравлическая система, так и системы торможения с электроприводом. В частности, внимание было уделено разработке новых тормозных систем, управляемых электроникой, и обеспечение её комплексной работы с другими узлами автомобиля, таких как активная подвеска, активный круиз-контроль, система слежения за давлением в шинах и системой пассивной безопасности (надувные подушки безопасности, пиротехнические преднатяжители ремней безопасности). При этом было установлено, что улучшение технико-эксплуатационных свойств тормозных систем, и, прежде всего, эффективности и безопасности, может быть обеспечено новой конструкционной схемой с использованием электропривода, а также использование в алгоритме системы управления «интеллектуальных» функций, обеспечивающих повышение безопасности и комфорта пассажиров. I

Цель работы заключалась в повышении эффективности, безопасности и комфортности работы электрогидравлической тормозной системы легкового автомобиля.

1. Косячков P.A. E-type или электронный автомобиль Текст. // Компьютерра. -2000. №19.

2. Safety Technologies for Assisting the Driver in Avoiding Accidents Electronic Resource. // Control Safety Nissan. - Режим доступа: www.nissan-global.com/PDF/e9l 1 .pdf.

3. The Electronic Stability Program ESP Electronic Resource., Continental Teves AG & Co, 2003. Режим доступа: www.contionline.com.

4. Sensotronic Brake Control (SBC) Functions Text. DaimlerChrysler AG. -2001.

5. Тенденции разработки автомобильных тормозных систем с электронным управлением Текст. // Автомобильная электроника и электрооборудование: инф. сборник, под ред. проф. Купеева Ю.А. 2000. №1-2. - СС. 49-57.

6. Расстегаев О. Демонстрация тормозных сил Текст. // Авторевю. — 2001. №1.

7. Хрипунов С.А. Тормозная система с электроприводом интегрированная в мультиплексную структуру электрооборудования Текст.: Дис. . канд. техн. наук. Москва, 2002. 214 с.

8. Hartmann Н., Schautt М., Pascucci А. et al. eBrake® the mechatronic wedge brake Electronic resource. // SAE Paper 2002-01-2582. - 2002. - Режим доступа: www.sae.com.

9. Roberts R., Schautt M., Hartmann H. et al. Modelling and Validation of the Mechatronic Wedge Brake Electronic resource. // SAE Paper 2003-01-3331. -2003. Режим доступа: www.sae.com.

10. Автомобильный справочник: пер. с англ. Текст. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: ЗАО «ОСИ «За рулём», 2004. - 992 е.: ил.

11. Маргелов А. Датчики компании Honeywell Текст. // Электроника: Наука, Технологии, Бизнес. 2005. №2.

12. Маргелов А. Датчики магнитного поля на эффекте Холла1 компании Honeywell Текст. // Chip News. 2005. №4.

13. Методы преобразования давления5 Электронный ресурс. // Датчики давления. Режим доступа: http://www.pressure.ru/apps/methods/. — Загл. с экрана.

14. Brake Pressure Sensor Electronic resource. -. Режим доступа: ,ihttp://www.race-technology.com/. Загл. с экрана.

15. Датчики давления общего назначения. Электронный ресурс. // Датчики« давления -. Режим доступа: http://pressure.ru/files/ps200.pdf. - Загл. с экрана.20: Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Текст.: изд. 5-е перераб., -М: Мир, 1998.-704 с.

16. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника Текст.: справ.рук., пер.с нем. -М.: Мир, 1982. 512 е.: ил.

17. Жданкин В. Поворотные шифраторы: основные типьти-некоторые особенности применения. Текст. // Современные технологии автоматизации.-2001. №2.

18. Technologies. 1999. - Режим доступа: www.semiconductor.agilent.com.

19. Гёльднер Г., Кубик С. Нелинейные системы управления Текст.: пер. с нем. М.: Мир, 1987. - 368 е.: ил.

20. Wallen L. Dynamic tyre models in adaptive slip control Text. // Department of Automatic Control Lund Institute of Technology. Lund, 2001.

21. Pacejka H.B. Tire and Vehicle Dynamics Text. // Society of Automotive Engineers, Butterworth-Heinemann. Oxford, 2002.

22. Мамити Г.И. Проектирование тормозов автомобилей и мотоциклов. Текст., Учебное пособие для ВУЗов. Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

23. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления Текст.: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1986. - 448 е.: ил.

24. Reuter D., Lloyd Е., Zehnder J. et al. Hydraulic Design Considerations for EHB Systems Electronic resource. // SAE Paper 2003-01-324. 2003. - Режим доступа: www.sae.com.

25. Н.Ф.Метлюк, В.П.Автушко. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей Текст. -М.: Машиностроение, 1980.

26. А.А.Ревин. Автомобильные автоматизированные тормозные системы: техническое решение, теория, свойства Текст.: Монография. Волгоград: из-во «Института Качеств», 1995. - 160 с.

27. Patent №5540486 USA, Int. CI. B60T 17/06, F16L 55/04. Anti-lock brake system noise attenuator Electronic resource. / Linkner H.; Kelsey-Hayes Company, № 163658; filed 07.12.1993; publ. 30.07.1996. 7 p. - Режим доступа: www.uspto.gov.

28. Нагорный B.C., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем Текст.: учеб. пособие техн. вузов. М.: Высш. шк., 1991. -367 е.: ил. - ISBN 5-06-000712Х

29. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям Текст. / под ред. М.О.Штейнберга. 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 е.: ил. - ISBN-5-217-00393-6.

30. Расчёт пружин сжатия Электронный ресурс. Режим доступа: http://ogm.hll.ru. - Загл. с экрана.

31. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты Текст.: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Энергия, 1972

32. Коробков Ю.С., Флора В.Д. Электромеханические аппараты автоматики Текст. — М.: Энергоатомиздат, 1991.

33. Таев И.С. Электрические аппараты Текст.: общ. теор. М.:Энергия, 1977.

34. Щучинский С.Х. Электромагнитные приводы исполнительных механизмов Текст. — М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 е.: ил.

35. Электромеханические аппараты автоматики Текст.: учеб. для вузов по спец. «Электрич. аппараты» / Б.К.Буль, О.Б. Буль, В.А. и др. М.: Высш. шк,, 1988. - 303 е.: ил. - ISBN 5-06-001232-8.

36. Using Simulink® and Stateflow in Automotive Applications Electronic resourse. Mathworks, 1998. - Режим доступа: - www.mathworks.com.

37. Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы Текст. — М.: Энергоатомиздат, 1989. 160 е.: ил. - ISBN 5-283-00532-1.

38. Теория автоматического управления Текст.: учеб. для машиностроит. спец. вузов / В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов и др.; под ред. Ю.М. Соломенцева. 3-е изд., стер. - М.: Высш. шк.; 2000. - 268 е.: ил. - ISBN 506-003953-6.

39. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования Текст. : 2-е изд., перераб. и доп. К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. - 431с. -ISBN 5-11-000225-8.

40. Олсон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления Текст.- СПб.: Невский Диалект, 2001. 557 е.: ил. - ISBN 5-7940-0069г4.

41. Technical Datasheet ADuC7019/20/21/22/24/25/26/27/28 Electronic resource. -Analog Devices, 2007. Режим доступа: http://www.analog.com.

42. Technical Datasheet TPD1038F Electronic resource. Toshiba, 2004. - Режим доступа: http://www.toshiba.com.

43. Technical Datasheet INA193A Electronic resource. Texas Instruments, 2007.- Режим доступа: http://www.ti.com.

44. Technical Datasheet M74HC05 Electronic resource. STMicroelectronics, 2001. - Режим доступа: http://www.st.com.

45. Technical Datasheet 74HC00 Electronic resource. Philips Semiconductors, 2003. - Режим доступа: http://www.semiconductors.philips.com.

46. Technical Datasheet DAC8512 Electronic resource. Analog Devices, 1996. -Режим доступа: http://www.analog.com.

47. Technical Datasheet 74HC139 Electronic resource. Philips Semiconductors, 1993. - Режим доступа: http://www.semiconductors.philips.com.-20760. Technical Datasheet DRV 102 Electronic resource. Texas Instruments, 2003. — Режим доступа: http://www.ti.com.

48. Technical Datasheet AS5043 Electronic resource. AustriaMicroSystems, 2006. — Режим доступа: http://www.austriamicrosystems.com.

49. CAN controller interface Electronic resource. // Technical Datasheet PCA82C250. Philips Semiconductors, 2000. - Режим доступа: http://www.semiconductors.philips.com.

50. LinCMOS precision dual operational amplifiers Electronic resource. // Technical Datasheet TLC277. Texas Instruments, 1994. - Режим доступа: http://www.ti.com.

51. Technical Datasheet MPC5561PB Electronic resource. Freescale Semiconductors, 2006. - Режим доступа: http://www.freescale.com:

52. Power Architecture 32-bit MCU for Automotive Electronic resource. // Technical Datasheet MPC5510. Freescale Semiconductors, 2006. - Режим доступа: http://www.freescale.com.

53. MC9S12XF512 Reference Manual* Electronic resource. Freescale Semiconductors, 2007. - Режим доступа: http://www.freescale.com.

54. Technical Datasheet 74HC139 Electronic resource. Philips Semiconductors, 1993. - Режим доступа: http://www.semiconductors.philips.com.

55. Patent №7114600 USA, Int. CI. F16D 55/08. Disc brake comprising at least one inclinable brake pad Electronic resource. / Boisseau J-P.; Robert Bosch, №10/511375; filed 14.10.2003; publ. 03.10.2006. 15 p. - Режим доступа: www.uspto.gov.

56. Юревич Е.И. Теория автоматического управления Текст. М.: "Энергия", 1979.-416 с.

57. O'Dea К. Anti-lock braking performance and hydraulic brake pressure estimation Electronic Resource. // SAE Technical Paper 2005-01-1061. Delphi Corporation, 2005. - Режим доступа: www.sae.com.

58. Нас A. Effects of brake actuator error on vehicle dynamics and stability Electronic resource. // SAE Technical Paper 2005-01-1578. Delphi Corporation, 2005. - Режим доступа: www.sae.com.

59. Sensorless BLDC motor control and BEMF sampling methods with ST7MC Electronic Resource. // AN1946 application note. STMicroelectronics, 2005. -Режим доступа: www.st.com.

60. Kallvik M., Eriksson J. Microprocessor control of a permanent-magnet motor with fault-detection, suited for an electromechanical brake system // Chalmers university of technology. Goteborg, 2006.

61. Liu R. Nonlinear control of electro-hydraulic servosystems: theory and experiment Electronic Resource. Режим доступа: http://mr-roboto.me.uiuc.edu/ARGWeb/theses/RuisThesis/ruisthesis.PDF.

62. Chargin M.L. Nonlinear dynamics of brake squeal Electronic Resource. -Режим доступа:www.mscsoftware.com/support/library/conf7wuc96/10bhert.pdf.

63. You S., Jalics L. Hierarchical component-based fault diagnostics for by-wire systems Electronic Resource. // SAE Technical paper 2004-01-0285. — Delphi Corporation, 2004. Режим доступа: www.sae.com:

64. Колпаков А. Новые компоненты для автоэлектроники Текст. // Электронные компоненты. 2002. №2. - С. 1-5.

65. Li Q., Beyer К., Zhang Q. A model-based pressure estimation strategy for traction control system Electronic Resource. // SAE Technical Paper 2001-01-0595. -Delphi Corporation; 2001. Режим доступа: www.sae.com.

66. Балясников E.C. Электромеханическая клиновая тормозная система Текст. // Электроника и электрооборудование транспорта. -2006. №2. С.11-14.

67. Петленко Б.И., Хрипунов С.А., Смирнов М.А., Балясников Е.С., Полякова В.Н. Анализ внедрения электромеханических систем рулевого управления

68. Текст. // Труды V межд. конф. «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003: тезисы докл. 4.2. Алушта, 2003. -с.194.

69. Petlenko B.I., Balyasnikov E.S., Hripunov S.A.,Polyakova V.N. Features of electric drive system in car brakes Text. // Proceedings of International Conference UEES*04. -Alushta, 2004. vol.3. - P. 851-854.

70. Петленко Б.И., Балясников E.C. Математическое моделирование электромагнитного клапана электрогидравлической тормозной системы легкового автомобиля Текст. // Электроника и электрооборудование транспорта. 2004. № 3-4. - С. 15-17.

71. Овсянников Е.М., Балясников Е.С. Алгоритм управления электрогидравлической тормозной системой Текст. // Автомобильная промышленность. 2007. №4. - С. 12-15.

72. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма Текст.: уч. пособие для вузов. 2-е, стереотип. - М.: Высш.шк., 1991. - 289 с.

73. Visinka R., Chalupa L., Skalka I. Системы управления электродвигателями на микроконтроллерах фирмы MOTOROLA Электронный ресурс. // ChipNews. 1999. №1. — Режим доступа: http://www.chipnews.ru/html.cgi/arliiv/990 l/statl 0.htm.

74. ESP'(Elektronisches Stabilitats Programm) противозаносная система (ПЗС) Электронный ресурс. // Техника Volkswagen: ESP - . - Режим доступа: http://www.kaizerauto.ru/tehnika/esp/. - Загл. с экрана.

75. AVR444: Sensorless control of 3-phasebrushless DC motors Electronic resource. // Atmel Application Note 8012A-AVR-10/05. 2005. - Режим доступа: http://www.atmel.com/dyn/resources/proddocuments/doc8012.pdf.

76. Коломбет E.A. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов Текст. — М.: Радио и связь, 1991. 376 с.-213113. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике Текст.: пер. с англ. — М.: Мир, 1975.-541 с.

77. Вишняков С.В., Гордюхина Н.М. и др. Расчёт электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS Текст.: уч. пособие / под ред. проф. Казанцева Ю.А.-М.: Издательство МЭИ, 2003.

78. Branke V. Sonderposten aus dem Osten Electronic resource. // AUTO BILD. — 2006. №44. Режим доступа: http://www.autobild.de/artikel/Themen-Testberichte-Sonderposten-aus-dem-Osten58105 .html.

79. Орлов А.И. Прикладная статистика Текст. Учебник / Орлов А.И. — М.: Экзамен, 2004. 656 с.

80. Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений Текст. — М.: Издательство стандартов, 1991. 176 с.

81. Мудров В.И., Кушко B.JI. Методы обработки измерений. Квазиправдоподобные оценки Текст.: изд.2-е, перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1983. -304 с.

82. Балясников Е.С., Аббасов Э.М. Система торможения с клиновым механизмом для АТС Текст. // Электроника и электрооборудование транспорта. 2007. №1. - С.22-23.

83. Активная система безопасности ключ к успеху Электронный ресурс. // Ведомости БОШ. - 2004. №6 -. - Режим доступа: http://www.bosch.ua/languagel/coфorative-magazine/bulletin-bosch-2004-nomber-6/key-to-success/index.html. - Загл. с экрана.

84. Панкратов В. Вентильный электропривод: от стиральной машины до металлорежущего станка и электровоза Электронный'ресурс. // Электронные компоненты. 2007. №2. -. - Режим доступа: http://www.russianelectronics.ru/review/acp/344/doc53 3 .phtml.