автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка алгоритма управления рекуперативной антиблокировочной системой

волгоградский ордена трудового красного ЗШЕНИ ШЛИТЕХНИЧьаЖИЯ институт

На правах рукописи ИССА Ыазхар

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОЙ АНТЙБДОКИРОВОЧНОИ СИСТЕЫОЯ

Специальность 05.05.03. "Автомобили и тракторы"

I

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой- степени кандидата технических наук

Волгоград - 1992

-г -

Работа выполнена на кафедре "Техническая эксплуатация ремонт автомобилей" Волгоградского ордена Трудового Красно знамени политехнического института.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

РЕВИН A.A.

Научный консультант: кандидат тегмческих наук

НЕПОРАДА A.B.

Официальные оп юнентк: доктор технических наук,, профзссо

КОСОЛАПОЕ Г.М. . кандидат технических наук, доцент КАРСАКОВ A.A.

Ведущее предприятие: Ассоциация "Росинтранс"

Защита диссертации состоится ТА."_фев{адя 1992 года 9.СО часов на заседании специализированного Совета ВАК ССС К GS3.7i.C2 в Волгоградском политехническом институте адресу: ¿00056, г.Волгоград, проспект им. В.И.Ленина, ¿8.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Волгогра, ского политехнического института

Автореферат разослан Ю." яямр» 1992 года.

Ученый секретарь специализированного Совета ' кандидат технических наук, доцент

¿ЦЫ1) - 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Одам из основных направлений поилпекия производительности и безопасности автотранспортник средств являемся дальнейшее совершенствование .окструкциД тормозного привода на основе внедрения современных достижений науки,

• техники и технолог™. Так благодаря применению на автомОиле автоматических систем стало возмокдам кардинальное повышение

■ эффективности, устойчивости и управляемости в реждое экстренного торможения.

Однако, высокая себесто;мость таких систем, получивших название антиблокировочных, сдергивает их распространение. Решение проблечн возможно на основе применения систем, использующих кинегопеску» энергии автомобиля для восстановления давлени. рабочего тела, которые получили название рекуперативных АБС. Однако, особенности рабочего процесса ке позволяю! эффективно использовать алгоритма существующих традиционных АБС. Поэтому разработка алгоритма управления является одной из важнейших задач в создании рекуперативной.АБС, т.к. правильный выбор алгоритма определяет оптимальность протекания раоочего процесса данной системы и ее надежность.

Цель работа. Изучить особенности рабочего процесса рекуперативной АБС и на атой основе рааработать рабочий алгоритм для управления ее функционированием.

Методы исследования. В работе использован метод математического моделирования рабочего процесс? затормаживания- колеса автомобиля с рекуперативной АБС в гидроприводе тормозов и экспериментальные исследования на автомобиля ЮК-2126.

Объект исследования. Легковой автомобиль Ш-2126 с рекупе-

• ративной АБС производства п/о КЭШ в тормозном приводе. Макет

блока управления, реализующий разработанный алгоритм.

Научная новизна. Исследовано влияние закона изменен; уставки в зависимости 01 линейной скорости оси колеса на е] эффекгишэсть и устойчивость при торможении с рекуперативнс АБС б тормозном приводе. Обоснована оптимальная форма : эвисимс ста 1БХ1(У) применительно к легковому автомобили малого классг Исследовано влияние основных конструктивных параметров рекуле ративной АБС (приведенное к обороту колеса число выступс кулачка, время запаздывания срабатывания) и эксплуатационно факторов {стохастический характер изменения коэффициента сцеп ления по пул, податливость гтодвэски в плоскости вращени колеса) на эффективность к устойчивость торможения колеса.

Практическая ценность■ Создана математическая «одел "колесо", программа которой реализована на ЭВМ типа ЕС-1061 н; языке ФОРТРАН-4, здзкватность которой подтверждена натурньа экспериментом, позволяющая производить на стадии проектирована отладку алгоритмов управления работой рекуперативной АБС, Выполнен пакет блока управления, прошедаий проверку в дорожнш условиях.

Реализация рябсп. Созданный блок управления используется в Волгоградском политехническом институте для управления функционированием опытных образцов рекуператив: зй АБС, изготовленной в п/о кжмй.2. Результаты исследования ен ренн в учебный процесс.

Апробация работы, основные положения работы докладывались на научных конференциях ВолгЯМ в 1569-91 г.г., а гагаэ на региональной научно-технической конференции "Применение математических средств к задачам автомобильного транспорта", Волгоград, 1989 г.

Публикации. По материалам работы опубликована одва статья. -

Объем работа. Диссертация состоят из введения, четырех глав и рекомендаций, приложения и списка литература. ОСщй оОъс-ií работы 158 страниц, в том числе 103 страницы основного текста, 39 страниц иллюстраций, 4 стр. таблиц.

солчряашсе работу

Во введении обоснована актуальность теш диссертации,-формулируется цель исследования с дана общая характеристика работы.

В первой глав- проведен обзор литературных истопников, госвяценшх задаче предотвращая юза колеса. Рассмотрены современные конструкции АБС, их функции, пргкцш действия, типы и классификации. Проанализированы также судзствущив алгоритмы управл-дая АБС, с то'-гки зрения возможности гх использования для управления функционирования рекуперативная АБС. Описано главное отличие рекуперативных АБС от традиционное в фззе растормажива-ния, зоаюхаости их применения и перспектива распространения на массовых недорогих автомобилях. На основе проведанного анализа, сформулирована задачи управления.

Во второй глаье приводятся описание разработанной математической модели "колесо" торхотенил колеса с рекуперативной АБС •

»

для исследования рабочего процесса и на згой основе проведена отладка алгоритма управления. В математической модели нормаль- ■ ная реакпия на колесе задается в виде

V *ZO + V9 " 'Sln V = 830 (1 S

где Rzo - начальное значение нормальной: нагрузки; &z, bz. î^ - коэффициенты.

Учет изменения динамического радиуса колеса производится

по формуле

гд = г; ; - Л1УСш' <2> .

где Сщ - нормальная жесткость вини;

гдо - значение радиуса колеса при нормальной нагоузкэ. Касательная реакция находятся по обычной зависимости

«I = • О)

где ср - текущее значение коэффициента сцепления в функции от проскальзывания.

Последняя зависимость задается с помод^в плавных функций в

виде

'•хгттгтгК-м.].

(2.4)

гле - коэффяи..енг проскальзывания;

Ч>0 - коэффициент сцепления заблокированного колеса;

- коэффициент, учитывает® снижение сцепления с ростом линейной скорости автомобиля; а8, Ьд, с8- коэффициенты апроксимации, определяющие тип поверхность

Особенностью математической модели является учат инерционности и гистерезиса тормозного механизма, моделирование тормозного привода по выходным характеристикам, моделирование дорожных условий при стохастическом ззданки изменения коэффициента сцепления по цути с помощью корреляционной зависимости вида

ЩБ) = а2.©-«)5!. (5)

где а2 - дисперсия; ч

а - коэффициент затухания; в - основание натурального логарифма.

енка кг. „ества торжзекгя кол. :з производятся по след-щам птериям ,

1. Срзда5реа."Жос-гг^ЕО зкачекия коэйздаентов сцешэния л

носитзльного песскэльзнеонзя. ti

Scp = {^'s^t/tt-t,). (6)

ti и t* - соотг.зтотбэнко eccv начала работа АБС п кониа юцесса.

2. Дисперспи, срс-днеквгдра une скор отюлонс-.'иг и козКжи-t? гарпацш, которое глт.гсдястся пс формулам

0 1 П ?

сг =■ — 2 х, - г-, а о=1 1

о г, (7)

г» = о / ,т, № л - число пагов расчета; X, - 5H-S46S23 параметра на 1-е?.*, ааге; х - катекчтэтеское ostvuxe значение параметра.

На основе катемзтическей модел! созде :а основная программа ECUP, которая списывает процесс торможения колеса с рекуперз-íBHC?. tZZ. Бпок-jxs:-:a прогрей показана ка рис.1. Кроме того, оздзн ряд вслсмогательшх программ. Например, А1Д0РТ, с помогав» эторей велась отладка п выбор оптимальной зависимости ь^да S. 1 (V), ALGOR, реализующая разработанной рабочий алгоритм празлэния; СИЛУ, которая пр-здеазпатейз для автоматизации-асчгтз коь-й-тцкентов задаваемого полинома tSTl(7) и другяе.

Лля вывода на печать конечной ивЗзэрьщцги предназначена одпрегргкма псеЕдогрзфла PGRV. Програтаа рзечигзна на вывод а печать графической информация об иомензнги шеста параметров

- 8 -

Блок-схема срограла "ЕБСИР"

/

вывод еэ печа1

гь /

С

стоп

РКС.1

затормаживаемого колеса (-угловых скорос.и и замедления .:олеса, тормозного момента, дзз,:5н"ч в тормознем приводе,. перзмзценил моста и проскальзываем колеса).

Проверка адекватное :и проведена на созданной дорожной лаборатории на баг^ автомобиля ИЛ-2126, которая оборудована необходимой измерительной и регистрирующей -ппэрзт,рай для проведения дорогжзх .спыгаккй рзврг.<30танЕСГ0 блока упразленпя па реально!.«, объекте исследования. Лроверча адекватности модели осуществлялась на основе сравнительной оцеь<н результатов численного моделирования (ЭЦЕМ EC-ICSI) и реального энсперпкен-та (дорохгше асштанкд) по чвтыреч рыкодаыа параметрам: частота сргоалгозыи ЛЕС на определенном т',шв поверхности Хорога, прод;ол1нс:.;у замедлении' коле з, чеменэнню угловой скорости колеса и тормозного ые.у.знта. Отклонения предельных значение раесмзтгта.~йз2 параметров яе превышают 107. Наилучпая сходимость (погрзваоеть менее 2,55) Дистигнута для тормозного мскон-та. Это дает основание заключить, что разработанная модель адекватно сшгсувает реальный процесс.

3 третьей главе изложено исследование рабочего процесса колеса с рехупер-тивной АБС на осноез использования типовых алгоритмов. 2-десь аэ проведены описание физической картии торможения колеса с рекуперативной АБС и результаты исследования влияния Форш завис:®.ости CS^l(V) на выходные характеристики колеса. 3 качестве исследуемого полинома взято трехстзпонкоэ уравнение вида - »

Г52) = з,+ Sg-V t a3.«V2+ ад.?3, .(S)

где IS ] - значение коэффициента проскальзывания колеса,^ пра котором происходит срабатываете АБС (точка настройка): 7 - линейная скорость автомобиля (оса колеса);

- 10 -

а1 - значение проскальзывания при 7=0 (начальное ззачекиэ проскальзывания); &2»&з к а4 - коэффициента полинома.

Данное уравнение позЕоляе" моделировать следутакэ законы изменения уставки срабатывания АЗС в зависимости от линейной скорости тормогения автомобиля: по(. гоянная величина уставки, ее. линейное сшхенге и параболическую зависшлость по ' мэре изменения скорости с выпуклой и вогнутой формами (см.рис..2а). Определензе коэКециэнтоз пс.пгнома производится с помощью специальной подпрограммы ГОАУ на основе координат. шести точек, взятых произвольно в плоской систекз исследуемой Форш данного полинома. Исследования показали, что в качестве оптимально^ £ор»,щ для разработки алгоритма управления АБС рекуперативного типа• целесообразно использовать Б-обргзнуи зависимость, т.е. уравнение вида:

[5х]=0,иГ-0,С02337+0,00171У2-0,СХХЮби73. (З.*6)

НаЬдбнкые коэффициенты вводились в программу АЮОРГ, в качестве экспериментального алгоритма управления. Для Б -образной Форш' полинома были определена оптимальные зоны (см.рлс.20) точки перегиба кривой по значениям линейных скоростей центра масс автомобиля получены интервалы ?=5-Ю ч/с и а1 =0,10-0,2 для автомобиля типа йЕ-212в. Уточненные расчет', позбэлше определить координата точки перегиба (7*=8 ¡¿Ус, а1 =0,212) при начальном значении а1=0,15.

В четвертой глава дается описание разработанного алгоритма управления, исследуется влияние способов его реализаций' на эффективность торыажешя колеса 'с рекуперативной АБС. Кроме того, представлена разработка алгоритма и его реализация в виде

- II -

РассмотрИЕаемне вида ггтс;мэсте1 15х3 (V) и оотимальпрч {орла полинома (б)

(а).

о?з

0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0

О 4 а 12 16 20

У, ь'с

1 - постоянное значение устазнп

2 - лкнзгная сотаэ изменения уставки

3 - кгадратачная фэрма изменения уставал

0>-!-1-1-1-1-ч> .

О 21 25 35 67 ю, с"1

ЙХС.2

макета эксггержвкгалыюго блоха упразлешы. Приведена блок схемз логического устройства ди определения проскячьзыв^шя' к основе ик^ожоц:;:: об угловой скорости колеса и ..¡¿работки ко казд, показана на рис.2.

Блок-схема логического устройства

Рке.З

Болъпое внимание было уделено способам реализации оптя калькой Б-образной формы полинома. При этом быт рассмотрен три способа реализации: линейная аппроксимация, кусочно линейная со "ох'уп-нькой" в области оптимальных скоростей : кусочно-линейная эдроксшгация треки участка?,щ. Исследована, показал!, что толг'о два последних способа (см.рис.4) позволяй гф$ективно ревизовать рабочий алгоритм управления, разработал ный ранее в главе 3.' Ь!а тематические вырагзния при реглизацд алгоритма по второму способу (кусочно-линейная апрокскмация с "ступенькой" в середине),(см. рис.4з), имеет вид: з области низких скоростей

а-3.У, при и (Ю)

г области впссхих скоростей

■[Э ) = а< + ад-*?, при 7>17*3 л ц>к>[щ*),

да (V*) - состветствзнно пороговые значатся лизейгсЗ и -{ГЛ0ВС2 скорости.

При реализации алгоритма по третьему - способу (кусочнс-динейягя гпоокснкзшя тремя участками, см.рис.46), :эответстзу?пзк урзьнзпия и,'.ею? ей.* [Б 3 = з^-У, при 7<СV*3 и ];

С5Г] = а-.V, при 3 и З«^!»*,); (II)

СЭ 3 = а,+ при 7>Е] и '

После Еыбрз порогов 1*7*3, [а>£з бнло проведано исследование влнягия конструктивна и эксплуатаизюккпх фактороз кэ функнио-ггрсзаг» рекуперативной АБС, уяраьлениэ которой осу!Цэствлялэсь со рззразстбпночу вило алгоритму. В ь лестве кскструктзш-ш. £.г:тсроз бнпо исследовано вяяжет» времени зац'аядувенкя отраоот-кй хсмзнг-г т , а Ерзед-ззного ко-пгаесхва зксгупоз кулачка, Е1р:Еодяг;?'зся п один оборот колеса п^. В качестве примера на рис. 5 и 6 приведена Срагкзяты зависимостей срэдяерэзлизовгнных коэффициентов сцепления и проскальзывания от двух названных конструктивных факторов. Результата свидетельствуют, что при увеличении х з п^ проявляется явно* вкразенная тенденция к скитанию эф£ектвзяосги. Однако это е :звзао . тюгиЕстлозЕкма процесса.':,!: синением ^Кекпшностк при излизнем расторкзкива-нии и еэ ростом у заЗлоккрх.данного колеса (затупевзнннэ точки нз графике). В связи с этим наабольшй интерес представляют результата при ^=15,6, свкдетэльствугсие об оптимизация этого параметра за счет обеспечения торкохензя з области экстремуме <р(5)-диагрзмма. Основной целью исследования влияния эксплуать-пискнах факторов на рабочий процесс рекуперативной АБС являлась

- и -

Оптимальней Еариаат реализация уставки при еэ . . кусочн. -линейной епцроксилзди со "ступенькой"- (а) и тремя участками (б;

г

О,

0,22;

0,1

14 21 28 25 42

67

1 1 ]

,1 ^Л—- ---"Т^Г""

/ (Аа

I

г . 1 1 1 1 г 1 1 1 1

10 12

14 21 28 35 42 Рис. А

16

56

М/С 67 Ю.С-1-

Зависимость срвдггэреализоваянрго кс;ф£щизнта сцепления от времени запаздывания отработки команда и количества выступов кулачков, при"одяг«ихся на один оборот, колеса при тормс .енил ка заснеженном асфальте

о - удовлетворяет требованиям Правил 13 ЕЭК ООН е- не удовлетворяет требованиям по предельной скорости Ебобрзтмсго юза колес Рис.5

Зависимость средаереализованного коэффициента проскальзывания от времени запаздывания отработки команды и количества выступов кулачков, приходящихся на один оборот колеса при торможении на заснеженном асфальте

о"- удовлетворяет требованиям Правил 13 ЕЭК ООН *- не удовлетворяет требованиям по предельной скорости необратимого вза Рис. б

проверка помехоустойчивости алгоритме. В качестве основных помех учтено стохастическое изменение коэффициента сцепления по пути и колебания статора датчика из-за угловой податливости подвески в плоскости врг^ения колеса. Исследования подтвердили, что разработанная лгоритм оказался помехоустойчив, достаточно эффективен и надежен при тормокенш с рекупрративне 3 АБС на всех типах дорошогг покрытия.

В прилокенш приведены оскоьзая программа KECUP, подпрограмм A1G0PT и ALG0B, а такие раскечатк^ вш. эдаой информации процесса торчокенкя колеса с рекуперагявной АБС с блоком управления по разработанному алгоритму.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВТОДЯ

1. А- алкз существующих алгоритмов современных антиблскяро-вочных систем показывает, что с.м требуют существэнной доработки при использовании их для управления рекуперативными АБС в силу особенностей рабочего процесса последних.

2. Созданная математическая модель класса "колесо" и отлаженная программа расчета на ЭВМ типа ЕС-!061 адекватно (с погрешностью не более 105 по оснсзшм параметрам) описывает рабочий процесс затормаживания автомобильного колеса с рек^пе-ра-.лвной АБС в гидроприводе тормозов. Комплекс сервисных про-.граш позволяет автоматизировать подготовительные операции и обеспечить вывод информации в виде псевдографики.

3. С учетом требования по себестоимости рекуперативных, систем, разработан алгоритм управления, который мокет быть реализован на недорогой элементной базе, с использованием широко распространенных микросхем и транзисторов, что подтверж-

дено маю. ивроьавием. Кроме того, разработана программа, котора может быть Есяользована к в микропроцессорном блоке.

4. Исследования показали, что наниучшие результаты п эффективности и устойчивости достигаются при Б-образной форм' коррекции зависимости [БгЗ (V), с фиксированной для всех типо: поверхностей точкой перегиба. Последняя определяется параметра ми автомобиля и его торыозноЗ системы. ■ Дня автомобиля тип. ИК-2126 точка перегиба приходится на скорость 8 км/ч.

5.Исследования влияния различных форм аппроксимирую®! зависимостей при формирогзнии реального алгоритма (линейная, о ступенькой в точке перегиба, тремя наклонными участками) показало, что отклонения результатов, по сравнению с идеальна вариантом, составили соответственно 10-152, 5%, 22. Приеылишм] вариантами следует считать аппроксимацию со "ступенькой" I тремя наклонными участками. Причем для варианта со "ступенькой необходим предварительный анализ с учетом конкретных параметра автомобиля и привода.

6. Созданный алгоритм помехоустойчив по отношению к типовым возмущениям: флуктуации сцепных свойств поверхности п< пути и колебаниям статора датчика в пределах угловой податливости подвески при характерных для автомобиля ИЖ-21Р.6 параметрах. Отклонения по эффективности по сравнению с вариантом тормозсени без помех не превышали 2%, ж по устойчивости 72.

7. На эффективность и устойчивость колеса с рекуперативно! АБС и созданным рабочим алгоритмом значительное влияние оказывают такие конструктивные параметры, как время запаздывания и отработку команд, и количество выступов кулачка, приходвдиха на один оборот колеса. Так удовлетворительная эффективное®

- 19 - .

достигается при tQ < 0,015 с и прив-денном числе рчступов \ > 15,6.

По материалу диссертация опубликована статья: Ревин A.A., Исса Ыазхар. Модель затормаживаемого чолеса с рекуперативной АБС. Е сб. тр. "Применение математических средств, и вычислительной техники к задачам автомобильного транспорта", -Волгорад, ВолгЕИ, 1989, с. 125-128.

писано з печать G2.0I.92r. Загаз II I. Усл.сеч.л. 1,25. ТирагЮОэхз. ißt 6С X 04 1/16. Печать плоская, Бумага офсетиая.

вузовский рота принт кий участок Волгоградского орде га Трудового «ого Замени политехнический институт. Волгоград - 63, ул.Советская, 35.