автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Математическое моделирование и исследование электромагнитных элементов автомобильных систем управления

На правах РУКОПИСИ

Гаранин Андрей Юрьевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТГОМАГНЫХ

АВТОМОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.13.05- Элементы и устройства вычислительной

техники и систем управления

Автореферат ' диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Тольяттинском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Шлегель Олег Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ивашов Евгений Николаевич

Ведущая организация: Государственный научный центр РФ - ФГУП «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт - НАМИ».

Защита состоится 25 ноября 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д217.Р47.01 в ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования» по адресу: 705187, г. Москва, ул. Кирпичная, 39.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования». -

Автореферат разослан 22 октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Кириллов Сергей Владимирович

кандидат технических наук

Общая характеристика работы

$06319

Актуальность работы. Одной из основных проблем, выдвигаемых ростом общего количества систем управления в автомобилях, является совершенствование входящих в них исполнительных элементов. Это связано с тем, что развитие систем и эффективное управление процессами, происходящими в агрегатах автомобиля, невозможно без повышения требований к этим элементам. Влияние исполнительных элементов на эксплуатационные характеристики систем значительно, т.к. они определяют динамические свойства систем, которые являются наиболее важными для реализации функции управления. Если к тому же учесть, что автомобильные системы управления являются массовой продукцией, задача исследования их исполнительных элементов является актуальной, а разработка таких элементов в соответствии с системными требованиями дает большой эффект повышения потребительских свойств автомобиля в целом. Наиболее часто в качестве исполнительных элементов автомобильных систем управления используются электромагнитные элементы.

Исполнительные элементы, выполненные на основе электромагнитов постоянного тока, могут выполнить команды лишь через определенный промежуток времени после получения сигнала от блока управления. Это время тратится на механическое перемещение якоря электромагнитного элемента и связанного с ним механизма. Переход якоря из одного положения в другое определяется быстродействием электромагнита, а динамические характеристики электромагнитных элементов зависят от набора параметров их конструкции. Выбор рациональных параметров и совершенствование электромагнитных элементов систем управления возможно только при наличии методики моделирования их динамических режимов, имеющую хорошую сходимость с экспериментом.

Это требует теоретической проработки вопроса и создания методики моделирования электромагнитных элементов автомобильных систем управления, которые являются наиболее значимыми для автомобилестроения XXI века. Поэтому задача, поставленная в диссертации, является своевременной и актуальной.

Цель работы - теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитных элементов автомобильных систем управления с учетом неравномерного насыщения стали магнитопровода и влияния вихревых токов для выполнения предъявляемых к ним системных требований и уменьшения зависимости характеристик от изменения внешних факторов.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- проведение анализа и обоснование целесообразности улучшения характеристик электромагнитных элементов системы ЭСУДи системы элек-тростартерного пуска автомобилей,

- разработка математической модели, функционально связывающей параметры электромагнитного элемента с его характеристиками;

- разработка методики моделирования динамических режимов работы электромагнитных элементов, позволяющей быстро и с достаточной для практики степенью точности, определять их динамические свойства с учетом неравномерного насыщения стали магнитной системы;

- разработка методики учета влияния поверхностного эффекта на рас -пределение вихревых токов в элементах магнитной системы,

- проведение исследования влияния изменения параметров на характеристики электромагнитных элементов;

- проведение исследования условий работы электромагнитных элементов в автомобильных системах управления и выдачи практических рекомендаций, необходимых для их рационального проектирования.

Методы исследований В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, которые базируются на научных основах физики твердого тела, методов решения дифференциальных уравнений, теории электромагнитного поля, теории автоматического управления.

При проведении экспериментальных исследований применялись методики прямых и косвенных измерений методом тензометрии, погрешность полученных экспериментальных данных определялась методами теории вероятности и математической статистики.

Теоретические исследования и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием персонального компьютера.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель электромагнитного элемента, отличающаяся от известных функциональной связью между параметрами электромагнитного элемента и его динамическими характеристиками и позволяющая исследовать многофакторные переходные процессы включения и выключения динамических электромагнитных систем;

- разработана методика моделирования электромагнитных элементов в переходных режимах, отличающаяся от известных алгоритмом расчета их характеристик и позволяющая быстро и с достаточной для практики степенью точности определять динамические свойства электромагнитных элементов с учетом неравномерного насыщения стали магнитной системы;

- разработана методика определения вихревых токов, возникающих при переходных процессах в электромагнитных элементах, отличающаяся от известных учетом влияния поверхностного эффекта на их распределение в материале магнитопровода и позволяющая повысить точность моделирования динамических режимов;

- установлена ранее неизвестная взаимосвязь индуктивности электродвигателя стартера со встроенным редуктором с динамическими характеристиками его тягового реле, оказывающая негативное влияние на работу силовых контактов реле и контактов замка зажигания.

Практическая ценность. Разработана легко реализуемая на практике методика математического моделирования электромагнитных элементов, которая способствует совершенствованию их конструкций и позволяет:

- проводить разработку и модернизацию конструкции;

- проводить оценку конструкции для выявления резервов, соответствия разработай поставленным требованиям, определять пути дальнейшего совершенствования;

- проводить анализ влияния конструктивных и технологических изменений на характеристики электромагнитных устройств.

Достоверность результатов. Достоверность результатов проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых методов и подходов, сравнением с теоретическими и экспериментальными данными, известными в литературе и полученными автором.

Реализация и внедрение результатов работы. Научные положения диссертационной работы, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований были использованы при разработке новых конструкций реле для стартеров 29.3708 и 5702.3708, выпускаемых ОАО «ЗИТ» г. Самара.

Материалы результатов диссертационной работы используются также в лекционном курсе для студентов специальности 180800 в дисциплине «Теория, конструкция и расчет электрооборудования автомобилей» и при курсовом и дипломном проектировании студентов Тольяттинского государственного университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель электромагнитного элемента, отличающаяся от известных функциональной связью между параметрами электромагнитного элемента и его динамическими характеристиками и позволяющая исследовать многофакторные переходные процессы включения и выключения динамических электромагнитных систем;

- методика моделирования электромагнитных элементов в переходных режимах, отличающаяся от известных алгоритмом расчета их характеристик и позволяющая быстро и с достаточной для практики степенью точности определять динамические свойства электромагнитных элементов с учетом неравномерного насыщения стали магнитной системы;

- методика определения вихревых токов, возникающих при переходных процессах в электромагнитных элементах, отличающаяся от известных учетом влияния поверхностного эффекта на их распределение в материале магнитопровода и позволяющая повысить точность моделирования динамических режимов.

- ранее неизвестная взаимосвязь индуктивности электродвигателя стартера со встроенным редуктором с динамическими характеристиками его тягового реле, оказывающая негативное влияние на работу силовых контактов реле и контактов замка зажигания.

Апробация работы. Материал диссертации одобрен на научном семинаре кафедры "Автотракторное электрооборудование" Тольяттинс-кого государственного университета. По результатам работы сделаны доклады на Всероссийской научно-технической конференции в 2003 г. в Тольяттинском государственном университете, на Международной научно-технической конференции в Самарском аэрокосмическом университете в 2003 г., на Международной научно-технической конференции в Самарском техническом университете в 2003 г.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований освещены в 10 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, перечня литературы и приложений; содержит 133 страницы машинописного текста, 37 рисунков и 10 таблиц. Библиография на 8 страницах включает 85 наименований, из которых 9 иностранных. Приложения на 3 страницах.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы, определены цели и задачи работы, сформулирована научная новизна работы, ее практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту. -

В первой главе проведен краткий обзор наиболее распространенных автоматизированных систем управления автомобилей и применяемых конструкций электромагнитных элементов, а также современных методов их моделирования.

Моделирование электромагнитных элементов, несмотря на относительную простоту конструкции, представляет собой весьма сложную задачу. Для их расчета в различных литературных источниках рекомен-

дуются различные методы, которые отличаются как подходом к расчету, так и допущениями, принимаемыми при этом. Сложность расчета электромагнита обусловлена сложностью его магнитного поля (рис. 1).

Рис. 1. Распределение магнитных потоков во втяжном электромагните постоянного тока

Анализ литературных источников показал, что в настоящее время широко применяются численные методы расчета магнитных полей. Наиболее распространенными из них являются метод конечных разностей (МКР), метод конечных элементов (МКЭ), методы, основанные на интегральных уравнениях. Разработаны также комбинированные методы, использующие достоинства различных методов.

Недостатками методов МКР и МКЭ является преобразование информации при замене дифференциальных уравнений разностными, что приводит к искажению исходной информации. Итерационный счет и ошибки округления в процессе численного решения также увеличивают погрешность расчета. Повышение точности возможно путем уменьшения шага сетки, на которую разбивается магнитная система. Однако это ведет к увеличению числа неизвестных, к росту объема вычислений и накоплению ошибок.

Совершенно неэффективными становятся методы МКР и МКЭ в тех случаях, когда требуется учитывать взаимное перемещение ферромагнитных частей, так как для каждого рассматриваемого варианта их рас-

положения необходимо строить новую сетку. Учитывая, что в электромагнитных элементах преобразование магнитной энергии в механическую происходит за счет перемещения якоря, применение методов МКР и МКЭ для расчета поля в таких устройствах нежелательно.

Одним из основных путей повышения точности расчета магнитного поля является увеличение объема аналитических преобразований, поэтому основными методами численного расчета полей являются методы, основанные на применении интегральных уравнений. Эти методы фигурируют под названием методы вторичных источников (МВИ). Под вторичными источниками понимается плотность фиктивных поверхностных и объемных зарядов или поверхностных и объемных токов.

Наряду с минимальной размерностью задачи преимуществами МВИ является возможность расчета поля без искусственного его ограничения. Результатом расчета являются величины, непосредственно определяющие векторы поля, т.е. исключаются операции численного дифференцирования. К недостаткам МВИ следует отнести необходимость применения специальных приемов, обеспечивающих сходимость итерационных процессов, что приводит к дополнительным теоретическим и экспериментальным исследованиям. В связи с этим МВИ являются весьма эффективным только в случае расчета магнитных полей ненасыщенных электромагнитных систем.

В этих методах начальная часть преобразований делается точно, аналитически, тем самым уменьшая накопление ошибок при численной переработке. Аналитическому преобразованию подвергается наиболее общая часть информации, присущая всем задачам данного класса. Преобразовав ее один раз, результат используется для построения новой математической модели, в которой для численной переработки останется только частная информация, отражающая специфику конкретной задачи.

Необходимо отметить, что дискретизация деталей системы на элементарные объемы и площадки представляет собой первый шаг на пути численного решения задачи. Дискретизация, проведенная без учета распре-

деления магнитного поля в системе, ведет к получению грубого приближения к искомому решению, даже если остальные этапы алгоритма выполняются с высокой точностью, поэтому этот этап должен выполняться специалистом, имеющим опыт моделирования электромагнитных полей.

Существуют способы решения системы уравнений динамики электромагнитов, основанные на использовании численных методов расчета электромагнитных полей, с помощью которых находятся сначала статические зависимости потокосцепления и тягового усилия от тока и хода якоря. Затем, используя рассчитанные статические характеристики, итерационными методами определяют динамические свойства рассматриваемого электромагнита.

В зарубежной практике применяются программы моделирования динамики работы электромагнитных устройств на персональных компьютерах, основанные на использовании методов теории поля. Однако в публикациях по этому вопросу обосновывается развитие методов расчета электромагнитов, основанных на упрощенной картине магнитного поля, которые позволяют получить достаточную для практики точность определения характеристик электромагнитных элементов систем управления. Применение таких методов моделирования признается предпочтительным по сравнению с методами, основанными на теории поля из-за простоты их реализации и использования для практических расчетов. Согласно этим публикациям, ранее на фирме «General Motors» применялись методики моделирования динамики работы электромагнитных исполнительных элементов и составленные на их основе компьютерные программы, использующие метод конечных элементов, с помощью которых можно решить проблему расчета динамических характеристик численными методами.

Увеличение применения электромагнитных элементов с высокими удельными характеристиками для использования в качестве силовых исполнительных устройств в системах управления автомобилей, вызвало потребность в разработке нового метода анализа динамики их работы, который был бы более точный и позволял быстро производить расчет его характеристик.

Для этого в научно-исследовательской лаборатории фирмы «General Motors» был разработан метод, основанный на использовании упрощенной картины магнитного поля электромагнитного элемента.

Разработанный метод позволяет достаточно точно и быстро оценить динамические характеристики исполнительных элементов. Однако при принятии основных упрощений для магнитной цепи в указанном методе имеется ряд существенных недостатков, увеличивающих погрешность расчета, а именно:

- замена реальной магнитной цепи электромагнитного элемента эквивалентным сердечником с охватывающей его обмоткой;

- упрощенное определение потокосцепления обмотки без учета потоков рассеивания;

- представление распределения магнитного потока в воздушном зазоре однородным.

Принятые в этом методе моделирования допущения ограничивают его применение только рассмотрением электромагнитных элементов с малыми рабочими зазорами. Кроме того, использование итерации на заключительном этапе расчета параметров поля, приводит к возрастанию времени расчета.

Таким образом, применение численных методов для моделирования электромагнитных элементов даже на завершающем этапе приводит к снижению точности и накоплению ошибок. Необходимо также учесть, что при итерационном расчете имеется вероятность, что процесс не будет сходиться, несмотря на применение специальных приемов. Необходимость в проведении значительной обработки и подготовки исходныхданныхдлярасчета навычисли-тельной технике обуславливает сложность алгоритмической и программной реализации численных методов расчета магнитного поля, что является главным препятствием на пути их широкого практического внедрения.

Во второй главе показана разработанная математическая модель электромагнита с идеализированной картиной магнитного поля и уточнены формулы для определения статических тяговых характеристик электромагнита постоянного тока. Для этого приняты следующие допущения.

1. В области рабочего воздушного зазора учитываем только аксиальную слагающую магнитного потока, а в областях, занятых обмотками только слагающие потока, нормальные оси магнитной системы.

2. Область рабочего воздушного зазора рассматриваем как участок якоря, отличающийся только магнитной проводимостью.

3. Разница между максимальной и минимальной величинами индукции в пределах каждого из участков такова, что отрезок кривой намагничивания может быть аппроксимирован отрезком прямой.

Предлагаемые допущения позволяют выделить основные слагающие потока (рис. 1), количественно определяющие характер происходящих в электромагните процессов. Линеаризация отрезков кривой намагничивания, характеризующих насыщение стали на каждом участке магнитной системы, позволяет аналитически решить уравнения распределения магнитного поля в электромагните и получить интегральные выражения для определения потока в любом сечении магнитопровода.

Нахождение величины тягового усилия электромагнита по формуле Максвелла возможно при известном распределении магнитной индукции (магнитного потока) по торцу якоря. Фактически это учет потоков рассеивания, так как потоки рассеивания искажают распределение индукции по торцу якоря. Величины потоков рассеивания и их распределение в системе электромагнита были учтены при выводе формул. Таким образом, можно утверждать, что расчетные значения усилия электромагнита, определенные по полученной формуле отражают реальные процессы, происходящие в электромагните.

Третья глава посвящена разработке математической модели и методики моделирования динамических режимов работы электромагнитного элемента. Получены математические выражения, напрямую связывающие параметры электромагнита, источника питания и сочлененного с ним механизма с динамическими характеристиками образованной электромагнитной системы. Одновременно разработана уточненная методика учета влияния поверхностного эффекта на распределение вихревых токов, возникающих в элементах магнитной системы.

Рассматриваемая электромагнитная система электромагнит - приводной механизм представляет сложную переменную структуру. Переходные процессы в ней описываются системой уравнений, связывающих электрическую и магнитную цепи с механическим движением входящих в нее частей.

(1)

где Ч' О,8) - потокосцепление обмотки электромагнита; Е- ЭДС источника питания; О -ток в обмотке; Я- суммарное сопротивление источника и внешней цепи; /•"(г, 8) - тяговое усилие электромагнита; Гп/1(8) противодействующее усилие; М- приведенная к якорю масса движущихся частей; - скорость движения якоря; 8 (0 - рабочий воздушный зазор.

В общем виде система уравнений (1) является нелинейной из-за наличия потоков рассеивания, вихревых токов и насыщения стальных участков магнитопровода, однако, благодаря принятым допущениям (отрезок кривой намагничивания для каждого участка системы аппроксимирован отрезком прямой), магнитная система электромагнита преобразована в линейную.

Уравнения магнитного поля в этом случае являются линейными, следовательно, можно производить с ними любые математические операции. Это позволяет получить аналитические выражения потокосцеп-ления и его производных по току и рабочему воздушному зазору в функции размеров и степени насыщения участков магнитной системы.

Исходное выражение для потокосцепления втяжного электромагнита постоянного тока можно представить в виде:

У = у(]фХ1с!Х?. + ]фх/Хв + К^] , 'к 0 0 ,

где -распределение магнитного потока вдоль якоря; Фх, -распределение магнитного потока вдоль рабочего воздушного зазора; Ф^ - распределение магнитного потока вдоль неподвижного сердечника; W—чис-ло витков обмотки; / - длина катушки.

В линейной магнитной системе, которой является система электромагнитного элемента после замены отрезков кривой намагничивания характеризующих степень насыщения для каждого из участков отрезками прямой, уравнение электрической цепи можно выразить через индуктивность обмотки.

Для линейного устройства , тогда уравнение электри-

ческой цепи обмотки электромагнита можно записать в следующем виде:

где ¡¿4 = ——дифференциальная индуктивность обмотки электромагнита.

01

Полученные при разработке математической модели уравнения справедливы при любых размерах магнитной системы, степени ее насыщения и применяемых материалов.

На основе полученных формул разработан алгоритм решения системы уравнений (1) для анализа динамических характеристик электромагнитной системы.

При анализе динамических характеристик электромагнитного элемента существенное значение имеет учет всех переходных процессов, происходящих при его срабатывании. Так как сердечник магнитопро-вода и конструктивные детали электромагнита часто выполняются сплошными, большое влияние на характеристики включения оказывают вихревые токи, которые препятствуют изменению магнитного потока в магнитной системе электромагнита.

Точный расчет величины и характера распределения вихревых токов является сложной аналитической задачей, однако, результирующее действие вихревых токов можно найти, если представить их в виде некоторо-

(3)

дУ

го эквивалентного тока в короткозамкнутом контуре. Замена реальных вихревых токов, распределенных по магнитопроводу, сосредоточенным током в короткозамкнутом контуре вполне допустима, поскольку нас интересует суммарный эффект, а не детали явления. Намагничивающая сила электромагнита в случае учета влияния вихревых токов определяется суммой токов в катушке намагничивания и короткозамкнутом контуре. Чтобы определить величину вихревых токов, возникающих в элементах магнитопровода, необходимо знать общее сопротивление эквивалентного короткозамкнутого контура и наводимую в нем ЭДС.

40 35

30 < ■

х 25 к '

I 20

* и £ 5

5 0

УУ г

3 / / и \ \

// \

/ V V 1

/

/

/

о

10

15

Время, мс

Рис. 2. Изменение тока обмотки электромагнита реле стартера 57.3708 при срабатывании:

1 - расчет без учета поверхностного эффекта;

2 - расчет с учетом поверхностного эффекта;

3 - эксперимент

Для уменьшения погрешности определения динамических характеристик электромагнита предложена уточненная формула (4) расчета сопротивления Я эквивалентного короткозамкнутого контура якоря для вихре-

вых токов, учитывающая явление поверхностного эффекта путем определения толщины слоя, в котором возникают вихревые токи.

(I — 2тах

(4)

где - сопротивление эквивалентного контура для якоря, определенное по известным формулам, не учитывающим поверхностный эффект.

Расчет сопротивления вихревым токам других участков магнитопро-вода производится аналогично. Общее суммарное эквивалентное сопротивление можно определить по известному выражению:

(5)

где Л - сопротивление 1-го короткозамкнутого контура.

При моделировании режима выключения (отпускания якоря) электромагнитного элемента учитываем, что возникающие вихревые токи стремятся сохранить магнитный поток в якоре, поэтому конечная формула расчета сопротивления эквивалентного контура имеет вид:

<1 + 2г

КЯ -Яд

(6)

<1-2 г

где г - радиус якоря, внутри которого отсутствуют вихревые токи в текущий момент времени.

(7)

где В - средняя индукция в сечении якоря с максимальным магнитным потоком в текущий момент времени; - удельное сопротивление и

магнитная проницаемость материала магнитопровода.

Разработанная методика математического моделирования позволяет анализировать полный цикл работы электромагнита, включая режимы срабатывания, нарастания тока до установившегося значения и режим отпускания. Основным достоинством разработанной методики и составленной на ее основе программы являются легкость задания исходных данных

и быстрота расчета на ПК с достаточной для практики степенью точности определения динамических характеристик даже при значительных потоках рассеивания и высокой степени насыщении стали магнитопровода. Для использования программы не требуется специальных знаний по программированию и теории электромагнитного поля.

В четвертой главе проведен анализ условий работы электромагнитных элементов в различных автоматизированных системах автомобилей, выполнены исследования изменения их характеристик в различных режимах работы, даны практические рекомендации по их проектированию.

Проведенными исследованиями выявлено, что сниженная величина индуктивности электродвигателя стартера со встроенным редуктором должна учитываться при проектировании его тягового реле, чтобы исключить возможность сваривания силовых контактов реле и контактов замка зажигания.

К электромагнитным исполнительным элементам в автомобильных системах управления предъявляются жесткие требования к их динамическим свойствам, которые необходимы для реализации функции управления, потому, что от динамических свойств зависят эксплуатационные характеристики систем, а также чувствительность к изменениям температуры и напряжения питания.

В результате решения поставленных в диссертации задач и проведенных исследований с использованием разработанной методики моделирования электромагнитных элементов предложены оптимальные размеры магнитной системы реле стартера и электромагнитной форсунки топли-воподачи. Характеристики модернизированной конструкции реле стартера позволяют снизить вибрацию его контактов и исключить возможность их сваривания.

Модернизация электромагнита топливной форсунки в части изменения параметров обмотки и уменьшения длины неподвижного сердечника позволяет увеличить его быстродействие и повысить точность дозирования топлива, подаваемого в цилиндры двигателя.

В пятой главе экспериментальными исследованиями подтверждена правильность разработанной математической модели и определена погрешность расчета статических (рис.3) и динамических (рис.4) характерис-

тик электромагнитных элементов с различными параметрами. С целью уменьшения разброса экспериментальных данных при определении характеристики потребляемого электромагнитом тока при включении и ЭДС, возникающей в обмотке в режиме отпускания, противодействующее усилие создавалось подвешенным за якорь грузом. В качестве источника тока использовалась аккумуляторная батарея. Потребляемый ток регистрировался осциллографом типа Tektronix 11401.

450 т------

400

350

X

« 300

s

Е

I 250

0

1

I 200

О i

X

О 150

>>

100 50

2 4 6 8 10 12 Рабочий воздушный зазор, мм

— Эксперимент

— Расчет

Рис. 3. Статические тяговые характеристики электромагнитов с различными параметрами:

1 - реле стартера AZE 2502 ф. «Искра» Словения;

2 -реле стартера 39.3708 АО «Электромаш» г. Херсон, Украина;

3 - реле стартера 57.3708 АО «ЗИТ» г. Самара, Россия

0-1— 0 •

Расчетным путем определено, что погрешность установки для снятия динамических характеристик электромагнитных элементов незначительна и на порядок меньше погрешностей, полученных в результате расчета. Это позволяет сделать вывод о том, что погрешностью экспериментального определения динамической характеристики потребляемого тока можно пренебречь и принять экспериментальную характеристику тока за истинную.

40 35 30

< 25

№

1Й

1 20

1

к

& 15 10 5 0

0 5 10 15 20 25 Время, мс

— Эксперимент

— Расчет

Рис. 4. Изменение тока обмотки при включении для электромагнитов с различными параметрами:

1 -реле стартера 57.3708 АО «ЗИТ» г. Самара, Россия =

2 -реле стартера 57.3708 АО «ЗИТ» г. Самара, Россия (1\У = 1/3

3 -реле стартера Л/Е 2502 ф. «Искра» Словения

На основании этого можно сделать вывод, что погрешность расчета времени срабатывания, в сравнении с экспериментальными данными, является суммарная погрешность допущений, принятых при составлении математической модели.

Основные выводы

1. Электромагнитные элементы автомобильных систем управления являются одними из основных элементов систем управления и служат для привода регулирующих органов, управляющих процессами, происходящими в агрегатах автомобиля. При этом существует противоречие между стоимостью, массогабаритными показателями электромагнитных элементов и системными требованиями, предъявляемыми к ним.

2. Для решения поставленной в диссертационной работе задачи разработана простая и эффективная математическая модель, связывающая геометрические размеры, параметры обмотки, свойства материала магнитной системы, а также характеристику противодействующих усилий приводного механизма, и массу подвижных частей с динамическими характеристиками электромагнитного элемента. В математической модели электромагнитного элемента для решения системы уравнений динамики получены аналитические выражения развиваемого усилия, дифференциальной индуктивности и скорости изменения потокосцепления обмотки при изменении рабочего воздушного зазора.

3. Разработана методика, которая позволяет на основе математической модели, обеспечивать легкость задания исходных данных и быстроту расчета на ПК с достаточной для практики степенью точности определения динамических характеристик, а также учитывать неравномерное насыщение стали и влияние поверхностного эффекта на распределение вихревых токов, возникающих в деталях магнитопровода. Для использования составленной на основе методики программы не требуется специальных знаний по программированию и теории электромагнитного поля.

4. Предложенный алгоритм быстрого определения динамических характеристик позволяет существенно облегчить нахождение оптимально-

го варианта конструкции электромагнитных элементов, путем проведения специалистом экспертной оценки полученных результатов расчета большого числа вариантов.

5. На основе разработанной методики моделирования спроектированы электромагнитные элементы автомобильной системы электростар-терного пуска и электронной системы управления двигателем с улучшенными характеристиками для выполнения системных требований.

6. Результаты диссертационной работы получили свое воплощение в виде внедрения в промышленности, научно-исследовательской организации и высшем учебном заведении. Методика моделирования использовалась:

- в научно-исследовательских работах ФГУП «Парсек» г. Тольятти;

- при проектировании реле стартеров 5702.3708 и 29.3708, выпускаемых АО «ЗИТ» г. Самара;

- в учебном процессе по курсу «Электрические и электронные аппараты автомобилей и тракторов» на кафедре «Автотракторное электрооборудование» Тольяттинского государственного университета.

Основные положения диссертации отражены в публикациях

1. Гаранин А.Ю. Расчет втяжного электромагнита постоянного тока //Электротехника. 2000. №10.С.54-58.

2. Гаранин А.Ю. Методика расчета динамических характеристик втяжного электромагнита постоянного тока // Электротехника. 2001. №11.С.48-52.

3. Гаранин А.Ю. Исследование условий работы тягового реле стартера с редуктором // Вестник СГАУ. Серия: «Актуальные проблемы радиоэлектроники». 2002. Самара. № 6. С.4-8.

4. Гаранин А.Ю. Учет влияния поверхностного эффекта при определении вихревых токов для моделирования режима отпускания якоря электромагнита постоянного тока // Вестник СГАУ. Серия: «Актуальные проблемы радиоэлектроники». 2002. Самара. № 6. С.17-22.

5. Гаранин А.Ю., Конюхов В.Н. Исследование влияния изменения параметров электромагнитных элементов на их динамические характеристики // Вестник СГАУ. Серия: «Актуальные проблемы радиоэлектроники». 2002. Самара. № 6. С.22-27.

6. Шлегель О.А., Горшков Б.М., Гаранин А.Ю., Попенко В.Н. Учет вихревых токов при расчете динамических характеристик электромагнита постоянного тока//Электротехника. 2003. № 2. С.51-54.

7. Гаранин А.Ю., Силаева Е.В., Шлегель О.А., Попенко В.Н. Расчет тягового усилия электромагнита постоянного тока // Электротехника. 2003. №2.С.55-58.

8. Гаранин А.Ю. Моделирование динамики включения электромагнитных исполнительных элементов автоматизированных систем автомобилей // Современные тенденции развития автомобилестроения в России. Сб. тр. Всеросс. науч.-техн. конф. Тольятти, 2003. С.306-309.

9. Гаранин А.Ю. Математическое моделирование динамики работы электромагнитных устройств // Проблемы и перспективы развития дви-гателестроения. Тр. Межд. науч.-техн. конф. 4.2. Самара, 2003. С. 13-19.

10. Гаранин А.Ю. Исследование влияния изменения температуры на динамику работы автомобильной форсунки подачи топлива // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин. Сб. тр. Межд. науч.-техн. конф. Т. 1. Самара. 2003. С. 184-187.

Подписано в печать 19.10.2004. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Усл.п.л. 1,25. Уч.-изд.л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 864.

Отпечатано в редакционно-издательском центре Тольяттинского государственного университета. 445667, г.Тольятти, ул. Белорусская, 14.

№20755

РЫБ Русский фонд

2005-4 18845

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

АВТОМОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Анализ конструкций электромагнитных элементов автомобильных систем управления.

1.2. Обзор и сравнительный анализ методов моделирования электромагнитных элементов.

1.3. Состояние вопроса и постановка задачи исследования.

Выводы.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

2.1. Основные положения и допущения, принимаемые для обоснования математической модели электромагнита.

2.2. Математическая модель втяжного электромагнита постоянного тока в статическом режиме.

2.3. Исследование тяговой характеристики электромагнита с использованием энергетической формулы и формулы

Максвелла.

Выводы.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Математическая модель электромагнитного элемента в динамическом режиме.

3.2. Анализ динамического режима с учетом вихревых токов.

3.3. Моделирование динамики работы электромагнитных элементов при выключении (отпускании якоря).

3.4. Разработка программы моделирования динамики работы электромагнитных элементов.

Выводы.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

4.1. Исследование тягового реле стартера.

4.2. Исследование влияния изменения температуры на динамику работы автомобильной форсунки подачи топлива.

4.3. Исследование влияния изменения параметров электромагнитных элементов на их динамические характеристики.

4.4. Исследование возможностей рационального выбора параметров топливной форсунки.

Выводы.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ

МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭЕМЕНТОВ.

5.1. Сравнение расчетных и экспериментальных статических характеристик электромагнита.

5.2. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных определения динамических свойств электромагнитных элементов.

5.3. Определение погрешностей результатов испытаний электромагнитных элементов.

5.4. Анализ влияния внешних факторов на изменение времени срабатывания электромагнита топливной форсунки.

Выводы.

Современные автоматизированные системы управления открывают перед автомобилестроением новые перспективы. Они осуществляют управление пуском ДВС, регулируют подачу топлива в двигатель автомобиля, контролируют давление жидкости в тормозной системе и т.д. Таким образом, создание высоконадежных автоматизированных систем управления в полной мере отвечает требованиям по повышению конкурентоспособности автомобилей. В настоящее время одной из основных задач, которую необходимо решить при проектировании автомобиля является интеграция разработанных и вновь разрабатываемых компонентов в связанные между собой автоматизированные системы управления его различными агрегатами.

Автомобильные системы управления имеют сложную структуру и требуют больших временных затрат на их разработку и изготовление. Первой особенностью автоматизированной системы управления является ее многоцелевая организация. Для реализации работы необходимо, чтобы система управления быстро реагировала на разнообразные сигналы, поступающие от различных датчиков. Эти сигналы обрабатываются в блоке управления, после чего подается команда на исполнительные элементы. Кроме того, система управления должна иметь возможность расширения функциональных возможностей за счет внесения в ее сетевую структуру дополнительных элементов по требованию заказчика для соответствия нормам страны, куда поставляется автомобиль.

Второй особенностью любой системы управления в автомобиле является требование обеспечения устойчивой работы в нестандартных ситуациях. Для этой цели необходимо устройство, которое при появлении сбоев передает управление специальной части программы, обеспечивающей реакцию на ошибку. Способность автоматизированной системы работать в различных условиях эксплуатации должно закладываться на самых ранних этапах проектирования и влиять на разработку исполнительных и программных средств.

Таким образом, чтобы сделать системы управления агрегатами автомобиля более общими и адекватными реальным задачам, следует развивать их в двух направлениях. Во-первых, необходимо обеспечить их многоканальными управляющими логическими схемами, в функции которых входит анализ поступающей от датчиков информации и выдача управляющей команды на исполнительные элементы. Во-вторых, важно иметь высоконадежные исполнительные элементы, причем повышение надежности не должно развиваться за счет увеличения их габаритов и массы.

В автомобильных системах управления используются различные исполнительные элементы. Это могут быть либо электродвигатели, либо электромагниты. Иногда нагрузкой для выходного каскада системы управления является индуктивность (катушка системы зажигания). В таблице 1 перечислены основные системы управления и виды применяемых в них исполнительных элементов.

Таблица 1.

Система автомобиля Исполнительный элемент

Система управления электростартерным пуском двигателя Электромагнит

Электронная система управления двигателем Электромагнит

Антиблокировочная система тормозов Электромагнит

Система управления сцеплением Электромагнит

Система газораспределения Электромагнит

Блокировка линии выбора заднего хода Электромагнит

Система зажигания Катушка

Система блокировки замков дверей Электродвигатель

Электроусилитель рулевого управления Электродвигатель

Климатическая установка Электродвигатель

Управление стеклоочистителями Электродвигатель

Управление стеклоподъемниками Электродвигатель

Одновременно значительно повышаются требования к надежности систем управления, которые в большей мере определяется работоспособностью входящих в них исполнительных элементов в любых возможных эксплуатационных режимах. Анализ конструкций электромагнитов, применяемых в качестве исполнительных элементов в различных автомобильных системах управления (форсунки подачи топлива в системе электронного впрыска, тяговое реле стартера в системе управления электростартерным пуском, клапаны мультипликатора давления в системе АБС и т.д.) показывает, что они выполняются на базе электромагнитов постоянного тока с втяжным якорем.

Требования, предъявляемые к электромагнитным элементам в различных системах, отличаются между собой. В ряде случаев электромагнитные элементы предназначены для приведения в действие и удержания в определенном положении деталей исполнительного механизма, поэтому их расчет и конструирование должны быть неразрывно связаны с проектированием механизма, являющегося для них нагрузкой. Вытекающее из сказанного требование о необходимости согласования характеристик электромагнитного элемента и исполнительного механизма является важным условием его нормальной работы в эксплуатации. Так в системе управления электростартерным пуском от реле стартера требуется тяговое усилие, необходимое для введения шестерни привода стартера в зацепление с венцом маховика ДВС. Для этого важно при его проектировании наиболее точно согласовать тяговую характеристику реле с характеристикой противодействующих усилий пружин. Согласование характеристик дает возможность разработать реле с минимальными габаритами и массой.

Многие, часто противоречащие друг другу требования к двигателю внутреннего сгорания (ДВС), как, например, высокая мощность, малый расход топлива, низкая токсичность отработавших газов при применении электронной системы управления двигателем (ЭСУД), могут быть оптимально согласованы между собой. При этом объединяются системы, управляющие различными процессами. Так в системе ЭСУД объединены система топливоподачи и система зажигания. Они управляются с помощью одного контроллера по общим оптимизационным критериям. Благодаря цифровой обработке параметров стало возможным преобразовывать большой массив эксплуатационных режимов в многопараметровые характеристики впрыска топлива и зажигания. Благодаря системе ЭСУД стало возможным выполнять законодательные предписания по токсичности отработавших газов, требования которых постоянно повышаются.

В настоящее время действующие в России требования к содержанию токсичных веществ в выхлопных газах автомобилей, соответствующих нормам Евро-2, не должно превышать СО = 2,2 г/км, а (СН + NOx ) = 0,5 г/км . Совершенно ясно, что эти требования в дальнейшем будут ужесточаться. Примером этого могут служить экологические законы, принятые в странах Европы.

Электромагнитные элементы, применяющиеся в системе ЭСУД и используемые в качестве электромагнитных форсунок подачи топлива должны обладать необходимыми динамическими свойствами. В основном это касается времени срабатывания, которое регламентируется, исходя из предъявляемых к системе требований по точности дозировки подаваемого в цилиндры двигателя топлива.

Аналогичным требованиям по быстродействию должны удовлетворять и электромагнитные элементы, используемые в антиблокировочной системе тормозов. Быстродействие этих элементов обеспечивает точность регулирования давления в тормозной системе автомобиля для исключения блокировки колес, чтобы автомобиль одновременно с эффективным торможением не терял управляемости.

В настоящее время перспективной считается разработка для ДВС системы газораспределения (ГРМ), основанной на применении электромагнитных клапанов. Механическая система газораспределения с кулачковым валом не может обеспечить гибкость установки фаз клапанного распределения в любых режимах работы. В отличие от обычных систем, управляемых кулачновым валом, система с электромагнитным приводом клапанов позволяет сделать установку фаз клапанного распределения полностью независимой от положения коленчатого вала. В этом случае момент открытия и закрытия клапанов определяется блоком управления по результатам обработки информации, полученной от датчиков. Дополнительная гибкость фаз клапанного распределения обеспечит контроль над зарядом воздуха и остаточными газами в цилиндрах двигателя. Кроме того, повышение скорости открытия клапанов дает возможность качественной продувки цилиндров при выхлопе и заполнения топливной смесью при впуске. Внедрение этих мероприятий позволяет повысить топливную экономичность.

Иногда электромагнитные элементы применяются для решения частных задач повышения удобства управления автомобилем. Примером такого использования электромагнитов является блокировка выбора линии заднего хода. Блокировка предназначена для предотвращения ошибочного включения заднего хода вместо первой передачи при трогании автомобиля. Требования к таким электромагнитным элементам минимальны и сводятся только к величине развиваемого усилия, которое должно обеспечивать перемещение якоря для блокирования возможности ошибочного включения передачи.

Описанию процессов, происходящих в электромагнитных элементах и разработке методов их моделирования, посвящено большое число работ, однако до сих пор предлагаемые методы еще не в полной мере удовлетворяют требованиям практики. Трудность их расчета в основном определяется сложным характером распределения магнитного поля, зависящего от большого числа параметров. Это связано, прежде всего, с тем, что величина рабочего воздушного зазора изменяется в больших пределах, что приводит к возникновению значительного потока рассеивания, соизмеримого с рабочим потоком, поэтому, несмотря на простоту конструкции, процессы в электромагнитных элементах требует для своего описания сложного математического аппарата и громоздких вычислений. Ситуация еще более осложняется тем, что расчет приходится вести с учетом большого различия в степени насыщения отдельных частей магнитной системы.

При проектировании электромагнитных элементов необходимо знать диапазон возможного разброса их характеристик. Изменения характеристик возможны за счет отклонений размеров и свойств материалов, из которых изготовлен электромагнит, а также за счет колебания температуры и питающего напряжения. Для обеспечения надежной работы следует проверять, чтобы возможные крайние отклонения характеристик электромагнитов не явились причиной сбоев и отказов устройств, которые они приводят в действие. Хотя невыгодное предельное сочетание размеров, свойств материалов и внешних факторов маловероятно, для повышения надежности обычно исходят из их возможной реализации.

При разработке технических мероприятий необходим комплексный анализ целесообразности их внедрения, поэтому дальнейшее развитие и совершенствование электромагнитных элементов невозможно без всестороннего анализа существующих условий их работы. Учет условий эксплуатации должен вестись как с целью приспособления исполнительных элементов к ним, так и определения путей снижения влияния негативных факторов на их эксплуатационные характеристики, надежность и долговечность.

Таким образом, разработка технических вопросов конструкции электромагнитных элементов, применяющихся в автомобильных системах управления, невозможна без применения метода теоретического моделирования их работы, что является составной и неотъемлемой частью процесса их проектирования. Реализация этой концепции требует подхода, учитывающего взаимодействие различных сторон этого процесса, т.е. задача состоит в обосновании выбора параметров электромагнитных элементов, исходя из заданных эксплуатационных характеристик и минимизации затрат на их производство и эксплуатацию. Поставленную задачу можно решить, выполняя расчетные исследования конструкций электромагнитных элементов с различными параметрами на основе методики, расчетные данные которой достаточно точно совпадают с данными эксперимента. Методика моделирования электромагнитных элементов, должна позволять быстро и качественно определить влияние каждого из конструктивных параметров на характеристики разрабатываемых элементов с целью изменения их свойств в нужном направлении и рационального выбора параметров в каждом конкретном случае. Кроме того, достижение необходимой точности расчета любого электромагнитного устройства невозможно без применения вычислительной техники, следовательно, применяемая для этого методика должен удовлетворять требованиям алгоритмизации.

Разработка быстродействующих исполнительных элементов для автомобильных систем управления, работающих в динамическом режиме, таких как электромагнитная форсунка впрыска топлива, требует наличия методики моделирования динамики их работы с учетом всех конструктивно-технологических параметров и степени насыщения различных участков магнитной системы. Кроме этого, при определении динамических характеристик необходимо учитывать вихревые токи, возникающие в элементах магнитной системы электромагнита и оказывающих значительное влияние на его характеристики.

Учитывая изложенное, можно подвести итог, что решение задачи минимизации отказов в различных режимах работы может быть обеспечено в значительной степени путем структурного синтеза автомобильных систем управления, основным исполнительным элементом которых является втяжной электромагнит постоянного тока. Таким образом, совершенствование конструкции и методов моделирования последнего является большим резервом повышения надежности автомобиля в целом. Если к тому же учесть, что автомобильные системы управления являются массовой продукцией, задача исследования их исполнительных элементов является актуальной, а разработка таких элементов в соответствии с требованиями систем управления дает большой эффект повышения потребительских свойств автомобиля в целом.

Цель диссертационной работы - теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитных элементов автомобильных систем управления с учетом неравномерного насыщения стали магнитопровода и влияния вихревых токов для выполнения предъявляемых к ним системных требований и уменьшения зависимости характеристик от изменения внешних факторов.

На защиту выносится:

- математическая модель электромагнитного элемента, отличающаяся от известных функциональной связью между параметрами электромагнитного элемента и его динамическими характеристиками и позволяющая исследовать многофакторные переходные процессы включения и выключения динамических электромагнитных систем;

- методика моделирования электромагнитных элементов в переходных режимах, отличающаяся от известных алгоритмом расчета их характеристик и позволяющая быстро и с достаточной для практики степенью точности определять динамические свойства электромагнитных элементов с учетом неравномерного насыщения стали магнитной системы;

- методика определения вихревых токов, возникающих при переходных процессах в электромагнитных элементах, отличающаяся от известных учетом влияния поверхностного эффекта на их распределение в материале магнитопровода и позволяющая повысить точность моделирования динамических режимов.

- ранее неизвестная взаимосвязь индуктивности электродвигателя стартера со встроенным редуктором с динамическими характеристиками его тягового реле, оказывающая негативное влияние на работу силовых контактов реле и контактов замка зажигания.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Электромагнитные элементы автомобильных систем управления являются одними из основных элементов систем управления и служат для привода регулирующих органов, управляющих процессами, происходящими в агрегатах автомобиля. При этом существует противоречие между стоимостью, массогабаритными показателями электромагнитных элементов и системными требованиями, предъявляемыми к ним. Сформулирована постановка задачи исследования диссертационной работы.

2. Для решения поставленной в диссертационной работе задачи разработана простая и оригинальная математическая модель, связывающая геометрические размеры, параметры обмотки, свойства материала магнитной системы, а также и характеристику противодействующих усилий приводного механизма, и массу подвижных частей с динамическими характеристиками электромагнитного элемента. В математической модели динамики электромагнитного элемента получены аналитические выражения развиваемого усилия, дифференциальной индуктивности и скорости изменения потокосцепле-ния обмотки при изменении рабочего воздушного зазора.

3. Разработана методика, которая позволяет на основе математической модели, обеспечивать легкость задания исходных данных и быстроту расчета на ПК с достаточной для практики степенью точности определения динамических характеристик, а также учитывать неравномерное насыщение стали и влияние поверхностного эффекта на распределение вихревых токов, возникающих в деталях магнитопровода. Для использования составленной на основе методики программы не требуется специальных знаний по программированию и теории электромагнитного поля.

4. Предложенный алгоритм быстрого определения динамических характеристик позволяет существенно облегчить нахождение оптимального варианта конструкции электромагнитных элементов, путем проведения специалистом экспертной оценки полученных результатов расчета большого числа вариантов.

5. На основе разработанной методики моделирования спроектированы электромагнитные элементы автомобильной системы электростартерного пуска и электронной системы управления двигателем с улучшенными характеристиками для выполнения системных требований.

6. Результаты диссертационной работы получили свое воплощение в виде внедрения в промышленности, научно-исследовательской организации и высшем учебном заведении. Методика моделирования использовалась:

- в научно-исследовательских работах ФГУП "Парсек" г. Тольятти;

- при проектировании реле стартеров 5702.3708 и 29.3708, выпускаемых АО "ЗИТ" г. Самара;

- в учебном процессе по курсу "Электрические и электронные аппараты автомобилей и тракторов" на кафедре "Автотракторное электрооборудование" Тольяттинского государственного университета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основная научная и практическая значимость диссертационной работы состоит в создании математической модели для анализа и синтеза электромагнитных элементов систем управления и разработке научно обоснованных технических решений, совокупность которых позволяет осуществить решение научной проблемы создания электромагнитных элементов автомобильных систем управления с требуемыми системными показателями.

Достоверность результатов проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых методов и подходов, сравнением с теоретическими и экспериментальными данными, известными в литературе и полученными автором.

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, которые базируются на научных основах физики твердого тела, методов решения дифференциальных уравнений, теории электромагнитного поля, теории автоматического управления.

При проведении экспериментальных исследований применялись методики прямых и косвенных измерений методом тензометрии, погрешность полученных экспериментальных данных определялась методами теории вероятности и математической статистики. Теоретические исследования и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием персонального компьютера.

Научные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в производство. Таким образом, представленная в диссертационной работе совокупность научных положений и технических решений, является решением научной проблемы создания высокоэффективных и надежных электромагнитных элементов систем управления, имеющим важное практическое значение.

1. Щучинский С.Х., Электромагнитные приводы исполнительных механизмов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 152 с.

2. Патент Японии №49-15310, МПК H01F 7/13.

3. Патент Франции № 2 553 567, МПК H01F 7/13.

4. Пеккер И.И., Комиссаров В.М. Расчет втяжного электромагнита с двумя рабочими зазорами // Электротехника. 1980. - № 4. - с. 53-55.

5. Никитенко А.Г., Бахвалов Ю.А., Щербаков В.Г. Аналитический обзор методов расчета магнитных полей электрических аппаратов // Электротехника.- 1997. -№ 1. — с. 15-19.

6. Курбатов П.А., Аринчин С.А. Численный расчет электромагнитных полей. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 380 с.

7. Никитенко А.Г., Пеккер И.И. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 216 с.

8. Макарычев Ю.М., Рыжов С.Ю., Жидарева Т.П. Проектирование электромагнитов: этапы, методы, модели // Электричество. 1994. -№ 2. с.46-51.

9. Dynamic model of solenoids under impact excitation, including motion and eddy currents. Pt II / Lequesne Bruno // Conf. Res IEEE Ind. Appl. Soc. 23rd Annu. Meet., Pittsburg, Pa, Oct.2- 1988, Pt 1 New York (N.Y), 1988.

10. Система управления двигателем Motronic, Издатель: Роберт Бош GmbH. 1994. Почтовый ящик 30 02 20 D - 70442 Штутгарт.

11. Международный патент WO 01/59294 А1 F02N 11/08/

12. Патент Японии № 54-38703 кл. МКИ F02N 11/08 54.

13. ОСТ 37.003.084-88. Стартеры электрические автотракторные. Общие технические условия.

14. Макарычев Ю.М., Рыжов С.Ю. Вихревые токи в магнитных системах топливных форсунок // Электричество. 1996. - № 12. - с. 58-63.

15. Клименко Б.В. Интегрирование уравнений динамики электромагнитов при наличии вторичных контуров // Электричество. 1984. - № 11. -с. 52-55.

16. Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Иванченко А.Н. Программирование и применение ЭВМ в расчетах электрических аппаратов. М.: Высш. шк., 1990.-230 с.

17. Демирчан К.С., Чечурин B.J1. Машинные расчеты электромагнитных полей. М.: Высш. шк., 1986. - 240 с.

18. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. JL: Энергоатомиздат, Ленинградское оттделение, 1991. - 304 с.

19. Буль О.Б. Расчет параметров процесса включения электромагнита постоянного тока // Электричество. 2001. - № 4. - с. 56-60.

20. Буль О.Б. К расчету процесса включения электромагнита постоянного тока // Электричество. 2001. - № 6. - с. 63-66.

21. Коц Б.Э. Применение кусочно-линейной аппроксимации основной кривой намагничивания при расчете цилиндрических электромагнитов с плоским якорем. Известия вузов. Электромеханика 1983. - № 6. - с. 113-115.

22. Тозони О.В. Метод вторичных источников в электротехнике. М.: Энергия, 1975.-296 с.

23. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: Учеб. Пособие для вузов по спец. "Электромеханика". М.: Высш. шк., 1989. - 312 с.

24. Гаранин А.Ю. Расчет втяжного электромагнита постоянного тока // Электротехника. 2000. - № 10. - с. 54-58.

25. Гаранин А.Ю. Методика расчета динамических характеристик втяжного электромагнита постоянного тока // Электротехника. 2001. №11. с. 48-52.

26. Гаранин А.Ю. Исследование условий работы тягового реле стартера с редуктором // Вестник СГАУ. Серия: "Актуальные проблемы радиоэлектроники". 2002. Самара, - Выпуск № 6. - с. 4-8.

27. Гаранин А.Ю., Конюхов В.Н. Исследование влияния изменения параметров электромагнитных элементов на их динамические характеристики // Вестник СГАУ. Серия: "Актуальные проблемы радиоэлектроники". 2002. Самара, - Выпуск № 6. - с. 22-27.

28. Шлегель О.А., Горшков Б.М., Гаранин А.Ю., Попенко В.Н. Учет вихревых токов при расчете динамических характеристик электромагнита постоянного тока // Электротехника. 2003. - № 2. - с. 51 -54.

29. Гаранин А.Ю., Силаева Е.В., Шлегель О.А., Попенко В.Н. Расчет тягового усилия электромагнита постоянного тока // Электротехника. 2003. №2.-с. 55-58.

30. Гаранин А.Ю. Математическое моделирование динамики работы электромагнитных устройств // Проблемы и перспективы развития двигателе-строения. Труды Международной научно-технической конференции, часть 2, Самара, 2003.-с. 13-19.

31. Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 160 с.

32. Нейман JI.P., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники., т.2. Л.: Энергоиздат, 1981. - 592 с.

33. Никитенко А.Г., Лобов Б.Н. Проектирование электромагнита с заданной тяговой характеристикой. Известия вузов. Электромеханика, 1983. № 8. - с.899-903.

34. Корн Г.К., Корн Т.К. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 831 с.

35. Электротехнический справочник, в 3-х томах, т.1. Общие вопросы. Электротехнические материалы. Под ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Гудовского, Л.А. Жукова и др. М.: Энергия, 1985. - 585 с.

36. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования, под ред. Фесенко М.Н. М.: Машиностроение, 1979. - 344 с.

37. Ervin Schuster, Die Stop-Start-Anlage. "ATZ". 1981, № 4 p. 153-154.

38. Round core solenoid optimization. P.Navarra, Industrie Magneti Marelli, XXIIIFISITA congress, Torino (Itali). 1990.

39. Никитенко А.Г. Автоматизированное проектирование электрических аппаратов. М.: 1983. - 192 с.

40. Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевкий М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. М.: Машиностроение, 1987. - 256 с.

41. Коричнев Л.П., Чистякова В.И. Фортран: Учебное пособие для сред, спец. учеб. заведений и инж.-техн. работников. М.: Высш. шк., 1989. 160 с.

42. Буль Б.К., Буль О.Б., Азанов В.А. и др. Электромеханические аппараты автоматики. -М.: Высш. шк., 1988. 303 с.

43. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергия, 1986.- 415 с.

44. Иванов-Смоленский А.В., Цуканов В.И. Экспериментальное исследование упругих деформаций в ферромагнитных телах под действием магнитного поля // Электричество. 1988. - № 9. - с. 21-26.

45. Казаков Л.А. Электромагнитные устройства радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1978. - 168 с.

46. S. Yamada, Y. Kanamaru, and K. Bessho. The Transient Magnetization Process and Operation in the Plunger Type Electromagnet // IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-12, No.6, November 1976.

47. T.W. Nehl, A.M. Pavlak, and N. Mikhaeil Boules, ANTIC85: A General Purpose Finite Element Package for Computer Aided Design and Analysis of Electromagnetic Devices, // IEEE IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-24, No. 1, January 1988.

48. Ратмановский О.И., Кричкер И.Р. Арматура реактивных систем управления KJIA. -М.: Машиностроение, 1980. 136 с.

49. Орлов И.Н., Маслов С.И. Системы автоматизированного проектирования электромеханических устройств. Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 296 с.

50. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 416 с.

51. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980.-909 с.

52. Гуревич JI.B. Разработка и внедрение антиблокировочных тормозных систем автомобилей // Автомобильная промышленность. 1982. - № 7. с. 37-39.

53. Поляк Д.Г., Клейменов В.Б. Электронная система управления приводом сцепления. // Автомобильная промышленность. 1982. -№ 7. с. 32-34.

54. Есеновский-Лашков Ю.К., Поляк Д.Г. Автоматизация управления сцеплением. Проблемы, перспективы, области применения. // Автомобильная промышленность. 1983.-№8.- с. 17-19.

55. Розанов Ю.К., Кравцов Д.В. Экспериментальное определение динамических характеристик элементов электромеханических систем с использованием частотных методов. // Электротехника. 2000. - № 7. - с. 9-13.

56. Глухенький Г.Т., Кычкин В.Ф., Свинцов Г.П. Расчетно-экспериментальный способ определения силовых характеристик электромагнитов постоянного тока с внешним якорем. // Электротехника. 1998. - № 5. с. 34-38.

57. Шоффа В.Н. К расчету разомкнутых магнитных систем методами теории цепей. // Электричество. 1982. - № 1. - с. 14-19.

58. Шоффа В.Н., Расчет разомкнутых мостовых магнитных систем. // Электричество. 1983. - № 11. - с. 70-74.

59. Орлов Д.В. Электромагниты с замедлением. М.: Энергия, 1970.148 с.

60. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение., 1983. - 320 с.

61. Рабинович Б.И. и др. Вихревые процессы и динамика твердого тела. -М.: Наука, 1992.-254 с.

62. Никитенко А.Г., Щербаков В.Г., Лобов В.Н., Лобанова Л.С. Математическое моделирование и автоматизация проектирования тяговых электрических аппаратов. М.: Высш. шк., 1996. - 215 с.

63. Павленко А.В., Моделирование динамики срабатывания нейтрального быстродействующего электромагнита. Известия вузов. Электромеханика, 1998. - № 2-3. - с. 40-42.

64. Павленко А.В., Никитенко А.В., Гриченков В.П., Исследование переходных процессов в поляризованных электромагнитах быстродействующих автоматических выключателей. Известия вузов. Электромеханика, 1983. -№7.- с. 61-68.

65. Некрасов С.А. Применение интервальных и двусторонних методов для решения задачи оптимизации электромагнитов в случае неточно заданных данных. // Электричество. 2002. - № 7. - с. 54-58.

66. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. -М.: Наука, 1988.-140 с.

67. Павленко А.В., Гринченков В.П., Шипулин А.В., Математическое моделирование броневых электромагнитов переменного тока. Известия вузов. Электромеханика, 1998. -№ 1.-е. 67-70.

68. Павленко А.В. Обобщенная математическая модель для расчета нестационарных магнитных полей и динамических характеристик электромагнитных механизмов. // Электричество. 2002. - № 7. - с. 49-53.

69. Павленко А.В., К расчету динамических характеристик электромагнитных механизмов с индуктивно связанными катушками. Известия вузов. Электромеханика, 1998. - № 5-6. - с. 38-41.

70. Ионов А.А., Курбатов П.А., Метод контроля магнитных свойств материалов деталей электрических аппаратов. // Электротехника. 2002. - № 2, с. 33-37.

71. Кулаев Ю.В., Курбатов П.А. Программный комплекс JAMP для моделирования электромагнитных процессов. // Электротехника. 2002. - № 2. -2002.- с. 52-55.

72. Малинин Л.И., Малинин В.И., Макельский В.Д. Тюков В.А. Электромагнитные силы в динамических процессах электромеханических систем. // Электротехника. 1998. - № 12. - с. 18-22.

73. Черемис В.Т., Кучерявая И.Н. Численный эксперимент в задаче оптимизации соленоидного двигателя ударного действия. // Техническая электродинамика. 1989. - № 5. - с. 15-18.

74. Малинин Л.И., Малинин В.И., Макельский В.Д., Тюков В.А. К определению статических и динамических усилий электромагнитного двигателя. // Электротехника. 1997. - № 9. - с. 28-31.

75. Свинцов Г.П., Софронов Ю.В. О критериях подобия динамических процессов при включении приводного электромагнита. Известия вузов. Электромеханика, 1983. - № 6. - с. 73-77.

76. Васьковский Ю.Н., Рогач С.М., Черемис В.Т. Математическое моделирование индукционно-динамического ударного двигателя. // Техническая электродинамика. 1984. - № 4. - с. 42-48.

77. Новиков О.Я. Устойчивость электрической дуги. Л.: Энергия,1980.

78. Мещеряков В.П., Капустин В.В., Подольский Д.В. Физические процессы при отключении низковольтных сильноточных выключающих аппра-тов. // Электротехника. 1997. - № 1. - с. 30-36.

79. Свинцов Г.П. Динамические характеристики срабатывания Ш-образных электромагнитов переменного напряжения. // Электротехника. -1998.-№ 1.-с. 31-35.

80. Софронов Ю.В., Свинцов Г.П. Влияние скорости движения подвижных частей на время вибрации контактов магнитного пускателя. // Электротехническая промышленность. Серия "Аппараты низкого напряжения". М.: Информэлектро, Вып. 1 (104), 1983, с. 3-4.

81. Автомобильный справочник. Перевод с англ., Первое русское издание. М.: Издательство "За рулем", 2000. - 896 с.

82. Использование разработанной А.Ю.Гараниным методики расчета втяжных электромагнитов постоянного тока при проектировании реле стартеров позволило получить реле по своим удельным и эксплуатационным показателям на уровне лучших зарубежных аналогов.

83. Оценить экономический эффект не представляется возможным из-за отсутствия данных для сравнительного анализа.1. О.Н.Дурынин1. A.А.Пчелинцев1. B.А. Сухарев

84. УТВЕЖДАЮ Проректор по учебной работенекого государственного университета1. Дергун Л.И.1. АКТвнедрения в учебный процесс научных положений диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Гаранина Андрея Юрьевича

85. Ермаков В.В. Петинов О.В. Сергеев В.Ф.