автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение тягово-скоростных свойств магистрального автопоезда управлением окружными силами ведущих колес

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ __АКАДЕМИЯ_

УДК 629.113-587

ХАРИТОНЧИК Сергей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ МАГИСТРАЛЬНОГ О АВТОПОЕЗДА УПРАВЛЕНИЕМ ОКРУЖНЫМИ СИЛАМИ ВЕДУЩИХ КОЛЕС

05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1999

РГБ ОД

^ ^ ноя ш

Работа выполнена в Научном центре проблем механики машин Национальной академии наук Беларуси (НЦ ПММ HAH Беларуси).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ванцевич В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Белоусов Б.Н.,

кандидат технических наук, доцент, лауреат Государственной премии СССР Выгонный А.Г.

Оппонирующая организация - Минский завод колесных тягачей

Защита состоится 1 июля 1999г. в 14.00 часов на заседании докторского совета по защите диссертаций Д 02.05.04 при Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 65, Белорусская государственная политехническая академия, тел. 232-81-86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан « 1999г.

Ученый секретарь -----

совета по защите диссертацийс^яЗЗ^/^"'^ В.А. Кармин

D ХариншчнкС.И!, 199<>

оъгв.Н-оир

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Постоянное расширение международных перевозок обусловливает необходимость непрерывного повышения технико-экономических показателей магистральных автопоездов (МА) во всех эксплуатационных условиях. Так, начиная с 90-х годов, на МА большой грузоподъемности получают широкое применение электронные противобуксовочные системы (ПБС), обеспечивающие снижение раздельного буксования ведущих колес. Вместе с тем, в литературе отсутствуют методы для разработки оптимальных алгоритмов функционирования ПБС, поскольку задача управления буксованиями и окружными силами (ОС) ведущих колес магистрального автопоезда с целью повышения его тягово-скоростных свойств (ТСС) и Производительности еще не решалась.

В связи с этим назрела необходимость разработки теоретических положений, позволяющих на оснозе оптимального распределения ОС между ведущими колесами МА синтезировать алгоритмы управления этими силами. Создание подобных методов явится основой как для оптимизации режимов работы существующих ПБС, так и для разработки новых систем управления ОС ведущих колес, а также будет способствовать повышению производительности и конкурентоспособности отечественных МА на мировом рынке.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Исследования проводились в рамках РКПФИ «Механика-37», утвержденной постановлением №88 Президиума АН Беларуси от 23.11.1995г., и задания АТ-01.01 ГНТП «Белавтотракторостроение».

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка методологии управления ОС ведущих колес для повышения ТСС МА и ее реализация в виде алгоритма управления этими силами.

Для достижения указанной цели требуется решение следующего комплекса исследовательских задач:

анализ и обоснование критериев оценки ТСС МА в соответствии с особенностями управления ОС ведущих колес;

разработка расчетного метода исследования тягово-энергетических характеристик эластичного колеса при совмещении режимов его качения;

разработка метода и алгоритма математического и компьютерного моделирования законов оптимального распределения ОС между ведущими колесами, обеспечивающих наилучшие. ТСС МА в ходе разгона и установившегося движения в вероятностных дорожных условиях при сохранении заданных показателей управляемости и устойчивости движения;

разработка расчетного метода, выбор и обоснование оптимальных теоретических характеристик противобуксовочной системы МА на основе законов оптимального распределения ОС между ведущими колесами;

выбор и обоснование характеристик комплексной системы управления (КСУ) ОС ведущих колес для обеспечения наилучших ТСС МА в вероятностных дорожных условиях с заданными кинематическими характеристиками движения автопоезда;

разработка алгоритма управления ОС ведущих колес МА; экспериментальные исследования правомерности и эффективности разработанных теоретических положений, формирующих алгоритм функционирования КСУ.

Объект и предмет исследования. В диссертации выполнены исследования по повышению тягово-скоростных сьойств МА в составе седельного тягача МАЗ-54421 нового поколения и трехосного полуприцепа МАЗ-9758 при движении в ухудшенных сцепных условиях. Научный новизна работы:

разработан метод исследования тягово-энергетических характеристик эластичного колеса при совмещении режимов его качения;

разработан метод математического и компьютерного моделирования законов оптимального распределения ОС между ведущими колесами МА для повышения его ТСС при разгоне и установившемся движении;

предложен расчетный метод для определения оптимальных теоретических характеристик ПЕС МА на основе оптимального распределения ОС между ведущими колесами;

на основе исследования законов оптимального управления ОС ведущих колес обоснована необходимость создания комплексной системы, которая в дополнение к управлению тормозными механизмами и подачей топлива параллельно управляет режимами блокирования-разблокирования межколесногО дифференциала.

Практическая значимость полученных результатов. В результате выполненных исследований 1) определены оптимальные теоретические характеристики ПБС, обеспечивающие повышение ГСС МА при уменьшенной энергонагруженности тормозных механизмов; 2) обоснованы характеристики КСУ ОС ведущих колес МА и разработан алгоритм управления этими силами; 3) разработанные методы моделирования законов оптимального распределения ОС ведущих колес МА и определения оптимальных теоретических характеристик ГШС и КСУ доведены до уровня программного обеспечения, могут использоваться при разработке систем управления ОС ведущих колес МА. Практическая значимость разрабо1ан-

ного метола исследования тягово-энергетических характеристик колеса при совмещении режимов его качения подтверждена письмом Международного общества автомобильных инженеров (SAE International), приведенным в приложении №18 к диссертации.

Экономическая значимость полученных результатов. Экономический эффект от использования электронных систем регулирования тяговых усилий (СР'ГУ) проявляется на этапе эксплуатации автопоездов. Экспериментальные данные подтверждают, что современные СРТУ позволяют улучшать ТСС до 2...3 раз при разгоне, что в итоге обеспечивает повышение средних скоростей и производительности МА при движении на участках дорог с ухудшенными сцепными условиями. Одновременно уменьшаются затраты мощности на буксование колес и, как следствие, уменьшается износ шин, а также улучшается безопасность МА. Предложенные способы управления ОС ведущих колес будут полезны для создания высокоэффективных отечественных электронных систем, способных обеспечить снижение себестоимости их изготовления и себестоимости изготовления МА в целом.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Метод исследования и расчета тягово-энергетических характеристик эластичного колеса при совмещении режимов его качения.

2. Метод нахождения законов оптимального распределения ОС между ведущими колесами при разгоне и установившемся движении МА.

3. Метод определения теоретических характеристик ПБС МА на основе оптимального распределения ОС между ведущими колесами.

4. Алгоритм управления ОС ведущих колес МА для повышения его ТСС.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающих правомерность разработанных в диссертации методов. '

Личный вклад соискателя. Автор самостоятельно получил основные результаты диссертационной работы. Общая концепция исследований разработана совместно с научным руководителем.

Автор предложил и использовал в диссертационных исследованиях новый показатель ТСС автомобилей; разработал математическую модель и провел исследования тягово-энергетических характеристик эластичного колеса при совмещении его режимов качения; разработал математические модели, описывающие оптимальное распределение ОС между ведущими колесами МА и теоретические характеристики ПБС; провел по указанным моделям расчетные исследования; разработал алгоритм управления ОС ведущих колес КСУ; разработал программу-методику для экспериментальных исследований влияния различных способов распределения ОС между

ведущими колесами на эффективность МА; участвовал в проведении экспериментальных исследований автопоезда, выполненных в соответствии с разработанной программой-методикой в Отделе дорожных испытаний УГК МАЗ.

Апробации результатов диссертации. Результаты работы представлены на научных конференциях (НК), конгрессах и симпозиумах в Беларуси, России, дальнем зарубежье. В Беларуси основные положения диссертации докладывались на НТК, посвященной 50-лсгшо УГК МАЗ и 75-летию БГПА (Минск, 1995г.); МНПК "Проблемы безопасности на транспорте" (Гомель 1997г.); III Республиканской НК студентов Беларуси (Минск, 1997г.); 52-й НТК профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА «Технические ВУЗы - Республике» (Минск, 1997г.); Международной 53-й НТК БГПА (Минск, 1999г.).

В России результаты работы были представлены на МНТК "Повышение эффективности работы колесных и гусеничных машин в суровых условиях эксплуатации" (Тюмень, 1996г.); XXIII Всероссийской молодежной НК "Гагаринскне чтения" (Москва, 1997г.). Положения диссертационной работы обсуждались и получили поддержку на конгрессе международного общества автомобильных инженеров (SAE) "1998 Annual SAE International Congress and Exposition" (Детройт, США, 1998г.); на симпозиуме канадского общества механиков «Symposium on Recent Advances in Transportation Systems & Technologies» (Торонто, Канада, 1998г).

Оиублнкоиапность результатов. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ на 83 страницах. В их числе 2 статьи опубликованы в журналах Академии наук Беларуси; 3 статьи депонированы в ВИНИТИ (г. Москва); 1 статья депонирована в БелИСА (г. Минск); тезисы 3 докладов опубликованы в сборниках тезисов докладов НТК в Беларуси; тезисы 2 докладов опубликованы в сборниках тезисов докладов МНТК в России; 2 статьи опубликованы в сборниках трудов международных конференций 1998 года.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав основной части, заключения, списка использованных источников, приложений.

Полный объем диссертации — 239 страниц, в том числе 98 страниц машинописного текста; 39 страниц иллюстраций (44 штук); б таблиц на 6 страницах; список использованных источников количеством 155 на 1Z страницах; 19 приложений на 82 страницах. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

По введении и обшей характеристике работы обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения,выносимые на защиту.

ТЗ первой главе проведен анализ эволюции показателей ТСС автомобилей и МА и рассмотрена их взаимосвязь с основными конструктивными параметрами, в том числе системами распределения ОС между ведущими колесами, а таюхе дано детальное обоснование цели и задач диссертации.

Разработке методов исследования ТСС автомобилей и тяговых свойств тракторов посвящены труды Я.С. Агейкина, П.В. Аксенова, A.C. Антонова, Б.Н. Белоусова, Н.В. Богдана, B.fi. Бойкова, Н.Ф. Бочарова, В.В. Ванцевича, Дж. Вонга, А.Г. Выгонного, М.С. Высоцкого, JI.X. Гилелеса,

A.И. Гришкевича, В.В. Гуськова, Г.В. Зимелева, A.M. Иванова, В.В. К~чы-гина, И.П. Ксеневича, А.Х. Лефарова, В.В. Московкина, А.Н. Нарбута,

B.А. Петрушова, Ю.В. Пирковского, В.Ф. Платонова, О.С. Руктещеля, А.Т. Скойбеды, Г.А. Смирнова, A.A. Токарева, Я.Е. Фаробина, Е.А. Чудакова, A.A. Шимкова, B.C. Шуплякова и других ученых. Анализ работ этих авторов показал необходимость дальнейшего изучения влияния распределения ОС между ведущими колесами на ТСС МА.

На основе проведенного анализа в качестве основных показателей, наиболее полно раскрывающих влияние ОС на ТСС, приняты удельная производительность и транспортный КПД ходовой системы г|7 МА.

В дополнение к имеющимся в литературе критериям оценки ТСС, в диссертации предложен новый показатель - коэффициент реализации ускорения Kj, характеризующий как потенциальные возможности МА при разгоне, так и степень их действительной реализации:

K^jr/jr, (1)

где - реально достигаемое максимальное ускорение, j™" - максимальное ускорение, определяемое по условиям сцепления.

С йомощыо предложенного Показателя проведен анализ ТСС 25-ти МА крупнейших автомобильных фирм, на основании которого установлено, что для современных МА численное значение коэффициента Kj не превышает 0,45. Оно может использоваться в качестве граничного при оценке вновь проектируемых автопоездов.

В главе выполнен подробный анализ электронных систем, улучшающих ТСС автомобилей и автопоездов путем управления подачей топлива в двигатель и снижения раздельного буксования колес при их под-

тормаживании. Указанные системы обладают различной степенью эффективности своего влияния на ТСС МА. Последнее во многом объясняется отсутствием теории управления ОС колес тягачей МА, которая позволила бы разрабатывать соответствующие системы управления.

Вторая глпвг) посвящена разработке расчетных методов управления ОС и буксованиями ведущих колес МА.

Для разработки метода исследований тягово-энергетических характеристик колеса при совмещении режимов его силового нагружения, имеющем место при работе ПБС, использовалось уравнение мощностного баланса. На основании его получено выражение для расчета мощности N1,, затрачиваемой на подторможивание колеса с тем, чтобы обеспечить заданную функциональную зависимость между скоростью его движения и ускорением в ухудшенных дорожно-сцепных условиях при сохранении максимально возможной энергетической эффективности колеса

NT - N5 -N¡T = Pj¡ • (V, - V,k)- РУ • (VT - V,bT),

(2)

где N5, Р^ и V' - мощность, ОС и действительная скорость колеса в ухудшенных сцепных условиях; верхний индекс «т» указывает на качение колеса в ухудшенных сЦепНых условиях с прнложеным тормозным моментом; V, - теоретическая скорость Колеса (без буксования).

Увеличение скорости разгона И тягового КПД колеса в ухудшенных сцепных условиях достигалось путем регулирования затрат мощности на его буксование (рис.1) с помощью изменения тормозного Момента Мг на колесе, на основе выражения (2).

Разработанный метод исследования тягово-энер[етичсских характеристик эластичного колеса явился основой для проведения дальнейших исследований теоретических характеристик ПБС. В основу создания метода управления ОС и буксованиями ведущих колес МА положены законы оптимального распределения эгих сил между ведущими колесами на основе известной суммарной ОС ведущих колес IV

о

Рис.1

t. с

N5,

График мощностей теряемых При буксовании колеса с шиной 300x508 на асфальто-бетонном шоссе: 1 - сухом; 2 - мокром; 3 - на мокром с подтормажинаинем

Последняя определялась из расчетной схемы прямолинейного ускоренного движения МА по твердой дороге (рис.2), характеризующейся наличием микро- и макропрофиля:

где ?„"•"> - ОС ведущего колеса тягача; О, И - вес и ускорение МА; 8вр -коэффициент учета вращающихся масс; РР - сила сопротивления качению колеса 1-го моста; Р, - сопротивление воздушной среды.

Такой подход позволяет сформулировать проблему оптимизации ОС колес как вторую обратную задачу динамики, при решении которой по заданному закону изменения ускорения j, определяется необходимая для движения в заданных дорожных условиях суммарная ОС ведущих .колес автопоезда, распределяемая затем между колесами оптимальным образом.

Для расчета сопротивления качению использовались данные В.Ф. Платонова о статистических характеристиках коэффициентов сопротивления качению и динамические нормальные реакции колес Рг. Последние рассчитывались На основе статических нормальных реакций и динамических составляющих, вызванных микропрофилем, на основе 8-массовой пространственной расчетной схемы колебаний масс МА. Расчет остальных составляющих уравнения (3) проводился на основе рекомендаций М.С. Высоцкого, А.Н. Евграфова, Я.Е, Фаробина и других исследователей.

Для поиска законов оптимального распределения суммарной ОС Рг между ведущими колесами й качестве критерия был принят Предложенный В.В. Ванцевичем транспортный КПД ходовой системы, который структур-

Р£ = К + РГ -■+ О.slnQ„ +1 РГ + Р., (3)

(-1

Рис:2. Расчетная схема движения автопоезда

но совпадает с критерием удельной производительности, но по входящим параметрам более удобен для оценки влияния ОС ведущих колес на ТСС МА. В соответствии с расчетной схемой (рис.2) в диссертации было получено выражение для определения КПД

¿K +N'¿)±Ots¡ntf„ +—j. ¿(p; + К )±0, «пв. + ^^ j.

• -:-§_e±!_S_ С4)

NÍ+NÍ' _P¿__' ( }

l-á' + l-á"

где N'^0 - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению колеса МА, обусловленная весом перевозимого груза Ог; 0„ - угол подъема (спуска); Nj'0 - мощность подведенная к ведущему колесу; б'(//1 — буксование ведущего колеса тягача.

Задача поиска оптимальных ОС ведущих колес тягача, движущегося в составе МА с трехосным полуприцепом, записана следующим образом:

til'-»шах (5)

с учетом ограничений на оптимальные ОС и буксования колес

0(К<К><?', 0<РГ<Р>;;, Р* = f'"/)(6/|"r). (6)

Для решения задачи (5) поиска оптимальных ОС колес в диссертации использовался разработанный В.В. Ванцевичем метод оптимального распределения ОС между ведущими колесами многоприводных машин. На его основе применительно к МА была получена следующая система уравнений для определения оптимальных ОС колес:

■ (7)

^б""1- к'^О-а'""*)1

Р>'(1-ехр(-к'Г))+ Р>"(1-ехр(-к"<5'-))= 1'х>

где X - множитель Лаграижа; б'* и б"' — оптимальные буксовании ведущих колес тягача, которые соответствуют оптимальным ОС Рк'" и Рк"".

Алгоритм цоиска оптимальных ОС был разработан с учетом их влияния на управляемость и устойчивость движения МА, на параметры которых накладываются ограничения:

"«.-^ЙГ*- Е5Ее> (8)

где К, и Яд - радиусы поворота автопоезда соответственно с уводом и без увода колес; Е - смещение центра поворота относительно оси заднего моста тягача; Рад - боковая сила, действующая на колеса заднего моста тягача; V,.,, - критическая скорость движения; УЛ - действительная скорость движения; Ец, Бе, вф - налагаемые ограничения.

Найденные законы распределения оптимальных сил Рк'|"'' характеризовались коэффициентом оптимального распределения

К„к=-^,где1Г >Рк'\ (9)

значения которого были использованы для определения оптимальной степени блокирования межколесного дифференциала тягача МА.

Для определения момента включения блокировки дифференциала (БД) одновременно с поиском оптимальных ОС колес и нахождением коэффициента по формуле (9) осуществлялось математическое Моделирование движения МА с дифференциальной трансмиссией. Для пего в каждый момент времени I определялся КПД ходовой системы й рассчитывалось отношение буксований ведущих колес ьуь'л = ОД, где 8° >5^,. Если в качестве входного сигнала для включения БД использовать указанное отношение буксований, то в качестве пороговых значений включения выбираются такие , при которых КПД ходовой системы МА не отличаются от КПД при оптимальном распределении ОС на заданную величину.

Разработанная математическая модель поиска оптимальных законов распределения ОС между ведущими колесами МА использована для определения оптимальных характеристик ПБС тягача.

В качестве допущения принято, что ПБС реагирует на любое (даже весьма малое) различие буксований ведущих колес тягача,и подтормажи-вание происходит мгновенно,без процессов нарастания давления воздуха в тормозных камерах. Эти характеристики ПБС названы теоретическими, поскольку позволяют оценить максимально возможные энергонагружеи-ность и температурные режимы тормозных механизмов. Данный подход позволил определить и проанализировать значения КПД ходовой системы МА при всех возникающих дисбалансах в буксованиях колес, определяемых дорожными условиями. В результате найдены сочетания буксований колес, при которых снижение КПД не столь ощутимо по сравнению с его

максимально возможными значениями. Эти пороговые значения буксований колес необходимы для инженерной разработки ПЕС.

Для управления ОС колес и повышения КПД ходовой системы МА предложен метод управления ПБС, который обеспечивает наилучшее приближение ОС колес к их оптимальным значениям. В соответствии с ним IlliC обеспечивает равенство ОС Р"" колеса с лучшими сцепными свойствами ее оптимальному для этик условий значению Рк"'

Рк"~ Ркл + ДРк, (10)

где ДРк - некоторая добавка-к ОС, физический смысл которой будет показан ниже. При этом буксование 67lar находящегося в лучших сцепных условиях колеса будет равно оптимальному fero значению &'"ь' - б"\

Крутящий момент Мк"* колеса с худшими сцепными условиями при действии ПВС идет на создание ОС Р^ в контакте колеса с дорогой и на преодоление подводимого тормозного момента М„ определяющего добавку ДРь, не реализуется в контакте с дорогой

ДР^, О.)

где г° - радиус качений колеса в ведомом режиме; 1!к - передаточное число колесной передачи.

В то же время добавка ДРк увеличивает реальную ОС колеса с лучшими сцепными условиями (выражение (10)) в силу симметричности свойств межколесного дифференциала и настолько же увеличивается суммарная ОС МА. Как следует из равенств (10) и (11), создаваемый с помощью ПБС тормозной момент М, должен быть таким, чтобы добавка ДРк увеличивала силу Рк"* до оптимального значения 1\"'.

Для оценки процессов в тормозных механизмах тягача при подтор-маживании буксующего колеса в соответствии с предложенным методом использовались: мощность трения М„ коэффициент энергонагруженности К, И прирост температуры тормозного барабана Т.

На основе разработанных теоретических положений и математических моделей были составлены алгоритмы расчетных исследований и создано компьютерное программное обеспечение.

В главе 3 приведен анализ результатов теоретических исследований, выполненных для наиболее типовых условий эксплуатации МА.

В качестве примера на рис.З даны результаты'исследования разгона МА по цементно-бетонному шоссе на равнинной местности зимой (снежная укатанная дорога). Из рисунка следует, что значения разности между максимально возможным КПД ч;Е и КПД »1;;, соответствующим простому дифференциальному приводу ведущих колес тягача, доходят до 7,5% в области высоких значений ускорения в первые 8с разгона МА. Это объясняется высокой степенью отличия буксований ведущих колес тягача с простым дифференциалом в процессе разгона (рис.4).

Рис.З. Соотношения между КПД И КПД г|*; МА при разгоне

Рис.4. Отношение буксоаанлй реду-щих колес МЛ с дифференциальным приводом

Обеспечение равенства буксований колес и повышение ТСС МА возможно путем распределения ОС колес в соответствии полученными значениями коэффициента оптимального распределения Ктк (рис.5, кривая 1). Соответствующие Ктк абсолютные значения оптимальных ОС рь"' и рк" можно обеспечить путем управления режимами работы системы БД ведущего моста. Своевременное ее включение в работу уравнивает буксования колес и ведет к увеличению КПД ходовой системы до максимально возможных значений (рис.5, кривая 2).

КПД лИ повышается также при управлении ПБС, на основе описанного выше метода, что ведет к уменьшению различия между буксованиями колес (рис.6). Так, среднее значение их отношения уменьшается до 1,38, а при простом межколесном дифференциале оно составляет 2,16 (рис.4). ПБС позволяет увеличить суммарную ОС МА от 0,8 до 5,9 кН, прирост которой особенно ощутим в первые 16...20 с движения. При этом не происходит интенсивного роста энергонагруженмости и повышения температуры деталей тормозного механизма. Например, расчетный прирост температуры в данных дорожных условиях составил около 25°С.

Следует отметить, что в случае применения ПБС значения и становятся близки только после б...8 с движения МЛ, а в течение первых

8с их отношение составляет 1... 1,15. В связи с этим на начальном этапе разгона, когда скорость движения еще невысока, для обеспечения наибольших значений КПД ходовой системы МА целесообразно осуществлять управление БД.

а;:.«.«

so мМ

го

10 20 30 4о ьо ¡а г, с

Рис.5. Коэффициент К„,|. и максимальный КПД r)'t МА при разгоне

vAjLPOMA

О 10 го J 0 40 53 ЙО t,c

, Рис.6. Отношение буксований ведущих колес МА с ИБС

Вышесказанное дает основание сделать вывод о необходимости совместного управления ПБС и БД в рамках единой комплексной системы, основанной на их параллельном управлении. Анализ результатов расчета показывает, что пороговое значение Д5 отношения буксований ведущих колес, при котором должно начинаться подтормаживание колеса с большим буксованием или включаться БД, должно быть принято равным 1,35..Л,40 (рис.4 и 6). При этом для повышения ТСС дифференциал должен находиться в заблокированным состоянии в течение первых 8... 12 с разгона МА. При использовании БД на последующих этапах движения она должна оставаться включенной включение в течение 4...8 с.

На основе полученных результатов разработан алгоритм логического управления ОС ведущих колес. В нем реализовано пять режимов: блокирование дифференциала S(E); подтормаживание ведущих колес S(T); сокращение подаЧи топлива S(F); считывание и обработка сигналов датчиков S(С); ручное управление S(P). Для активизации одного из режимов управления необходимо, чтобы отношения буксований колес и/или буксования обоих ведущих колес превышали пороговые значения, которые выражаются соответственно логическими переменными г и т.

Предложенный алгоритм учитывает ограничения по сохраненш управляемости и устойчивости движения, повышению температуры то[ мозных барабанов и режимам работы других узлов и систем МА.

Логический алгоритм управления ОС колес МА составлен на язык ПРАЛУ, предложенном Закревским А.Д., и исследован на синтаксическуь корректность с помощью компьютерного программного продукта Delirium,

разработанного Короткеничем А.Г. 13 результате обеспечены необходимые признаки алгоритма, в том числе восстанавливаемость, безызбыточность, самосогласоваиность, непротиворечивость и устойчивость. Его окончательная запись дана ниже.

Режим блокирования 1: -е -> Б -» 4

- Г -> Б -> 4 -ЬсдгеГт -> Б -> 5 -Ьсс1теГ —> Б —> 3 —> Б —> 5

Режим подтормажнвання 2: - I —> 1' —> 4

- ? т --> 4

- ¿>у21| -> Т -> 3

- ¿V, Г| —» 1 -> 5 -Ьсс^П -> Т —► 5 -» Т -> 5

Режим сокращения подачи горючею 3: - Г> —> Г —♦ 4

- п —> Г —> 4

- т ЬсЛшг -» Г —> 5

- г Ьшп -> Г -> 5 —> Г -> 5

Режим ручного управления 4: -к 5

Режим считывания и обработки сигналов дат-чикон 5: -у0-> 1 -> 1 -» 2 -\'з 3

Здесь логические переменные обозначают: Ь - не нажата педаль тормоза; с- рычаг переключения передач не находится в нейтральном положении; 11 - сцепление включено; е - исправен механизм блокировки; Г - соблюдается условие устойчивости; g - температура тормозов находится в допустимых пределах; II - исправен механизм управления рейкой топливного насоса; { - исправна тормозная система; к - включение водителем системы управления; п - частота вращения коленчатого вала двигателя больше минимально допустимого значения. Переменные \'0> у(, VI и Уз определяют скоростные диапазоны движения МЛ.

При разюне МА с места (у0 - 1) и движении с небольшой скоростью (У| = 1) алгоритм переходит из состояния считывания и обработки сигналов датчиков 8(С) в состояние Б(Б) управления КД. При повышении скорости движения (VI = 1) алгоритм переходит в состояние Й(Т) управления тормозами буксующих колес. При высокой скорости движения (\'з= 1) алгоритм переходит в состояние управления подачей топлива 5(Г). Из состояния 5(Т) алгоритм выходит при перегреве тормозных механизмов ^ = 0) и переходит после обработки сигналов датчиков 5(С) и 8(Б), если МА движемся с невысокой скоростью (\'| - I), или в 5(Г). если МА находится в более высоких скоростных диапазонах = 1 или Уз ~ I). Из состояния

S(r) алгоритм переходит к считыванию сигналов датчиков после устранения дисбаланса буксовании колес.

На основе откорректированного алгоритма логического управления и данной главе составлено наглядное блок-схемное представление алгоритма управления ОС ведущих колес.

D главе 4 приведена разработанная соискателем методика испытании, описана использованная измерительно-регистрирующая аппаратура, даны результаты выполненных лабораторно-дорожных испытаний МЛ в составе тягача МА'3-54421 и полуприцепа МАЗ-9758. Данные лабораторных исследований были использованы при проведении расчетов.

Дорожные испытания проводились совместно с Отделом дорожных испытаний УГ'К МАЗ на МА, оборудованном БД и системой АБС/'ПБС фирмы Bosch. Их результаты подтвердили необходимость обеспечения согласованного управления БД к ПБС, а также правильность принципиальных положений предложенных способов повышения ТСС МА и разработанного для этого алгоритма управления ОС ведущих колес.

Так, испытания показали, что

---при разгоне МА на подъеме 10%

(рис.7) худшая интенсивность разгона наблюдается у,МА с дифференциальным распределением ОС (кривая 1). Включение БД в начальный период позволяет увеличить скорость разгона более чем в 3 раза (кривая 2). Она обеспечивает

„° „ „ь 15 20 - u 30 лучшее распределение ОС, одно-

Рис.7. Разгон МА с различными сносо-

бами распределения ОС ведущих колес: иРсмеш1° Увеличивая суммарную

1) дифференциальный привод; 2) БД, 3) ос "а ведущих колесах. В первые

ПБС, 4) БД и ПБС 15... 16с БД позволяет МА

иметь лучшие ТСС, чем в случае распределения ОС, обеспечиваемом дифференциальным приводом, ПБС и БД совместно с ПБС. Это указывает на правильность обоснованного теоретическими исследованиями временного интервала 8... 12с, в течение которого блокировка должна оставаться включенной после начала движения.

ПБС в начальный период улучшает скорость примерно в 2 раза (кривая 3) по сравнению с МА, оснащенным дифференциальной трансмиссией. Хорошую интенсивность имеет МА и в случае разгона с включенными одновременно БД и ПБС (кривая 4). Однако следует отметить, что после

первых 5с разгона и до 17с она все же уступает МА с блокировкой ведущих колес. Таким образом, БД в начальный период движения обеспечивает • наилучшее распределение ОС, которое до 1,5 раз эффективней обеспечиваемого ПБС фирмы Bosch. Это подтверждает результаты расчета, показавшие целесообразность включения ПБС не ранее первых 6...8с разгона.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для достижения кардинального улучшения ТСС МА при движении в ухудшенных дорожно-спепных условиях целесообразно управлять окружными силами и буксованиями ведущих колес таким образом, чтобы обеспечить требуемые значения показателен свойств в соответствии с до-рожно-сцепными условиями колес и заданными кинематическими характеристиками автопоездов [5, 9... 11, 13].

2. Разработку методов управления ОС и буксованиями ведущих колес МА следует осуществлять с использованием законов оптимального распределения этих сил между колесами, обеспечивающих наибольшие значения КПД ходовой системы при сохранении требуемых показателей устойчивости движения и управляемости МА и обеспечении заданной зависимости между скоростью движения и ускорением (2, 5, 9, 10, 13].

3. Разработанный метод расчетных исследований тягово-энергетическнх характеристик колеса при совмещении режимов ею силовою нагруження можеТ быть использован как для сопоставительных исследований качения колес различных моделей, так и разработки теоретических характеристик противобуксовочных систем. Метод позволяет рассчитывать значения тормозного момента, который должен быть приложен к ведущему колесу для обеспечения заданной функциональной зависимости между скоростью его движения и ускорением в ухудшенных дорожно-спепных условиях при сохранении максимально возможной энергетической эффективности (КПД) колеса [6, 7, 12].

4. Метод синтеза теоретических характеристик ПБС, разработанный с использованием оптимальных ОС колес и метода совмещения режимов качения колеса, позволяет получить характеристики ПБС, повышающие на 6...8% КПД ходовой системы МА по сравнению с МЛ, неоснащенным ПБС. При этом обеспечиваются меньшие или допустимые значения энер-гонатруженности тормозных механизмов и их температурных режимов [2, 3, 11, 13].

Полученные характеристики могут обеспечить но данным теоретических и экспериментальных исследований ло 1,5 раз большие скорости

разгоне МА в составе тягача 4x2 МАЗ-54421 н 3-оспого полуприцепа МАЗ-9758 в ухудшенных дорожно-сцепных условиях по сравнению с характеристиками ПБС фирмы Bosch. Для достижения этого необходимо обеспечивать включение ПБС в работу, когда отношение буксований ведущих колес равняется 1,35...1,40. При этом среднее значение энергона-груженностн тормозного механизма составляет от 23,7 до 55,8 кВт/'м2, нагрев барабана — от 11 до 30°С в течение всего процесса разгона в различных дорожных условиях [13].

5. Проведенными исследованиями установлено, что в первые 6...8с разгона при увеличении скорости движения МА от нуля до 7,29 м/с (26,2 км/ч) даже теоретические оптимальные характеристики ПБС не обеспечивают достаточной близости реальных ОС колес тягача к их оптимальным значениям, что ведет к снижению до 13% КПД ходовой системы по сравнению с его максимально возможными в различных дорожно-сцепных условиях значениями. Они обеспечивают практическое совпадение КПД ходовой системы МА с его максимально возможными значениями во втором этапе разгона, то есть после 6...8с движения. А в первые 8...12с разгона, как подтверждают экспериментальные исследования, БД обеспечивает наилучшее распределение ОС, повышающее до 1,5 раз скорости движения при разгоне по сравнению с ПБС Bosch.

Повышение в ходе первого периода разгона МА КПД ходовой системы до максимальных значений, соответствующих оптимальному распределению ОС между колесами, возможно путем управления режимами блокирования межколесного дифференциала. Для этого необходимо включение блокировки при пороговом отношении буксований колес ведущего Моста тягача МА, равном 1,35... 1,40 [13].

6. Для достижения наилучших ТСС МА на всех этапах разгона и при установившемся движении в различных дорожно-сцепных условиях необходимо обеспечить комплексное управление режимами блокирования межколесного дифференциала и ПБС [3, 13]. С этой целью на основе обоснованных теоретических характеристик ПБС и системы управления БД разработан и верифицирован алгоритм комплексной системы параллельного управления ОС колес. Алгоритм построен с учетом ограничительных условий по сохранению управляемости и устойчивости движения, а также с учетом скорости МА, ограничений на нагрев тормозных барабанов, режимов работы других узлов и систем МА [3, 4].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ НО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ванцевич В.В., Харитончик C.B. Моделирование динамических нормальных реакций колес автопоездов / НЦ ПММ AI 1Б, БГПА - Минск, 1996. -14с. Деп. в ВИНИТИ 25.06.96 №2085-В96 Н РЖ: 02. Автомобильный и городской транспорт. - 1997. - №4,- 4А18ДЕП. - С.З.

2. Ванцевич В.В., Харитончик C.B. Моделирование кинематических и силовых характеристик автопоезда для управления его гягово-скоростными свойствами при разгоне / НЦ ПММ АНБ, БГПА -Минск, 1996. - 13с. Деп. » ВИНИТИ 25.06.96 №2086-В96 II РЖ: 02. Автомобильный и городской транспорт. - 1997. - №6,- 6А12ДЕП. -С.2.

3 Ванцевич В.В., Мальцев Н.Г., Харитончик C.B. Алгоритм регулирования окружных сил колес автопоезда с противобуксовочной системой (ИБС) / НЦ ПММ АНБ, БГПА - Минск, 1996. -13с. Деп. в ВИНИТИ 07.08.96 №2626-В96 /У РЖ: 02. Автомобильный и городской транспорт. - 1997. - №7,- 7А111ДПП. - С. 12.

4 Ванцевич B.D., Харитончик C.B. Логическое управление окружным» силами ведущих колес при разгоне магистрального автопоезда / НЦ ПММ МАИ Беларуси - Минск, 1999. -13с. Деп. в БелИСА 23.03.99 №Д 199945 // Реферативный сборник непублнкуемых работ: Вып. 2 (13) -1999.-№2.-С.94.

5 Ванцевич В.В., Харитончик C.B. Повышение тяговых свойств многоприводных колесных машин в тяжелых условиях эксплуатации // Повышение эффективности работы колесных и гусеничных машин в суровых условиях эксплуатации: Сб. тр. междунар. научн.-техн. конф., Тюмень, 20-22 ноября 1996. - Тюмень, 1996. -С.21-22.

6 Ванцевяч В В., Высоцкий М.С., Харитончик C.B. Особенности качения колеса с регулируемыми тягово-энергетическимн характеристиками // Becui АкодэмН наиук Белорус!. Сер. фгз.-тэхн. навук. - 1997. -М-1.-С. 115-120.

7 Ванцевич В.В., Высоцкий М.С., Харитончик C.B. Совмещение режимов качения эластичного колеса // Даклады Акадэмн навук Беларусь - 1997. - №2. -С. 119-122.

8 Ванцевич В.В., Харитончик C.B. Управление разгоном автопоезда в нестабильных дорожных условиях // Проблемы безопасности на транспорте: Тез. докл. междунар, научи.-практической конф. - Гомель. 1997. - С. 85-86.

9 Харнтончнк С.В. Управление режимами движения транспортных средств высокой проходимости в агрессивных средах // ХХНГ "Гагаринскне чтения": Tel. докл. междунар. научн.-техн. конф. - Ч.З.Москва, 1997.-С. 10-11.

10 Харнтончнк С.В., Волков Д.Н. Пути повышения топливной экономичности и производительности автомобилей // III Республиканская научная конференция студентов Беларуси: Тез. докл. науч. конф. -Ч.5А. - Минск, 14-16 мая 1997 г. / Белорус, гос. ун-т-Минск, 1997. -С. 225-26.

11 Ванцевич В.В., Харнтончнк С.В. Расчет параметров противобуксо-вочной системы тягача // 52-я науч.-техн. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, аспирантов и студентов БГПА «Технические ВУЗы - Республике»: Тез. докл. 52-й науч.-техн. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, аспирантов и студентов БГПА «Технические ВУЗы - Республике». - Ч.З. - Минск, 1997. -С.73.

12 Vantsevlch V.V., Vysotski M.S., Kharytonchyk S.V. Control of Wheel Dynamics // SAE Technical paper series - 980242. - 1998. - P. 73-78.

13 Vantsevich V.V., Kharytonchyk S.V. Optimal Control of ASH // Proceeding of the 1998 Symposium on Recent Advances in Transportation Systems & Technologies, May 19-22, 1998 / Ryerson Polytechnic University, Toronto, Ontario, Canada. - Paper №ATS-22.

РЭЗЮМЕ

Харытончык Сяргей ВаЫльешч

Г1АВЫШЭННЕ ЦЯГАВА-ХУТКАСНЫХ УЛАСЦШАСЦЯУ МАПСТРАЛЬНАГЛ АУТАЦЯППКЛ КИ'АВАННЕМ АКРУЖНЫМ1 С1ЛАМ1 ВЯДУЧЫХ КОЛАУ

Ключавыя словы: мапстральны аутацяппк, павелжение цягава-хуткасных Уласшвасцяу, аптым'шцыя акружных сш вядучых колау, блакаванне ды-ферэнцьшла, супрацьбуксавальная Ыстэма

Аб'ект i придмет даследавапня: цягава-хуткасныя Уласшвасш ма-пстральнага аутацяппка пры руху у пагоршаиых счапных умовах.

Мэта работы -.распрацоука метадалогН юравапня акружным i cíjiumí вядучых колау для папел1чзнкя цягава-хуткасных уласшвасцяу ма-пстральнага аутацяппка i яе рзалпацыя у алгарытмс мравання гатим! ci .чам ¡.

Распрацаваиы метад даследавапня i разл!ку цягава-энергетычных характарыстык эластычнага кола пры сумяшчзшп рзжымау яго качэиня. Для Павелниння цягава-хуткасных уласшвасцяу пры разгоне ¡ устапяваным руху магтстральнага аутацяппка распрацаваиы метод матзматычнага ¡ камп'югэрнага мадзляванпя законау аптымхпьпага размеркавання акружных с1л памгж вядучым! колам!, на падставе якога прапанаваны paxnÍKOBU метад для знаходжання аптымальных тзарэтычных характарыстык суп-рацьбуксавалышй cicTJMbi. Даследаванне законау аптымальиага размеркавання акружных ein колау даэвол/ла прапанаваць зфектыуны шлях да па-вышэння цягава-хуткасных уласшвасцяу аутацяпйкоу на падставе пара-лельната к1равання тармазным1 мехашзмам1, ппдачай najiiüa i рзжымам! блакавания-разблакавання дыферэнцыЯла. Так! падыход забяспечвае най-лепшае прыбл1ж)мне акружных сш колау да ix аптымальных Вел1чынь, при як!х казфщыент карыснага дзеяння хадавой Ыстэмы дасягае найбольшых велшынь у зададзеных ¡мавернасных дарожных умовах. На падставе выка-напых даследаванняу абгрунтаваны характарыстык! комплекснай Ыстэмы кфавання акружным! алам! вядучых колау ! распрацаваиы алгарытм кчраианпя гэгым! cniaMi. Эксперыментальныя даследаванш паивердз!л'| гэнргшчныя палажэнш распрацаванай метадалоги к!равання акружным! с!лам1 вялучы^ колау для панел!чзння иягана-хуткасных уласшвасцяу ма-поральнзга аутаця! hík.i.

РЕЗЮМЕ

Харигончик Сергей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ МАГИСТРАЛЬНОГО АВТОПОЕЗДА УПРАВЛЕНИЕМ ОКРУЖНЫМИ СИЛАМИ ВЕДУЩИХ КОЛЕС

Ключевые слова: магистральный автопоезд, повышение тягово-скоростных свойств, оптимизация окружных сил ведущих колес, блокирование дифференциала, противобуксовочная система

Объект и предмет исследования: тягово-скоростные свойства магистрального автопоезда при движении в ухудшенных сцепных условиях.

Цель работы - разработка методолопш управления окружными силами ведущих колес для повышения тягово-скоростных свойств магистрального автопоезда и ее реализация в виде алгоритма управления этими силами.

Разработан метод исследования и расчета тягово-энергетнческих характеристик эластичного колеса при совмещении режимов его качения. Для повышения тягово-скоростных свойств при разгоне и установившемся движении магистрального автопоезда разработан метод математического и компьютерного моделирования законов оптимального распределения окружных сил между ведущими колесами, на основании которого предложен расчетный метод для определения оптимальных теоретических характеристик противобуксовочной системы. Исследование законов оптимального распределения окружных сил колес позволило Предложить эффективный путь повышения тягово-скоростных свойств автопоездов на основе параллельного управления тормозными механизмами, подачей топлива н режимами блокирования-разблокирования дифференциала. Такой подход обеспечивает наилучшее приближение ОС колес к их оптимальным значениям, при которых КПД ходовой системы достигает наибольших значений в заданных вероятностных дорожных условиях. На основе выполненных исследований обоснованы характеристики комплексной системы управления окружными силами ведущих колес и разработан алгоритм управления этими силами. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения разработанной методологии управления окружными силами ведущих колес для повышения тягово-скоростных свойств магистрального автопоезда.

t

SUMMARY

Siarhei V. Kharyionchyk

INCREASING OF TRACTIVE AND SPEED PROPERTIES OF THE HIGHWAY TRUCK BY CONTROL1NG CIRCUMFERENTIAL FORCES OF THE DRIVING WHEELS

Key words: highway truck, increasing of tractive and speed properties, optimization of circumferential forces of the driving wheels, locking of differential, acceleration slip regulation (ASR)

Object and subject of the research: tractive and speed properties of a highway truck while moving in worsened adhesion conditions.

The purpose of the work is a development of the methodology for the control of circumferential forces of the driving wheels to increase tractive and speed properties of a highway truck and its realization in the control algorithm for these forces.

There was developed the research and calculation method of the tractive and power characteristics of an elastic wheel in the case of combining its rolling regimes. To increase the tractive and speed properties of the highway truck while accelerating and steady moving, there was developed the method of mathematical and computer simulating of the circumferential forces optimal distribution laws between driving wheels. On the basis of this method there was offered the calculating method to define the optimal theoretical characteristics of ASR. The research of optimal distribution laws of circumferential forces of wheels has allowed to offer an effective way to increase tractive and speed properties of highway trucks on the basis of the parallel control by brake mechanisms, fuel delivery and differential locking-unlocking regimes. Such approach provides the best approximation of driving wheels forces to their optimal values, with which the Efficiency of the running system achieves the greatest values in the given probabilistic road conditions. On the basis of researches carried out there were proven the characteristics of a complex control system of circumferential forces of the. driving wheels and the control algorithm of this forces was developed. The experimental researches have confirmed theoretical investigations of the developed methodology for the circumferential forces control of the driving wheels for the increse tractive and speed properties of the highway trucks.