автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Повышение устойчивости автомобиля с блокированным силовым приводом при торможении

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Курсовая устойчивость автомобиля при торможении и критерии её оценки.

1.2 Традиционные системы повышения устойчивости автомобиля при торможении.

1.2.1 Регулятор тормозных сил.

1.2.2 Антиблокировочная система.

1.3 Нетрадиционные способы повышения устойчивости автомобиля при торможении.

1.3.1 Импульсатор тормозного момента.

1.3.2 Противозаносная система.

1.4 Особенности торможения полноприводных грузовых автомобилей с блокированным силовым приводом.

1.5 Задачи исследования.

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ ТРЕХОСНОГО ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ

2.1 Особенность работы тележки автомобиля с блокированным приводом в режиме торможения.

2.2 Математическая модель процесса торможения трехосного грузового автомобиля.

2.3 Математическая модель колеса в режиме торможения

2.3.1 Моделирование рабочей тормозной системы.

2.4 Предварительные результаты математического моделирования.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ ПОЛНОПРИВОДНОГО ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ.

3.1 Задачи экспериментального исследования процесса торможения.

3.2 Методика лабораторно-дорожных испытаний.

3.2.1 Объект и условия испытаний.

3.2.2 Измерительная и регистрирующая аппаратура.

3.2.3 Процедура испытаний.

3.3 Результаты лабораторно-дорожных испытаний.

3.4 Выводы по результатам испытаний.

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ И РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

4.1 Исследование процесса торможения с помощью модели

4.1.1 Выбор факторов и уровней их варьирования.

4.1.2 Построение регрессионной модели влияния факторов на процесс торможения автомобиля.

4.1.3 Результаты моделирования.

4.2 Требования к тормозному приводу.

4.3 Разработка клапана задержки включения тормозного контура моста тележки.

4.4 Методика доработки тормозного привода.

4.5 Выводы по практическим рекомендациям.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.

В условиях функционирования рыночной экономики принципиальное значение приобретают вопросы повышения производительности автотранспортных средств и увеличение эффективности их использования. А рост автомобилизации страны, повышение интенсивности дорожного движения могут привести к увеличению человеческих и материальных потерь, связанных с дорожно-транспортными происшествиями. В этих условиях важное значение приобретает постоянное совершенствование конструкции автомобиля с точки зрения его безопасности, в том числе всестороннее совершенствование тормозных свойств автомобиля. Этому уделяется особое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом.

Большое влияние на безопасность движения автомобильного транспорта оказывают тормозные свойства подвижного состава, совершенствование которых является важной задачей. Современные автомобили оснащены тормозной системой, способной практически на любой дорожной поверхности заблокировать колеса. Однако стоит задача не только быстро остановить движущийся автомобиль, но и обеспечить при этом устойчивость и управляемость движения. Для России эта проблема стоит особенно остро, так как значительную часть года дорожная поверхность находится под снегом или льдом. Таким образом, обеспечение устойчивости автомобиля при торможении является актуальной задачей.

Из устройств, способствующих повышению устойчивости автомобиля при торможении, наибольшее распространение получили регуляторы тормозных сил и антиблокировочные системы. Если от регулятора тормозных сил требуется только обеспечить опережающее блокирование передних колес по отношению к задним и распределение тормозных сил, то требования к антиблокировочным системам расширены до обеспечения устойчивости и управляемости автомобиля при торможении при максимально коротком тормозном пути во всех дорожных условиях. Опыт производства и эксплуатации антиблокировочных систем за рубежом и в нашей стране показывает, что при оборудовании ими автомобилей решается ряд проблем, связанных с повышением устойчивости, но разработка, изготовление и использование этих систем требуют перехода производства и эксплуатации автомобилей на новый уровень, связанный с большими материальными затратами.

В настоящее время в нашей стране, и в сибирском регионе в частности, в эксплуатации находиться большое количество полноприводных грузовых автомобилей, не оснащенных антиблокировочной системой. Кроме того, если рассматривать тяжелые условия эксплуатации полноприводных автомобилей, связанных с высокой загрязненностью, бездорожьем и резким перепадом температур, то регуляторы тормозных сил, конструкция которых предусматривает подвижные кинематические части, соединенные с подвеской автомобиля, не обладают достаточной надежностью.

В связи с изложенным представляет интерес система повышения устойчивости автомобиля при торможении, предотвращающая занос автомобиля, хотя бы в наиболее опасных случаях, но более простая и дешевая в производстве и эксплуатации, чем антиблокировочная система, но не менее эффективная, чем регулятор тормозных сил. Одним из возможных решений для полноприводных грузовых автомобилей является система повышения устойчивости при торможении на поверхностях с низким коэффициентом сцепления, использующая повышение сил сопротивления боковому уводу незаторможенного моста тележки.

Цель работы - повышение устойчивости полноприводного трехосного грузового автомобиля при торможении на поверхности с низким коэффициентом сцепления путем частичного отключения тормозного контура одного моста тележки.

Объектом исследования - тормозная система полноприводного грузового автомобиля с блокированным силовым приводом задней тележки.

Методика исследования включает в себя:

- теоретический анализ процесса противовращения колес оси при торможении с блокированным силовым приводом;

- математическое моделирование процесса торможения полноприводного грузового автомобиля путем решения дифференциальных уравнений движения автомобиля при торможении численным методом интегрирования Рунге-Кутта четвертого порядка;

- составление компьютерных программ на языке программирования "Бейсик";

- экспериментальную проверку полученных результатов теоретического анализа;

- моделирование процесса торможения автомобиля с использованием планирования эксперимента;

- разработка клапана задержки включения тормозного контура одного из мостов тележки и методики его установки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основе теоретического анализа определены основные закономерности процесса противовращения колес незаторможенного моста тележки при торможении автомобиля с блокированным силовым приводом.

2. Разработана математическая модель процесса торможения полноприводного трехосного автомобиля, учитывающая особенности работы блокированного силового привода тележки при торможении и получены данные о степени влияния некоторых эксплуатационных факторов на процесс торможения;

3. Получены экспериментальные данные, доказывающие повышение устойчивости автомобиля при торможении с отключенным тормозным контуром одного моста тележки на поверхности с низким коэффициентом сцепления шин.

Практическая ценность.

1. Разработан клапан задержки включения тормозного контура моста тележки и методика доработки в условиях эксплуатации тормозных приводов трехосных полнорпиводных автомобилей, обеспечивающий повышение устойчивости их движения при торможении.

2. Результаты работы могут быть использованы конструкторскими бюро и отделами испытаний автомобильных заводов при проектировании новых тормозных систем грузовых полноприводных автомобилей. В процессе эксплуатации имеется возможность совершенствования и модернизации тормозных систем полноприводных автомобилей исходя из полученных результатов исследования и рекомендаций. Методика моделирования процесса движения трехосных автомобилей при торможении может быть использована в учебном процессе высших учебных заведений соответствующих специальностей.

На защиту выносится:

1. Теоретическое обоснование способа повышения устойчивости полноприводных грузовых автомобилей с блокированным силовым приводом при торможении на поверхности с низким коэффициентом сцепления.

2. Математическая модель процесса торможения полноприводного трехосного автомобиля, учитывающая особенности, обусловленные блокированием силового привода тележки и результаты моделирования

3. Результаты экспериментального исследования процесса торможения полноприводного автомобиля с блокированным силовым приводом.

4. Методика доработки тормозных систем полноприводных автомобилей.

Результаты внедрения.

1. Методика доработки тормозного привода трехосных полноприводных автомобилей в условиях эксплуатации, обеспечивающая повышение устойчивости их движения при торможении внедрена в ТОО "Омский областной автоцентр КамАЗ".

2. Методика исследования тормозных свойств и курсовой устойчивости полноприводных автомобилей используется в учебном процессе кафедры "Боевые колесные машины и военные автомобили" Омского танкового инженерного института.

3. Конструкция клапана задержки включения тормозного привода заднего моста принята к лабораторно-дорожным испытаниям в составе автомобилей "Урал" в испытательном центре ОАО "Автомобильный завод "Урал".

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на 57-61 научно-технических конференциях в Сибирском автомобильно-дорожном институте в 1997-2001 гг., на научно-технических семинарах в Омском танковом инженерном институте (ОТИИ) 1999-2001гг., а также на международном технологическом конгрессе в 2001 г. в г. Омске и на межрегиональной научно-технической конференции в г. Омске в 2002 г.

Публикации.

По материалам диссертации опубликованы 6 печатных работ.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников (77 наименования) и трех приложений. Содержит 148 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 11 таблиц.

ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований в диссертационной работе можно сделать следующие выводы:

1. Анализ научно-технической литературы показал, что традиционные методы повышения курсовой устойчивости движения автомобиля при торможении (АБС и РТС) не могут быть в полной мере реализованы на большегрузных полноприводных автомобилях, предназначенных для эксплуатации в различных, в том числе и в тяжелых, дорожных условиях.

2. С достаточной степенью точности процесс движения полноприводного трехосного автомобиля можно представить как одномассовую пространственную модель автомобиля с закрепленным рулевым колесом и общепринятыми допущениями, с учетом явления блокирования силового привода и противовращения колес при торможении в результате отключения тормозного контура одной оси тележки.

3. Повышение курсовой устойчивости при торможении автомобиля обеспечивается в результате высокого коэффициента сцепления между поверхностью и колесом незаторможенной оси, вращающимся в направлении движения автомобиля. Это подтверждается экспериментальными данными: при торможении автомобиля на поверхности с низким коэффициентом сцепления с отключенным тормозным приводом задней оси тележки эффективность действия тормозной системы снижается незначительно (не более 10%), а при использовании клапана не снижается, но курсовая устойчивость автомобиля повышается (курсовой угол уменьшается в 2,5 раза, линейное отклонения уменьшается на 30%).

4. Моделирование процесса торможения с применением планирования эксперимента, показало, что эффект повышения курсовой устойчивости при отключении тормозного контура задней оси тележки сохраняется в широком диапазоне изменения эксплуатационных факторов. Расхождение результатов эксперимента и моделирования не превышало 15%, что свидетельствует об адекватности модели процесса торможения. По результатам моделирования при увеличении начальной скорости торможения до 100 км/ч курсовой угол уменьшается с 83° до 49°, а линейное отклонение с 5,3 м до 3,5 м по сравнению со штатной тормозной системой.

5. Результаты испытаний и моделирования полноприводного автомобиля подтвердили гипотезу о процессе, происходящим в тележке с блокированным силовым приводом в режиме торможения с отключением тормозного контура одного из ее мостов, которая заключалась в том, что колесо незаторможенного моста, движущееся с противовращением реализует коэффициент сцепления с дорогой незначительно ниже уровня, соответствующего полной блокировке колеса (относительное проскальзывание <S=1). При этом колесо, вращающееся с проскальзыванием в сторону движения автомобиля, имеет высокий реализуемый коэффициент сцепления в боковом направлении, и удерживает тележку от заноса.

6. По результатам проведенного исследования разработаны: -учебные компьютерные программы моделирования процесса движения трехосных автомобилей при торможении, которые используются в учебных процессах высших учебных заведений (ОТИИ), соответствующих специальностей;

-разработаны рекомендации по доработке тормозных приводов и установке клапана задержки включения тормозного контура одного из мостов тележки (предпочтительно заднего), обеспечивающего выполнение следующих требований: а) устойчивость на поверхности с низким коэффициентом сцепления -торможение низкой интенсивности (приблизительно до 4 м/с ), типичное для поверхности с низким коэффициентом сцепления, тормозными конту

99 рами переднего моста и одного из мостов тележки (предпочтительней заднего); б) эффективность торможения - торможение высокой интенсивности выполняемое на поверхности с высоким коэффициентом сцепления посредством тормозных контуров всех мостов.

1. Акопян Р.А., Макаров В.В. К оценке устойчивости движения автомобиля // Автомобильная промышленность. 1976. № 3. С. 23 - 25.

2. Аксенов А. И., Андреев А. С. Экспериментальное исследование устойчивости прямолинейного движения трехзвенного автопоезда // Автомобильная промышленность. 1971. № 5. С. 12-14.

3. Аксенов А. И., Никольский В. В. Исследование устойчивости прямолинейного движения многозвенного автопоезда // Автомобильная промышленность. 1972. № 2. С. 18-20.

4. Аксенов П. В. Многоосные автомобили. М.: Машиностроение, 1989.-280 с.

5. Антонов Д.А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей. -М.: Машиностроение, 1984. 168 с.

6. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. -М.: Машиностроение, 1978. -216 с.

7. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. 3-е изд., переработанное и доп. М.: Транспорт. 1982. - 288 с.

8. Богданов Ю. П. Вычислительная математика и программирование. -М.: Высшая школа, 1990. 390 с.

9. Боровский Б.Е. Безопасность движения автомобильного транспорта. Л.: Лениздат, 1984. - 304 с.

10. Васильченков В.Ф. Автомобили и гусеничные машины. Теория эксплуатационных свойств. Рыбинск: Издание ОАО "РДП" - АРП, 1996.- 432 с.

11. Васильченков В.Ф. Военные автомобили и гусеничные машины. Основы конструкции шасси Рыбинск: Издание ОАО "РДП" - АРП, 1996,- 496 с.

12. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

13. Вонг Д.Я. Теория наземных транспортных средств: Пер. с англ. -ML: Машиностроение, 1982. 284 с.

14. Гаспарянц Г.А. Устойчивость и управляемость автомобиля. М.: Автотрансиздат, 1960.

15. Гомонов В.К., Мельник В.И. Использование прямого метода Ляпунова для исследования задачи устойчивости неустановившегося движения автомобиля / Исследование рабочих процессов в транспортных машинах: Сб. науч. тр. Хабаровск, 1974. С. 18-20.

16. ГОСТ Р 41.13-99. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств категорий М, N и О в отношении торможения. Правило ЕЭК ООН №13 приложение №10.

17. ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки.

18. Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Пневматический тормозной привод автотранспортных средств. Устройство и эксплуатация. М.: Транспорт, 1988.-244с.

19. Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Тормозное управление автомобиля. -М.: Транспорт, 1978. 152с.

20. Дик А.Б. Характеристики неустановившегося проскальзывания тормозящего колеса / Повышение безопасности и надежности автомобиля: Сб. науч. тр. МАМИ. -М., 1988.-С. 163-177.

21. Дик А.Б. Исследование динамических характеристик тормозящего колеса / Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Межвуз. сб. трудов. Омск. ОмПИ, 1983. - С. 38-52.

22. Дик А.Б. Описание характеристик проскальзывания тормозящего колеса / Надежность и активная безопасность автомобиля: Сб. науч. трудов МАМИ. М., 1985. - С. 205-215.

23. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука 1987. - 237 с.

24. Калинин Ю.М. Торможение автомобильного колеса при импульсном подведении тормозного момента / Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб. науч. тр. Омск. Зап.-Сиб. кн. изд. 1973.-С. 81-87.

25. Калинин Ю.М., Пятаков В.Г. Исследование устойчивости автомобиля "Урал-375" при импульсном торможении / Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб. науч. тр. Омск, ОмПИ, СибАДИ, 1979. -С. 87-94.

26. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. Перевод с немецкого. -М.: Наука, 1976. 576 с.

27. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы. Перевод со второго американского переработанного издания. -М.: Наука, 1973. 830 с.

28. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение. 1971.-416 с.

29. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля: Сборник статей. -М.: Машгиз. 1963.

30. Литвинов А.С., Медведков В.И., Ротенберг Р.В., Фрумкин А.К. Теория и конструкция боевых и колесных машин. М.: Изд. Академии БТВТ, 1969.-С. 251-270.

31. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство". М.: Машиностроение, 1989. - 240с.

32. Лобас Л.Г. Устойчивость движения модели автомобиля в критическом случае // Прикладная механика. 1972. - Т. VIII. - вып. 2. - С. 85-91.

33. Митков А.Л., Кардашевский С.В. Статистические методы в сельхозмашиностроении. М.: Машиностроение, 1978. - 360 с.

34. Медведков В.И., Билык С.Т., Гришин Г.А. Автомобили КамАЗ-5320, КамАЗ-4310, "Урал-4320". -М.: Изд. ДОСААФ СССР, 1987. 373 с.

35. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. -М.: Машиностроение, 1989. 302 с.

36. ОСТ 37.001.067 86. Тормозные свойства автотранспортных средств. Методы испытаний. - М.: МАП. 1988.

37. ОСТ.37.001.412 85. Тормозные системы автотранспортных средств. Термины и определения. - М.: Минавтопром, 1985. - 13 с.

38. OCT 37.001.051 86. Управляемость и Устойчивость автомобилей. Термины и определения. - М.: НАМИ, 1986. - 9 с.

39. Пат. 51-6303 Япония, МКИ В 60Т 8/14. Противоблокировочное устройство / Иноуе Кнеси (Япония).

40. Пат. 53-22232 Япония, МКИ В 60Т 8/02. Противоблокировочная система / Такеути Ясухиса (Япония).

41. Певзнер Я.М. Теория устойчивости автомобиля. М.: Машгиз, 1947.

42. Петров В.И. Противоблокировочные системы и их алгоритмы функционирования // Автомобильная промышленность. 1979. №7. - С. 20-24.

43. Петров М.А. Пути повышения эффективности экстренного торможения автомобиля:/ Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. Омск, 1973. - С. 3-15.

44. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме. -Омск: Зап.-Сиб. книжное изд-во, 1973. 224 с.

45. Петров М.А., Исаков И.Я., Назарко С.А., Щербаков П.М. Повышение устойчивости автомобиля "Урал-4320" при торможении / Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Межвуз. сб.: Омск: ОмПИ, 1983,-С. 102-115.

46. Петров М.А., Савельев Б.В. Способ повышения устойчивости автомобиля при торможении / Динамика и прочность автомобилей: Тез. докл. IV Всесоюзного науч.-техн. совещания. -М., 1990. С. 132.

47. Петров М.А., Приходько Г.К., Сергеев С.С. О моделировании траектории движения тормозного колеса: / Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. Новосибирск, 1977. - С. 58-65.

48. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. М.: Машиностроение, 1989. - 311с.

49. Пономаренко B.C., Иванов A.JI., Савельев Б.В. Способ повышения устойчивости автомобиля КамАЭ-4310 при торможении / Труды СибАДИ. Омск: Изд-во СибАДИ, 1999. - Вып. 3, ч. 1. - С. 88-91.

50. Правило ЕЭК ООН №13 "Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении торможения" приложение №10.

51. Предписания, касающиеся испытаний тормозных систем, оборудованных антиблокировочными устройствами колес // Правила №13, Приложение 13.-ООН. 1987.

52. Ревин А.А. Тормозные свойства автомобилей с антиблокировочной системой при движении на повороте // Автомобильная промышленность. -1983. №1. С.13-15.

53. Ревин А.А. Устойчивость автомобиля на прямолинейном участке при торможении с зависимой и антиблокировочной системой // Автомобильная промышленность. 1980. №5. - С. 17-20.

54. Ревин А.А., Мартинсон П.Н. Тормозные свойства трехосного автомобиля с антиблокировочной системой // Автомобильная промышленность.-1983. №6.-С. 20-22.

55. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностроение, 1990.- 343 с.

56. Спирин А.Р., Гуревич J1.B., Меламуд Р.А. Исследование гистерезиса тормозных механизмов как звеньев антиблокировочных систем // Автомобильная промышленность. 1980. № 3. - С. 19-20.

57. Спирин А.Р., Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Исследование гистерезиса тормозных механизмов как звеньев антиблокировочных систем // Автомобильная промышленность. 1980. № 4. - С. 16-18.

58. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1963.

59. Фалькевич Б.С., Великанов А.А. Анализ факторов, влияющих на процесс регулирования тормозных сил грузовых автомобилей / Безопасность и надежность автомобиля: Сб. науч. тр.- М: МАМИ. 1983. С. 150158.

60. Федосов А.С. Аналитические аспекты адаптивного процесса торможения / Безопасность и надежность автомобиля: Сб. науч. тр М: МАМИ. 1977. - Выпуск 1. - С. 62-68.

61. Федосов А.С. Динамические характеристики тормозных механизмов легковых автомобилей с антиблокировочными системами // Автомобильная промышленность . 1983. №6. - С. 19-20.

62. Цимбалин В.Б. и др. Шасси автомобиля: Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1977.

63. Чудаков Е.А. Боковая устойчивость автомобиля при торможении. -М.: Машгиз, 1952.

64. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. -М.: Изд. АН СССР, 1944.

65. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. -М.: Машгиз, 1940.

66. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. -М.: Машгиз, 1950.

67. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: ОНТИ НКТП, 1935.

68. Чудаков Е.А. Устойчивость автомобиля против заноса. М.: Машгиз, 1949.

69. Экспериментальное определение некоторых параметров автомобилей на стенде опрокидывания / П.В. Аксенов, B.C. Никандров, В.Н. Сергеев // Автомобильная промышленность. 1970. № 2. С. 29-31.

70. Ящерицын П.И., Махаринский Е.И. Планирование эксперимента в машиностроении. Минск.: Вышэйшая школа, 1985. - 286 с.

71. Braess/ Beitrag zur Stabilitat des Lenkverhaltens von Kraftfahrzeugen // ATZ. 1967. - 69. -N3. - C. 81 - 84.