автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка и исследование автомобильной антиблокировочной тормозной системы нециклического действия.

Введение

Глава I. Состояние вопроса и задачи диссертации.

1.1. Особенности и состояние проектирования автомобильных антиблокировочных систем.

1.2. Задачи диссертации.

1.2.1. Методология и методика разработки АБС.II

1.2.2. Общие технические и функциональные требования к АБС.

1.2.3. Адаптивное управление АБС.

1.2.4. Критерии оптимальности АБС.

1.2.5. Задача и метод оптимизации.

1.2.6. Определение структуры АБС.

Глава 2. Математическая модель автомобиля и проектируемой системы.

2.1. Обзор работ по моделированию автомобиля и АБС в исследованиях торможения.

2.2. Описание математической модели автомобиля и

2.2.1. Общие принципы построения перестраиваемой модели.

2.2.2. Описание подвески.

2.2.3. Описание колеса1.

2.2.4. Описание тормозных механизмов и тормозного привода.

2.2.5. Описание рулевого привода.

2.2.6. Описание подрессоренных масс автомобиля.6У

2.3. Математическая модель АБС.

2.3.1. Описание исполнительных элементов АБС.

2.3.2. Описание управления АБС.

Глава 3. Анализ системы "автомобиль-АБС".

3.1. Задача идентификации модели.

3.1.1. Постановка задачи идентификации.

3.1.2. Экспериментальное исследование выходных сигналов автомобиля, как объекта управления.

3.1.3. Влияние структуры модели автомобиля на качество идентификации.

3.2. Выбор управления АБС с использованием математической модели автомобиля.J

3.2.1. Упрощенная модель одиночного колеса в условиях отсутствия помех.J

3.2.2. Управление в условиях интенсивных помех.ИЗ

Глава 4. Экспериментальные исследования макета АБС нециклического действия.

4.1. Описание макета АБС.J

4.I.I. Модуль управления.J

4. Т.2. Исполнительный модуль.

4.1.3. Датчик угловой скорости.J

4.2. Стендовые испытания макета АБС нециклического действия.

4.2.1. Задачи стендовых испытаний и режимы их проведения.

4.2.2. Лабораторная установка для испытаний АБС.

4.2.3. Результаты стендовых испытаний макета нециклической АБС.

4.3. Ходовые испытания макета нециклической АБС.

4.3.1. Задачи ходовых испытаний и режимы их проведенияJ6I

4.3.2. Объект испытаний.

4.3.3. Результаты ходовых испытаний макета нециклической АБС.

Результаты работы и вывода.

Задача увеличения производительности автомобильного транспорта тесно связана с проблемой автоматизации управления транспортными средствами, которая является радикальным средством повышения производительности труда. Актуальность этой проблемы подтверждается массовым распространением микропроцессорных систем управления на серийных автомобилях за рубежом. Это системы управления работой двигателя, автоматическими трансмиссиями, системы диагностики, обеспечения безопасности: поддержания заданной скорости движения, антиблокировочные тормозные системы.

О массовости их распространения можно судить по следующим данным. Одна из микропроцессорных систем управления установлена более чем на 5 млн. автомобилей 90 моделей в США, Японии и странах Западной Европы /88/. Уже в 1979 году были опубликованы сведения о налаживании в США выпуска микро-ЭВМ для II млн. ранее выпущенных автомобилей /2//Ю6/. В 1981 году только одной фирмой Лденерал Моторс выпущено около 5 млн. автомобилей с микропроцессорным управлением /4/. Оценка темпов оборудования автомобилей микропроцессорами позволяет предполагать, что число их в дальнейшем будет быстро увеличиваться. По имеющимся данным в 1985 году в США микропроцессоры будут установлены на 75$, а в 1990 - на 90% всех автомобилей /88/. Наблюдается распространение средств автоматизации управления на массовых автомобилях малого класса типа ФИАТ Уно, Остин Мини Метро и др. /25-29/.

Таким образом можно констатировать, что разработка и внедрение средств автоматизации управления на базе микропроцессорной техники является актуальным и весьма перспективным направлением. На современном этапе идет отработка отдельных систем, которые в будущем могут стать подсистемами единой системы управления автомобилем. Одной из таких систем является АБС.

В настоящее время АБС у нас в стране серийно не выпускаются. Системы, получившие распространение за рубежом, имеют высокую стоимость вследствие сложности конструкции, поэтому их применение ограничено тяжелыми магистральными грузовиками, автобусами и дорогими легковыми автомобилями, такими как Мерседес-450, Ауди-200, БМВ-700. Лля этих транспортных средств соотношение обшей цены и стоимости АБС не имеет решающего значения. АБС устанавливают по заказу, ее стоимость составляет около 10$ дорогого легкового автомобиля (например, АБС фирмы Бош-Телдикс"}.

Это привело к тому, что в то время как количество эксплуатируемых микропроцессорных систем управления двигателем исчисляется миллионами, за пять лет с Г978 по 1983 гг. в ФРГ было оснащено АБС только 120 тыс. легковых автомобилей.

Однако обеспечивать максимум безопасности должны все автомобили, поэтому необходимо существенное снижение стоимости этих систем для создания возможности их массового распространения.

Целью диссертации является разработка упрощенной АБС, обеспечивающей достаточно высокую эффективность торможения и сохранение при этом устойчивости и управляемости автомобиля. Диссертация выполнена по договору о содружестве между НИИАвтоприборов, Московским Автомеханическим и Владимирским Политехническим институтами по теме № 293-CI83 "Создание экономичной антиблокиро-еочной системы для автомобилей ВАЗ". Исследования проводились совместно с отделом электронных систем управления движением НИИАП и кафедрой Авторемонтного производства ВПИ. В НИИАП, а также в отделе проектирования шасси УГК АвтоВАЗ внедрена многомассовая математическая модель одиночного автотранспортного средства,, предназначенная для синтеза, исследования и отладки управления АБС и реализованная в комплексе программ для ЕС ЭВМ. В НИИАП внедрена методика проектирования АБС, позволяющая значительно сократить объем экспериментальных исследований при разработке АБС за счет широкого применения ЭВМ. Экономический эффект составляет Г48 тис. рублей.

Диссертация состоит из четырех глав. В первой главе дан анализ особенностей и состояния проектирования автомобильных тормозных АБС. Это позволило определить задачи диссертации и метода их решения. Вторая глава посвящена проблеме математического моделирования автомобиля и АБС. Выбраны и разработаны описания элементов автомобиля и АБС, описаны принципы1 построения комплекса программ имитаций торможения на ЕС ЭВМ. В третьей главе дан анализ поведения системы "автомобиль-АБС", описано решение задачи идентификации модели, синтеза алгоритма управления в условиях информационных помех и внешних возмущений, параметрической оптимизации АБС. Четвертая глава посвящена описанию конструкции макетного образца АБС и экспериментальным исследованиям в лабораторных и дорожных условиях. Завершается диссертация изложением результатов и выводами.

Выводы:

Г. Нециклическое управление является эффективным и весьма перспективным средством, которое будет способствовать массовому распространению АБС на автотранспортных средствах.

2. Из-за интенсивности практически неустранимых помех точное измерение угловой скорости колес и скорости автомобиля в процессе управления осуществить чрезвычайно сложно. Вследствие этого точное решение задачи управления АБС из-за сложности нецелесообразно, что вынуждает ограничиться решением приближенной задачи.

3. Приближенную задачу управления АБС технически проще и экономичнее решать посредством нециклического управления.

1. Астапов Ю.М., Медведев B.C. Статистическая теория систем автоматического регулирования.-М.:Наука,1982,-304 с.

2. Еалычев С.М. Исследование рабочего процесса и расчет автомобильной антиблокировочной системы. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.,М.,МАМИ,1981.

3. Бассак Г. Широкое применение микроэлектроники в автомобилях. -Электроника,М.,1980,#25,с. 27-40.

4. Бернацкий В.В. Исследование неустановившегося торможения автомобильного колеса. Дисс. к.т.н.,М.,МАМИ,1981.

5. Вирабов Р.В. О качении колеса с пневматической шиной по жесткому основанию.-Известия высших учебных заведений, Ма-шинос троение,М.,1967,Л6,с.89-96.

6. Войлошников В.В. Исследование влияния жесткости рулевого управления на управляемость автомобиля при криволинейном движении. Дисс. к.т.н. ,М.,МАШ,1982.

7. Гецович Е.М. К вопросу синтеза алгоритма функционирования пневматической противоблокировочной системы.-В сб."Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин", Омск,1983,СибАДИ,93 с.

8. Гецович Е.М. Исследование предельных возможностей противо-блокировочных систем по обеспечению устойчивости автомобиля. Дисс. к.т.н.,Харьков,ХАДИ,1980.

9. Гецович Е.М.,Фаворов Н.Ю. Сравнительная оценка помехоустойчивости алгоритмов антиблокировочных систем. Рук.деп.в "Автомобильной промышленности",Л 869-ап-Д83,М.,1983.

10. Гецович Е.М., Ходырев С.Я., Фаворов Н.Ю. Об адаптации антиблокировочных систем к боковому смещению колеса. Рук.деп.в "Автомобильной промышленности",Л 868-ап-Д83,1983.

11. Гладков Д.И. Оптимизация систем неградиентным случайным поиском.-М.:Энергоатомиздат,1984.-256 с.

12. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания.-М.:Высш. шк.,1984.-208 с.

13. ГОСТ 22895-77. Тормозные свойства автомобильного подвижного состава. Технические требования и условия проведения испытаний.

14. ГОСТ 4364-67. Приводы пневматические к тормозам автомобилей и автопоездов. Технические требования.

15. Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку и анализ алгоритмов.-М.:Мир,1981,368 с.

16. Гуревич Л.В. Современные методы дорожных испытаний автомобильных антиблокировочных систем: обзорная информация.-М.: НИИКАВТОПРОМ,1978,97 с.

17. Гуревич Л.В. Антиблокировочная тормозная система фирмы Бендикс для американского рынка.-Автотракторное электрооборудование, вып.4,М.,1979,НИИНАВТ0ПР0М,с. 2-6.

18. Гуревич Л.В. АнтиблокироЕОчная тормозная система французской фирмы ДБА для автомобилей с пневматическим тормозным приводом.-Автотракторное электрооборудование,вып.4,М., 1979,НИИНАВТОПРОМ, с. 6-II.

19. Гуревич Л.В. Некоторые вопросы испытаний автотранспортных средств для определения эффективности действия тормозных систем. Материалы научно-технического семинара "Состояние и перспективы улучшения тормозных систем автомобилей".М.,1969,с.17./ ЗДНХ/.

20. Ечеистов Ю.А. Исследование некоторых эксплуатационных качеств автомобиля с учетом преобразующих свойств его шин. дисс. д.т.н.,М.,МАМИ,1973.

21. Ечеистов Ю.А.Бернацкий В.В.Ракляр A.M. Экспериментальное исследование трения шины о дорожное полотно.-В сб."Безопасность и надежность автомобиля".М. ,МАМИ,1980,с.18-32.

22. Ечеистов Ю.А.Бернацкий В.В.,Ракляр A.M.,Куликов Е.М. Качение автомобильного колеса по твердому основанию.-В сб. "Безопасность и надежность автомобиля",М.,МАМИ,1980,с.32-34.

23. За рулем, J§6, 1984, с.24.30. За рулем, Ж7, 1985, с.22.

24. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений."Наука", Л.,1968,97 с.

25. Зарщиков A.M. Влияние изменение нормальной нагрузки колеса на эффективность работы антиблокировочной тормозной системы автомобиля. Лясс. к.т.н. ,М. ДАМИД984.

26. Иларионов, В.А.,Пчелин И.К. Пространственная модель для исследования активной безопасности автомобиля.-В сб."Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин",СибАДИ,1. Омск,1979.

27. Игнатьев А.Н. Исследование управляемости автомобиля при разгоне и торможении. Дисс. к.т.н. ,М.,МАШ, 1975.

28. Ирсалиев А.О. Исследование тормозных свойств седельного автопоезда, оборудованного антиблокировочной системой, дисс. к.т.н.,М.,МАДИ,1981.

29. Исмаилов А.Я. Стохастическая оптимизация нелинейных виброзащитных систем при случайных входных возмущениях. Белорус, политехи, ин-т.Минск.1983. 13 с./деп.Бел.НИИНТИ №656Бе-Д83/.

30. Испытания автомобиля BA3-2I05, оборудованного антиблокировочной системой /АБС/ тормозов по методике РТМ 37.031.-ВАЗ УГК. Технический отчет № 0-0275.,Тольятти,1981.65 с.

31. И9М2.791.004 ТО Электронная вычислительная машина "Электро-ника-бОМ" I5BM-I6-007. Техническое описание.

32. Казмиренко В.Ф.Баранов М.В.Илюхин Ю.В. Автоматизация проектирования следящих приводов и их элементов. Под ред. В.Ф. Казмиренко,-М.:Энергоатомиздат.,1964.-240 с.

33. Капустин В.В. Исследование динамики и обоснование параметров модулятора противоблокировочного тормозного привода большегрузных автомобилей. Дисс. к.т.н.Минск,БПИ,1977.

34. Кишкевич П.Н. Исследование пневматического тормозного привода в циклическом режиме работы и обоснование параметров модулятора противоблокировочной системы большегрузных автомобилей. Дисс, к.т.н.,Шнек,БПИ, 1979.

35. Косолапов Г.М.Сидоров Е.Н.,Клепик Н.К. Исследование процесса торможения многоосных автомобилей. Автомобильная промышленность,^, 1978,с.23-25.

36. Кузнецов О.П. О программной реализации логических функций иавтоматов.-Автоматика и телемеханика,1977,№ 7,с.163-173;* 9,1977,с.137-148.

37. Лукавский П.Б. Регулирование скольжения колес автомобиля при торможении. Дисс. к.т.н. ,М. ,МАда,1975.

38. Малюгин П.К. Возможности и пути улучшения устойчивости движения автомобиля при торможении. Дисс. к.т.н.,М.,МАМИ,1985.

39. Малюгин П.Н. Исследование предельных возможностей антиблокировочной системы по улучшению процесса экстренного торможения автомобиля на повороте.-В сб."Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин ".Омск, 1983, Си бкЩ.%с.22-37.

40. Математическая статистика. Под ред. Длина A.M./'Высшая школа ",М. ,1975,368 с.

41. Метлюк Н.Ф. Двтушко В.П. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей.-М.:Машиностроение,1980,231 с.

42. Морозов Б.И. Динамика управляемого движения автомобиля. Дисс. д.т.н. ,М.,МАШ, 1973.

43. Морозов Б.И.,Козлов Ю.Ф. .Шишацкий А.И.,Балычев С.М. Об учете окружной эластичности автомобильного колеса при описании его работы в тормозном режиме.-В сб."Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин".Омск,СибАДИ, 1978,с.19-25.

44. Морозов Б.И.Меламуд Р.А.,Козлов Ю.Ф.Москвин С.А.,Балычев С.М. Динамические свойства тормозных механизмов легковых автомобилей,-Конструкции автомобилей.,М.:НИИНАВТ0ПР0М,1980,2,с.21-25.

45. Найденов Л.К. Исследование процесса торможения автомобильного колеса на твердой дороге. Дисс. к.т.н.,М.,МАМИ,1971.

46. НеФедьев Я.Н. Антиблокировочная система с использованием информации о скорости автомобиля. Труды НИИАП,вып.47,с.69-76.

47. Пефедьев Я.Н. К вопросу построения адаптивной антиблокировочной системы.-Труды НИИАП,1979,вып.47,с.59-68.

48. НеФедьев Я.Н. Конструкции и характеристики электронных антиблокировочных систем зарубежных фирм.-НИИНАВТОПРОМ,М., 1979,60 с.

49. ОН 025.332-69. Автомобильный подвижной состав. Плавность хода.Методы испытаний.

50. Оржевский И.С.,Тумасянц И.В. Особенности гидропривода тормозных систем современных легковых автомобилей. НИИНАВТОПРОМ, М. ,1981,45 с.

51. Орозбеков Э.Т. Выбор оптимальной схемы установки АБС на легковой автомобиль. Дисс. к.т.н.,М.,МАДИ,1982.

52. Прахиловский И.Г. Автомобильные листовые рессоры.-М.Машиностроение, 1978. -232 с.

53. Патент СССР № 564793 М.Кл. В 60 Т 8/08.

54. Патент СССР № 448793 М.Кл. В 60 Т 8/06.

55. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического упрауления.-М. .-Машиностроение,1967, 704 с.

56. Патент СССР № III9603 М.Кл. В 60 Т 8/08.

57. Петров В.А. Теоретические основы разработки антиблокировочных систем. Автомобильная промышленность,1984,№2,с.14-17.

58. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме. -Омск,1973,224 с.

59. Петров М.А.,Балакин В.Д.,Тюнев Ю.В. Расчетное определение продольных и боковых реакций при движении тормозящего колесас уводом.-Автомобильная промышленность,1978,№2,с.26-28.

60. Поцелуев А.В. Статистический анализ и синтез сложных динамических систем.-М. .-Машиностроение, 1984.-208 с.

61. Правила ИЗ ЕЭК ООН "Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении торможения". Документ E/ECE/TR/WS/505.

62. Проект приложения к Правилам №13 "Предписания, касающиеся испытаний тормозных систем, оборудованных антиблокировочными устройствами." Документ ЕЭК ООН TRANS /$с .I/WP.29/ G-RF /2.

63. Пупырев Е.И. Перестраиваемые автоматы и микропроцессорные системы.М.:Наука.1984.-192 с.

64. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработкинаблюдений."Hayка",М.,1968,-288 с.

65. Пчелин И.К.,Иларионов В.А. Расчет показателей тормозной динамичности автомобиля. Автомобильная промышленность,1976, Ж, с. 19.

66. Работа автомобильной шины. Иод ред. В.И.Кнороза,М.Транспорт, 1976,233 с.

67. Разработка и исследование регуляторов тормозных сил для автомобилей семейства УАЗ. Отчет по теме #615/78,Владимир, ВПИ, 1979 ,.69 с»

68. Ракляр A.M. Исследование f-S-диаграмм дорог автополигона. Дисс. к.т.н.,М. ,МАМЙ,1978.

69. Расстригин Л.В. Статистические методы поиска. "Наука",М., 1968,376 с.

70. Ревив А.А. Проблема повышения эксплуатационных свойств автотранспортных средств в процессе торможения. Дисс. к.т.н., Волг оград,ВПИ,1983.

71. Розен В.В. Цель оптимальность - решение. М.:Радио и связь, 1982.-163 с.

72. Соцков Д.А.,Загородний В.В. Математическая модель автомобиля для исследования алгоритмов управления антиблокировочных систем.-В сб."Безопасность и надежность автомобиля",М.» МАМИ,1984,с.266-280.

73. Соцков Д.А.,Загородний В.В. Математическая модель автомобиля в процессе торможения.-В сб."Безопасность и надежность автомобиля",М. ,МАМИ,Г983,с.58-68.

74. Соцков Д.А. ,За:городний В.В. Теоретические основы разработки и проектирования алгоритмов управления антиблокировочной системой торможения автомобиля. Рукопись деп. в НИИНАВТОПРОМ 29 янв.1985,№1Г45-85Деп.

75. Спирин А.Р.Гуревич Л.В.,Меламуд Р.А. Исследование гистерезиса тормозных механизмов как звеньев АБС. Автомобильная промншле ннос ть, 1980, ЖЗ ,.с. 19-20.

76. Спирин А.Р.,1>ревич Л.В.Меламуд Р.А. Исследование инерционности тормозных механизмов как звеньев АБС.-Автомобильная промьпл л е н н о с ть, 1980, М, с. 16-18.

77. Срагович В.Г. Адаптивное управление.-М.: Наука, 1981.384 с.

78. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля.МАШГИЗ,М. ,1984.-237 с.

79. Фролов Г.И,,Гембицкий Р.А. Микропроцессоры. Автоматизированные системы контроля объектов: под ред.Л.Н.Преснухина. -М.:Высш.шк.,1984.-87 с.

80. Фурунжиев Р.И.Исмаилов А.Я. Наискорейший случайный поиск в задачах идентификации и оптимизации стохастических про-цессов.-В сб."Применение случайного поиска при решении прикладных задач." Кемерово,1979,с. 9-10.

81. Шведов А.Н.,Королькевич В.А. Современное состояние и направления развития автомобильной электроники.-Зарубежная электронная техника,ЦНИИ "Электроника",№9.2,1981,с.3-56.

82. ЭйкоФф П. Основы идентификации систем управления: оценивание параметров и состояний.~М. :Мир, 1975.-683.

83. Электронные системы управления тормозным приводом автотранспортных средств. НИИАП.Тема №39/39-82.Годовой отчет.М.,1984.

84. Электронный блок управления антиблокировочной системой для автомобилей КамАЗ,ЗиЛ и МАЗ. НИИАП.Тема 39/39-76,Заключительный отчет,М.,1981.

85. Uutomo^ile frnyweet, JbnuQiy 79'57/ p. 34

86. Commi*cji 6kid cortiwC tf&t imafe cqt6, <fco£t Davicf,

87. J-ds>nl<.$<ccilLot\ off pPiy*<,Lcet£ pawmeie'ci cfr пссаЫ.fbottlcpei Panic A, HJlUen.ti^-.(Jnc{ Ay^t. Patu те&г, &teim.'f98L.} Рюс. 6U I FA С -dyrnp. D.C.,

88. Junt9dl,Voe.1, "Oxfacte.a. /943, S3S-SW. 1 OLf, -Leitf&t If. H.y Otiticae e a, bn^ujf x

89. ABS) Perdon-en fHiattf-taxjigen. Boscfl TecKn. Be tic fate.1(13во) I,

90. Ю5; iTlaxlfx P. ^e eft tfce. сотрц {exceed сач.-tleu> Sci.f 1979, дН^^авН, р.ИО-11Ъ,ion. 1юп Petal$.&izm?t<n.gen mit -uex-ic &Ы denen xn Ра&чбаАнеп.

91. G-uf^^ecl. Qutomo&/te c£n. 1., <975, 77, for tUode€i^ ofr comp€e/~ iszA-lcte. ^c^Vn^en Штпех 0.ей цЖт i9d$} iZf МЧ-3, it-iH,

92. Об. Zimmex та пп Р. В>ег*с finungen. lux duet-and L'dns d^nami'k оок Fk*ionen£ict6tutaq-en. "Udl-Ber. i<d82, 159-/65.4