автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка критериев оценки качества торможения автомобиля с антиблокировочной системой

волгоградский государственный тешчесш ..- '•••••

УНИВЕРСИТЕТ

РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТОЙЮЭЕШЯ АВТОМОБИЛЯ С АНПШЛОКИРОВОЧЗОЯ СИСТЕМОЙ

Специальность 05.05.03. "Автомобили и тракторы"

АВТОРЕФЕРАТ днссертзцаи на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукопись

АХМЕД Сейф АСдулла

Волгоград - 1993

Работа выполнена на кафедре "Техническая эксплуатация в ремонт автомобилей" Водгох-радского ордена Трудового Красного Знамени Государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ровш А.А.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки н техники Российской федерации» доктор технических наук профессор Строков В.Л. кандидат техническЕх наук, доцент Мартинсон П.Н.

Ведущее предприятие - фирма АБС-ТК, Москва

Защита состоится октября 1993 г. в 9 часов на аасэдашя специализированного совета К 063.76.02 ВАК при Волгоградском Государственном техническом университете по адресу: 400056, г.Волгоград 66, пр.Ленша, 28.

С диссертацией кожно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан-

сентября 1993 г.

Ученый секретарь сгациэ газированного совета кандидат технических наук, доцент В.А.Оаоган

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Работами российских и зарубежных ученых убедительно доказано, что антиблокировочные тормозные системы (АБС) язляются одним из наиболее перспективных технических решения, способных карательно решать проблему повышения эффективности, устойчивости и управляемости при торможении автотранспортных средств. Проблемы создания и серийного производства АБС в мировом автомобилестроении практически решены. АБС стали серийным узлом тормозного привода автомобилей ряда ведущих автомобильных фирм. В первую очередь зто относится- к большегрузным автомобилям и магистральным автопоездам с пневмоприводом тормозов.

Принципиально новая организация рабочего процесса затормаживания колес автотранспортных средств с АБС, по сравнению с традиционными системами, выдвигает на первый план требование проверки тормозного привода автомобиля с АБС на соответствие отечественным и международным нормативам эффективности и устойчивости прт торможении. Существующие в настоящее время требования к АБС, изложенные наиболее полно в приложении к правилам 13 ЕЭК ООН, ориентированы на приемочные испытания. Однако, в процессе эксплуатации в силу ряда причин происходит изменение параметров тормозного привода или элементов самой АБС, которое яэ может не сказаться на выходных характеристиках затормаживаемых колес я автотранспортного средства в целом. Поэтому в качестве критериев оценки тормозных свойств целесообразно иметь такие критерии, которые можно было бы в дальнейшем использовать для оценки техниче-кого состояния тормозного привода с АБС в стендовых условиях.

Цель работы. Исследовать влияние наблюдаемого в эксплуатации изменения параметров технического состояния тормозного привода и АБС на выходные характеристики затормаживаемого колеса и на этой основе разработать критерии оценки качества торлоясшя автомобиля с АБС.

Методы исследования. Использован метод комплексного моделирования на лабораторной установке, включающей, управляющую вычислительную машину и реальный тормозной пневматический привод автомобиля КамАЗ-5320, а также метод математического моделирования объекта в целом на цифровой вычислительной кажне типа ЕС-1061.

■ Объект исследования. Тормозной пневматический -призод автомобиля КамАЗ-5320 с АБС.

Научная новизна. Разработана комплексная моделирупдая установка на базе колеса грузового автомобиля с пневмоприводом • тормозов, предназначенная для лабораторного исследования влияния технического состояния тормозного привода и АБС на выходные характеристики затормаживаемого колеса. Исследовано влйяниэ гистерезиса тормозного механизма, зазорз в паре тормоз- ■ ныв накладки - барабан, технического состояния пневмомагистрали на качество процесса торможения колеса. Предложены критерии оценки эффективности процесса затормаживания колеса автомобиля с АБС в эксплуатацион"ых условиях, оценена их информативность.

Практическая ценность. На основе принципа полунатурного моделирования создана комплексная моделируюшая установка, позволяющая в лабораторных условиях проводить исследования влияния технического состояния тормозной системы с АБС на эффективность и устойчивость автомобиля при торможении. Разработаны критерии оценки технического состояния тормозной система

- Б -

с АБС в эксплуатации.

Реализация работа. Созданная комплексная установка внедрена в учебный процесс в Волгоградском государственном технике скок университете при подготовке инженеров специальности 15.05 "Автомобили и автомобильное хозяйство".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях ВолГТУ 1989-1993 г.г., также на региональной научно-технической конференции "Прогрессивные методы и средства диагностирования АТС", Волгс/рад 1989 г.

Публикации. По материалам работы опубликована одна статья.■

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка литературы. Общий объем работы 136 страниц, в том числе 93 страниц машинописного текста, 4 страниц таблиц, 30 страниц иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосгована актуальность темы диссертации, формируется цель исследования и дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен обзор литературных источников, посвященных задаче предотвращения юза . колес. Рассмотрены современные конструкции АБС, их функции, принцип действия, типы и классификации. Проанализированы методы и критерии оценки, качества торможения автомобиля с АБС и требования нормативных документов. Особое внимание уделено приложению к Правилам * 13 ЕЭК ООН. Описаны преимущества и недостатки различных критериев' -предложенных разными авторами: С.И.Ломако, Е.М.Гецович» Д.А.Соцковым, А.А.Ревиным, Л.В.Гуревичем, С.Ы.Балычевым и др..

Во второй главе приводится описание разработанной комплексной модвлирувдзй установки для исследования влияния

Ьлок-схема комплексной мсделирущей установки

Г

I. АБК

I

T1R,

локтронная модель шасся яитомоби пя

4

актронная

модель

котеса

&

V)

Дорожные успоЕЙя

«Л

Преобразователь тормозного момента W

Рис.1

Структурная схема кочеса

РИа.2

техгшчоского состояния и эксплуатационных факторов на процесс тормозюния автомобиля с АБС и разработки на этой основа оценки качества торможения одиночного колеса (рис.1). Установка состоит из двух основных функциональных объектов: аналогового вычислительного комплекса (АВК) и тормозного стенда с натурными агрегатами АБС. В соответствии с законами моделирования, на АВК набирается электронная модель шасси автомобиля и электронная модель колеса, взаимодействующего с дорожным покрытием, которое задается в виде <р(Б)-диаграммы. На тормозном стенде собрана физическая модель тормозной системы колеса с приводом, автомобиля типа КамА'3-5320, и натурные агрегаты реальной АБС.

Функциональная связь тормозного стенда с АВК осуществляется с помощью датчика давления рабочего тела в тормозной камере и "блока-преобразователя" тормозного момента, а обратная посредством сигналов управления либо непосредственно на модулятор АБС с выхода модели логического блока (первый вариант), либо на вход логического блока натурной АБС с преобразователя "напряжение-частота" (второй вариант).

. Подобное сочетание электронной модели колеса с физической моделью тормозной системы и натурными агрегатами АБС и реализация двух вариантов связей позволили повысить воспроизводимость и приблизить исследования к реальным объектам, а также осуществлять исследования методом сравнения состояний.

Была составлена расчетная схема автомобильного колеса, и на ее основе представлена электронная модель колеса (рис.2).

При составлении математической модели колеса, угловую скорость колеса найдем из уравнения силового равновесия колеса в виде:

К' а.' ф» ; (2)

V

«V Xй«« <3>

где »^ мсмезт инерции колеса относительно оса врздения;' и . углсвгя скорость и ускоренна колеса; X - тормозной момент на колесе;

касательная реакция нэ колесе; г - динамический радиус колеса; Р^- вертика-тьная реакция на колесе;

коэффшиент сцепления колеса с поверхностью дорога. Продольная скорость колеса определялась по формула

■V V- х '

Проскальзывание колеса вычисляется по формуле: и • г Т

5 » 1- "» 9 (5)

к

Для исследования ряда дополнительных критериев, в частности, температуры тормозного барабана, дисперсии основных показателей и т.п., использована математическая модель процесса заторма-тиБания колеса, реализация на ЭЗМ типа ЕС-10в1, с выводом информация как в иифрсЕом виде, так и с помощью псввдо-графпки. Программа написана на .зыке Фортран-4. Время решения при начальной скорости 7о= 60 км/ч составило 3-5 шг-.

Проверка адекватности обоих моделей осуществлялась- на основе сравнительной оценки результатов моделирования КМУ и реального эксперимента (дорожные испытания на базе автомобиля типа КамАЗ-5520) по трем еыходеым тарамэтрзм: частоте сраба-тыкания АБС на поверхности типа сухой асфальт, периоду нарастания и снижения давления и изменению угловой скорости колеса.

-Независимость продольного коэффициента сцепления от времени

Рис.3

Зависимость коэффициента просхальзыььния от времени

Рис.4

Отклонения предельных значений рассматриваемых параметров не превышают IOS. Наилучшая сходимость (погрешность менее 1,7«) достигнута для угловой скорости колеса. Это дает основание заключить, что разработанная установка адекватно описывает реальный процесс.

В третьей главе изложено исследование влияния основных эксплуатационных факторов на качество процесса торможения колеса автомобиля с АБС. основной интерес представило влияние . следущих факторов: гистерезиса тормозного механизма, зазора между барабаном и накладкой в тормозном механизме, суммарного времени запаздывания на отработку команд логического блока и изменение коэффициента сопротивления пневмомагистрали, а также' оценка возможности использования различных критериев для их выявления. Анализ исследования показал, что основными критериями являются: среднереализованный коэффициент сцепления <р„ ер и проскальзывания Sx . В качестве дополнительных целесообразно использовать дисперсию реализованного сцепления D^ и расход рабочего тела.

В четвертой главе дано описание разработанных критериев-' оценки качества торможения колеса с АБС. Были представлены два основных .критерия: критерий оценки эффективности торможения по параметру среднереализованкого коэффициента сцепления Фх ср и оценка устойчивости торможения по параметру срэднереализо-ванного проскальзывания Sm ср (см. рис.3 и 4). Они получены как среднее интегральное за пикл работы АБС по формула»:

IX

/ <p,(t) С»

ф „ -— ; (6)

/ б^Ш аг

При этом било определено' предельно допустимое значение 5х.кр* "Р11 котором гарантируется устойчивость и управляемость автомобиля в целом в типичных эксплуатационных условиях. В работе использован комплексный подход к решению задачи-обеспечения эффективности и устойчивости для каждого из колес.

Суть его заключается в том, что потенциальная устойчивость автомобиля обеспечена при условии

м„ < м ,

Д сои

где: ¡¡и - поворачивающий момент, действующий на автомобиль в.

горизонтальной плоскости, зависящий от разности тормозных сил по бортам; момент сопротивления повороту, который определяется максимальными боковыми силами по сцеплению, реализованными при данном проскальзывают на колесах. После преобразования исходных формул для действующих моментов окончательно получим

Ып- 0,2 В • б «£ - <£> ; (10)

(11)

I

где: а,Ь - расстояния, соответственно, от передней и задней осей до центра масс 0; I - база автомобиля; В - колея автомобиля; Буквами П и Л обозначены правый и левый борт автомобиля.

а

Окончательно условие устойчивости запишется в виде

/<£-<£/ Ь —--— i-

qr + Фл В

Ту Ту

Для нахождения предельно допустимого значения по устойчивости, в работе построен график изменения кривых реализованного коэффициента сцепления в продольном и боковом направлениях <рх и <ру в функции проскальзывания (рис.5). Для этого использованы аналитические зависимости

s • Ф „

ф = -i_Ji2- , (12)

а • S + b • S + с

Ж X

<рг

фу= - " е, (13)

у ф + ц . S

т*. max г «с

где, фх0- значение коэффициента сцепления при юзе колеса; а,Ь,с - коэффициенты полинома;

ц - коэффициент сопротивления уводу колеса.

Результаты определения зоны устойчивости сведены в таблзщу 1, а на графике (рис.5) нанесены точки, которые определяют -предельные значения зоны устойчивости по проскальзыванию. Так, например, при "микст" (0,1/0,85) предельное значение Sx ;;р= 0,4. По мере снижения "mjkc.j", допустимое значение S

*. кр

возрастает.

В работе были рассмотрены ряд дополнительных критериев: дисперсия реализованного сцепления D^ и проскальзывания Dsx, расход рабочего тела Q, температура тормозного барабана и др. В результате анализа сделано заклЕченпе, что основное внимание следует уделить расходу рабочего тела Q и дисперсии D^.

В работе проанализирована возможность использования

предложенных основных и дополнительных критериев для анализа технического состояния тормозной системы автомобиля с АБС в процессе эксплуатации и оценена их информативность главным образом через чувствительность и однозначность.

Значения критического проскальзывания для различных дорог

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 ' 0,3 0,2 0,4

К

/ V 1 1 1

/ \ 1 I

! !

\ ! Ч ¡! 1 1

1 1 1 1

у* V А

/ у Ь. г). Л' 2Г й I

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 - фм1/фка= 0,1/0,85

2,Х - <рх1/<р„г= п,2/0,85

3.а ~ Фх1/<р>1=0,3/0,85

Рис.5

В качестве примера на рис.6 показано влияние суммарного времени запаздывания на отработку команд логического блока 1 на предложенные критерии, как основные: ф„.ср и Бж . так я.

Влияние времени запаздывания на передачу команда модулятору на критерии

г* С р

ер

D*

í <—i—i i л

L._! i ! ! !

! i

í ! ! ! 1 ! • 1 1 ! 1 i 1 !

i

1 I i i ! "^k 1 !

! 1 1 1 i ¡ ¡ ! i i i ^

! DÍ ! ! 1 1 —i-—Г^Л

i 1 . ! !

1 ! 1 1 ! ! .1 'i ! , ;

i i ! 1 i i i 1 i

I

|0,0б |0.05 0,2{0,ОЛ" тО.ОЗ 0.1-С.СЕ

0,01

С.03 0,05

0,09

т.с

Рис.6

- 1е -

дополнительны?; 0 и Е^. Из графика видно, что при увеличении 1 от О.СЗс до 0,09с требовзяйх однозначности и чувствительности отвечает параметр фх ср и его дисперсия В . Поэтому их в первую очередь целесообразно использовать в качество кситериез оценки качества работа тормозной системы с АБС. Параметры гр и С, иаобсро*, кз отвечают требованиям однозначности, т.к. имеют экстремум при т-0,07 и 0,05. Поэтому ср ца;.з сообразно оставить ь качество прсдзльного критерия при проверке на соответствие допустимому значения. Что аз касается расхода рабочего тела, то для опенки изменения суммарного времени запаздывания его использовать не рекомендуется.

Аналогично иработа исследовано влияние остзчьмлсфакторсв.

Б пряложоггаи приведены основная программа РНЕУИО, а также распечатки выходкой информации качества процесса торможения колоса с АБС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ и выводы

1. Анализ литературных источников и нормативных документов показывает, что в настоящей время в основу оценки качества торможения авто.-юбиля с АБС положены дорожные испытания, которио, как известно, помимо положительного имеют и недостатки: ношоокую воспроизводимость, повышенные требования к характеристикам покрытия, большую трудоемкость и материальные затрата. Отсутствуют надежные критерии оценки эффективности и устойчивости при торможении автомобиля с АБС, в условиях эксплуатации.

2. Требуемая воспроизводимость, при исследовании влияния

эксплуатационных факторов на качество процесса торможения автомобиля с АБС методом сравнения состояний, достигается путем использования комплексных моделирувдих установок, в состав которых входят физические (натурные) объзкты тормозного привода одиночного колеса и математические модели отдельных элементов моделируемой системы (дороги, тормозного механизма, шины), которые реализованны на управляющем вычислительном комплексе, при обеспечении функциональных связей между натурными объектами и математическими моделями. Оценка адекватности моделируемого процесса в сравнении с дорожными испытаниями автомобиля КамАЗ- • 5320 (погрешность по основным параметрам не превышает 6-10*), подтвердила правильность принятого решения.

3. В результате проведенных исследований выделены основные эксплуатационные факторы, влияющие на качество торможения колеса с АБС, и определены диапазоны их изменения: гистерезис тормозного механизма (0-€0$); зазор между барабаном и накладками в тормознем механизме (1-8мм); суммарное время запаздывания модулятора на отработку команд логического блока (0,01-0,09с); обобщенные характеристики пневмомагистрали, выраженные через . коэффициент расхода (0,05-0,45).

4. Анализ процесса затормаживания колеса с АБС в тормозном приводе показал, что критерии оценки качества торможения в эксплуатационных условиях должны базироваться на среднереализованном коэффициенте ецзпления срх ср и проскальзывании Б, ^ , так как это позволяет отразить связь между процессом торможения одиночного колеса и автомобиля в целом.

5. Проведенные исследования показали, что в отличив от существующих, целесообразно выделение трех типовых состояний поверхности. Для них получены предельные значения критериев:

£ 0,85 • Ф , 1 юз

{ф £ 0,85 Б* СР< 0 35

г Ф > 1 ,от

для средних (0,3 < фюэ< 0,65) | Б 0^5

{Ф > 0,85

£ 0,85 • ф ,

403 *

6. Исследования показали, что основные критерии ф

ср

Бх , в силу особенностей регулирования процессом затормаживания колеса и характера протека;шя ф(Б)-диаграмм, имеют в ряде случаев низкую чувствительность к изменению эксплуатационного фактора, поэтому при выявлении причин ухудшения качества торможения колес автомобиля с АБС необходимо использовать дополнительные показатели.

7. Результаты исследования свидетельствуют, что наибольшей • чувствительностью основные критерии обладают не ко всем

эксплуатационным факторам. Так получено изменение средне-реализованного коэффициента сцепления и проскальзывания, соответственно, на 8% и 6% (при изменении гистерезиса тормозов), на 6% и 4% (при изменении зазора), на 4% и 4% (при изменении времени запаздывания), на 6% и 3% (при изменении коэффициента расхода).

8. Проведенные исследования показали, что из дополнительных критериев наибольшую чувствительность имеют расход рабочего тела 0 и дисперсия реализованного коэффициента сцепления Бф. Так в эксплуатационном диапазоне изменения факторов получено слэдуицее относительное изменение критериев: при увеличении т), х, т, ц расход рабочего тела изменяется соответственно на 6%, 6%, 4% и 63», а дисперсия коэффициента сцеплд-

ния на 6%, 4%, 4% я 3£.

9. ПроЕеденные исследования могут явиться основой для обоснования диагностических признаков тормозной пневматической системы грузового автомобиля с АБС.

По материалу диссертации опубликована статья: Ревин A.A., Ахмед Сейф. Применение комплексных установок для диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилей с АБС. 3 сб. "Прогрессивные метода и средства диагностирования автотрзнспортных средств", - .Волгоград, ВолгПИ, 1989, с. 6-8.

Таблица

Расчет определения зоны устойчивости

Величина S % X Отношение Ф К фу • Условия устойчивости ' "F" ^ 1'8 Ь'дкст ■О*« 0,85 Зона устойчиво на <£ - S диаг;

20% Ф,= 1.3 % Фу= 0,76 <РХ Ф«1~ Фхг ^ ч о С.7ь(фх1+ фхг) 0,5 0.4 0,3 0,2 | 0,1 0.34 0,47 0,63 0,81 | 1.03 устойчивый режим

зо* • Фх = 1 Д фу Фу= 0,59 <рж Ф - Ф О.Ь9(ФХ1+ФХ2> I 0,44 0,61 0,81 0,95 |. 1.3 устойчивый режим

35% Ф„ = 1.9 Фу Фу= 0.53 фх Ф - Ф и.ЬЗ(фх1+фхг) | I 0,49 0,68 0,90 1,17 | 1,48 устойчивый реаим

40% 2.2 Фу фу= 0.45 фх ^Xi- Ф«г ^ , с и:40(фх1+Фх1; I 0,58 0,30 0,06 1.37 | 1,75 при миксте 0,1/0,85 S*KP=0'4

45% Фх= 2,39 фу Фу= 0.42 фх I 0,62 0,86 1,14 1.47 | 1,88 при миксте 0,2/0,85

50£ ' фх= 2,8 фу фу= 0,36 фх ФХ1~ Фх2 ^ 4 о ".-Ь(фх1+ фх2) ! 0-.72 1.2 1,33 1,72 | 2,23

.60* фх= 3,3 фу фу= 0,30 фх фх1~ фх2 ^ 4 а и.зи(фх1+фх1) <1'8, 1 0,86 1.2 1.6 при миксте 0,3/0.85 S..-.0.5S