автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Совершенствование конструкции систем автоматического управления сцеплением специальных автомобилей

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕШ1ЧЕСКОЯ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

СИТНИКОВ ПЕТР ФЕДОТОВИЧ

УДК 629.113-585.001. 5

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЕМ СПЕЦИАЛЬНЫХ АВТОЮБИЛЕЯ

(05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена на кафедре " Робототехнические транспортные средства " Московского института приборостроения.

Научный руководитель - доктор технических наук, ■профессор. Н. Н. Холин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, . профессор 0. Ы Петров

кандидат технических наук, доцент

Г. Г. Анкинобич

Ведущая организация - Болжзкое объединение по производству легковых автомобилей "АвтоВАЗ"

Защита состоится " 2 " апреля 199? г. часов на засе-

дании специализированного Совета К 063.93.03 по специальности "Автоматизация технологических процессов и производств" в Московском институте приборостроения по адресу: 107076, Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат просьба присылать в двух экземплярах о подписью, заверенной печатью учреждения.

Автореферат разослан " " 1992 г.

: чый секретарь специи ■ мрованного совета

КХ А. Богданова

-3' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Проблема вовлечения инвалидов с нару-эниями опорно-двигательного аппарата и частичной ампутацией /к в общественную и производственную жизнь в значитель-эй степени определяется возможностями и условиями обеспечения х транспортных потребностей. Как показывает мировая практика, ги потребности могут быть удовлетворены как путем адаптации знструкции и технических показателей общественного транспора, так и использованием индивидуальных транспортных средств, 5орудованных'устройствами и системами, компенсирующими физи-;ские недостатки водителя, т. е. специальными автомобилями.

Анализ функциональной деятельности водителей во время дви-гния показывает, что наиболее часто выполняемой операцией при эездках в условиях интенсивного внутригородского движения яв-?ется включение и выключение сцепления. В среднем на кавдые Э км пробега эта операция осуществляется 160 раз. Таким обра-)м, управление сцеплением является одной из основных функций, дтолняемых водителем.

Существующая общая для мирового автомобилестроения тенден-1Я облегчения и упрощения управления автомобилем,путем вЕеде-' 1Я в его конструкцию систем автоматического управления сцеп-?нием (АУС), может значительно повысить активную безопасность занспортного средства и, в существенной степени, компенсиро-1ть ряд физических недостатков водителя. Однако, как отечест-гнные, так и зарубежные разработчики практически не уделяют шмания комплексному удовлетворению требований 'к АУС, пред-1значенным для взаимодействия с оператором, имеющим нарушения горно-двигательной система

В связи с этим актуальными являются исследования, направ-;нные на совершенствование конструкции систем автоматического травления сцеплением, способствующие удовлетворению эанспортных потребностей инвалидов.

Цель работы. Разработка системы автоматического управле-1я сцеплением специальных автомобилей, позволяющей'при работе операторами, имеющими нарушения опорно-двигательной системы, шболее полно удовлетворять требованиям, определяемым их фи-¡ческими и психологическими особенностями.

Разработка расчетной модели работы фрикционного с решения, позволяющей определить нагруженность трансмиссии и работу буксования при изменении движущего момента силовой установки, момента трения сцепления и момента сопротивления движению в широком диапазоне, соответствующем заданному закону управле-, ния моментом трения сцепления, обусловленного индивидуальными особенностями оператора. ■ •

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием,математического моделирования. Эксперименты проведены с использованием экспериментальной установки и на специальном автомобиле с системой АУС.

. Нзучная новизна работы. Разработана математическая модель работы фрикционного сцепления, представляемая трехмассовой динамической системой • с упруго-демпфирующей связью между двумя массами, позволяющая расчитывать нагруженность трансмиссии и определять работу буксования сцепления с системой автоматического управления.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная конструкция электро-магнитной системы автоматического управления сцеплением .позволяет изменять в широком диапазоне характеристику момента трения фрикционного сцепления, адаптируя ее к индивидуальным особенностям водителя (оператора), имеющего на-. рушения опорно-двигательного аппарата

Предложенная методика позволяет провести оценку Загруженности трансмиссии данного автомобиля и работы буксований фрикционного сцепления при совместной работе с АУС с заданной характеристикой. . -

Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в практику исследовательских-работ ОГК СеАЗ. Изготовлены десять и ведется подготовка производства по выпуску пятисот специальных автомобилей СеАЗ-1111-02 с разработанным электромагнитным приводом сцепления.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции 15АТА (Италия, Франция, 1991 г.), на научно-техническом совете Серпуховского автомобильного завода ГО "АвтоВАЗ" (Серпухов, 1992 г.), на научно-техническом совете, МИЛ (Москва,1991 г.).

- ъ -

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа излолюна на 116 страницах машинописного текста, 26 иллюстраций. Список использованной литературы включает 65 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, формулируется основная цель работы, излагается общая характеристика работы.

В первой главе диссертационной работы проЕеден анализ современных патентов, практических разработок и исследований в области автоматизации управления трансмиссией автомобиля, особенно систем автоматического управления сцеплением (АУС). Эти системы являются наиболее распространенным средством автоматизации управления, что объясняется высокой частотностью выполнения операций включения сцепления и относительно большими энергозатратами водителя при их выполнении. Особо Еажное значение имеет использование АУС на специальных автомобилях, управляемых операторами,имеюаши нарушения опорно-двигательного аппарата, т. к. позволяет значительно повысить активную безопасность транспортного средства. и, в существенной степени, увеличить работоспособность оператора. В то же время очень мало внимания уделяется комплексному решению задач удовлетворения .требований к АУС, предназначенными для.взаимодействия с операторами-инвалидами.

При решении задач создания (совершенствования) систем АУС и рассмотрении вопро.са актуальности их внедрения на специальных автомобилях большое значение приобретают взаимосвязанные гуманитарные проблемы, которые можно свести к двум основным аспектам: социальному и экологическому.

Социальный аспект в целом состоит в "физиологической" реабилитации инвалидов - приближении их социальных возможностей к возможностям членов общества с номинальными физическими характеристиками. В данном рассмотрении задача сводится к повышению и улучшению их коммуникационных возможностей, что в специфических внутригородских условиях является одним из важней-

ших факторов, определяющих и ограничивавших не только дееспособность человека,но и его моральный и психологический уровень.

Экологический аспект использования систем АУС заключен в обеспечении минимального отрицательного влияния специальных автомобилей на окружающую среду. Этот аспект в конкректном рассмотрении сводится к дбум факторам: уменьшению загрязнения окружающей среды собственно автомобилем и снижению его отрицательного влияния на условия дорожно-транспортного движения. Специфика этих факторов заключена в том, что управление транспортным средством осуществляется оператором с ухудшенными психо-физиологическими характеристиками; Конкретно, повышенное загрязнение окружающей среды может быть вызвано неоптимальной скоростью движения, увеличением разгона автомобиля и времени работы двигателя на переходных режимах (включение-выключение сцепления, переключение передач, движение автомобиля на неоптимальной скорости и передаче из-за затруднений водителя, возникающих при переключении передач и пр.). Эти же факторы негативно влияют на условия транспортного потока, в котором движется специальный автомобиль, вызывая необходимость необоснованного маневрирования и изменения скорости других участников движения. В результате - ухудшение условий безопасности дорожного движения ( повышение вероятности дорожно-транспортных' происшествий ), увеличение количества токсичных компонентов, поступающих в атмосферу с отработанными гагами двигателей, повышение эксплуатационных расходов транспорта и снижение пропускных возможностей транспортных магистралей.

Сформулированные в работе требования, предъявляемые к системам АУС для специальных автомобилей, включили в себя реализацию заданных характеристик и темпа включения и выключения сцепления вне зависимости от частоты вращения коленчатого вала, обеспечение полного выключения сцепления.на режиме холостого хода, исключение пробуксовывания сцепления при его блокировке, постоянство величины момента заблокированного сцепления. возможность изменения характеристик момента трения сцепления Командами от аппаратуры, управляемой водителем или срабатывающей автоматически, обеспечение необходимого Бремени реализации команды на блокировку, обеспечение зависимости темпа включения сцепления после переключения передач' от режима дви-

жения автомобиля.

В заключение главы сформулированы цели и задачи настоящей работы.

Ш второй главе рассматривается конструкторская реализация задач по совершенствованию системы АУС, сформулированных на основании анализа литературы и патентных описаний, а также медико-психологических требований, предъявляемых к водителю /оператору/, и социально-экологических факторов эксплуатации специальных автомобилей.

Решение этих задач стало возможным благодаря, в первую очередь, созданию электронной системы управления, которая позволяет реализовать требуемые законы изменения момента трения сцепления изменением настройки электронной аппаратуры, исходя из условий совместной работы двигателя и сцепления на данной модели автомобиля. Обеспечение плавного сближения фрикционных элементов сцепления, позволяющее трогание автомобиля с места, осуществляется взаимодействием датчика угловой скорости вала двигателя, формирующего импульсную последовательность, с частотно-аналоговым преобразователем и регулятором тока в цепи управляющей обмотки электромагнита следящего действия. Полнее сцепление фрикционных элементов, т.е. блокировка сцепления, реализуется путем введения в схему реле управления блокировкой, срабатывающего при достижении валом двигателя необходимой частоты вращения. Предусмотрена перенастройка реле, позволяющая его возврат в исходное состояние при уменьшении скорости до уровня разблокировки.

Для обеспечения командными и исполнительными устройствами максимальной быстроты выключения сцепления при снижении частоты еращения коленчатого вала двигателя до холостого хода ь схему вводится генератор одиночных импульсов с устройством управления его запуском, 'воздействующий через регулятор тока на управляющую и форсажную обмотки магнита следящего действия, обеспечивающие надетое удержание сцепления в включенном состоянии. Начальный' ток плавного включения сцепления определяется введением бинарного датчика исходного положения педали управления дроссельной заслонкой карбюратора.

Для решения задачи переключения передач в процессе разгона вала двигателя формируется сигнал принудительного выключе-

Рис. 1 Структурная схема электромагнитной системы, АУС 1 датчик частоты вращения сала двигателя, 2 - частотно-аналогоЕий преобрагователь, 3 - реле управления, блокировкой сцепления, 4 - коммутирующее устройство, 5 - регулятор тска, б - усилитель тока, 7 - управляющая обмотка электромагнита следящего действия, 8 - блок перенастройки, 9 - бинарный датчик исходного положения педали управления дроссельной еаслонкой, 10 - логический элемент "К". 11 - генератор одиночных импульсов, 12 - ключевой усилитель тока, ■13 - форсажная . обмотка электромагнита следящего действия, 14 - ключевой элемент, 15 - выключатель принудительного выключения сцепления, 16, 17 - коммутаторы аналоговых сигналов, 18,' 19 - инверторы, 20 -источник бортового питания №

-ния сцепления. Он снимается с выключателя, расположенного на рычаге переключения передач. Система управления сцеплением предусматривает ситуации, связанные со сбросом педали управления дроссельной заслонкой вызванные торможением или временным ограничением темпа разгона на низших передачах. Реализация этой ситуации осуществляется введением в структурную схему логического элемента "И", формирующего сигнал запуска генератора одиночных импульсов, вызывающего увеличение ампервитков электромагнита следящего действия до максимального значения , т.е. до полной разблокировки сцепления. Тем самым исключается возможность остановки двигателя и, при необходимости, сохраняется запас инерции транспортного средства в Фазе разгона. Структурная схема разработанной системы автоматического управления сцеплением приведена на рис.1, а зависимость ампервитков электромагнита следящего действия от угловой скорости вала двигателя - на рис. 2-.

Важным компонентом конструкторской реализации системы АУС является разработка и создание механизмов постранственной пе-

Рвс. 2 Зависимость ампервитков электромагнита от угловой скорости вала двигателя: хх - холостой ход; бл - блокировка (замы--кание) сцепления; рб - возврат сцепления в исходное . положение; бл"-блокировка при переключении передач в процессе разгона

реориентации направления троссового привода сцепления, позволяющего свести к минимуму искажения характеристик силового воздействия электромагнита следящего действия на вилку выключения сцепления.

В третьей главе проведено аналитическое исследование работы системы АУС с фрикционным сцеплением.

Применение разработанной системы АУС на специальных автомобилях, управляемых водителями (операторами),имеющим! нарушения .опорно-ДБИгательного аппарата, делает возможной корректировку закона управления при создании момента трения на Фрикционном сцеплении. Такая корректировка, а в общем случае и ряд типовых характеристик, . соответствующих определенны;.! группам операторов, объединенных по медико-физическим и психологическим факторам, отзывает влияние на характер и величину наг-руженности трансмиссии и работу буксования фрикционного сцепления автомобиля. Определение величин этих нагрузок необходимо как для оценки требуемой долговечности узлов, эксплуатационной износостойкости и безотказности в работе, так и для реш'.лия вопроса о возможности реализации определенной характеристики АУС на данной модели автомобиля.

Выполнение поставленной задачи невозможно бег использования математической модели, которая позволит не только более глубоко проследить взаимосвязь, процессов, влияние отдельных параметров или их групп на выходные величины, но и достаточно резко сузить область экспериментальных работ на натурных образцах. ' -

В основу выбора математической модели работы '1С заложены два противоречивых требования: минимальная сложность самой модели и достоверность изучаемых явлений. В силу этих достаточно взаимоисключаемых требований, предъявляемых'к модели, трех-массовая модель >10 (рис. 3) является наиболее приемлемой динамической системой для подсчета таких необходимых выходных величин как: работа буксования Ьб, упругий момент в валах трансмиссии Му, поступательная скорость движения массы АТС Уатс и расход топлига От в процессе пробуксовки ведущих и ведомых частей.

Предлагаемая трехмассовая модель представляет компромисс между сложными, но достаточно бесполезными, упрошенными моде-

ж,м, которые не учитывают разделение между кинетическими и

Рис. 3 Трехмассовая динамическая модель $с с упруго-демп-фирущей связью между Двумя массаж:

Мдв, Ыф, Ma - движущий момент силовой установки, момент трения, момент сопротивления; 1дв,II,Хм - приведенные суммарные моменты терции вращающихся частей двигателя и свзанньи с ними узлов, ведомого диска, массы АТС: с&-приведенкая суммарная жесткость валов трансмиссии, передающих крутящий момент; Kg- приведенный суммарный козффи-циеНт неупругого сопротивления;»^- обобщенный ' радиус качения ведущих колесначальная угловая скорость; Р£-сила, действующая на гедомый диск

ютенциальными энергиями. При определении силового фактора •"движущий момент" было принято положение, что выходные характеристики силовой установки образуют поле (рис.4), которое ограничено сверху, снизу, слева и справа. Сверху это поле лимн-гируется внешней скоростной характеристикой, снизу - линией <олостого хода, слева неустойчивой работой из-за малой частоты зращеиия.вала, справа - ухудшением газодинамических процессов г!з-за высокой-скорости сменяемости тактов. Представление движущего момента двигателя как некоего ограниченного поля дает возможность аппроксимации линёйными отрезками сложных законов протекйния этого момента в рассматриваемых пределах. Представление закона изменения движущего момента суммой конечных линейных участков'является дальнейшим шагом в совершенствовании моделей, описывающих работу трансмиссии.

Рис. 4 Законы изменения дг-ияуийго молота М-.» Н-М;

Линейность 1!дв на отрезке дает основание представить его изменение функцией вида: Мдв ~ Мф—А-удв . где Мдв - номинальной значение этой величины на отрезке ординаты; , А -тангенс угла наклона или интенсивность нарастания момента в зависимости от частоты вращения. Различные законы изменения Мл б показаны на рис. 5.

Разработанная система АУС позволяет формировать законы управления моментом трения сцепления Мф б достаточно широком диапазоне. На рис. 5 показаны некоторые 'варианты изменения величины Мф. 1 - парабола выпуклость» вниз, 2 - линейный закон, 8 - парабола выпуклостью вверх, включаемые ь расчетную модель. Интегральная характеристика Мф, разбитая на п - ое число участков, описывается суммой линейных функций вида: № = ВД)° + Мф'ч, где Мф°- ордината начального момента, Мф'- тангенс угла наклона, характеризующий интенсивность роста Мф.

Рассмотрено аналитическое уравнение движения _ инерционных iacc для интервала времени от начала' пагружения трансмиссии начало включения сцепления) до момента начала движения авто-габиля. На этом интервале, который характеризуется не подвитой ассоп автомобиля , на маховую массу действуют момент рения М{) и сопротивление, оказываемое этому движущему моменту о стороны упруго-демпфирующей инерции ведомого диска. Сои-етствукщзя зависимость, с учетом принятых допущений, определится дифференциальным уравнением вида:

rr, , А V :-п Мо- Í

" -— -г - - . =--=--

1 /, I, ■ L

Решение этого уравнения преобразованием Эйлера дает дьу иаченкя корней

> Zz - ^ СГ" 21, " V -II; /,

Дальнейшие преобразования дают возможность получить знания величин углов поворота У, , и угловых скоростей инерци-. шой массы Г^ , при неподвижной массеГ^ для действительных различны;; корней характеристического уравнения

e!.t : : J/¿ i . • .

C¡y C.V

Ф- M'-lKz-Cj:)

л>' _ .

J п Nr л f 1 ' г г" ¡ - -i 1

где X-M¿ -Cz .а, - p, . .;

Начало движения, транспортного ' средства соответствует тавию У^ >Мс пе^ение уравнения //с — — О

¡воляет определить время, 'которое необходимо затратить на

наращивание упругого момента до значения, превышающего общее сопротивление. Величина этого времени может использоваться в расчетах учитывающих пробуксовку сцепления при трогании с места, а, ■ следовательно. • для определения тепловыделения в сцеплении при работе системы АУС на режиме включения.

Следующей задачей является определение режима работы оцепления при разгоне автомобиля. В этом случае уравнение движения может быть сведено к виду:

г,- % - о

/Д +кт [г,-гг) Щц- %) -м1-м1 г . /Д~кЛгГ£;\- с* (<р - ъ) г -и*

Решение этих уравнений приводит к появлению комплексно-сопряженных корне-Я и предполагает неограниченное Базирование значениями параметров фрикционного сцепления. Конкретные значения угловых скоростей в этом случае'могут быть получены гаданием дополнительных граничных условий. Физический смысл этих положений заключен в том, что необходимые граничные условия определяются подбором характеристик АУС и должны быть определены экспериментально на натуральной модели АУС или при проведении дорожных испытаний. Т. е. для рассматриваемого режима характеристики, полученные на математической модели, должны быть взаимосвязаны с характеристиками АУС.

Аналитические зависимости работы буксования сцепления, получении? для основных режимов работы трансмиссии (движение с места и ускорение автомобиля,' пробуксовка сцепления) позволили. получить аналитические выражения для определения работы буксования сцепления при неподвижном автомобиле и при его движении.

Полученные аналитические значения работы буксования могут быть использованы как самостоятельно- при поэтапном расчете, так и включены в итоговую математическую модель сцепления.

Рассмотрение реальной физики движения автомобиля показывает, что крутящий момент двигателя превращается в потенциальную энергию закручивающихся валопроводов трансмиссии, т. е.

оздается момент силы упругости. В свою очередь эта' потенци-льная энергия, трансформируясь в ведущем колесе, переходит в инетическую энергию движения автомобиля. При этом момент сил ■пругости создает в пятне контакта резинокордной оболочки веющего колеса тяговую силу. Имеет место перекачка" энергий, '. е. превращение кинетической энергии в потенциальную и наобо-ют, что является физической базой колебательного процесса, юстоянно существующего в трансмиссии автомобиля и влияющего !а ее нагруженность.

Исследование работы АУС'с Фрикционным сцеплением, в т.ч. >пределение нагруганности трансмиссии'и работы буксования, балующееся на результатах рассмотрения предложенной математи-[еской модели, предполагает расчетно-экспериментальное опреде-[ение Ееличин динамических элементов и обоснование расчетной [инамической схемы исследуемой системы. На основании анализа 'рансмиссии исследуемого объекта (СеАЗ 1111-02) в работе были юлучены значения кроильных податливостей ее участков и мо-(ентов инерции ее врапакшлхся масс. Этот предварительный этап шределения динамических элементов расчетной схемы дает- воз-южность осуществить приведение элементов динамической системы 1 такой-либо ее точке (в исследуемой системе - к первичному )алу коробки передач). Приведенная система содержала семь моментов инерции, связанных шестью упругими звеньями, '¡¡изическим »боснованием приведения являлось равенство потенциальной и кн этической энергий исходной и приведенной систем. Т. к. аналитическое решение з общем виде системы из секи дифференциальных 'равнений невозможно, было проведено уменьшение степеней ево-5оды с семи до двух. Физической основой упрощения яе-пярооь тренебрежительно-малое искажение частотных характеристик ¡сходной и упрощенной систем. , Приведение и упрощение дпнзми-{еской многомассовой системы было сделано с покопан спешиль • ¡ой ЭВМ-программы. Исходная кинематическая схема трансмиссии гсследуемого специального автомобиля представлена на 6. а юлученная в результате упрощения расчетная схема с сбсощ-'ннн <и упругой связью и массами на рис. 7.

Эта система может быть 3 - х массовой (буксующее состоя-¡ие сцепления) или 2 - х массовой (сцепление замкнуто'/. Полуденная схема содержит сцепление, что позволяет провести после-

дование его силовой нагруженности с учетом динамики, что невозможно при одномассовой модели.

* ____'^Т.

вал ¡_

= 1 • = £• ="3

КП I Лгг-^Л^+Д^+А; -¿г/=Дь /2

го р>

сцепление вал КП

, _ , * , « ■*

ось

ч-vii

колеса-

£

^ ......

Рис. 6 Кинематическая схема трансмиссии специального автомобиля СеАЗ 1111-02 на 1 передаче

,/л -

1 Ы С

I \<\

■'и

Рис. ? Расчетная схема с обобщенными упругой связью V!

массами

Проведенное в работе аналитическое исследование работы АУС с фрикционным сцеплением было завершено вычислительным экспериментом.

Исследуемая трехмассоьая модель фрикционного сцепления с принятой упруго-демпфирующей связью между двумя маесгиии: обобщенный ьедомый диск, обобщенная маховая масса АТС, а также при линеаризированном изменении силовых факторов, является "идеальным" объектом вычислительного эксперимента. Это объясняется тем, что аналитическое решение по перемещению, скорости движения маховых масс не накапливает ошибки при переборе значений

аргумента и имеет высокую степень стабилизации алгоритма расчета. В работе использовано программное средство, разработанное для определения выходных величин: работы буксования, жорости движения массы АТС к моменту замыкания ведущих и ведомых частей Фрикционного сцепления, коэффициента динамич-юсти, основанное на аналитическом определении скоростей 1пиж!нт масс, решении интеграла работы буксования на выбраи-юм линейном отрезке, изменении аргумента времени или угловой жорости блоков логических переходов по изменению силовых факторов. набора вариантов и блоков обработки выходных величин ;с1=мегпю с различными сочетаниями выдачи выходного потока.

К исследованию в вычислительном эксперименте были приняты :ри варианта изменения момента трепня !■']', соответствующих создаваемым системой АУС, с разным значением коэффициента запаса Р муйты сцепления и зафиксированное изменение движущего момента Мдв. Начальная частота вращения выходного вала в момент зремени включения дисков п0 принималась на двух режимах: "иа-мщиЯ режим" - 2000 мшГу, Форсированный - 2600 мин"'. Силовы<? ракторн, соответствующие четырем точкам затона изменения дви-»укего момента в заданной последовательности равны: 1,4; 35; 13,7; 1,4 II м. Частоты вращения выходного вала в этих же точ-сах имели значения: 700; 1200; 1600; 2600 мин"'.

Поле изменения движущего момента было ограниченно снизу пинией работы двигателя без нагрузки, сверху - 'внешней скоростной характеристикой с максимальным крутясим моментом равным 42 Н при 3400 мин"'.

Одной из важнейших еыходных величин математической модели фрикционного сцепления является параметр, характеризующий нэг-эуженность деталей трансмиссии, передающих крутящий момент от :иловой установки к ведущим колесам автомобиля. Расчет деталей трансмиссии на прочность предусмотри:ает расчет по упругому лзменту, возникающему на переходных режимах в результате передачки кинетической энергия вращающихся и поступательно движу-дихся частей ь потенциальную энергию упругого валопривода. Для эассматриваемого типа автсмобилей,при расчете деталей на прочность, коэффициент динамичности Кд оценивает перегрузку в относительных величинах, а именно - отношению максимального значения упругого момента в период разгона к статическому макси-

К

д 1.0

0,5

/ . -— -...-М- 1 1 i • !\ !

о Д i . I

I V X \ ч —^

0-05 0,1 о; 15 0.2 0,35/„„„„,2 "

ДН,КГИМ

Рис. 8 Изменение величины Кд в зависимости от закона изменения Мф во 5С при = 1,4,.

и

кДж 5,0

г. о

\ X ^^^ •ч i 3 ■Г \ \

к ' г ■ГК <* ч ■ -ti -г!-/ <' "х \. N i I » 9

/ Л / / V 1 1 "N Л 1. •«_ с , ¡; ' ' iv \ ' 1 ' ' VI.'. •J 'V ч IV

Vajc

кн/ч 10,0

5,0

0.05 0,1 О.:5 O.S 0,25 Г о

"'ДВ.КГЦ"

Рис. 9 Изменение L6 и Уатс при равных законах Щ), р =1,43

сальному моменту двигателя. lia рис. 8 представлены результаты эасчета для тех законов изменения момента трения во <Ю при По - 2600 мин"' и варьировании величиной обобщенного момента лнерции маховой массы двигателя при условии соблюдения постоянства суммы величин 1дв и приведенной к выходному валу двигателя поступательно движущейся массы. Как видно из протекания кривых, наибольшее значение Кд соответствует изменению Мф по выпуклому закону (кривая 1). <

Работа буксования - мера непроизводительных затрат энергии в процессе выравнивания кинетических энергий ведущих и ведомых частей <1С,при управлении этим углом трансмиссии оказывает значительное влияние не только на интенсивность разгона массы АТС, но и на работоспособность ряда деталей 2С, в частности ведомого диска. Изменение величины работы буксования L6 зависит от многих факторов, которые условно делятся на две группы: кинетические и силоеыэ.

Первая группа охватывает изменение таких величин как суммарная крутильная жесткость трансмиссии, величины моментов инерции маховых масс, заданное поглощение энергии при относительном перемещении масс, передаточные числа в коробке передач, главной передаче, ко второй группе относятся реализуемые значения крутящих моментов меэду ведущими и ведомыми частями, суммарное внешнее сопротивление. Каждая из этих групп, как и отдельные параметры, формируют конечную величину L6 в сложных сочетаниях влияния и взаимовлияния на конечный результат.

В четвертой глаге изложены программы, методики и результаты 'экспериментальных исследований. Выполнено сопоставление результатов эксперимента с результатами, полученными при аналитических- расчетах.

Исследования проводились.на автомобиле СеАЗ-1111-С2, оборудованном разработанной системой автоматического управления сцеплением с электромагнитным исполнительным механизмом, измерительной, усилительной и регистрирующей аппаратурой. Перед снятием характеристик исследуемый автомобиль просел полную подготовку в соответствии с техническими требованиями завода изготовителя. Для получения поля изменения входного силового Фактора-движущего момента, были проведены стендовые испытания двигателя автомобиля. По их результатам построены скоростные и

нагрузочные характеристики.

Достоверность расчетов по определению крутильной жесткости трансмиссии 'были проверены экспериментальным путем не автомобиле. Испытания автомобиля проводились на стенде, оборудованном аппаратурой определяющей угол загрузки трансмиссии I зависимости от создаваемого момента. Данные, полученные при эксперименте, отличаются от расчетных не более чем на 102. Провер/^а достоверности результатов, полученных при исследовании предлагаемой математической модели, проводилась при дорожных испытаниях автомобиля в городских условиях / г. г. Серпухов, Москва /.

При испытаниях фиксировались;

- крутящий момент на первичном валу коробки передач;

- усилие на вилке выключения сцепления;

- угловые скорости вала двигателя, вала сцепления и путеизмерительного колеса; - перемещение вилки выключения сцепления; -пройденный путь.

Проведенный с помощью ЭВМ расчет показателей разгона автомобиля СеАЗ-1111-02 установил, '-¡го на первой передаче значения оценочных показателей буксования сцепления не превышают допустимые. Расчет проводился ДЛЯ движения .автомобиля в различных дорожных условиях с полной эксплуатационной массой. Результаты испытаний, полученные в дорожных условиях представлены на рис. 10-13. '

На рис. 10 представлены графики изменения по времени угловых скоростей вала двигателя, вала сцеплення и динамического момента на валу сцепления.

При разгоне на первой передаче время включения сцепления составило 1,0 с. загрузка двигателя 30%. При это« работа буксования Фрикционных элементов составила 4,3 кДк, продолжительность буксования 2,1 с.

На графиках представлены этапы, характерные для протекания процесса разгона с места: буксование фрикционных-элементов-сцепления и быстрое нарастание динамического момента до пиковых значений (участок А-Б), который заканчивается началом движения автомобиля (точка Б); буксование фрикционных элементов (участок Б-В) заканчивающий их замыканием в точке В; период разгона (участок. В-X); ■ конец разгона и начало установившегося

,рад/с 500 400 300 SOO 100

100 50

О

"ч У

г*

и

'шс

Ц

1» 1 Цс X

У

и ра д/'с

500

400

300

200

100 U. Н*и 100

50

13 3 4 5 6 7

Рис. 10 Изменения показателей разгона автомобиля на первой передаче

¡¡>,рал'с 500 4Р0\ 300\ гее} tco'\~

М.Н'Н

100 !

Рис. 11 Изменения показателей работы сцепления, при переключении передач с первой.на вторую

LrLL1 UJ 1 1 1 i 1

i 1 Iх- ! U

4 4 j

1 1 к . i г i i !

! Г 1 < i I !

1 1 I 1 1 i.

i i ! i i i I i ! i i 1 i

: и i "Vi i t|

H- I ! i-"

400 г

зсо\ soar looh

iws—rr

too •—I-1-

r-U M i 1 i

"x i \ i . ! i

1 4 ]\ 4 I k 1 1 ! f

i :\i 1 ! ——r—f 1 У'А :

I—

-t-t-

его.* о.в с,s i.c ¡.г i.e i.t t.c-

C.I a В i,H l.n I.-t 13 IB t.c

Рис. 12 Изменение показа- Рис. 13 Изменение показателей

телей работы сцепления при работы сцепления при переклю-переключении передач со вто- чении • передач с третьей на рой на третью четвертую

_____ расчетные данные

_: экспериментальные данные

движения (точка X). что соответствует результатам, полученным по расчетам математической модели.

Сопоставление' отклонений фактических значений от теоретических показало, что разница в величине работы буксования равна 5Х, продолжительности буксования 9%. Это свидетельствует об удовлетворительной степени совпадения расчетных и экспериментальных данных и достоверности моделирования процесса разгона автомобиля СеАЗ-1111-02.

На рис. И, 12, 13 представлены зависимости изменения по времени показателей работы сцепления при переключении передач.

Этапы динамического нагружения сцепления и трансмиссии при переключении передач для движущегося автомобиля следующие: буксование фрикционных элементов сцепления и быстрое нарастание динамического момента до пиковых значений (участок Г-Л), завершающееся замыканием фрикционных элементов сцеплешщ в точке Л; период разгона (участок Д-Х), конец разгона и начало установившегося движения автомобиля (точка X).

При'переключении передач с первой на вторую, со второй'на третью и с третьей на четвертую р^ота буксования фрикционных элементов сцепления составляет соответственно 1,3; 2,1 и 3,8 кДН, максимальная мощность буксования 1,8; 3,4 и 4,8 кВт,-среднее ускорение автомобиля 0,12*) , что подтверждает удовлетворительную работу устройства при переключении с низшей передачи на высшую.

При переключении с высшей передачи на низшую, с соблюдением требований к переключению передач, динамическая нагружен-нссть трансмиссии невысокая и не превышает допустимые пределы. Опыты подтвердили удовлетворительную работоспособность уст. ройства автоматического управления сцеплением при переключении передач.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Социальная реабилитация инвалидов'с нарушениями опор-, но-двигательного аппарата в значительной .степени связана с повышением и. улучшением их коммуникационных возможностей путем создания и массового использования специальных транспортных средств, адаптированных к функциональным особенностям водителя (оператора). . • •

2. Анализ функциональной деятельности водителя (операто-показывает, что наиболее часто выполняемой операцией являя включение и выключение сцепления. Существующая обшая для гавого автомобилестроения тенденция облегчения и упрощения 1авления автомобиля путем введения в его конструкцию систе-автоматического управления сцеплением, значительно повышает ивную безопасность транспортного средства и "надежность" [ителя, компенсируя ряд его физических недостатков.

3. В результате конструкторской реализации поставленных в юте задач, создана система автоматического управления сцеп-:ием с электронным блоком управлейия и электро-магнитным юлнительным механизмом, позволяющая автоматизировать работу штеля (оператора) в широком диапазоне изменения характе-:тик управления моментом трения сцепления и входных силовых торов, что позволяет адаптировать систему к отдельным води-им или группам водителей (операторов) с нарушениями опор-двигательного аппарата

4. Предложенная в работе математическая модель позволяет шодить аналитическое исследование работы, системы АУС с [котонным сцеплением, определяя нагруженность трансмиссии и юту буксования для данной модели автомобиля и заданного за-:а управления моментом трения фрикционного сцепления.

5. Расчеты совместной работы предлагаемой системы АУС и кционного сцепления специального автомобиля СеАЗ-1111-02 «делили диапазон изменения отношения максимального значения >угого момента в трансмиссии к максимальному моменту двиган от 0,6 до 1,2 в зависимости от характеристики изменения »ента трения реализуемой системой АУС, ИсследоЕанным харак-»истикам соответствует четырехкратное изменение величины ра-'ы буксования.

6. Экспериментальные исследования, проведенные в работе, азали достоверность результатов полученных при аналити-:ком исследовании математической модели, а также допустить использования предложенной системы АУС на автомобиле Ю-1Ш-02 по параметрам наг рук:-н ноет й трансмиссии и работы :сования фрикционного сцепления.

7. Проведенная экспертиза конъюнктуры западно-европейско-рынка определила годовую потребность в системах АУС, разра-

ботанного типа, на уровне 350 тыс. шт., а предварительные переговоры с фирмами, занимающимися установкой такого родг систем на автомобили, показали их готовность приобретать ЭТ1 системы по цене 300-500 дол. • за штуку, что показывает высокух конкурентоспособность предложенной конструкции.-

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Заявка N 4901326/"1-004203 на получение патента. Устройство автоматического управления сцеплением транспортного средства. - Заявлено'10.01.91, положительное решение на выдачу патента от 27.09.91 (соавторы Абдурахманов А. А., Деканский а а, и др.).

2. Заявка N 4924596/11-19048 на получение патента Система управления .сцеплением транспортного средства. - Заявлено 01.03.91, положительное решение на выдачу патента от 20.02.92 ( соавтор Абдурахманов А. А. •).

3. Абдурахманов А- А., Савельев Г. С., Ситников И Ф. Улучшение показателей работы энергосредства ЭСВМ-7. на переходных режимах // Тракторы и сельхозмашины. - 1991, N 12, с. 30-35.

4. Абдурахманов А. А., Савельев Г. Ö., Ситников П. Ф. улучшение показателей работы энергосредства ЭСВМ-7 на переходных режимах // Тракторы и сельхозмашины. - 1992, N 1, с. 19-24.