Схемотехническая реализация адаптивного алгоритма электронной системы управления движением колесной машины

Справедливость приведенных рассуждений и расчетов подтверждается и полученными экспериментальными значениями горизонтальной силы сопротивления грунта при надвигании на него подпорной стенки, которые дают качественную картину, соответствующую графику, изображенному на рис. 4, а. Экспериментальные значения силы получены с учетом сопротивления грунта сдвигу по одному из торцов подпорной стенки и трения грунта о стекло с другой, что не позволяет провести количественный сопоставительный анализ. К сожалению, получить значение силы в «чистом» виде экспериментальным путем не удалось. Попытки использовать для этой цели приямки, выкопанные по краям торцов подпорной стенки по пути ее движения, не увенчались успехом из-за бокового движения грунта, которое при малой ширине подпорной стенки существенно изменяет картину разрушения.

Полученные результаты свидетель-

ствуют о необходимости учета особенностей взаимодействия подпорной стенки с грунтом при разных углах ее наклона при расчетах пассивного давления грунта. Таким образом, предложенная методика расчета позволяет в значительной степени уточнить величину пассивного давления грунта действующего на подпорную стенку. Характер разрушения грунта, наблюдаемый при экспериментах, позволяет заключить, что эта методика соответствует реальным физическим процессам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баловнев, В. И. Новые методы расчета сопротивлений резанию грунтов / В. И. Баловнев. - М. : Росвузиздат, 1963. - 95 с.

2. Соколовский, В. В. Статика сыпучей среды / В. В. Соколовский. - 3-е изд. - М. : Физмат, 1960. - 243 с.

3. Берестов, Е. И. Сопротивление грунтов резанию / Е. И. Берестов // Изв. вузов. Строительство. - 1997. - № 10. - С. 102-107.

Белорусско-Российский университет Материал поступил 04.05.2006

E. I. Berestov, A. V. Kulabukhov Experimental research into the soil passive pressure on the retaining wall

Belarusian-Russian University

The paper presents the results of experimental research into the soil passive pressure on the retaining wall. It was found that the orientation of friction forces acting on the soil depends on the deflection angle of the retaining wall. Some recommendations on using obtained results for analysis are given here.

УДК 629.067

О. В. Билык, Г. В. Бочкарев, В. А. Ким, д-р техн. наук, проф., И. С. Сазонов, д-р техн. наук, проф., А. А. Метто, Н. А. Коваленко, канд. техн. наук, доц.

СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОГО АЛГОРИТМА ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ

В статье излагается электронная схемотехническая реализация алгоритма управления новой системы активной безопасности (САБ) колесной машины на силовом анализе. Предлагаемый алгоритм управления САБ колесной машины реализован в макетном образце и прошел предварительные испытания.

Анализ существующих алгоритмов электронных систем управления, таких как антиблокировочные (АБС) и проти-вобуксовочные системы (ПБС) [1...3], составляющих ядро более совершенных систем управления (ББР, УБС) [4], показывает, что они не адаптивны к изменяющимся характеристикам опорной поверхности и режимам управления, задаваемым водителем колесной машины. Сравнительный анализ результатов испытаний АБС «Бош-2» и разработанной нами АБС на силовом анализе [5.8] подтвердил его эффективность и адаптивность к характеристикам опорной поверхности и режимам движения колесной машины. В то же время разработанный нами принцип управления тормозного режима движения можно распространить и на регулирование тягового режима движения. При этом формирование сигналов управления также будет основано на анализе знаков производных сил в контакте колес с опорной поверхностью [5, 7]. Таким образом, критерием формирования сигналов управления является отрицательный знак производной от момента, фактически реализуемого колесом, по времени.

Результатами экспериментальных исследований установлено, что отслеживать скольжение колеса колесной машины в тормозном или в тяговом режиме движения можно по факту возникновения отрицательного знака производной тормозной или тяговой силы.

Фрагмент осциллограммы изменения тормозного момента, полученной при натурных испытаниях легкового автомобиля ВАЗ-2108, представлен на рис. 1.

Характерным признаком изменения тормозных моментов на переднем и заднем колесах при экстренном торможении автомобиля является наличие колебательных изменений тормозных моментов в начальный период торможения. Причем после достижения своего максимального значения тормозные моменты изменяют знак производной с положительного на отрицательный, что косвенно свидетель-

ствует о скольжении пятен контактов колес автомобиля. Следовательно,

принцип формирования сигналов управления по отрицательному знаку производной подтверждается. Из осциллограммы (рис. 1) видно, что начало блокировки тормозящего колеса происходит в области переходного процесса и разница во времени для передних и задних колес несущественна. Анализ моментов, полученных на основании экспериментальных данных по опорным поверхностям с низкими значениями коэффициента сцепления, показывает, что частота колебаний моментов в интервале времени переходного процесса значительно выше, чем по поверхности с высокими значениями коэффициента сцепления. Причем амплитуда колебаний момента при низком коэффициенте сцепления незначительна, а при значении коэффициента сцепления, например по сухому асфальтобетонному дорожному покрытию, существенно превышает расчетный момент тормоза.

Исследованиями многих авторов доказано, что касательная сила тяги также имеет свои предельные значения по сцеплению. Подобная закономерность позволяет утверждать, что скольжение пятна контакта колеса относительно опорной поверхности в тяговом режиме можно отслеживать по отрицательному знаку производной тяговой силы.

Для реализации алгоритма управления любых режимов движения (тормозного и тягового) нами предлагается схемотехническая реализация электронного блока формирования сигналов управления исполнительными механизмами (рис. 2). В состав структуры электронного блока управления входят п информационных каналов и т каналов управления, вычислитель сигналов управления (ВСУ) и источник питания (ИП). Информационный канал состоит из датчика (Д), нормализатора (Н), устройства гальваниче-

ской развязки (УГР), которое применяется в случае необходимости обеспечения

помехозащиты.

Н-м

Мі

/ М 2

-г

м

ш,

рад/с

і

ш

0

Рис. 1. Осциллограмма изменения тормозного момента, полученная в результате испытаний автомобиля ВАЗ-2108 (опорная поверхность - мокрый асфальт): М, - тормозной момент на переднем колесе с дисковым тормозным механизмом; М2 - тормозной момент на заднем колесе с барабанным тормозом; ш,, Ш2 - угловые скорости вращения переднего и заднего колеса

Рис. 2. Схемотехническая реализация алгоритма электронного САБ АТС

Нормализаторы обеспечивают согласование дискретных электрических сигналов, формируемых датчиками, с требуемым уровнем входных сигналов, а также настройку коэффициентов передачи аналоговых сигналов.

Каналы управления выполнены в

виде выходных каскадов (ВК), представляющих собой транзисторные ключи, которые обеспечивают согласование выходных сигналов ВСУ с уровнем сигналов исполнительных устройств АБС (электроклапаны модуляторов, катушки реле и т.д.).

і,

і

ш

і

Вычислитель сигналов управления выполняет обработку входной информации, поступающей по п каналам, в соответствии с заданным алгоритмом управления исполнительными устройствами АБС по m каналам. В зависимости от системы управления и характера формирования сигналов управления торможением возможно применение следующих вариантов датчиков:

1) датчик тормозного/тягового момента, фактически реализуемого колесом с опорной поверхностью;

2) датчик производных тормозного/тягового момента, фактически реализуемого колесом с опорной поверхностью. Поскольку измерение тормозного момента выполняется по принципу определения величины деформации упругого элемента, то датчики практически формируют электрические сигналы, пропорциональные данной деформации либо скорости ее изменения.

Устройства гальванической развязки могут быть выполнены на базе оптронов либо импульсных трансформаторов с модуляцией преобразуемого сигнала. Во втором случае в качестве модулирующего может быть использовано напряжение питания датчиков.

Для реализации выходных каскадов наиболее целесообразно использовать транзисторные ключи с большим коэффициентом усиления по току и малым падением напряжения в открытом состоянии, что в целом обеспечивает простоту согласования ВК с ВСУ и эффективное быстродействие работы исполнительных механизмов, входящих в САБ колесной машины. Вариант схемы выходного каскада представлен на рис. 3.

В зависимости от вариантов схемотехнической реализации функциональных блоков системы управления источники питания должны обеспечивать следующие функции: формировать стабилизированное напряжение питания Н, УГР, ВСУ; переменное высокочастотное напряжение питания датчиков с внешними устройствами питания.

Рис. 3. Схема выходного каскада

Схема источника питания представлена на рис. 4.

Источник питания включает в себя следующие каскады: стабилизатор напряжения +8 В, выполненный на интегральном стабилизаторе DA1 и элементах VD1-VD3, R1, C1, C2; вторичный преобразователь переменного напряжения на импульсном трансформаторе TV1 и элементах DD1, DD2, VT1, VT2, VD4, VD5, R2-R4, C3, C8; стабилизированный двухполярный источник питания на элементах DA2, DÄ3, VD6-VD9, C4-C7.

Характерной особенностью стабилизатора напряжения +8 В является организация фильтрпробок VD2, C1 и VD3, C2 для исключения влияния импульсных помех, формируемых вторичным преобразователем, на работу ВСУ.

В состав вторичного преобразователя входит генератор импульсов на микросхеме DD1, выходной сигнал которого подается на С-вход триггера DD2. Управление триггеров по С-входу может также осуществляться от ВСУ в случае его реализации на базе микропроцессора. Триггер DD2 обеспечивает формирование симметричного управления транзисторных ключей VT1 и VT2, осуществляющих коммутацию токов первичных обмоток импульсного трансформатора TV1.

Рис. 4. Схема питания электронного блока управления САБ

Вторичные обмотки ш2 импульсного трансформатора осуществляют питание стабилизированного двухполярного источника питания. Вторичная обмотка ш3 импульсного трансформатора служит для питания датчиков. В случае использования нормализаторов с питанием от однополярного источника возможно исключение канала стабилизатора, выполненного на БАЗ.

В зависимости от организации алгоритма управления вычислитель сигналов управления может быть выполнен как на дискретных логических элементах с реализацией управляющего автомата, так и на базе микропроцессорной техники.

Вариант реализации ВСУ на однокристальном микроконтроллере

Р1С12СХХ позволяет в значительной степени упростить аппаратную часть системы управления. Используются простые датчики тормозного момента с внешним устройством питания, отпадает необходимость в применении УГР, нормализаторы

представляют собой делители напряжения, в источнике питания исключается задающий генератор на ББ1 и стабилизированный двухполярный источник питания. При проектировании электронного блока управления САБ предусматривается возможность обеспечения корректной обработки входной информации и генерации выходных сигналов с заданным алгоритмом управления, при напряжении в бортовой сети автомобиля 6...18 В, защита от короткого замыкания выводов на корпус или источник питания с диагностикой состояния сигнальных цепей и каналов управления, аппаратной блокировки выходов во время переходных процессов в бортовой сети, при изменении состояния выключателя зажигания, устойчивость к динамическим изменениям напряжения питания, обеспечение бесперебойной работы при повышении напряжения электропитания до 24 В в течение 5 мин и замыкании любой входной или выходной цепи на

массу в течение 5 мин.

Изоляция проводов должна предусматривать в течение 1 мин воздействия синусоидального переменного тока частотой 50 Гц с действующим значением испытательного напряжения 550 В по ГОСТ 3940-84.

Блок управления сохраняет работоспособность в условиях кондуктивных и радиопомех. Макетный образец электронного блока управления САБ АТС представлен на рис. 5.

Размеры блока управления не превышают 100x50x90 мм с массой 0,25 кг.

Рис. 5. Общий вид макетного образца электронного блока САБ АТС

При разработке электронного блока предусматривалось также использование зарубежных комплектующих изделий и материалов. При этом материалы и комплектующие изделия, применяемые для изготовления блока, соответствовали су-

ществующим стандартам, техническим условиям и конструкторской документации на них. Архитектура блока допускает его построение на современном микропроцессоре.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дунин, Г. Тормоза и электроника (ретроспектива и современность) / Г. Дунин // Автомобиль и сервис. - 2005. - № 11. - С. 50-54.

2. Bleckman, H. Traction control system with Teves ABS Mark II / H. Bleckman // SAE Technical Paper Series. - 1995. - № 78. - P. 9.

3. Bakker, E. Anti-Blockier-System von Lucas-Girling / E. Bakker // Kraft-hand. - 1987. -B. 60, № 13-14. - S. 1070-1074.

4. Электронная система стабилизации движения ESP // Автомобилестроение за рубежом. - 1998. - № 11-12. - С. 16-17.

5. Ким, В. А. Методология создания систем активной безопасности автотранспортных средств на основе анализа сил / В. А. Ким. -Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2003. - 347 с. : ил.

6. Пат. 3439 РБ, МКИ6 B 60 T 8/52. Способ управления антиблокировочной системой торможения транспортного средства / В. П. Лобах [и др.] ; заявитель и патентообладатель Могилев. машиностр. ин-т. - № 960342 ; заявл. 03.07.96 ; опубл. 30.06.2000, Бюл. № 17. -5 с. : ил.

7. Сазонов, И. С. Оценка состояния физико-механического взаимодействия движителей колесной тяговой машины с опорной поверхностью / И. С. Сазонов, В. А. Ким, О. В. Билык // Новые технологии в промышленности-99 : сб. реф. - Прешов, 1999. - C. 111-115.

8. Ким, В. А. Практическая реализация новых источников информации для АБС / В. А. Ким // Автомобильная промышленность. -2000. - № 8. - С. 16-17.

Белорусско-Российский университет Материал поступил 22.02.2006

0. V. Bilyk, G. V. Bochkarev, V. A. Kim,

1. S. Sazonov, A. A. Metto, N. A. Kovalenko Circuit technique realization of the adaptive algorithm of the electronic system for a wheel vehicle motion control Belarusian-Russian University

The circuit technique realization of the adaptive algorithm of the new electronic active safety system for a wheel vehicle on the force analysis is stated in the paper. This control algorithm was realized in the model-based sample and was preliminary tested.