Имитационная модель процесса управления служебным торможением автомобиля

Определи» основные размеры колеса компрессора и турбины, соплового аппарата компрессора (диффузора) и турбины (конфузора), КПД, выбрав схемы подвода газа к турбине и систему автоматического регулирования, выбирают модель турбокомпрессора и завод-изготовитель. Проводят испытание (доводку) на двигателе и внедряют в производство. В таблице приведены технические характерис тики некоторых отечественных турбокомпрессоров.

В заключение следует отметить:

1. Данная методика расчета центробежного компрессора и центростремительной турбины позволяет произвести подбор существующей модели турбокомпрессора для наддува двигателя внутреннего сгорания. Эффективность турбокомпрессора оценивается по общему КПД компрессора и турбины.

2. В приведенной методике расчета давление в каналах компрессора определяется по изменению скорости и температуры газа. В основу расчета центростремительной турбины положены газодинамические функции параметров торможения газа.

3. Рассмотрен выбор прототипа турбокомпрессора по требуемой подаче воздуха и степени повы-

шения давления, что позволяет определить наружный диаметр колеса компрессора и турбины.

Библиографический список

1. Хак Г. Турбодвигатели и компрессоры : справочн. пособие. - М.: ООО Издательство «Астрель-АСТ». 2003. - 351 с.

2. Макушев Ю.П., Кориеев С В., Рыидин В.В. Агрегаты наддува двигателей: учеб. пособие. - Омск: СибАДИ, 2006. - 58 с.

3. Койке Г.А., Лашко В.А. Поршневые ДВС. Современные принципы конструирования : учеб. пособие. — Хабаровск: Изд-воТихоокеан. гос. ун-та, 2006. - 560 с

МАКУШЕВ Юрий Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели».

ИВАНОВ Александр Леонидович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели».

Статья поступила н редакцию 14.12.08г,  Ю. П. Макушев, А. Д. Иванов

УДК 629.3.001 А. Л. ИВАНОВ

Б. В. САВЕЛЬЕВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г.Омск

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ СЛУЖЕБНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ АВТОМОБИЛЯ_

Изложены принципы, взятые за основу разработанной имитационной модели системы «водитель-автомобиль» в режиме служебного торможения. Приведены примеры смоделированных и реальных процессов управления служебным торможением автомобиля, подтверждающие аналогичность протекания указанных процессов и правильность разработанной модели. Разработанная модель предназначена для оптимизации регулируемого действия тормозной системы на стадиях проектирования и доводки автомобиля.

Ключевые слова: торможение, модель, регулируемое действие, управление, тормозная система.

ГОСТ Р 41.13 (Правила ПЭК ООН № 13) наряду с требованиями эффективности действия и надежности тормозных систем устанавливает требование регулируемого действия рабочей тормозной системы. При этом ГОСТ Р 41.13 не регламентирует каких-либо измерителей регулируемого действия и ограничивается общими предписаниями, например, «должна обеспечиваться возможность свободного регулирования силы торможения с достаточной точностью» и т.н. Оценку регулируемого действия тормозной системы обычно проводят методом субъективных оценок.

Регулируемое действие рабочей тормозной системы необходимо для совершения торможений низкой

и средней интенсивности, называемых служебными В эксплуатации служебные торможения составляют в среднем 95 % общего числа торможений, что предопределяет актуальность совершенствования рассматриваемого свойства рабочей тормозной системы.

Оптимизацию ре1-улируемогодействия тормозной системы проводили методом дорожных испытаний или методом экспериментов на автомобильных тренажерах. Методдорожных испытаний позволяет получить наиболее достоверные данные, однако отличается высокой трудоемкостью, так как требует участия репрезентативной группы водителей-испытателей, а также сложной технической системы настройки в широких пределах характеристик тормоз-

иого привода экспериментального автомобиля. Сле-луетотметить, что варьирование характеристик тор-мозного привода проводилось в ограниченном диапазоне, либо с отличиями от реальных характеристик современных автомобилей, что приводило к противоречивым результатам, полученным в разных исследованиях. Что касается экспериментов на тренажерах, то в силу весьма условной информационной модели процесса служебного торможения полученные результаты имеют низкую достоверность.

Отсутствие к настоящему времени эффективного инструмента сдерживает исследования, направленные на оптимизацию и объективную оценку регулируемой) действия тормозной системы и не позволяет диагностировать данное свойство тормозной системы на стадии проек тирования и доводки автомобиля.

Одним из путей решения рассмотренной проблемы может стать исследование процесса служебного торможения методом математического моделирования системы «води тель — автомобиль».

Цель работы — разработка математической модели системы «водитель —автомобиль» в режиме служебного торможения.

Служебные торможения совершаются с целью плавного снижения скорости автомобиля на ограниченном пути или для остановки в заданном пункте. Экспериментальные диаграммы служебных торможений отличаются стохастическим характером вследствие корректирующих управляющих воздействий водителя [2| и имеют достаточно четко выраженные фазы изменения замедления и равнозамедленного движения.

При разработке модели приняты следующие ограничения: торможение осуществляется на прямой горизонтальной поверхности с высоким коэффициентом сцепления до остановки автомобиля, двигатель отсоеди неноттрансмиссии.

При обосновании модели приняты следующие допущения:

1) процесс представляет собой чередование следующих двух фаз:

— изменение замедления из-за корректирующих воздействий водителя;

— равнозамедленпое движение;

2) водитель стремится остановить автомобиль в заданном (желаемом) пункте с постоянным замедлением Поэтому в каждой 1-й фазе корректировочного изменения замедления он стремится установить замедление, равное среднему замедлению по пути

= j,/J„ -1

/v,=KV2S,.

ш—г

YlilL

2 IS,-S,(t)l

В течение фазы равнозамедленного движения абсолютное значение ошибки 8, возрастает во времени. Изменение ошибки управления 8,(0 выводится подстановкой в выражение (3) уравнения (2), в которое введены известные уравнения изменения скорости ^(0 и пути 5,(0 при равнозамедленном движении в течение времени до остановки автомобиля:

12)

6 ,(Ч =

2S,

2S,-V,t(l + 8J

t<

2S,

где V и 5, — скорость автомобиля и расстояние до пункта остановки в начале /-й фазы служебного торможения соответственно.

С учетом принятых допущений водитель в течение 1-й фазы равнозамедленного движения воспринимает изменяющееся во времени расстояние до пункта остановки 15, - 5,

При оценке требуемого замедления и установке 1-го уровня замедления /, (2) водитель допускает случайную ошибку

Для примера на рис. I показано изменение во времени требуемого для равнозамедленной остановки в заданном пункте замедления jjt) (2) и ошибки регулирования 8(0 (4) при установке замедления у на уровень 2 м/с2 с различной начальной ошибкой 8.

После того, как 8,(0 достигнет величины разностного порога различения водителем замедлении 8,,, водитель по истечение времени реакции /„устанавливает новый 1+1-й уровень замедления ,, и процесс повторяется до окончания торможения.

В точке Л, тормозной диаграммы j(l) в момент t, начинается i-я фаза равнозамедленного движения. Замедление ¿установлено вышетребуемого для равнозамедленной остановки в заданном пункте уровня jSl, т.е. с положительной ошибкой 8, (б). В период времени от /,до т, процесса торможения требуемое замедление (0 снижается, а ошибка регулирования 8,(0 возрастает (отрезок А,С,) и н некоторый момент достигает уровня порога различения замедления 8,(0 = 8„ (точка В).

После этого в течение времени реакции fl( водитель обнаруживает рассогласование между действительным ), и требуемым уровнями замедления (отрезок В,С,) и в момент временит, начинаетснижать замедление j(t) с целыо устранения обнаруженного рассогласования.

В момент времени i,+ l начинается новая, (/ + 1) фаза равнозамедленного движения. Так как управляющее воздействие водителя сопровождается ошибкой, замедление)(+, устанавливается, например, ниже требуемого уровня , т.е. с отрицательной ошибкой 8, + |, как показано точкой (fl+l; Л,4|) тормозной диаграммы. В течение (/+ 1) фазы равнозамедленного движения (отрезок А|+|С| + )) требуемое замедление (0 и отрицательное значение ошибки регулировании 8(+ ,(0 возрастают. В какой-то момент времени ошибки регулирования 8|+1(0 достигает уровня разностного порога 8,+ ,(/)= — 8Н (точка В,+,). В течение времени реакции /„ водитель обнаруживает рассогласование и в момент времени т(+| вновь корректирует замедление автомобиля. В точке (i)+J; A,ta) начинается следующая фаза равнозамедленного движения.

Процесс подобным образом протекает до момента, когда скорость автомобиля снижается до нуля, т.е. происходитостановка автомобиля.

На основе рассмотренных алгоритма управления служебным торможением и условия смены (раз равнозамедленного движения и корректировочных изменений замедления [8(0 = ±8„| разработана математическая имитационная модель системы «водитель-автомобиль».

Модель отражает стохастический характер процесса управления служебным торможением, так как учитывает случайную ошибку установки замедления 8 вследствие порога 8Н восприятия водителем замедления. Наличие случайной составляющей процесса

* л:.: ь о

о •2 -3

О -----4

0 1 2 345 0 1 23 4 5

/,с

а О

Рис. 1. Пример изменения по времени требуемого для равнозамедленной остановки замедления ),(() (а) и относительной ошибки S(f| (б) при установке замедления 2 м/с* с различной начальной ошибкой S

Рис. 2. Фрагмент процесса управления служебным торможением: а) тормозная диаграмма J|f) и требуемое для равнозамедленной остановки замедление |,

управления служебным торможением позволяет моделировать неограниченное число диаграмм служебного торможения, не идентичных другдругу.

В качество первого приближения приняты следующие значения параметров управляющего водителя:

1) время корректировочного изменения замедлениях =0,8 с;

2) ошибка установки замедления составляет в среднем 14 % устанавливаемого уровня замедления и распределена по равномерному закону распределения с параметрами 8~Р( - 8„; 28„)~Р( - 0,14; 0,28);

3) время реакции водителя на изменение замедления /„0,1 с |3|.

Для проверки правильности разработанной модели были лабораторпо-дорожные испытания автомобиля категории М,. Проводили служебные торможения до остановки 4-х режимов, выбранных исходя из среднего замедления по пути равного 1,5 и 2,5 м/с7. Режимы торможения чередовались в случайном порядке и задавались для выполнения значениями начальной скорости У0 и заданного тормозного пути 50 (таблица на рис. 3). Заданный тормозной путь обозначался разметкой участка дороги.

Моделирование процесса служебного торможения проводили при тех же условиях и характеристиках тормозной системы, что и дорожные испытания. Результаты дорожных испытаний и моделирования показаны на рис. 3. Смоделированные тормозные диаграммы (б) имеют достаточно большое сходство с реальными тормозными диаграммами (а). Сравнение проводили последующим показателям:

1) характер протекания процесса;

2) частота смены фаз равнозамедленного движения и изменения замедления;

3) время торможения;

4) величина приращений замедления.

Вывод. Разработанная имитационная модель системы «водитель — автомобиль» в режиме служебного торможения, в первом приближении, адекватна реальному процессу служебного торможения, что под-

тверждается результатами дорожных испытаний (см. рис.3).

Дальнейшее совершенствование модели предусматривает проведение экспериментального исследования по определению статистических характеристик управляющих воздействий водителей при служебных торможениях. Уточнению подлежат статистические характеристики следующих параметров водителя:

1) ошибка установки замедления;

2) время реакции на изменение замедления;

3) скорость изменения усилия на педали тормоза.

Уточнение модели наряду с разработкой объективного критерия рсчулируемого действия тормозной системы обеспечит возможность ее применения в процессе проектирования и доводки тормозных приводов транспортных средств, в том числе автопоездов, в части приспособленности для управления служебным торможением.

Библиографический список

1. ГОСТР41.13-99 (Правила ПЭКООН № 13) Единообразные предписании, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств категорий М, N иОвотношенинтор-можении.

2. Савельев Б.В. Способ оценки регулируемости действия тормозных систем. - Омск, 1987 — 24 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ автонроме 29.07.87, № 1581-ап.

3. Справочник по инженерной психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова — М.: Машиностроение, 1982 - 368 с.

ИВАНОВ Александр Леонидович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели».

САВЕЛЬЕВ Борис Вадимович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и тракторы».

Статья поступила в редакцию 11.12.08 г. © А. Л. Иванов, Б. В. Савельев

Книжная полка

Шуляк, В. С. Литье по газифицируемым моделям [Текст) / В. С. Шуляк. - СПб.: Профессионал, 2007. - 405, (1J с.: рис., табл. - Библиогр.: с. 399-406. - ISBN 978-5-91259-011-5.

Книга посвящена технологическому процессу производства отливок по газифицируемым моделям, который в настоящее время считается одним из самых перспективных способов литья. В книге приведены характеристики материалов, применяющихся для получения газофицируемых моделей, а также технология их изготовления в условиях единичного и крупносерийного производства отливок. Излагается современная теория литья по газифицируемым моделям, анализируются физико-химическое взаимодействие модели с расплавленным металлом и влияние продуктов термодеструкции модели на формирование структуры и качества отливок из черных и цветных сплавов. Представлены теоретические основы механики литейной формы из сыпучих материалов, в том числе с применением вакуума. Излагается технология производства отливок различными способами литья с применением газифицируемых моделей. Подробно дана технология формовки при различной серийности производства, приводя тся характеристики технологических, механических, тепловых и физических свойств формовочных материалов.

Книга предназначена для широкого круга специалистов-литейщиков, работающих » промышленности, в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях. Она также может служить учебным пособием для студентов, обучающихся по специальности «Машины и технология литейного производства», и аспирантов.