Гидравлический стенд с автоматическим управлением для испытаний тормозной системы автомобилей

Все более возрастающие требования к транспортным средствам включают в себя как повышение качества основных рабочих характеристик (мобильность, маневренность и т. д.), так и повышение безопасности транспортных средств [2, 4, 5, 19, 21].

Создание современных автомобилей потребовало решения ряда теоретических вопросов, основным из которых является повышение безопасности эксплуатации транспортных средств и увеличение их производительности, что обеспечит не только снижение количества дорожно-транспортных проишествий, но и сохранность дорогостоящей техники. В настоящее время все автомобильные фирмы идут по пути создания различных автоматических систем управления, функциональные возможности которых во много превышают возможности водителя. Одной из основных систем автомобиля, наиболее сильно влияющих на безопасность движения и производительность, является тормозная система.

Техническое перевооружение предприятий, разработка и внедрение новой техники является важной проблемой при переходе к рыночной экономики, позволяющей осуществить качественный скачок, как по потребительским свойствам, так и по надежности работы выпускаемой продукции. Организация технологических испытаний и экспериментальных исследований при разработке новых изделий на основе последних достижений науки и техники наиболее полно отвечает вопросам повышения качества продукции — и является важным звеном технического перевооружения предприятия. При разработке стендового хозяйства требуется учитывать подчас противоречивые требованияувеличения производства при не снижении качества выпускаемой продукции. Так в условиях напряженных производственных заданий, большой номенклатурой деталей и узлов предполагается 100% испытание изделий на всех этапах производства. Это возможно при максимальной интенсификации и автоматизации процесса испытаний на универсальных стендах. Испытания образца продукции на машине стоят дороже, с последующей переделкой, стоят дороже, чем на стенде. Автоматизация стенда ведет к экономии во времени. Все выше перечисленные факторы ведут к снижению затрат на ремонт, а затем и на изготовление единицы техники. Полная автоматизация процесса испытаний возможна только на основе использования современных ЭВМ, робототехники и других средств автоматизации производства. Следовательно, при разработке испытательного оборудования в условиях производства технологический процесс испытаний необходимо строить как автоматизированную систему управления технологическими процессами с числовым программным управлением. Широкие возможности таких систем, а также подобие программ испытаний различных узлов позволяет их делать универсальными.

Указанные обстоятельства определяют актуальность проблемы разработки тормозного стенда для испытаний тормозных систем автомобилей.

Целью работы является разработка и исследование тормозного стенда для исследования тормозных систем автомобилей, на базе гидрообъемной передачи с автоматическим управлением, что позволит реализовать на стенде связь коэффициента продольного сцепления колеса с дорогой (а следовательно силы торможения) от скольжения. Эта связь позволит исследовать не только тормозные системы, но и моделировать разные режимы торможения (с блокированными колесами, в режиме АБС, с внезапным изменением характеристик дорожного покрытия).

В рамках достижения поставленной цели решены следующие задачи:

— обоснована целесообразность использования тормозного стенда для исследования тормозных систем автомобилей;

— разработана принципиальная схема тормозного стенда для исследования тормозных систем автомобилей, на базе гидрообъемной передачи с автоматическим регулированием;

— разработана методика оценки механизмов регулирования рабочего объема насосов, используемых в тормозном стенде для исследования тормозных систем автомобилей (в качестве критерия оценки были выбраны время переходного процесса и перерегулирование);

— разработаны и апробированы математические модели тормозной системы и системы имитации взаимодействия колеса с дорожным покрытием;

— проведены экспериментальные исследования тормозного стенда для исследования тормозных систем автомобилей.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе построения математической модели гидравлической тормозной системы и системы иммитации взаимодействия автомобиля с дорожным покрытием.

Исследования и анализ динамических процессов в системе тормозного стенда для испытаний тормозных систем автомобилей осуществлялся путем моделирования и расчета с использованием персональной ЭВМ. Точность математического моделирования подтверждается расчетными показателями и экспериментальными исследованиями на инерционном тормозном стенде.

Научная новизна. Разработан новый тормозной стенд для исследования тормозных систем разного типа, с возможностью реализовать на стенде связь коэффициента продольного сцепления колеса с дорогой (следовательно силы торможения) от скольжения.

На защиту выносятся следующие проблемы:

Математическое описание работы основной тормозного стенда имитирующего процесс торможения автомобиля и его конструктивного элемента (регулятора рабочего объема насоса), предложены методы их расчета.

Получены критерии качества работы (т. е. быстродействие изменения рабочего объема) трех типов регуляторов рабочего объема насоса.

Проведена экспериментальная доработка тормозного стенда и разработана методика проведения экспериментальных исследований.

Получены результаты исследования влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на динамику тормозного стенда.

Из научно-технических разработок: принципиальная схема тормозного стенда, методика увеличения быстродействия регулятора рабочего объема используемого в стенде.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-исследовательских конференциях МАДИ в 1997,1998, 1999,2000, 2007 и 2008 г. г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 1 тезис доклада, получено положительное решение на полезную модель.

Практическая значимость работы. Разработаны инерционный стенд для исследования тормозных систем автомобиля и методы исследования и испытаний этих систем, что позволяет повысить качество выпускаемых тормозных систем и упростить разработку новых.

Внедрение результатов работы. Результаты работы использованы в лаборатории МАДИ для проведения исследования тормозных систем и разработки новых решений при проектировании испытательных стендов. На стенде проводятся учебные занятия со студентами различных специальностей. Результаты работы использовались при проектировании нового автобетоновоза и многоколесного большегрузного транспортного средства.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, списка использованной литературы. Диссертация изложена на 200 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунков, 7 таблиц. Список использованной литературы включает 58 наименований.

Общие выводы:

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан новый тормозной стенд, который позволяет имитировать различные дорожные условия, т. е. изменение коэффициента продольного сцепления от скольжения.

2. Анализ ранее известных тормозных стендов и вновь разработанных схем тормозного стенда показал, что наиболее соответствующим предъявляемым требованиям по моделированию изменения коэффициента продольного сцепления от скольжения является стенд на базе гидрообъемной передачи с регулируемым насосомс изменением рабочего объема от скольжения.

3. Разработанный стенд позволяет исследовать тормозные системы для различных категорий автомобилей (М1, М2, МЗ, N1, N2, N3) в том числе и оборудованных АБС, для которых необходимо моделировать изменение коэффициента продольного сцепления* от скольжения. '.

4. Разработаны математические модели, новизна которых заключается в том, что становится возможным:

•Математическая модель тормозного стенда дает возможность моделировать торможения с различными дорожными условиями, в том числе и изменение дорожных условий. Эта модель позволяет подобрать конструктивные параметры стенда,.

•< Математические модели трех типовых электрогидравлических регуляторов рабочего объеманасоса позволяют подобрать конструктивные параметры, обеспечивающие требуемые динамические характеристики (время переходного процесса, амплитуда). Эти математические модели могут быть использованы при разработке других гидравлических систем (привод барабана автобетоносмесителя, привод хода ратрака и т. д.).

5. Получены критерии качества работы регулятора рабочего объема насоса (время переходного процесса, относительная амплитуда). Подобраны конструктивные параметры, позволяющие обеспечить необходимое время переходного процесса. Эти данные могут быть использованы при создании гидравлических систем с подобными регуляторами.

6. По результатам математического моделирования работы тормозного стенда разработаны рекомендации по выбору конструктивных параметров стенда (рабочий объем гидромашин, геометрические параметры трубопроводов), что может ускорить проектирование новых подобных стендов.

7. Разработанный и созданный новый тормозной стенд позволил определить основные нелинейности реального тормозного стенда, необходимые для динамического расчета, а так же подтвердил, что разработанные математические модели и программы расчета могут использованы при проектировании подобных систем.

8. Сравнение переходных процессов, полученных экспериментально и расчетом на ЭВМ показало их качественную корреляцию, расхождение не превышает 15%, что подтверждает приемлемость теоретических допущений, принятых при составлении математических моделей.