close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Метод управления распределением мощности между ведущими колесами автомобиля многоцелевого назначения по взаимному отклонению кинематических и силовых факторов..pdf

код для вставкиСкачать
Омский танковый
инженерный институт
Южно-Уральский государственный
университет, г. Челябинск
МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ МОЩНОСТИ
МЕЖДУ ВЕДУЩИМИ КОЛЕСАМИ
АВТОМОБИЛЯ
МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ПО ВЗАИМНОМУ ОТКЛОНЕНИЮ
КИНЕМАТИЧЕСКИХ И СИЛОВЫХ
ФАКТОРОВ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
С. В. УШНУРЦЕВ
А. В. КЕЛЛЕР
В. Ю. УСИКОВ
УДК 629.113
Приведены результаты исследования противобуксовочных систем автомобилей многоцелевого назначения. Проанализирована роль блокировки дифференциалов при передаче крутящего момента.
Ключевые слова: мощность, дифференциал, автомобиль многоцелевого назначения,
противобуксовочная система.
нии порядка 18…30 %, тогда как известно, что величина коэффициента буксования, при котором коэффициент сцепления используется максимально, имеет
различные значения, характерные только для данных
дорожных условий, при этом диапазон изменения
величины критического буксования в зависимости
от условий эксплуатации значительно шире [2].
По выражению передаточного отношения межосевого дифференциала в общем случае движения
АМН в i-х дорожных условиях, величина критического буксования на твердой опорной поверхности
определяется, с одной стороны, значением сцепления,
а с другой — такими параметрами колеса, как коэффициент тангенциальной эластичности и сопротивления качению при определенной вертикальной нагрузке:
2γ1Pa ϖ1 + k1rk1ϖ1 − k2 rk 2ϖ 2
rk 2
2γ1ϖ1 + 2γ 2ϖ 2
,
kp =
2γ P ϖ + k2 rk 2ϖ 2 − k1rk1ϖ1
M fсв1ϖ1 + 2 a 2
rk1
2γ1ϖ1 + 2γ 2ϖ 2
M fсv 2ϖ 2 +
(1)
где gi — коэффициент тангенциальной эластичности;
Кi — коэффициент, учитывающий влияние передаваемого колесом крутящего момента на его сопротивление качению.
Величину критического буксования выразим,
приравняв правые части зависимости радиуса качения от передаваемого колесом момента:
rk = rko–lMk ,
(2)
где rko — радиус свободного качения колеса;
l — коэффициент тангенциальной эластичности.
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Для управления распределением мощности между
ведущими колесами автомобиля многоцелевого
назначения (АМН) в настоящее время используются
различные системы управления блокировкой дифференциалов, противобуксовочные системы, индивидуальный привод (электромеханический или гидрообъемный).
Однако, несмотря на значительный объем работ
по созданию систем автоматического управления
блокировкой дифференциалов (АБД) и контроля
тягового усилия противобуксовочными системами
(ПБС), широкого распространения они не получили
вследствие недостаточной эффективности. Например, ПБС работоспособна лишь при движении по
твердой опорной поверхности. А в выполненных
конструкциях АМН с индивидуальным приводом
главное его преимущество — возможность индивидуального распределения мощности по колесным
движителям в зависимости от дорожных условий и
режимов движения практически не используется [1].
Объяснить это положение можно не высоким
совершенством логик функционирования систем
управления, которые за последние два десятилетия
существенных изменений не претерпели.
Как известно, функциональная задача любой современной системы АБД, ПБС управления индивидуальным приводом сводится к тому, чтобы поддерживать
максимально возможные для конкретно сложившихся
дорожных условий значения сил тяги колес АМН с
опорной поверхностью. Во всех реально выполненных системах логика управления основана на общеизвестной диаграмме изменения коэффициента сцепления от буксования относительно опорной поверхности.
При этом принимается, что коэффициент сцепления достигает максимального значения при буксова-
159
160
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
Зависимость критического буксования шины КАМА-1260 от давления воздуха в шинах и вертикальной нагрузки в различных дорожных условиях
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Таблица 1
0,3
0,25
rk=ux/wk.
0,15
0,1
0.05
0.14
0,05
да
вле
ние
,М
Па
буксование
0,2
0.24
0
1250
0.33
1500
1750
2010
нагрузка, кг
0.42
2250
Рис. 1. Зависимость критического буксования
от вертикальной нагрузки
и давления воздуха в шинах
В зависимости от реализованного колесом коэффициента сцепления, подводимого к нему крутящего
момента, для установившегося движения:
ϕ=
Mk
− fo ,
Rz rk
(3)
где fо — коэффициент сопротивления качению,
приняв при этом, что величина передаваемого колесом момента находится из выражения:
2Rz rko (ϕmax + fo )
,
1 + 1 − 4λRz fo
(4)
2(ϕmax + fo ) ⋅ λ ⋅ Rz
.
[1 + (ϕmax + fo )λRz ] ⋅ [1 + 1 − 4λRz fo ]
(5)
Mk =
откуда получим:
δ kp =
Как известно, радиус качения колеса при отсутствии буксования определяется максимальной величиной окружного сжатия элементов протектора в
передней части контакта. Радиус качения может
быть представлен в виде двух сложных функций,
одна из которых зависит от окружной деформации
шины, вызванной нормальной нагрузкой, а вторая от окружной деформации, вызванной приложенным
к колесу моментом. Причем крутящий момент, подводимый к колесу, может быть реализован в контакте колеса с опорной поверхностью лишь при условии, что он не превышает предельной величины по
условиям сцепления. Следовательно, крутящий момент, реализуемый на колесе, можно использовать
как силовой параметр в качестве источника первичной информации.
Зависимость радиуса качения от приложенного
к нему крутящего момента при отсутствии буксования имеет почти линейную зависимость, а затем, с
началом буксования, начинается интенсивное снижение радиуса качения, сопровождаемое уменьшением реализуемого колесом крутящего момента.
Таким образом, для определения взаимосвязи между
кинематическими и силовыми параметрами ведущих
колес при движении АМН можно использовать зависимость радиуса качения от передаваемого колесом момента.
Это позволит уточнить и упростить существующие логики управления АБД (ПБС), так как непрерывный анализ информации о характере изменения
радиуса качения колеса от реализуемого им крутящего момента позволит более точно формировать
сигналы управления АБД (ПБС) в каждый момент
времени [4].
Блок-схема системы управления АБД (ПБС) на
основе такого подхода должна включать следующие
элементы: датчики для измерения крутящего момента, фактически реализуемого на колесах; датчики частоты вращения колес; датчик скорости движения АМН; блок обработки сигналов датчиков;
блок формирования сигналов управления АБД (ПБС);
исполнительные механизмы.
Алгоритм управления, реализующий предлагаемый способ, представлен на рис. 2.
При движении АМН непрерывно контролируются скорость движения, угловые скорости колес
и крутящие моменты на ведущих колесах колесной
АМН.
Радиус качения при этом определяют по выражению (6). При движении АМН в хороших по сцеплению условиях изменение радиуса качения ведущих
колес будет обратно пропорционально передаваемому ими крутящему моменту. При достижении
ведущим колесом максимального значения коэффициента сцепления начнется его буксование, сопровождаемое уменьшением радиуса качения колеса и
снижением реализуемого колесом крутящего момента. Таким образом, нарушится обратная пропорциональность между изменением крутящего момента
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Отсюда следует, что реализация одного и того
же значения коэффициента сцепления различными
колесами, отличающимися соотношениями указанных параметров, практически исключает получение
одинакового значения критического буксования.
Реализации различных значений коэффициента
сцепления различными колесами будут соответствовать и различные значения критического буксования, что согласуется с имеющимися в большом
количестве результатами экспериментальных исследований [3].
Так, результаты расчета по выражению (5), представленные на рис. 1 и в табл. 1, показывают, что в
зависимости от вертикальной нагрузки и давления
воздуха в шине величина критического буксования
изменяется в диапазоне от 11 до 35 %.
Следовательно, точность реагирования АБД
(ПБС) на дорожные условия недостаточная и при
движении в дорожных условиях с dкр³ 30 % тяговые
возможности ведущих колес будут использоваться
не в полном объеме, а при dкр£18 % — будут иметь
место повышенные потери мощности на буксование.
Таким образом, логика управления, основанная
на использовании кинематических параметров движения АМН, недостаточно эффективна.
(6)
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
Для повышения эффективности управления распределением мощности необходимо использовать
взаимосвязь между кинематическими и силовыми
параметрами ведущих колес.
В качестве кинематического параметра целесообразно использовать радиус качения колеса rk, который можно определить, зная действительную скорость
движения АМН ux и частоту вращения колеса wk:
161
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
w
Рис. 2. Алгоритм распределения мощности по взаимному
отклонению кинематических и силовых факторов
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
и радиуса качения. Это послужит сигналом для начала работы АБД (ПБС). Блок управления подаст
сигнал на блокирование дифференциала (приложение тормозного момента к буксующему колесу), при
этом момент блокировки (тормозной момент) будет
увеличиваться ступенчато до тех пор, пока крутящий
момент на колесе и его радиус качения начнут увеличиваться.
После этого степень блокирования дифференциала (тормозной момент на ведущих колесах) удерживается постоянной, до того времени, пока не начнется
снижение крутящего момента, сопровождаемое дальнейшим увеличением радиуса качения колеса. Затем
блок управления начнет ступенчатое снижение
степени блокирования межколесного дифференциала (воздействия на тормоза ведущих колес), при постоянном контроле за взаимным изменением радиуса
качения колеса и передаваемого им крутящего момента.
В случае если при блокировании межколесного
дифференциала (воздействии на тормоза ведущих
колес) повышения крутящего момента на колесе при
снижении буксования не происходит, или буксуют
одновременно оба ведущих колеса одной оси, необходимо дополнительно снизить мощность, развиваемую двигателем (уменьшая подачу топлива).
Реализация принципа управления работой АБД
(ПБС) по взаимному изменению крутящего момента,
передаваемого колесом, и его радиуса качения позволит повысить эффективность работы систем рас162 пределения мощности между ведущими колес колес-
ной АМН, так как их работа будет определяться
конкретными дорожными условиями.
Библиографический список
1. Аксенов, П. В. Критерии для оценки схем [Текст] /
П. В. Аксенов, Б. Н. Белоусов //Автомобильная промышленность. – 1997. – № 6. – С. 50–53.
2. Александров, Е. Б. Современные механизмы распределения мощности в трансмиссии легковых автомобилей [Текст] /
Е. Б. Александров, А. А. Трикоз, С. В. Шеметов. – М. :
ЦНИИТЭНИавтопром, 1989. – С. 118–137.
3. Антонов, Д. А. Теория движения боевых колесных машин
[Текст] / Д. А. Антонов, С. И. Беспалов. – М. : Изд. Академии
БТВ им. Р. Я. Малиновского, 1993. – С. 97–123.
4. Васильченков, В. Ф. Автомобили и гусеничные машины.
Теория эксплуатационных свойств [Текст] / В. Ф. Васильченков. – Рыбинск : Изд. АООТ «РДП»–АРП, 2004. – 432 с.
УШНУРЦЕВ Станислав Владимирович, лейтенант,
офицер отдела (организации научной работы) Омского танкового инженерного института (ОмТИИ).
КЕЛЛЕР Андрей Владимирович, полковник, доктор
технических наук, доцент, начальник кафедры танковых войск факультета военного обучения ЮжноУральского государственного университета.
УСИКОВ Виталий Юрьевич, майор, преподаватель
кафедры эксплуатации бронетанковой и автомобильной техники ОмТИИ.
Адрес для переписки: stanislavushnurcev@mail.ru
Статья поступила в редакцию 29.11.2011 г.
© С. В. Ушнурцев, А. В. Келлер, В. Ю. Усиков
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа