WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

СЕРЕБРЕННЫЙ ИГОРЬ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ОПОРНОЙ ПРОХОДИМОСТИ ПОЛНОПРИВОДНОГО

АВТОМОБИЛЯ ПУТЁМ РАЦИОНАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

МОЩНОСТИ ПО КОЛЁСАМ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕР АТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2009

Работа выполнена на кафедре СМ – 10 «Колесные машины» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Котиев Георгий Олегович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Беляков Владимир Викторович Кандидат технических наук, с.н.с Котляренко Владимир Иванович

Ведущая организация:

ОАО «АвтоВАЗ», г. Тольятти

Защита состоится «4» июня 2009 года в 14 часов в аудитории 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете имени Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева.

Автореферат разослан 30 апреля 2009 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.165. доктор технических наук, профессор Орлов Л.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции развития автомобилестроения в большой степени связаны с появлением и развитием бортовых компьютерных систем, что влечёт за собой разработку и создание интеллектуальных систем управления различными узлами и агрегатами колёсной машины, в том числе и трансмиссиями, которые в этом случае реализуются как электрические или гидрообъёмные и называются «гибкими» и «интеллектуальными».

Непростой и трудоёмкой задачей, которую разработчикам приходится решать при выборе схем распределения мощности и типа трансмиссии, особенно для многоосных машин, является определение параметров взаимодействия движителя с опорной поверхностью для учёта их при составлении математической модели. Теория взаимодействия эластичного колеса с деформируемым опорным основанием в данном представлении весьма развита и позволяет описывать такие явления, как колееобразование, бульдозерный и экскавационный эффекты, уплотнение грунта и т.д. При таком подходе целью исследований является выбор оптимальных параметров конструкции колеса, как правило, по критериям максимального тягового усилия, минимизации затрат на движение и т.д. Однако когда движитель уже создан и необходимо исследовать его возможности в составе колёсной машины с целью решения задачи о рациональном распределении мощности по колёсам представляется целесообразным использовать характеристики тягово-сцепных свойств и потерь энергии для различных условий взаимодействия колеса с опорным основанием, полученные при экспериментальных исследованиях на полигоне.

В этой связи разработка закона распределения мощности по колёсам автомобиля, направленного на улучшение опорной проходимости, представляется важной исследовательской задачей, решение которой на основе имитационного математического моделирования с использованием характеристик тяговосцепных свойств и потерь энергии позволит модернизировать существующие и создавать новые автомобили, с большими возможностями по обеспечению опорной проходимости.

Цель работы: повышение опорной проходимости автомобиля путём рационального распределения мощности по колёсам.

Поставлены задачи исследования:

Разработать математическую модель прямолинейного движения полноприводного автомобиля по деформируемому опорному основанию, в которой учтена возможность реализации различных законов распределения мощности по колёсам, особенностью которой будет являться использование экспериментальных данных качения одиночного колеса по деформируемому основанию и учёт продольной податливости направляющих элементов подвески;

Выполнить сравнительный анализ данных экспериментов с результатами моделирования на примере одиночного колеса;

Выполнить анализ результатов исследования работоспособности математической модели прямолинейного движения полноприводного автомобиля по деформируемому опорному основанию для подтверждения возможности её использования при прогнозировании показателей опорной проходимости в случае различных схем трансмиссии;

Провести теоретические исследования прямолинейного движения автомобиля по деформируемому опорному основанию при блокированной и дифференциальной связи между колёсами для получения данных, необходимых для сравнительной оценки;

Разработать закон управления индивидуальным приводом колёс, направленный на улучшение показателей опорной проходимости;

Провести сравнение результатов теоретических исследований при различных законах распределения мощности.

Научная новизна работы состоит в:

создании математической модели, позволяющей прогнозировать показатели опорной проходимости при прямолинейном движении полноприводного автомобиля для различных схем трансмиссии, особенностью которой является использование экспериментальных тягово-энергетических и тягово-сцепных характеристик, а также введение продольной податливости направляющих элементов подвески;

разработке с использованием аппарата нечёткой логики (fuzzy logic) закона распределения мощности по колёсам автомобиля, направленного на повышение опорной проходимости;

результатах сравнительных теоретических исследований прямолинейной динамики полноприводного трёхосного автомобиля с равномерным распределением осей при различных схемах трансмиссии: с дифференциальным, блокированным и индивидуальным приводом.

Практическая ценность работы. На основе результатов выполненных исследований для практического использования при оценке эффективности автомобиля с различными схемами трансмиссии создан комплекс программ для ЭВМ. Использование комплекса позволяет имитировать прямолинейную динамику машины при различных законах распределения мощности по колёсам в различных дорожных условиях, задаваемых при помощи тягово-энергетических f w f ( ) и тягово-сцепных f ( S Б ) характеристик, и, тем самым, сократить сроки проектирования и доводочных испытаний.

Общая методика исследований. Исследования проводились с использованием численных методов моделирования движения автомобиля при различных схемах трансмиссии и современных методов оценки автомобильной техники по возможностям проходимости. В работе использованы результаты экспериментов, проводимых в МГТУ им. Н.Э. Баумана в разное время.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ОАО «АвтоВАЗ» и используются в учебном процессе при подготовке инженеров на кафедре СМКолесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы заслушивались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры СМ-10 «Колесные машины» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана 2004гг); на научно-техническом семинаре кафедры «Тягачи и амфибийные машины» (г. Москва, МАДИ (ГТУ) 2005 г.); на международной научнотехнической конференции «Проектирование колёсных машин», посвящённой 70-летию кафедры «Колёсные машины» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006 г.); на 6-ом международном автомобильном научном форуме «Проблемы создания транспортных средств нового поколения, обеспечивающих выполнение перспективных требований по экологии, энергосбережению и безопасности» (г. Москва, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 1.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов, списка литературы. Работа изложена на 161 листе машинописного текста, содержит 107 рисунков, 1 таблицу. Библиография работы содержит 115 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования: разработки закона распределения мощности по колёсам, направленного на повышение опорной проходимости, и оценки эффективности колёсной машины при движении по несвязным грунтам при различных схемах трансмиссии, приведено краткое содержание выполненных исследований, сформулирована цель работы и отражены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе диссертации рассмотрены основные понятия, связанные с проходимостью автомобиля, приведен анализ экспериментальных методов, а также нормативных и обобщённых показателей, использующихся при оценке опорной проходимости. Исследован опыт отечественных и зарубежных учёных по разработке математических моделей взаимодействия колесного движителя с опорной поверхностью при движении по деформируемому грунту, представлен анализ подходов к созданию математических моделей движения автомобиля.

Особенно отмечены работы Ю.Л. Рождественского, Я.С. Агейкина, С.Б.

Шухмана, Л.В. Барахтанова, Г.А. Смирнова, В.Ф. Бабкова, М.Г. Беккера, В.Н.

Наумова, М.П. Чистова, В.В. Белякова, Ю.В. Пирковского, Н.А. Забавникова, Д.Р. Эллиса, Дж. Вонга, А. Риса, В.А. Петрушова, А.А. Хачатурова, В.Г. Зимелева и труды научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана, НГТУ им Р.Е. Алексеева, МАДИ (ГТУ), МАМИ (ГТУ), 21 НИИИ МО РФ, ФГУП ГНЦ «НАМИ», Академии БТВ, НИЦИАМТ. Проведенный анализ современного состояния вопроса, посвящённого исследованию и оценке опорной проходимости, а также разработке законов и выбору критериев рационального распределения мощности по колёсам, подтвердил интерес к данному направлению со стороны как отечественных, так и зарубежных исследователей в силу важности повышения опорной проходимости и необходимости прогнозирования возможностей автомобиля по данному показателю на определённом участке местности на стадии проектирования. Однако были также выявлены и недостатки, которые являются сдерживающим фактором развития этого направления. В частности, одним из них является сложность использования существующих моделей качения колеса по деформируемому основанию ввиду необходимости определения ряда физико-механических свойств опорного основания. Задачи, связанные с рациональным распределением мощности по колёсам на сегодняшний день не являются полностью решёнными и имеют множество перспектив как в теоретической (разработка законов и алгоритмов), так и в практической (конструктивные решения при непосредственной реализации на объектах) части. В итоги главы были вынесены основные задачи, решение которых необходимо для достижения цели работы.

Во второй главе представлен экспериментальный метод определения тягово-сцепных свойств колесного движителя. Дается подробное описание аппаратурно-измерительного комплекса, условий и методики проведения эксперимента. Методика использования экспериментальных характеристик при имитационном моделировании прямолинейной динамики движителя рассматривается на примере одиночного колеса, для чего описана используемая математическая модель взаимодействия движителя с деформируемым основанием. Определена совокупность параметров движения, необходимая для выбора режимов привода колеса.

Характеристиками процесса прямолинейного качения колеса в различных случаях движения являются удельные потери энергии fw (потери энергии при качении на единицу пройденного колесом пути при единичной вертикальной нагрузке), удельная свободная тяга (продольная сила, приложенная к оси катящегося колеса, при единичной вертикальной нагрузке на его ось), коэффициент буксования:

ния колеса; rko - радиус колеса в свободном режиме; rk - радиус качения колеса; Vxk скорость цента масс колеса в продольном направлении.

Результаты испытаний представляются в виде тягово-энергетических f w f ( ) и тягово-сцепных характеристик f ( S Б ). Примеры экспериментальных характеристик ШК, представлены на рис. 1-2. Вид грунтового канала для образцов ЖК – 4Б и ЖК – 1 представлен на рис. 3 и 4 соответственно.

Рис. 1. Графики зависимостей удельных Рис. 2. Графики тягово-сцепных характерипотерь энергии при качении различных стик различных модификаций колеса.

модификаций колеса.

1- Образец ШК; 2 - ЖК - 4Б; 3 - ЖК – 1.

Рис. 3. Цилиндрическая модификация колеса - образец ЖК – 1.

Методика проведения экспериментальных исследований с целью получения представленных характеристик опирается на уравнение (1) энергетического баланса, суть которого заключается в том, что подводимая энергия к равномерно катящемуся колесу расходуется на совершение работы продольной силой и на потери при взаимодействии с опорным основанием:

- крутящий момент, подводимый к колесу; P x Тогда выражение для определения удельных энергетических потерь с учётом, что , примет вид:

Величины, входящие в правую часть уравнения (1), определяются в процессе эксперимента. Экспериментальные исследования должны проводиться в различных скоростных режимах (для учёта реологии опорного основания), при различном числе проходов колеса по колее и разных режимах качения (свободном, ведомом, ведущем, тормозном). Таким образом, для совокупности дорожных условий могут быть получены тягово-энергетические f w f ( ) и тяговосцепные f ( S Б ) характеристики. Методику использования экспериментальных характеристик при имитационном моделировании прямолинейной динамики движителя рассмотрим на примере одиночного колеса в ведущем режиме массой mk и моментом инерции вокруг оси I k (рис. 5).

Рис. 5. Расчетная схема движения колеса.

где Rx - продольная реакция колеса с опорным основанием; Rz - вертикальная реакция в пятне контакта колеса с опорной поверхностью, а для определения силы R x воспользуемся зависимостью:

Для определения моментов сопротивления движению составим и используем уравнение энергетического баланса (1), откуда, учитывая, что движение равномерное (по условиям эксперимента в грунтовом канале):

Т.е., неизвестный момент в правой части уравнения определяется зависимостями f w f ( ) и f (S Б ). Окончательно уравнения динамики одиночного колеса могут быть представлены в следующем виде:

При заданных значениях Pz, Px и M k, а также при известных зависимостях для f w и, система уравнений (6) пригодна для имитационного математического моделирования с использованием экспериментальных характеристик взаимодействия движителя с опорным основанием. Движение автомобиля высокой проходимости по несвязным грунтам характеризуется большими затратами энергии, обусловленными значительным буксованием ведущих колес. Такое буксование, связанное с экскавацией грунта и бульдозерным эффектом, приводит к значительным энергетическим затратам. При этом, как известно из многочисленных работ и, в частности, из работ Ю.Л. Рождественского, энергетические потери значительно возрастают с увеличением коэффициента буксования, а коэффициент свободной тяги при этом растет незначительно и имеет определенное предельное значение, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Графики зависимостей f ( S Б ) и Из рис. 7 видно, что движение возможно только с определенным ограниченным значением тяги. С ростом буксования тяга перестает увеличиваться, и вся энергия двигателя тратится на преодоление увеличивающейся силы сопротивления движению. На основании вышесказанного можно заключить, что одной из задач по обеспечению опорной проходимости колесного транспортного средства является разработка системы управления подводимой мощностью к ведущим колесам с целью реализации потенциальных возможностей движителя. Однако реализация непосредственного определения коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью при движении транспортного средства крайне затруднительна. В связи с этим наиболее рациональным является обеспечение возможности выбора водителем режимов в зависимости от его субъективных оценок условий движения и визуального восприятия свойств опорной поверхности, что в настоящее время реализовано для системы регулирования давления воздуха в шинах. Система же управления подводимой мощностью к колесу определяет текущее соотношение PXi/PZi и сравнивает его с назначенным водителем коэффициентом сцепления, который, в частности, может определяться положением переключателя на приборной панели. Соотношение сил PXi/PZi легко померить установкой на элементах подвески колесного движителя соответствующих тензодатчиков, определяющих продольные и вертикальные нагрузки на колесе. Таким образом, осуществляя регулировку частоты вращения колесного движителя путем управления тягой на колесе, можно обеспечить необходимое значение тяги при минимальных энергозатратах, т.е. при минимуме буксования.

В третьей главе описаны особенности имитационного математического моделирования прямолинейной динамики автомобиля: расчетная схема и основные допущения, уравнения динамики прямолинейного движения, уравнения для определения нормальных реакций под колесами автомобиля, характеристики взаимодействия колесного движителя с деформируемой опорной поверхностью, математические модели характеристик привода колес автомобиля в случае различных схем трансмиссии. Подробно представлена программная реализация разработанной математической модели и анализ результатов её работоспособности. Решение задачи о рациональном распределении мощности по колёсам рассмотрено на примере трёхосного автомобиля с равномерным расположением осей, актуальность применения которого подтверждается исследованиями, проводимыми на кафедре «Колёсные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках НИР и ОКР. Построение математической модели движения автомобиля рассмотрено на примере трёхосной колёсной машины с индивидуальным, блокированным и дифференциальным приводом колёс. Расчётная схема автомобиля, представленная на рис. 8, принята с учётом характера решаемой задачи и описывается соответствующими уравнениями (7).

где i = 1, …3; mC - масса автомобиля; m K i - масса колеса; I k i - момент инерции колеса; i - номер колеса; V X c - продольное ускорение центра масс автомобиля; k i - угловое ускорение i-го колеса; a X K i - продольное ускорение центра масс i-го колеса; g ускорение свободного падения; - угол наклона опорной поверхности.

Сила, действующая на корпус автомобиля со стороны колеса по оси Z:

где C подв - коэффициент жесткости подвески в продольном направлении; Bподв - коэффициент демпфирования в подвески в продольном направлении; X K i - расстояние от центра масс до оси колеса по оси Х; LK i - расстояние от центра масс до точки крепления подвески по оси Х; V X C - скорость центра масс автомобиля.

Пусть коэффициент взаимодействия колеса с опорной поверхностью, определяющий тягу в пятне контакта, соответствует рис. 6 и определяется по зависимости:

где Sб - коэффициент буксования колеса; - максимальное значение коэффициента силы сцепления колеса с опорной поверхностью; S 0 - константа.

Вертикальная реакция в пятне контакта колеса с опорной поверхностью определяется следующей зависимостью:

PZ i определяются из решения системы уравнений (11):

относительно проекции центра масс на линию, соединяющую оси колес.

Сила сопротивления движению колеса:

колеса по деформируемому основанию (рис. 7), f w о - коэффициент сопротивления движению при отсутствии буксования в свободном режиме качения, K f - коэффициент пропорциональности.

Характер изменения коэффициента сопротивления при качении колеса по деформируемому основанию и коэффициента взаимодействия колеса с опорной поверхностью, от которого зависит тяга в пятне контакта, при определении по принятым зависимостям, соответствует данным, представленным на рис. 6 и 7, а также полностью согласуется с результатами экспериментальных исследований. В связи с этим, зависимости для определения ( S Б ) и f w ( S Б ) могут быть использованы при имитационном математическом моделировании в качестве характеристик деформируемого опорного основания. Численное моделирование движения полноприводного автомобиля проводилось в пакете Simulink системы MathLAB. Анализ результатов исследований работоспособности математической модели подтвердил возможность её использования для прогнозирования проходимости автомобиля по деформируемым грунтам и исследования эффективности различных схем трансмиссии и подходов к распределению крутящего момента по колёсам автомобиля.

В четвертой главе описывается закон распределения мощности по колёсам с использованием аппарата нечёткой логики (fuzzy logic), направленный на повышение опорной проходимости, и его программная реализация. Представлены сравнительные результаты теоретических исследований прямолинейной динамики автомобиля в случае различных схем трансмиссии: дифференциального, блокированного и индивидуального привода колёс. Крутящий момент двигателя должен так распределяться между колёсами, чтобы для автомобиля с данным движителем и другими характеристиками в конкретных дорожных условиях обеспечить минимальную мощность, необходимую для движения, минимальный расход топлива и высокие показатели опорной проходимости.

В качестве входного сигнала fuzzy-регулятора выбрана величина ( Px / Pz ), которая представляет собой относительную разницу между соотношением ( Px / Pz ) о, выбираемым водителем, исходя из своих представлений о характеристиках опорного основания, и действительной величиной ( Px / Pz ) изм, определяемой с помощью датчиков:

Выходным параметром контроллера является h - положение условного органа управления (педали «газ») для приводного двигателя каждого колеса, которое может изменяться в пределах от «0» - педаль «газ» полностью закрыта, до «1» - 100% -ное открытие. Для входной величины были составлены функции принадлежности сигналов (рис. 9), описывающие следующие лингвистические значения: Px / Pz - отрицательное («-»), нулевое («0»), положительное («+»).

Рис. 9. Функции принадлежности входного сигнала жения для каждого случая.

Лингвистические правила, связывающие входные и выходные параметры Возможности по сцеплению и, соответственно, тяге полностью не реализованы. Полное нажатие на педаль «газ».

Возможности по сцеплению и, соответственно, тяге близки к максимальным значениям. Частичное нажатие на педаль «газ».

Возможности по сцеплению и, соответственно, тяге полностью реализованы. Колесо находится в режиме буксования. Педаль «газ» должна быть В разработанной системе применён нечёткий логический вывод типа «Сугено». Эта нечеткая база знаний разделяет пространство входных переменных на нечеткие области, в которых связь между входными и выходной переменной задается линейной функцией. Результат нечеткого логического вывода получается как взвешенная линейная комбинация результатов нечетких логических выводов по каждому правилу. Затем результирующее нечеткое множество дефаззифицируется для получения четкого (числового) значения. В системе предусмотрено ограничение: скорость при регулировании по соотношению PXi/PZi может быть увеличена, но не больше, чем задано водителем, т.е. в модели из двух выходных значений h для fuzzy-регуляторов (по скорости V и по соотношению PXi/PZi) выбирается меньшее. Для реализации работы закона, направленного на повышение опорной проходимости, на практике система управления автомобилем должна быть оснащена: тензодатчиками для определения вертикальной нагрузки на колеса; тензодатчиками для определения продольной нагрузки на колеса; бортовым вычислителем; fuzzy-регулятором.

Ниже представлены результаты моделирования прямолинейного движения трехосного колёсного транспортного средства по несвязному грунту ( max 0,35 ) при трёх выбранных схемах трансмиссии: дифференциальной, блокированной и индивидуальной раздаче мощности на каждое колесо. Автомобиль имеет массу 3500 кг, мощность двигателя, подводимая к каждому колесу, 12,3 кВт, угол наклона дороги 0 град, начинает движение со скорости 0, м/с для блокированной и индивидуальной схемы и с 1 м/с для дифференциальной. Водитель описывается при помощи аппарата нечеткой логики и задает такую подачу топлива, чтобы двигаться со скоростью 1 м/с для каждой схемы.

Сравнение проведено при силе тяги на крюке Pкр=10000 Н, которая является предельно возможной по условию сцепления колеса с опорной поверхностью и подводимому моменту. Время движения t = 10 с для дифференциальной и блокированной трансмиссий и t=20 с для индивидуального привода, выбранное водителем соотношение (PXi/PZi)max = 0,34, что на 3% меньше максимального значения коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью и соответствует 42% -му буксованию при принятой зависимости f ( S Б ).

1. Дифференциальный привод. Анализ представленных результатов позволяет сделать вывод о том, что автомобиль не справился с возложенной на него функцией, т.е. не смог выполнить транспортную задачу. Через 0,7 с после начала движения автомобиль полностью остановился (рис. 10), при этом колесо первой оси находится в режиме полного буксования (рис. 11). Испытания при других начальных и предельных скоростях существенно на характер процесса не влияют: автомобиль с дифференциальной трансмиссией в таких условиях двигаться не может.

Рис. 10. График зависимости изменения Рис. 11. График зависимости изменения скорости центра масс. скорости вращения колёс.

2. Блокированный привод. При подаче единого управляющего воздействия на каждое колесо h (рис. 12), автомобиль разогнался до скорости, равной 4% от максимальной, что составляет 1 м/с (рис. 13), (примерно за 2,7 с.). В дальнейшем за счёт регулирования положения органа скорость к установившемуся значению была выведена к 6-ой с.

Рис. 12. График изменения управляющего Рис. 13. График изменения скорости ценвоздействия h по времени. тра масс.

Представленные на рис. 14 и 15 графики буксования колёс и удельной свободной тяги позволяют сделать следующие выводы: этап разгона (до 3 с.) связан со значительным буксованием колёс (рис. 14) и невозможностью реализации максимальной тяги. Соотношение (PXi/PZi) на всех колёсах превышает предполагаемое максимальное значение (рис. 15). Выход в режиме установившегося движения на максимальное значение, (около 0,35), связан только с тем, что на крюке приложена максимальная нагрузка, исходя из сцепных свойств. В том случае, когда нагрузка была уменьшена, соотношение (PXi/PZi) не достигало в установившемся режиме предельного значения. Отметим, что характер увеличения буксования и изменения удельной тяги на этапе разгона при изменении нагрузки на крюке сохранялся, как для случая с Pкр = 10000 Н. Логично также предположить, что длительное буксование в реальных условиях может привести к невозможности выполнять автомобилем заданные функции, т.е.

произойдёт полная остановка в связи с экскавационным эффектом.

Рис. 14. График изменения коэффициен- Рис. 15. График изменения соотношения рета буксования колёс по времени. акций опорной поверхности PXi/PZi по времени.

3. Индивидуальный привод. При подаче отдельного на каждое колесо управляющего воздействия h (рис. 16), автомобиль разогнался до скорости, равной 4% от максимальной, что составляет 1 м/с (рис. 17), (примерно за 14 с.).

Это гораздо дольше, чем в случае с блокированным приводом. Однако процесс разгона был плавным и более эффективным, о чём свидетельствуют графики на рис. 18, 19. Система поддерживает соотношение (PXi/PZi) для каждого колеса в зоне, соответствующей реализации максимально возможной силы тяги (рис.

19), за счёт подачи различного управляющего воздействия (рис. 16). Анализ результатов производился по следующим показателям: суммарная подводимая к колёсам мощность Nуд, соотношение удельной тяги на колесах (PXi/PZi) к подводимой к колесам мощности Nуд, соотношение полезной работы силы тяги на колесах Aпол к совершенной работе подводимого к колесам крутящего момента Aсов, соотношение полезной работы Aпол к пройденному пути X, соотношение совершенной работы Aсов к пройденному пути X для случаев блокированного и индивидуального приводов. По результатам анализа можно отметить следующее: система обеспечения опорной проходимости позволяет распределять мощность N между колесами в соответствии с реализуемой этими колесами тягой, которая определяется соотношением (PXi/PZi). Суммарная удельная мощность, затрачиваемая при движении в блокированном приводе, больше, чем в индивидуальном, особенно на этапе разгона, об этом свидетельствует увеличение энергозатрат на движение. В результате, система регулирования тяги позволяет обеспечить большее значение соотношения удельной тяги на колесах, чем блокированный привод. Это выражается в том, что отношение полезной работы силы тяги на колесах транспортного средства к совершенной работе подводимого к колесам крутящего момента от трансмиссии вычислится как отношение:

Рис. 16. График изменения управляющего Рис. 17. График изменения скорости 1 – при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 – при 2–м режиме движения (табл.1);

3 – при 3-м режиме движения (табл. 1);

Рис. 18. График изменения коэффициента Рис. 19. График изменения соотношения буксования колёс по времени.

1 – при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 – при 2–м режиме движения (табл.1);

3 – при 3-м режиме движения (табл. 1);

У автомобиля, оборудованного системой обеспечения опорной проходимости, выше, чем у автомобиля, оборудованного блокированной трансмиссией (0,53 и менее 0,4, соответственно) даже в установившемся режиме движения.

Следовательно, транспортное средство, оборудованное системой регулирования тяги, расходует меньше топлива на единицу пути, чем транспортное средство, имеющее полностью блокированный привод. Это подтверждается соответствующими значениями соотношений работы Асов к пройденному пути и Апол к пройденному пути X. Так, в случае блокированного привода, автомобиль совершает работу на единицу пройденного пути около 3700 Дж/м на этапе разгона, а при индивидуальном - 3450 Дж/м. Причём, затраченная работа у автомобиля с блокированной трансмиссией гораздо выше, чем с индивидуальным приводом, что особенно характерно для этапа разгона.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

На основе современных положений теории движения автомобиля разработана математическая модель, которая позволяет определять показатели опорной проходимости при прямолинейном движении полноприводного автомобиля по несвязным грунтам в случае различных законов распределения мощности по колесам. Особенностью модели является использование тягово-энергетических и тягово-сцепных характеристик качения одиночного колеса по деформируемому основанию, определяемых в ходе экспериментальных исследований, и учёт продольной податливости направляющих элементов подвески.

Сравнением результатов имитационного моделирования прямолинейной динамики автомобиля при различных схемах трансмиссии доказано, что разработанная математическая модель, в которой применены тягово-энергетические и тягово-сцепные экспериментальные зависимости, пригодна для использования при определении показателей опорной проходимости автомобиля по деформируемым грунтам и оценке его эффективности при решении различных транспортных задач. Пригодность модели подтверждена полученными в ходе численного эксперимента результатами по перераспределению нормальных реакций грунта, характеру изменения угловых скоростей вращения колёс и крутящих моментов, моменту на выходном валу двигателя, управляющему воздействию со стороны системы, буксованию колёс и величине удельной свободной силы тяги.

Определена совокупность параметров движения, обуславливающая выбор режимов привода колес в случае индивидуального распределения мощности. Установлено, что при управлении тягой на колесе можно обеспечить движение автомобиля при минимальных энергозатратах, т.е. при минимуме буксования; в связи с трудностями непосредственного определения характеристик взаимодействия колеса с опорной поверхностью при движении транспортного средства наиболее рациональным является возможность выбора водителем режимов в зависимости от его субъективных оценок условий движения и визуального восприятия свойств опорной поверхности.

Для повышения опорной проходимости транспортного средства следует поддерживать равенство отношения силы, действующей на корпус автомобиля со стороны колеса по оси X, к нормальной нагрузке на колесе (PXi/PZi), которое определяет коэффициент свободной силы тяги.

Состав системы для реализации данного управления на практике следующий: тензодатчики для определения вертикальной нагрузки на колеса, тензодатчики для определения продольной нагрузки на колеса, бортовой вычислитель, fuzzy-регулятор.

Путём сопоставления данных теоретических исследований при выбранных схемах трансмиссии и различных условиях движения установлено, что применение предложенного закона распределения мощности по колёсам позволяет улучшить показатели опорной проходимости в сравнении с известными типами трансмиссий.

при нагрузке на крюке в 10 кН, max 0,35; f wo 0,06, автомобиль с дифференциальной трансмиссией оказался неспособным выполнять транспортную задачу и остановился через 0,7 сек. после начала движения;

для блокированного и индивидуального приводов на переходном этапе (движение с максимальными энергетическими затратами (с 0,2 с. движения ( S Б =0,98) до 2,8 с. ( S Б =0,84) при блокированном приводе) с нагрузкой на крюке в 10 кН были получены следующие результаты, свидетельствующие о преимуществах распределения мощности, исходя из необходимости поддержания выбранного водителем соотношения (PXi/PZi): блокированный привод-Апол/Асов = 0,07; Асов/Х =155 кДж/м; Nуд =0,99; S=0,96; Апол/Х =3695 Дж/м; индивидуальный привод Апол/Асов=0,5; Асов/Х=6920 Дж/м; Nуд=0,07;

S=0,36 (для максимально буксующего колеса); Апол/Х =3445 Дж/м;

Перспективные направления дальнейших исследований заключаются в разработке системы распознавания условий движения с целью исключения субъективных оценок характеристик опорного основания водителем.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ:

1. Серебренный, И.В.. Повышение проходимости автомобиля за счёт рационального распределения потоков мощности по колёсам / И.В. Серебренный, Г.О.

Котиев // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2008. Специальный выпуск. С.193-201.

2. Серебренный, И.В. Численное моделирование работы системы обеспечения опорной проходимости колёсного движителя / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев, А.А. Ергин // Известия АИН. Серия «Транспортные машины и транспортнотехнологические комплексы»: сб. ст. / В. – Вят. кн. изд-во – Н. Новгород. 2004.

Т.8. С.24-27.

3. Серебренный, И.В. Система обеспечения опорной проходимости колёсного движителя / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев, А.А. Ергин // Известия АИН. Серия «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы»: сб.

ст. / В. – Вят. кн. изд-во – Н. Новгород. 2004. Т.8. С.28-32.

4. Серебренный, И.В. Интеллектуальные возможности движителя / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев, В.Н. Наумов // Мир транспорта. 2005. №4. С. 34-38.

5. Серебренный, И.В. Система обеспечения опорной проходимости колёсного транспортного средства / И.В. Серебренный // Проектирование колёсных машин: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф., посв. 70-летию каф. «Колёсные машины» / МГТУ им. Н.Э. Баумана – Москва. 2006. -С.281-290.

Подписано в печать 22.04.2008.Формат 60x84 116. Бумага газетная.

Печать офсетная. Уч. – изд. л. 1,25 л. Тираж 100 экз. Заказ.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева.

Типография НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина,

 


Похожие работы:

«Епифанов Дмитрий Владимирович МЕТОДИКА ВЫБОРА ТИПА И ХАРАКТЕРИСТИК АГРЕГАТОВ НАДДУВА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВС УДОВЛЕТВОРЯЮЩЕГО ПЕРСПЕКТИВНЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ И ЭКОНОМИЧЕСКИМ ТРЕБОВАНИЯМ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород – 2010 Работа выполнена на кафедре Энергетические установки и тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева...»

«Костюк Инна Викторовна МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОГО РАСТРИРОВАНИЯ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010   Работа выполнена на кафедре Технологии допечатных процессов в ГОУ ВПО Московский государственный университет печати. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Вениаминович Официальные...»

«ФАРХАТДИНОВ ИЛЬДАР ГАЛИМХАНОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВЕ ПОЗИЦИОННО-СИЛОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ КАНАЛА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Специальность: 05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата наук Москва 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет СТАНКИН. Научный руководитель д.т.н.,...»

«ОСИПОВ Александр Вадимович ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ОТБОРНОГО ОТСЕКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Специальность 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2002 Работа выполнена в Брянском государственном техническом университете. Засл. деятель науки и техники РФ, Научный руководитель доктор техн. наук, профессор В.Т. Буглаев. Официальные оппоненты : – Засл. деятель...»

«Кулагин Дмитрий Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАНИНЫ ПРЕССА СИЛОЙ 750 МН И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ БЕЗОТКАЗНУЮ РАБОТУ ПРЕССА Специальность 05.02.09 Технологии и машины обработки давлением Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 год Работа выполнена в ОАО АХК Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика А.И....»

«Коломиец Павел Валерьевич ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ НА ВЫДЕЛЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ДОБАВКЕ ВОДОРОДА В БЕНЗИНОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ Специальность: 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тольятти – 2007 Работа выполнена на кафедре Тепловые двигатели Тольяттинского государственного университета доктор технических наук, профессор Научный руководитель : Шайкин...»

«УДК 629.042.001.4 ХАКИМЗЯНОВ РУСЛАН РАФИСОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРКАСА КАБИНЫ ТРАКТОРА КЛАССА 1,4 05.05.03 – Автомобили и тракторы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ташкент-2011 Работа выполнена в лаборатории Механики жидкости, газа и систем приводов Института механики и сейсмостойкости...»

«Кононенко Роман Владимирович ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕБРИСТЫХ ТРУБ НА МЕСТЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иркутск – 2014 Работа выполнена на кафедре оборудования и автоматизации машиностроения НИУ Иркутский государственный технический университет кандидат технических наук, Научный руководитель : доцент Майзель Игорь Геннадьевич. Официальные...»

«Гончаров Антон Александрович РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ САМОТОРМОЖЕНИЕ КЛИНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ СВОБОДНОГО ХОДА 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград 2013 2 Работа выполнена на кафедре Прикладная математика федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Волгоградский...»

«ЛЕТОПОЛЬСКИЙ АНТОН БОРИСОВИЧ ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ТРАНШЕЙНОГО ЦЕПНОГО ЭКСКАВАТОРА 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск - 2011 1 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) на кафедре Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур Научный...»

«Пинахин Игорь Александрович Повышение работоспособности металлорежущего инструмента из твердых сплавов методом импульсной лазерной обработки Специальность: 05.02.07 — технология и оборудование механической и физико-технической обработки (технические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ставрополь 2011 Работа выполнена в Северо-Кавказском государственном техническом университете Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«Родионов Игорь Константинович СВАРОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УСИЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ СТАЛЬНЫХ ФЕРМ ПОКРЫТИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ 05.03.06 – Технологии и машины сварочного производства 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Тольятти – 2007 2 Работа выполнена в Тольяттинском государственном университете. Научный консультант : заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор...»

«ЛЕОНОВ СЕРГЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТОДАМИ ИМИТАЦИОННОГО СТОХАСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Барнаул – 2009 2 Работа выполнена в ГОУ ВПО Алтайский государственный технический университет имени И.И.Ползунова Научный консультант – доктор технических наук,...»

«Кондрашов Алексей Геннадьевич ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ФАСОК НА ТОРЦАХ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ОСНОВЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗУБОФАСОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Набережные Челны - 2008 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения, металлорежущие станки и...»

«МАЦКО Ольга Николаевна МЕХАТРОННЫЕ РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ПРИВОДЫ ДЛЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Специальность: 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный политехнический университет Научный руководитель :...»

«Рыбалко Андрей Иванович РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЕ СТИРЛИНГА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОМ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ БРОСОВОЙ ТЕПЛОТЫ 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2011 1 Работа выполнена в ОАО 15 центральный автомобильный ремонтный завод Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кукис Владимир Самойлович Официальные оппоненты : доктор технических наук,...»

«Смирнов Артём Юрьевич УЛУЧШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ С НАДДУВОМ ПУТЕМ ПОДАЧИ МЕТАНОЛА НА ВПУСКЕ Специальность: 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт – Петербург – Пушкин 2009 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Тверская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор...»

«САБЛИН Роман Анатольевич ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ С НАКЛОННОЙ КАМЕРОЙ ДРОБЛЕНИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) Научный руководитель...»

«Нафиз Камал Насереддин ОРГАНИЗАЦИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНОГО КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ (на примере Палестины) Специальность: 05.02.22 – Организация производства (строительство) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2007 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете (ГОУ ВПО МГСУ). Научный...»

«МАННАПОВ Альберт Раисович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА ГТД МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа-2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уфимский государственный...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.