Національний транспортний університет

Білецький Володимир Олександрович

УДК 629.113.004.558

ВДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИКИ І ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ ДІАГНОСТУВАННЯ ГАЛЬМІВНИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ

05.22.20 – експлуатація і ремонт засобів транспорту

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Дисертація виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України і в Державному автотранспортному науково-дослідному та проектному інституті Міністерства транспорту України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Сахно Володимир Прохорович, Національний транспортний університет, завідувач кафедри “Автомобілі”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Рудзінський Володимир Васильович, Державний автотранспортний науково-дослідний і проектний інститут Міністерства транспорту України, заступник директора з наукової роботи;

кандидат технічних наук, професор Полянський Станіслав Костянтинович, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри “Машини та обладнання технологічних процесів”.

Провідна установа - Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедри “Трактори і автомобілі” і “Експлуатація машинно-тракторного парку”, м. Київ.

Захист відбудеться “ 26 ” вересня 2003 р. о 10  годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, .

Автореферат розісланий “ 20 ” серпня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Матейчик В.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Безпека дорожнього руху дорожніх транспортних засобів (ДТЗ) визначається переліком чинників, до числа яких входить технічний стан їх робочих гальмівних систем. Одним з основних показників, за якими оцінюється відповідність технічного стану робочої гальмівної системи ДТЗ до вимог безпеки, є ефективність гальмування.

Чинним в Україні законодавством та відповідними нормативними документами передбачається можливість діагностування гальмівних систем методами дорожніх і стендових випробувань. Як показав практичний досвід та аналіз публікацій у цій сфері діяльності, застосування різних методів та методик діагностування для одного і того ж ДТЗ може привести до абсолютно різних оцінок технічного стану гальмівної системи. Застосовуючи сучасне діагностичне обладнання, яке реалізує різні методи і методики випробувань, можна в одних випадках отримати задовільну оцінку технічного стану гальмівної системи за наявності несправностей, а в інших – незадовільну за їх відсутності. Найчастіше мають місце різні результати діагностування ДТЗ методами дорожніх і стендових випробувань. Також, різні результати оцінки ефективності гальмування можна отримати за результатами випробувань ДТЗ у різних станах завантаження як методом дорожніх, так і стендових випробувань.

Методики дорожніх випробувань ДТЗ у стані завантаження до повної маси з оцінкою ефективності гальмування за значеннями гальмівного шляху є найбільш достовірними, але практично недоступними для умов експлуатації через високі метрологічні вимоги до засобів вимірювання початкової швидкості гальмування (±1,5 км/год.) і гальмівного шляху (±5%), що обумовлює їх високу вартість і виключає можливість застосування традиційних методик гальмування на розмітці чи за сигналом оператора із застосуванням спідометра автомобіля та рулетки, пістолета-відмітчика, тощо. Вимоги до поверхні дорожнього покриття випробувальної ділянки практично унеможливлюють проведення випробувань у зимовий період та обмежують можливість їх проведення у інші пори року. Не кожне підприємство може мати випробувальну ділянку достатньої довжини, а у разі використання доріг загального призначення – забезпечити безпеку та отримати дозвіл на проведення випробувань.

Методики стендових випробувань ДТЗ у спорядженому стані з оцінкою ефективності гальмування за значеннями загальної питомої гальмівної сили та тривалості спрацьовування можуть давати результати, неадекватні з результатами випробувань ДТЗ у стані завантаження до повної маси та з результатами дорожніх випробувань.

На практиці для випробувань ДТЗ у спорядженому стані застосовують індивідуальні нормативи, які встановлюються для конкретних моделей ДТЗ і конкретних моделей гальмівних стендів, однак вони не забезпечують достатнього ступеню адекватності з результатами стендових випробувань з повною масою а також з результатами дорожніх випробувань. Масове збільшення моделей ДТЗ та стендів зарубіжного виробництва ускладнює проблеми індивідуального нормування.

Інший напрямок вирішення проблеми – приведення результатів випробувань ДТЗ у спорядженому стані до умов випробувань ДТЗ повної маси. Для автомобілів з пневматичним приводом гальм така методика рекомендована ДСТУ . Методики приведення для автомобілів з гідравлічним приводом гальм не стандартизовані. Це змушує випробовувати такі автомобілі у стані завантаження до повної маси, але одержувані результати не завжди адекватні з результатами дорожніх випробувань. Методи автоматизованого приведення результатів випробувань, реалізовані в окремих моделях стендів зарубіжного виробництва, не відповідають чинним в Україні нормативним документам, не забезпечують задовільної достовірності приведених результатів і вимагають ґрунтовного доопрацювання.

Аналіз методів і методик дорожніх та стендових випробувань показав, що більш прийнятними для умов експлуатації є випробування ДТЗ на роликових гальмівних стендах. Однак, методики їх проведення вимагають вдосконалення з метою забезпечення можливості діагностування автомобілів з гідроприводом у спорядженому стані, а також підвищення ступеню адекватності одержаних результатів з результатами стендових випробувань автомобілів повної маси і з результатами дорожніх випробувань.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності з напрямками досліджень відділу досліджень методів та засобів діагностування автомобілів ДержавтотрансНДІпроект у рамках Цільової комплексної програми розвитку транспортного комплексу України "Транспорт" (Галузева Програма), сформованої у відповідності до рішення Міжміністерської координаційної комісії з питань економічної реформи від 01.06.92. Робота виконувалась за етапами 2.1.1. “Провести дослідження та розробити вимоги до технічного стану автотранспортних засобів по безпеці дорожнього руху та екологічній безпеці, технологічні процеси контролю”, 1993...1996 роки та 2.1.2. “Провести дослідження, розробити конструкторську документацію і виготовити дослідні зразки устаткування для визначення ефективності гальмування, технічного стану рульового керування, шин, освітлювальних приладів” 1994...1999 роки.

Теоретичні дослідження та висновки за результатами експериментальних досліджень виконані на кафедрі "Виробничі системи та сервіс на транспорті" Національного транспортного університету за темою “Формування та розвиток виробничої інфраструктури автомобільного транспорту, спрямованої на забезпечення раціональної експлуатації і екологічної безпеки засобів транспорту”, номер держреєстрації №0101U002018 від 27.12.2000 р, а також за щорічними планами науково-дослідницької роботи кафедри.

Мета роботи – вдосконалення методики і технічних засобів діагностування гальмівних систем автомобілів шляхом забезпечення можливості випробувань автомобілів з гідравлічним приводом у спорядженому стані на роликових гальмівних стендах силового типу і підвищення ступеню адекватності одержуваних результатів по відношенню до результатів стендових випробувань автомобілів повної маси, а також до результатів дорожніх випробувань.

Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі:

- обґрунтування методичного підходу та розроблення методики визначення основних функціональних характеристик гальмівної системи і шин, а також темпу і характеру приведення в дію гальмівної педалі, які необхідні для прогнозування гальмівних властивостей автомобіля в різних станах його завантаження як на стенді, так і в заданих дорожніх умовах;

- розроблення математичної моделі руху конкретного автомобіля в режимі гальмування на дорожньому покритті за характеристиками, що визначені на стенді, з врахуванням його завантаження, параметрів режиму гальмування та зчіпних властивостей дорожньої поверхні;

- розроблення методики прогнозування гальмівних властивостей автомобілів повної маси за результатами випробувань автомобілів спорядженої маси з застосуванням математичної моделі;

- експериментальне визначення адекватності результатів діагностування, одержуваних з застосуванням математичної моделі, до результатів реального процесу гальмування конкретних автомобілів;

- розроблення практичних рекомендацій для застосування запропонованої методики діагностування гальмівної системи і вимог до засобів для її реалізації.

Об’єктом дослідження є процеси діагностування гальмівних систем автомобілів методами дорожніх і стендових випробувань.

Предметом дослідження є методи і засоби вдосконалення процесу діагностування, спрямовані на підвищення адекватності результатів діагностування автомобілів на стендах у спорядженому стані з результатами його випробувань з повною масою як на стендах, так і на дорозі.

Методи дослідження. За результатами системного аналізу сучасних методів і засобів діагностування гальмівних систем визначені шляхи вдосконалення методик діагностування на роликових гальмівних стендах. При цьому застосовані наукові методи представлення об’єкту досліджень у вигляді математичних моделей логічного типу, за якими визначені мінімальний та достатній перелік діагностичних параметрів і алгоритм постановки діагнозу. Дослідження процесів гальмування автомобіля на стенді та на дорозі виконані за результатами аналізу експериментальних даних з застосуванням методів математичної статистики для подальшого прогнозування процесів гальмування в інших умовах випробувань з застосуванням математичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблена логічна модель, яка формалізує функціонування гальмівної системи та процес гальмування двоосного автомобіля з гідравлічним приводом гальм і надає можливість визначення мінімально необхідного і достатнього переліку діагностичних параметрів для контролю технічного стану, а також системного підходу до моделювання роботи її елементів у процесі гальмування;

- за результатами експериментальних і статистичних досліджень процесу гальмування на роликових гальмівних стендах силового типу розроблені наукові основи та методики визначення характеристик приведення в дію гальмівної педалі в режимі екстреного гальмування, гальмівного механізма кожного колеса ДТЗ з гідроприводом як в режимі екстреного, так і повільного гальмування, системи "колесо - опорна поверхня";

- запропонована математична модель процесу гальмування двоосного автомобіля з гідроприводом та гідровакуумним підсилювачем, яка дозволяє привести результати стендових випробувань до показників ефективності гальмування в дорожніх умовах з заданими характеристиками.

Практичне значення одержаних результатів:

Розроблені і експериментально перевірені методики та програмне забезпечення для емпіричного визначення характеристик привода і гальмівних механізмів у процесі випробувань автомобіля у спорядженому стані, за якими можна прогнозувати показники ефективності гальмування цього ж автомобіля у стані завантаження до повної маси як на стенді, так і на дорожньому покритті з заданими значеннями коефіцієнта зчеплення.

Розроблені рекомендації щодо впровадження зазначених методик на виробництві для діагностування гальмівних систем, науково обґрунтовані і сформульовані вимоги до діагностичного обладнання для можливості реалізації запропонованих методик.

Розроблено пакет навчальних "програм-тренажерів" для застосування на персональних комп'ютерах з метою навчання операторів-діагностів, фахівців та студентів на основі математичних моделей конкретних автомобілів, їх гальмівної системи та гальмівного стенда.

Результати дисертаційної роботи впроваджені в технологічних процесах діагностування та регулювання гальмівних систем ТП  УССР , ТП  УССР , роликових гальмівних стендах СТ-2, державних стандартах України ДСТУ , ДСТУ , ДСТУ . Методика приведення результатів стендових випробувань автомобілів у спорядженому стані до умов їх випробувань у стані завантаження до повної маси та програмне забезпечення для її реалізації прийняті до впровадження представництвом фірми BOSCH в Україні. Навчальні "програми-тренажери" застосовуються в учбовому процесі Національного транспортного університету.

Особистий внесок здобувача полягає у:

- висуненні ідеї та наукової гіпотези роботи;

- розробленні логічних моделей гальмівних систем ДТЗ та на підставі їх аналізу – алгоритмів постановки діагнозу;

- розробленні методик аналізу виміряних на стенді даних і визначення характеристик: приведення в дію гальмівної педалі в режимі екстреного гальмування; системи "колесо - опорна поверхня"; гальмівного механізма кожного колеса ДТЗ в режимі екстреного і повільного гальмування з урахуванням їх нелінійності та характеристики гідровакуумного підсилювача;

- розробленні математичної моделі процесу гальмування двоосного автомобіля з гідроприводом за визначеними на стенді вихідними характеристиками гальмівної системи, яка дозволяє привести результати стендових випробувань до показників ефективності гальмування, які можуть бути одержані при випробуваннях на дорозі з заданими характеристиками.

- розробленні програмного забезпечення, яке реалізує вищенаведені методики і дозволяє автоматизувати роликові гальмівні стенди силового типу із застосуванням персонального комп’ютера та стандартної плати аналогово-цифрового перетворення, яка підключається до системи вимірювання стенда;

- розробленні програмного забезпечення, яке дозволяє вдосконалити та розширити функціональні можливості сучасних гальмівних стендів BOSCH;

- розробленні програмного забезпечення для програми-імітатора автомобілів та гальмівного стенда для застосування у навчальному процесі.

У роботі [5] автором запропонована методика аналізу виміряних на стенді даних та їх перетворення для можливості апроксимації і визначення аналітичних залежностей, які описують характеристики гальмівних механізмів, з метою їх подальшої екстраполяції і приведення результатів до умов випробувань автомобіля з повною масою, що стало складовою формули винаходу. В роботі [6] автором проведено аналіз методичних складових похибки вимірювання приводного зусилля і запропоновано вимірювати дві складові зусилля випробувача – направлених по нормалі і по дотичній до натискної площадки датчика для врахування впливу на результат вимірювання горизонтальної складової в залежності від конструктивної висоти датчика і геометричних розмірів педалі, що стало основою формули винаходу. В роботі [7] автором викладено його особистий внесок в методологію побудови логічних моделей гальмівних систем і матриць можливих технічних станів. В роботі [8] автором висунена та науково обґрунтована гіпотеза, що стала основною ідеєю та основою дисертаційної роботи. В роботі [9] авторові належать методики визначення характеристик гальмівних механізмів на роликовому гальмівному стенді і представлення їх у вигляді аналітичних рівнянь, як вхідних характеристик для математичної моделі процесу гальмування ДТЗ на дорожньому покритті в заданих умовах та методологія реалізації цих характеристик в математичній моделі. В роботах [10,12] автором запропоновані окремі терміни і їх визначення, підібрані та відредаговані більшість стандартизованих термінів державною мовою, а також їх відповідники англійською мовою і проведена їх гармонізація з термінами міжнародних та зарубіжних національних стандартів. У роботу [11] увійшли окремі нормативні вимоги, зокрема – до точності вимірювання приводного зусилля на органах керування гальмівної системи і гальмівних сил та до точності обчислення розрахункових параметрів, науково обґрунтовані автором.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались і отримали схвалення на: всесоюзній конференції "Повышение эффективности эксплуатации машин и оборудования на основе стандартизации" (Горький, 1987); конференції молодих вчених "Роль молодых учёных в новых условиях хозяйствования на автотранспорте" (Київ, 1988); ІІІ-ій всесоюзній науково-технічній конференції "Диагностика автомобилей" (Улан-Уде, 1989); республіканському семінарі "Преимущества применения прогрессивного гаражно-диагностического оборудования в автотранспортных предприятиях" (Київ, 1990); всесоюзній науково-практичній конференції "Эффективность диагностического и метрологического обеспечения автомобильного транспорта" (Владимир, 1990); міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення" (Київ, 1994), на конференціях професорсько-викладацького складу Національного транспортного університету (1996, 1997, 1999, 2000, 2003 р.р.); на міжнародній науково-технічній конференції “Metody obliczeniowe i badawcze w rozwoju pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych” (Польща, Жешув, 2000р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано в 12 наукових роботах, серед яких: 1 брошура, 3 статті в наукових журналах та збірниках наукових статей, 2 авторських свідоцтва на винаходи, 3 тези доповідей на конференціях і семінарах, 3 державні стандарти України.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, переліку використаних джерел із 127 найменувань та додатків, викладена на 148 сторінках основного тексту, має 41 рисунок та 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведені актуальність тематики, мета, новизна, теоретичне значення і практична цінність дисертації. Сформульовані положення, що виносяться на захист.

У першому розділі виконано аналіз сучасного стану теоретичних і експериментальних досліджень в галузі методів і засобів діагностування гальмівних систем ДТЗ. Проведено аналітичний огляд наукових праць, присвячених дослідженням різних методів і методик діагностування гальмівних систем, М.Є.Жуковського, Є.О.Чудакова, М.А.Бухаріна, В.Г.Розанова, Б.С.Фалькевича, Д.П.Веліканова, Г.В.Зімелєва, Б.Б.Генбома, І.В.Балабіна, М.О.Яковлєва, А.О.Малюкова, І.Л.Крузе, М.Я.Говорущенка, М.І.Ариніна, Г.В.Крамаренка, В.С.Гернера, С.І.Іванова, Е.Х.Рабіновича, В.М.Варфоломєєва, М.І.Дроніна, Л.В.Мірошникова, Ю.Б.Бєлєнького, Н.Ф.Метлюка, А.В.Чичинадзе, Б.В.Гольда, А.Б.Гредескула, Г.Г.Кудієвського, І.І.Будька, В.О.Богомолова, А.С.Федосова,, В.А.Дем'янюка, Е.В.Осепчугова, М.П.Александрова, Г.Дітца, С.І.Іванова, Г.В.Максапетяна, Г.І.Маміті, Ю.Ф.Холодного, Ю.Б.Суворова, Дика А.Б, М.Ф.Кошарного А.Б.Гредескула, Г.Меррита, Я.Таборека, Дж. Вонга, O.Bode, T.P.Newcomb, H.Perrot, T.Wrzesіnskеgo, K.Sіteka, W.Orthweіn, J.Bochmana, F.Shymankіewіcha, W.Wlodarskіego та інших дослідників.

З аналізу відомих теоретичних положень про процеси гальмування та методи діагностування гальмівних систем ДТЗ повної маси і спорядженого стану методами дорожніх і стендових випробувань випливає, що їх результати можуть суттєво відрізнятися. Сучасні методи і засоби діагностування часто не можуть забезпечити адекватність отриманих результатів. З іншого боку, з урахуванням накопиченого досвіду, реально вдосконалити методику і засоби діагностування гальмівних систем автомобілів, які можуть суттєво поліпшити ступінь адекватності їх результатів і однозначності оцінки технічного стану гальмівної системи.

Проведений аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень різних методик діагностування гальмівних систем дозволив визначити актуальні та перспективні напрямки досліджень, а саме: розроблення наукових основ емпіричного визначення характеристик гальмівної системи за результатами стендових випробувань ДТЗ у спорядженому стані і прогнозування цих характеристик для умов стендових і дорожніх випробувань ДТЗ як у спорядженому стані, так і повної маси. Виходячи з аналізу сучасного стану теоретичних і експериментальних досліджень різних методів, методик і засобів діагностування гальмівних систем, сформульована наукова гіпотеза та обґрунтовані мета і задачі дисертаційної роботи.

Другий розділ присвячений питанням розроблення і аналізу функціонально-логічної математичної моделі (ФЛМ) гальмівної системи автомобіля з гідравлічним приводом у процесі гальмування, виходячи з якої, формуються матриці можливих технічних станів і алгоритм постановки діагнозу. Застосовуючи ФЛМ для аналізу сучасних методик діагностування, очевидно, що в усіх стендових методиках діагностування розриваються зворотні зв’язки між окремими параметрами, деякі вхідні параметри суттєво відрізняються, або взагалі відсутні (наприклад - відсутність на стендах сповільнення автомобіля і викликаного ним динамічного перерозподілу нормальних складових реакцій в контакті коліс з опорною поверхнею і ряд інших). В методиках стендових випробувань діагноз формулюється за результатами контролю не вихідних, а комплексу внутрішніх діагностичних параметрів без врахування їх взаємного впливу на результат діагностування. Це і є основними причинами неадекватності отримуваних результатів. Виходячи з досліджень ФЛМ та аналізу стендових методів випробувань очевидно, що на роликових гальмівних стендах практично неможливо відновити всі перервані зв’язки та забезпечити адекватність усіх вхідних параметрів, які обумовлюють умови проведення дорожніх випробувань. Це дозволяє зробити висновок, що вдосконалення методик діагностування гальмівної системи доцільно виконувати шляхом розроблення такої методики, яка дозволяє на підставі випробувань автомобіля у спорядженому стані на роликовому гальмівному стенді силового типу прогнозувати його гальмівні властивості для умов гальмування на дорозі розрахунковими методами.

У третьому розділі викладені результати теоретичних досліджень характеристик приведення в дію органа керування гальмівної системи та характеристик гальмівних механізмів і привода, які дозволили розробити методики їх визначення і представлення їх у вигляді аналітичних залежностей.

За результатами досліджень даних дорожніх випробувань автомобілів із застосуванням бортового вимірювального комплексу “БИК-1” та програмного забезпечення, розробленого в ДержавтотрансНДІпроект, даних стендових випробувань, отриманих на стендах СТ-2 (НВО “Автотранспорт”) та Брекон 2.13+3.13 фірми Хофманн (Німеччина), розроблена методика визначення характеристик системи “водій - привод” у режимі екстреного приведення в дію органа керування. Методика полягає у реєстрації приводного зусилля у функції часу та апроксимації зареєстрованих даних залежністю:

, (1)

де p- приводне зусилля у функції часу; pmax - максимальне (нормативне) значення приводного зусилля на органі керування або тиску в пневмоприводі; t- поточні значення часу; - емпіричні коефіцієнти, які визначаються методом найменших квадратів чи задаються для стандартного темпу приведення в дію органа керування. Програмне забезпечення, яке реалізує методику, дозволяє автоматично визначати коефіцієнти апроксимації приводного зусилля експоненціальною залежністю (рис. ).

Рис. . Результати реєстрації приводного зусилля і тиску у гідроприводі та апроксимації зареєстрованих даних експоненціальною залежністю:

Рп- тиск в гідроприводі, МПа; Рпед-приводне зусилля на педалі, кН; 1–зусилля на гальмівній педалі за результатами вимірювань; 2–результат апроксимації приводного зусилля у функції часу; 3 – тиск у приводі гальм коліс другої осі за результатами вимірювань.

Результати досліджень характеристик гальмівних механізмів в режимі плавного приведення в дію органа керування гальмівної системи стали основою методики представлення реальних характеристик у вигляді аналітичних залежностей виду чи . Визначені на стенді поточні значення гальмівних сил в залежності від приводного зусилля реєструються в пам’яті комп’ютера та їх характерні ділянки апроксимуються з автоматичним визначенням коефіцієнтів a, b та c як з працюючим, так і з непрацюючим двигуном (рис. ).

Рис. . Характеристики гальмівних механізмів лівого колеса:

а)–двигун працює; б) -двигун не працює; Pф–гальмівна сила на колесі, кН; Pп–приводне зусилля на педалі,Н.

Результати досліджень характеристик апаратів трансформації тиску в приводі лягли в основу методики визначення характеристик гідровакуумних та вакуумних підсилювачів, а у разі неможливості їх визначення за умовами зчеплення колеса з опорною поверхнею роликів автомобіля у спорядженому стані – прогнозування цих характеристик, виходячи з результатів випробувань автомобіля з непрацюючим двигуном. В результаті прогнозування характеристики гальмівного механізма з врахуванням характеристики гідрова-куумного підсилювача (рис. ) визначається розрахункове значення Pф max ?р.

Рис. . Гальмівна діаграма лівого колеса з працюючим гідровакуумним підсилювачем з результатами екстраполяції ділянки наростання гальмівної сили до нормативного приводного зусилля

Виходячи з поставлених в роботі задач, для опису характеристики процесу кочення колеса по опорній поверхні з можливістю її прогнозування для швидкостей, які мають місце для дорожніх випробувань, вибрано залежність, запропоновану Т. Вжесіньським:

(2)

де - вертикальна складова навантаження на - те колесо; - швидкість кочення -го колеса по роликах стенда; - емпіричний коефіцієнт для -го колеса, який визначається на стенді.

Виходячи з того, що не вся прогнозована характеристика може бути реалізована як на стенді, так і на дорозі, та з результатів аналізу відомих робіт, присвячених дослідженню системи “шина-опорна поверхня”, визначення максимально можливих гальмівних сил за умовами зчеплення шини з опорною поверхнею проводиться за виразом, аналогічним до запропонованого в роботах М.Ф.Кошарного:

(3)

де - усталене значення коефіцієнта зчеплення; , , - коефіцієнти, отримані емпіричним шляхом; - відносне значення ковзання колеса:

, (4)

де - поточне значення ковзання (змінюється в межах від 0 до 1); - ковзання за максимального значення коефіцієнта зчеплення.

Для врахування процесу ковзання колеса у процесі гальмування на гальмівну силу, яка реалізується як на стенді, так і на дорозі з заданими зчіпними характеристиками, запропоновані наступні вирази:

, при , (5)

, при  (6)

де - коефіцієнт, який характеризує пружні властивості покришки в напрямку, дотичному до окілля колеса, та визнається для кожного з коліс за даними стендових випробувань. Розв'язуючи рівняння (3) і (6), як систему двох рівнянь з двома невідомими, отримуємо поточні значення та для будь-якого значення у будь-який момент часу, задаючись приводним зусиллям , як функцією часу (1). На рис. наведені результати вимірювання гальмівної сили лівого колеса 1 з екстреним приведенням в дію гальмівної педалі 2 та значення гальмівної сили, розраховані за вищенаведеними виразами 3, виходячи із апроксимованих значень приводного зусилля 4. На рис. наведені результати розрахунку гальмівної сили за значеннями приводного зусилля на педалі, зареєстрованими з дискретністю 0,01 с..

Рис. .  Розрахунок гальмівної сили лівого колеса за апроксимованими значеннями приводного зусилля на педалі

Рис. .  Розрахунок гальмівної сили лівого колеса за фактичними значеннями приводного зусилля на педалі

Для визначення бокових сил в контакті коліс з опорною поверхнею на практиці застосовують частину залежності бокової сили від кута відведення, на якій вона приймається лінійною і оцінюється як "коефіцієнт опору відведенню". Рідше застосовується аналітичний опис цієї залежності в усьому діапазоні бокового ковзання.

Визначити на гальмівному стенді характеристику коефіцієнта опору відведенню практично неможливо. Аналізуючи праці різних дослідників у цій галузі, можна у першому наближенні приблизно апроксимувати цю характеристику залежністю, аналогічною залежності (3). Якщо для залежності (3) в процесі діагностування на гальмівному стенді визначаються всі необхідні коефіцієнти апроксимації, то для потрібної залежності визначити їх на серійному роликовому гальмівному стенді практично неможливо. Приймаючи припущення, що зчіпні характеристики випробовуваної шини в поздовжньому напрямку тісно пов'язані з характеристиками шини в поперечному напрямку і залежать від кута відхилення швидкості, можна в першому наближенні застосувати коефіцієнти, визначені для поздовжнього напрямку:

, (7)

де - відкориговане значення коефіцієнта зчеплення в поперечному напрямку; , , - коефіцієнти, отримувані емпіричним шляхом; - відносне значення кута відведення колеса:

, (8)

де  - поточне значення бокового ковзання (змінюється в межах від 0 до 1); - ковзання за досягнення коефіцієнта зчеплення максимального значення.

У цьому випадку значення необхідно коригувати у відповідності з принципом “еліпсу тертя” з виразу:

(9)

Для можливості реалізації запропонованих методик визначення наведених характеристик на роликових гальмівних стендах обґрунтовані і сформульовані вимоги до роликових гальмівних стендів. До основних з них можна віднести підвищені вимоги до метрологічних характеристик систем вимірювання гальмівних сил та приводного зусилля, наявність пристрою вимірювання навантаження на вісь і можливості підєднання до комп’ютера чи наявність обчислювального пристрою (мікропроцесорного, аналогового, тощо). На запропоновані гальмівний стенд та датчик приводного зусилля отримані авторські свідоцтва на винахід.

У четвертому розділі проведено аналіз математичних моделей автомобілів у процесі гальмування. Враховуючи результати аналізу робіт, в дисертації за основу прийнята просторова одномасова модель, яка має 6 ступенів свободи: поздовжнє, поперечне і вертикальне переміщення, а також повороти навколо трьох взаємно перпендикулярних осей. Система має шість топологічних диференціальних рівнянь другого порядку з шістьма основними невідомими, які характеризують рух твердого тіла , , , , , , їх перші та другі похідні. Крім того, в систему входять ще 16 невідомих, а саме - 12 невідомих складових реакцій на колеса з боку опорної поверхні (, , ) і 4 невідомих параметри, які характеризують режим кочення коліс ().

Після ряду припущень, спрощень та перетворень система диференційних рівнянь другого порядку була приведена до системи диференційних рівнянь першого порядку:

;

;

; (10)

;

.

Для рішення системи рівнянь застосовано метод Рунге-Кутта четвертого порядку, виходячи з початкових значень: ; ; ; ; км/год; ; ; , ; ; км/год; ; . При переході від одного кроку обчислень до іншого методом простих ітерацій обчислювались значення гальмівних сил, бокових та нормальних складових реакцій на колеса, поточних значень бокового та поздовжнього ковзання коліс, швидкостей кочення кожного колеса.

За результатами досліджень математичної моделі розроблено методику приведення результатів випробувань автомобіля у спорядженому стані до умов випробувань автомобіля повної маси як на стенді, так і на дорозі. Розроблено пакет навчальних "програм-тренажерів" для застосування на персональних комп'ютерах з метою навчання операторів-діагностів, фахівців та студентів на основі математичних моделей конкретних автомобілів, їх гальмівної системи та гальмівного стенда. Розроблені рекомендації щодо впровадження розробленої методики на виробництві для діагностування гальмівних систем та необхідне програмне забезпечення.

У п’ятому розділі наведені результати експериментальних досліджень. Для перевірки адекватності моделі реальному процесу гальмування були застосовані результати стендових і дорожніх випробувань автомобілів ГАЗ-53А і ГАЗ-3307, виконаних в ДержавтотрансНДІпроект за участі автора, а також результати стендових випробувань автомобілів, виконані автором в АТП 13055 Київського міського об'єднання вантажного автотранспорту Мінтрансу України. Стендові випробування виконані на роликових стендах силового типу моделі "Brecon 2.12+3.13" фірми "Hofmann" (АТП ) і моделі "СТ-2" заводу "Автотехніка" (ДержавтотрансНДІпроект). Дорожні випробування проводились з застосуванням бортового вимірювального комплексу БИК-1, який являє собою прилад типу "п’яте колесо" виробництва НВО "Автотранспорт" (ДержавтотрансНДІпроект), призначеного для дорожніх випробувань галь-мівних систем автомобілів. До складу модифікації комплексу входить датчик пройденого шляху контактного типу, сигнал якого поступає через плату ЦАП/АЦП в персональний комп'ютер типу "Note-book", який розміщується в салоні випробуваного автомобіля.

Для перевірки адекватності математичної моделі реальному процесу гальмування на дорожньому покритті приймалися вихідні дані, відповідні вихідним даним реального процесу гальмування в дорожніх умовах, а саме: фактичні значення початкової швидкості гальмування; параметри приведення в дію гальмівної педалі та тиску в приводі в табличній формі, визначені і зареєстровані для кожного конкретного випадку гальмування на дорозі з дискретністю 0,01 с; характеристики гальмівних механізмів кожного з коліс у вигляді аналітичних залежностей, визначених на гальмівному стенді; значення коефіцієнта зчеплення, що характеризує дорожнє покриття і уточнені значення коефіцієнта зчеплення для кожного з коліс, виходячи з максимальних значень гальмівних сил і характеристик ковзання, одержаних на стенді.

Виконувався процес моделювання гальмування і його результати порівнювались з відповідними результатами, отриманими в ході дорожніх випробувань. На рисунках 6 і 7 наведені результати розрахунків, виконаних на підставі теоретичних досліджень і аналізу результатів стендових випробувань, накладені для порівняння на експериментальні дані дорожніх випробувань у графічному вигляді.

Рис. .  Порівняння результату приведення даних стендових випробувань автомобіля ГАЗ до умов дорожніх випробувань з експериментальними даними дорожніх випробувань з початкової швидкості гальмування 39,79 км/год:

V–швидкість автомобіля, км/год; J–сповільнення автомобіля, м/с2; Sф–гальмівний шлях, м; t–час, с; 1–поточні значення приводного зусилля на педалі, одержані під час дорожніх випробувань; 2–характеристика приводного зусилля на педалі, отримана за результатами апроксимації експериментальних даних; 3–поточні значення швидкості автомобіля, визначені експериментально; 4–поточні значення швидкості автомобіля, розраховані за допомогою математичної моделі; 5–поточні значення сповільнення автомобіля, одержані експериментально; 6–поточні значення сповільнення автомобіля, розраховані за допомогою математичної моделі; 7–результати розрахунку гальмівного шляху у графічній формі; 8–порівняння результатів експериментальних та теоретичних досліджень з основною приведеною похибкою по відношенні до результату дорожніх випробувань.

Рис. .  Порівняння результату приведення даних стендових випробувань автомобіля ГАЗ до умов дорожніх випробувань з експериментальними даними дорожніх випробувань з початкової швидкості гальмування 44,27 км/год.

Аналіз теоретичних і експериментальних даних показав, що основна приведена похибка результатів обчислення гальмівного шляху для умов початкової швидкості гальмування ? км/год не перевершувала 5%, що менше від нормативних вимог (не більше 10%), встановлених в ДСТУ та ДСТУ .

висновки

Методи контролю ефективності гальмування автомобілів з гідроприводом у спорядженому стані в Україні не стандартизовані. Наявні на ринку гаражного та діагностичного обладнання України засоби діагностування не забезпечують прийнятної достовірності результатів контролю ефективності гальмування автомобілів з гідроприводом у спорядженому стані. Ці та ряд інших обставин приводять до негативних наслідків результатів діагностування автомобілів на роликових гальмівних стендах у спорядженому стані через недостовірність результатів контролю ефективності гальмування. В дисертаційній роботі викладене нове вирішення задачі забезпечення прийнятної адекватності результатів контролю ефективності гальмування автомобілів з гідравлічним приводом у спорядженому стані на роликових гальмівних стендах силового типу по відношенню до результатів інших методик діагностування. Основні результати теоретичного і прикладного характеру полягають у наступному:

1.  Розроблена логічна модель, яка формалізує функціонування гальмівної системи та процес гальмування двоосного автомобіля з гідравлічним приводом гальм і надає можливість визначення мінімально необхідного і достатнього переліку діагностичних параметрів для контролю технічного стану, а також системного підходу до моделювання роботи її елементів у процесі гальмування.

2.  За результатами експериментальних і статистичних досліджень процесу гальмування на роликових гальмівних стендах силового типу розроблені наукові основи та методики автоматизованого визначення характеристик: приведення в дію гальмівної педалі в режимі екстреного гальмування; гальмівного механізма кожного колеса автомобіля з гідроприводом як в режимі екстреного, так і повільного гальмування; системи "колесо - опорна поверхня". Характеристики дозволяють прогнозувати показники ефективності гальмування такого автомобіля у стані завантаження до повної маси як на стенді, так і на дорожньому покритті з заданими значеннями коефіцієнта зчеплення;

3.  Запропонована математична модель процесу гальмування двоосного автомобіля з гідроприводом та гідровакуумним підсилювачем, яка дозволяє привести результати стендових випробувань до показників ефективності гальмування в дорожніх умовах з заданими характеристиками.

4.  З використанням визначених на стенді характеристик та математичної моделі процесу гальмування автомобіля розроблено методику, яка дозволяє на підставі випробувань конкретного автомобіля на роликовому гальмівному стенді силового типу в спорядженому стані прогнозувати його гальмівні властивості для умов гальмування з повною масою як на стенді, так і на дорозі, що забезпечує можливість випробовувати автомобілі з гідроприводом у спорядженому стані.

5.  Розроблені рекомендації щодо впровадження методики діагностування гальмівних систем на виробництві. Науково обґрунтовані і сформульовані вимоги до діагностичного обладнання, необхідного для реалізації запропонованої методики. Запропоновано гальмівний стенд, який реалізовує методики апроксимації для нелінійних характеристик гальмівних механізмів, на який отримано авторське свідоцтво на винахід. Запропоновано датчик приводного зусилля, який має значно більшу точність його вимірювання, що підвищує достовірність результатів приведення показників ефективності гальмування до умов випробувань автомобіля з повною масою як на стенді, так і на дорозі.

6.  Розроблено пакет навчальних "програм-тренажерів" для застосування на персональних комп'ютерах з метою навчання операторів-діагностів, фахівців та студентів на основі математичних моделей конкретних автомобілів, їх гальмівної системи та гальмівного стенда. Моделі дозволяють імітувати несправності гальмівних механізмів та привода для можливості отримання практичних навичок їх розпізнання операторами-діагностами, що навчаються.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

1.  Білецький В.О.  Автоматизація процесу діагностування гальмівних систем транспортних засобів на роликових гальмівних стендах Вісник Транспортної академії України та Українського транспортного університету. – . № . –С. .

2.  Білецький В.О.  Чи правильно ви контролюєте ефективність гальмування? // Автошляховик України. – . - № . – С. .

3.  Білецький В.  Автоматизація процесу діагностування гальмівних систем дорожніх транспортних засобів на роликових гальмівних стендах силового типу // Тез. мiжн. XII конф. “Metody oblicheniowe i badawche w rozwoju pojazdow samochodowych I maszyn robochyh samojezdnych, Zarzadzanie i marketing w motoryzacji” (SAKON’01). –Politechnika Rzeszowska, Narodowy Uniwersytet Transportu Ukrajiny, Akademia Transportu Ukrajiny – Zahodnie Centrum we Lwowie. – . –C. .

4.  Білецький В.О.  Проблеми контролю показників ефективності гальмування ДТЗ та методи їхнього вирішення // Автошляховик України. – . - № . – С. .

5. Стенд для испытаний тормозов автомобиля: А.с.1422062 СССР, MКИ G 01 M 17/00, B 60 T 17/22. /В.С.Гернер, В.А.Белецкий, З.А.Зарецкий, Е.А.Лавринович, В.А.Топалиди (СССР). -№4231306/27-11; Заявлено 21.01.87; Опубл. 07.09.88, Бюл. № .

6.  Устройство для измерения усилия, приложенного к тормозной педали транспортного средства: А.с. СССР, MКИ G L /22 / В.А. Белецкий, В.С. Гернер, А.М. Звездин, В.А. Рубцов, Д.Я. Щедрин (СССР). - № /24-10; Заявлено 04.03.86; Опубл. 07.03.88, Бюл. № .

7.  Гернер В.С., Белецкий В.А.  Диагностирование и регулирование тормозных систем автомобилей КамАЗ и автобусов "Икарус" на роликовых тормозных стендах. –К.: Знание, 1990. –  с.

8.  Білецький В.О., Кошарний М.Ф. Вдосконалення методики контролю гальмівних систем на роликових стендах силового типу // Тез. мiжн. наук. технiчн. конф. "Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення" (3-4 листопада 1994 р.) – К.: Транспортна академія України, Київський автомобільно-дорожній інститут. – . – С. .

9.  Кошарний М.Ф., Білецький В.О., Кошарний А.М. Математична модель процесу гальмування автотранспортного засобу // Тез. мiжн. наук. технiчн. конф. "Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення" (3-4 листопада 1994 р.) – К.: Транспортна академія України, Київський автомобільно-дорожній інститут. 1994. – С. .

10.  ДСТУ .  Автотранспортні засоби. Гальмівні системи. Терміни та визначення. – Введено вперше; Введ. .01.96. – К.: Держстандарт України, 1995. –  с.

11.  ДСТУ .  Стенди роликові для перевірки гальмівних систем до-рожніх транспортних засобів в умовах експлуатації. Загальні технічні вимоги. – Введено вперше; Введ. .01.97. – К.: Держстандарт України, 1996. –  с.

12.  ДСТУ .  Автотранспортні засоби. Гальмівні властивості. Терміни та визначення. – Введено вперше; Введ. .01.97. – К.: Держстандарт України  с.

АНОТАЦІЯ

Білецький В.О.  Вдосконалення методики і технічних засобів діагностування гальмівних систем автомобілів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Національний транспортний університет, Київ, 2003 р.

Результати діагностування гальмівної системи, отримані з застосуванням різних методик або для різних станів завантаження транспортного засобу, можуть відрізнятися для одного і того ж транспортного засобу. Робота вирішує науково-практичну задачу - отримання результатів діагностування гальмівних систем автомобілів з гідравлічним приводом гальм методами стендових випробувань, адекватних з результатами інших методів випробувань.

Запропонована методика базується на прогнозуванні показників ефективності гальмування для умов стендових і дорожніх випробувань автомобіля повної маси, виходячи з результатів його випробувань на стенді у спорядженому стані.

Для прогнозування параметрів ефективності гальмування, характерних для умов дорожніх випробувань, застосовується математична модель процесу гальмування двоосного транспортного засобу з гідравлічним приводом гальм. Як вхідні рівняння для цієї моделі застосовуються характеристики гальмівної системи, визначені у процесі випробувань автомобіля на стенді. Для цього розроблена методика автоматичного визначення характеристик з врахуванням їх нелінійності, обумовленої конструктивними та експлуатаційними факторами та програмне забезпечення, яке реалізує цю методику.

Розроблені гальмівний стенд та пристрій вимірювання приводного зусилля на педалі.

Ключові слова: автомобіль, діагностування гальмівної системи; метод діагностування гальмівної системи; гальмівний стенд; математична модель автомобіля в процесі гальмування; гальмівна діаграма; прогнозування показників ефективності гальмування.

АННОТАЦИЯ

Белецкий В.А.  Совершенствование методики и технических средств диагностирования тормозных систем автомобилей. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – ”Эксплуатация и ремонт средств транспорта”. – Национальный транспортный университет, Киев, 2003 г.

Результаты диагностирования тормозной системы, получаемые с применением различных методик или для различных состояний загрузки транспортного средства, могут отличаться для одного и того ж транспортного средства. Чаще всего различные результаты диагностирования получают методами дорожных и стендовых испытаний. Также, различные результаты оценки эффективности торможения можно получить при испытаниях транспортных средств в различных состояниях их загрузки как методом дорожных, так и методом стендовых испытаний. Работа решает научно-практическую задачу - получения более адекватных результатов диагностирования тормозных систем автомобилей с гидравлическим приводом тормозов методами стендовых испытаний по сравнению с результатами других методов испытаний.

Предложенная методика базируется на прогнозировании показателей эффективности торможения, характерных для условий стендовых и дорожных испытаний автомобиля полной массы, исходя из результатов его испытаний на стенде в снаряженном состоянии. Для прогнозирования характерных для условий дорожных испытаний параметров эффективности торможения применяется математическая модель процесса торможения двухосного транспортного средства с гидравлическим приводом тормозов. В качестве входных уравнений для этой модели применяются характеристики тормозной системы, определенные в процессе испытаний каждого конкретного автомобиля на стенде. Для этого разработана методика автоматического определения на стенде характеристик:

- приведения в действие тормозной педали в режиме экстренного торможения;

- тормозного механизма каждого колеса автомобиля с гидроприводом как в режиме экстренного, так и плавного торможения;

- системы "колесо - опорная поверхность";

Методика определения характеристик тормозных механизмов каждого колеса учитывает их возможные нелинейности, обусловленные эксплуатационными факторами, характеристикой гидровакуумного усилителя, а также системы “колесо-опорная поверхность”. Полученные