Исследование работоспособности тормозных механизмов легковых автомобилей
УДК 629.33
Восточно-Казахстанский государственный технический университет имени Д.Серикбаева
Школа инженерии
БОЛАТБЕКОВ ЕРАСЫЛ МҰХТАРҰЛЫ
Исследование работоспособности тормозных механизмов легковых автомобилей
6M071300 - Транспорт, транспортная техника и технологии
магистерская диссертация на соискание степени магистра
Научный руководитель:
Доцент ВАК, к.т.н, профессор Муздыбаев М.С.
___ ___________ 2020 г.
Руководитель ОП:
к.т.н. доцент Мұздыбаева А.С.
___ ___________ 2018 г.
г. Усть-Каменогорск, 2020
Содержание
Введение 5
1 Требование предъявляемые к тормозным системам легковых автомобилей оборудованных ABS 8
1.1 Принцип работы тормозных систем легковых автомобилей, оборудованных ABS 8
1.2 Требование технического регламента предъявляемые к антиблокировочной тормозной системе 11
1.3 Требования, предъявляемые правилами ЕЭК ООН к испытаниям и характеристикам рабочей тормозной системы легковых автомобилей 13
1.3.1. Общие предписания 14
1.3.2. Особые предписания, касающиеся механических транспортных средств 15
1.3.3. Дополнительные проверки 15
1.4. Литературный обзор и состояние изучаемой проблемы 17
1.5. Выводы по главе 1 19
Глава 2. Теоритическое исследование и математическое моделирование процесса торможения легкового автомобиля, оборудованного ABS 21
2.1. Автоколебания и вынужденные колебания в процессе торможения автомобиля 21
2.2. Релаксация и явление гистерезиса в процессе торможения автомобиля 23
2.3. Основы математического моделирования движения колеса по дорожному покрытию 25
2.4. Кинематическая модель вращения колеса с жесткой шиной 27
2.5. Модель деформационного проскальзывания колеса с упругой шиной пот вердому дорожному покрытию 29
2.6. Процесс изменения проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля, оборудованного ABS 31
2.7. Выводы по главе 2 36
Глава 3. Разработка методики оценки работоспособности тормозной системы, оборудованных АБС и аналитическое исследование измерительных средств 38
3.1 Методика оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях 38
3.1.1. Определение геометрических размеров испытательной площадки 43
3.1.2. Определение погрешности средств измерений 44
3.2 Аналитическое исследование датчика для измерения скорости автомобиля 46
3.2 Аналитическое исследование устройство для измерения угловой скорости колес автомобиля 49
3.4 Аналитическое исследование датчика для измерения давления приводе тормозов без разгерметизации 53
3.5. Выводы по главе 3 55
Глава 4. Экспериментальные исследования 57
4.1. Выработка критериев оценки эффективности торможения и устойчивости ТС при дорожных испытаниях 57
4.2. Программно-аппаратный комплекс для оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных АБС 58
4.2.1 Программа обработки экспериментальных данных 61
4.3 Результаты обработки экспериментальных данных, полученных при испытаниях автомобиля Great Wall СС646КМ25 63
4.5. Выводы по главе 4 68
Список использованных источников 69
Обозначение и сокращение
ДТП - дорожно-транспортное происшествие;
ABS -- антиблокировочная тормозная система;
АТС -- автотранспортное средство;
ПР - пластинчатый растр;
ПК - персональный компьютер;
СТО - станция технического обслуживания;
ТО - техническое обслуживания.
Введение
Актуальность исследования.
Порядка 15% ДТП в Казахстане происходит из-за эксплуатации технически неисправных транспортных средств, из которых около 40% составляют автомобили с неисправной тормозной системой. Причем аварии по причине отказа тормозной системы имеют наиболее тяжелые последствия. Обеспечение безопасности дорожного движения является одной из важнейших проблем эксплуатации автомобильного транспорта. Каждый год на дорогах Казахстана погибают более тысяч человек, сотни тысяч получают повреждения и увечья, страна несет многомиллиардные экономические потери.
По данным Комитета по правовой статистике и специальным учетам, количество зарегистрированных ДТП в 2018 году - 11 106, в 2019 - 11 484 (рост на 3,4%), количество раненых в 2018 году - 14 416, в 2019 - 15 324 (рост на 6,3%), количество погибших в 2018 году - 1 463, в 2019 - 1552 (рост на 6,1%).
Только в 2019 году за январь - август 2019 года было зарегистрировано 10,1 тыс. дорожно-транспортных происшествий. В сравнении с соответствующим периодом 2018 года аварийность увеличилась на 4,6%. За восемь месяцев текущего года в ДТП пострадало 14,9 тыс. человек. Из них 13,4 тыс. раненых, среди которых 2,6 тыс. -- несовершеннолетние. Погибло в результате ДТП 1,3 тыс. человек: 959 мужчин и 377 женщин. Общее число погибших несовершеннолетних составило 146 человек.
Больше всего дорожно-транспортных происшествий наблюдается в Алматы (3,1 тысячи), Алматинской (1,5 тысячи) и Жамбылской (794) области.
Одним из путей решения задачи по снижению аварийности дорожного движения является повышение активной безопасности транспортных средств в эксплуатации. Активная безопасность современного колесного транспортного средства в период торможения достигается с помощью автоматизированных систем управления параметрами его движения. Оснащение автомобилей антиблокировочной тормозной системой позволяет улучшить показатели торможения при движении автомобиля.
Антиблокировочная система (ABS) -- система, предотвращающая блокировку колёс транспортного средства при торможении. Основное предназначение системы - сохранение устойчивости и управляемости автомобиля.
ABS не должна допускать блокирования колес в процессе торможения, сохраняя при этом нормированную техническим регламентом эффективность торможения.
Если по какой-либо причине ABS теряет работоспособность, а это не редкость ввиду сложности системы и условий эксплуатации, в экстренной ситуации транспортное средство теряет устойчивость, тем самым усугубляя тяжесть последствий. Поэтому необходимо систематически контролировать техническое состояние тормозной системы, оборудованной ABS, с использованием современных средств диагностики и при обнаружении каких-либо неисправностей проводить соответствующие технические воздействия.
Периодическое диагностирование транспортных средств, оборудованных ABS, требует проведения испытаний ТС [112]. В техническом регламенте о безопасности колесных транспортных средств приведены только некоторые условия проведения испытаний и нормативные параметры рабочей тормозной системы. Методика и средства, при помощи которых можно оценить работоспособность транспортного средства при проведении дорожных испытаний, не регламентированы. На автотранспортных предприятиях испытания АТС не всегда проводятся, ввиду отсутствия методики и алгоритма дорожных испытаний. Решение этих вопросов является проблемой сегодняшнего дня.
Целью диссертационной работы является разработка методики оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS и алгоритма проведения дорожных испытаний, для повышения их активной безопасности в эксплуатации.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе следует решить ряд следующих задач:
1. Разработать модель процесса торможения колеса автомобиля, оборудованного ABS.
2. Исследовать процесс проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля.
3. Создать методику оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях.
4. Сделать аналитические исследования технических средств для измерения скорости автомобиля и угловых скоростей его колес с заданной точностью.
5. Протестировать зарегистрированый программный продукт, позволяющий определять значения скорости колес, скорости автомобиля и усилия на органе управления рабочей тормозной системой в процессе дорожных испытаний. (номер зарегистрированного программного продукта - свидетельство о государственной регистрации № 2012614442 Модуль анализа экспериментальных данных диагностического комплекса для оценки технического состояния рабочей тормозной системы автомобилей, оборудованных антиблокировочной тормозной системой (Приложение 1)).
6. Провести с помощью зарегистрированного программно-аппаратного комплекса оценку работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, находящихся в эксплуатации.
Объектом исследования является рабочая тормозная система легковых автомобилей.
Предметом исследования является процесс экстренного торможения автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях.
Методы исследования базируются на аналитическом исследовании процесса торможения и проведении дорожных испытаний ТС с использованием выбранных в ходе аналитических исследований датчиков скоростей колеса и автомобиля и применения математической обработки экспериментальных данных на базе программного пакета MATLAB.
Научная новизна работы:
1. Разработана модель деформационного проскальзывания колеса с упругой шиной по твердому дорожному покрытию;
2. Проведено моделирование процесса изменения проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля, оборудованного ABS;
3. Разработана методика оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях.
4. Разработан алгоритм проведения дорожных испытаний.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Протестировано комплекс диагностической аппаратуры для оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS.
2. Разработаную модель деформационного проскальзывания колеса с упругой шиной по твердому дорожному покрытию и моделирование процесса изменения проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля, оборудованного ABS можно использовать в других исследовательских работах.
3. Разработанную методику рекомендуется внедрять в автотранспортные предприятия для проведения испытания АТС.
1 Требование предъявляемые к тормозным системам легковых автомобилей оборудованных ABS
3.1 Принцип работы тормозных систем легковых автомобилей, оборудованных ABS
Тормозная система - это совокупность частей транспортного средства, предназначенных для его торможения при воздействии на орган управления тормозной системой. Антиблокировочная тормозная система - это тормозная система транспортного средства с автоматическим регулированием в процессе торможения, степени проскальзывания колес транспортного средства в направлении их вращения [112].
Большинство легковых автомобили оборудованы системами ABS с гидравлическим тормозным приводом. Причиной использования гидравлического тормозного привода на легковых автомобилях является их простота и быстродействие. Особенностью автомобилей с гидроприводом является то, что эти тормозные системы срабатывают гораздо быстрее, чем пневматические, т.к. жидкость по сравнению с воздухом практически не сжимаемое рабочее тело. Одной из особенностей ABS с гидроприводом является недопустимость их разгерметизации. Это создает ряд трудностей при внешнем контроле работоспособности ABS, потому что практически все легковые автомобили при изготовлении не снабжаются датчиками давления в гидроприводе, т.е. ABS представляют собой черный ящик, сведения о котором можно получить лишь по выходным параметрам. Тем более алгоритмы работы ABS каждой фирмы являются её секретом.
При экстренном торможении автомобиля возможна блокировка одного или нескольких колёс. В этом случае весь запас по сцеплению колеса с дорогой используется в продольном направлении. Заблокированное колесо перестает воспринимать боковые силы, удерживающие автомобиль на заданной траектории, и скользит по дорожному покрытию. Автомобиль теряет управляемость, и малейшее боковое усилие приводит его к заносу.
Антиблокировочная система тормозов (ABS, Antilock Brake System) предназначена предотвратить блокировку колес при торможении и сохранить управляемость автомобиля. Антиблокировочная система повышает эффективность торможения, уменьшает длину тормозного пути на сухом и мокром покрытии, обеспечивает лучшую маневренность на скользкой дороге, управляемость при экстренном торможении. В актив системы можно записать меньший и равномерный износ шин.
Вместе с тем, система ABS не лишена недостатка. На рыхлой поверхности (песок, гравий, снег) применение антиблокировочной системы увеличивает тормозной путь. На таком покрытии наименьший тормозной путь обеспечивается как раз при заблокированных колесах. При этом, перед каждым колесом формируется клин из грунта, который и приводит к сокращению тормозного пути. В современных конструкциях ABS этот недостаток почти устранен - система автоматически определяет характер поверхности и для каждой реализует свой алгоритм торможения.
Антиблокировочная система тормозов выпускается с 1978 года. Ведущим производителем антиблокировочной системы является фирма Bosch. С 2010 года компания производит систему ABS 9 поколения, которую отличает наименьший вес и габаритные размеры. Так, гидравлический блок системы весит всего 1,1 кг. Система ABS устанавливается в штатную тормозную систему автомобиля без изменения ее конструкции.
Наиболее эффективной является антиблокировочная система тормозов с индивидуальным регулированием скольжения колеса, т.н. четырехканальная x0078z система. Индивидуальное регулирование позволяет получить оптимальный тормозной момент на каждом колесе в соответствии с дорожными условиями и, как следствие, минимальный тормозной путь.
Конструкция антиблокировочной системы включает датчики частоты вращения колес, датчик давления в тормозной системе, блок управления и гидравлический блок в качестве исполнительного устройства.
Рисунок 1.1 - Схема антиблокировочной системы тормозов ABS
Датчик скорости устанавливается на каждое колесо. Он фиксирует текущее значение частоты вращения колеса и преобразует его в электрический сигнал.
На основании сигналов датчиков блок управления выявляет ситуацию блокирования колеса. В соответствии с установленным программным обеспечением блок формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства - электромагнитные клапаны и электродвигатель насоса обратной подачи гидравлического блока системы.
Гидравлический блок обединяет впускные и выпускные электромагнитные клапаны, аккумуляторы давления, насос обратной подачи с электродвигателем, демпфирующие камеры. В гидравлическом блоке каждому тормозному цилиндру колеса соответствует один впускной и один выпускной клапаны, которые управляют торможением в пределах своего контура.
Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос обратной подачи подключается, когда емкости аккумуляторов давления недостаточно. Он увеличивает скорость сброса давления. Демпфирующие камеры принимают тормозную жидкость от насоса обратной подачи и гасят ее колебания.
В гидравлическом блоке устанавливается два аккумулятора давления и две демпфирующие камеры по числу контуров гидропривода тормозов. Контрольная лампа на панели приборов сигнализирует о неисправности системы.
Принцип работы антиблокировочной системы тормозов
Работа антиблокировочной системы тормозов носит цикличный характер. Цикл работы системы включает три фазы:
1. удержание давления;
2. сброс давления;
3. увеличение давления.
На основании электрических сигналов, поступающих от датчиков угловой скорости, блок управления ABS сравнивает угловые скорости колёс. При возникновении опасности блокирования одного из колёс, блок управления закрывает соответствующий впускной клапан. Выпускной клапан при этом также закрыт. Происходит удержание давления в контуре тормозного цилиндра колеса. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление в тормозном цилиндре колеса не увеличивается.
При продолжающейся блокировке колеса, блок управления открывает соответствующий выпускной клапан. Впускной клапан при этом остается закрытым. Тормозная жидкость перепускается в аккумулятор давления. Происходит сброс давления в контуре, при этом скорость вращения колеса увеличивается. При недостаточной емкости аккумулятора давления, блок управления ABS подключает к работе насос обратной подачи. Насос обратной подачи перекачивает тормозную жидкость в демпфирующую камеру, уменьшая давление в контуре. Водитель при этом ощущает пульсацию педали тормоза.
Как только угловая скорость колеса превысит определённое значение, блок управления закрывает выпускной клапан и открывает впускной. Происходит увеличение давления в контуре тормозного цилиндра колеса.
Цикл работы антиблокировочной системы тормозов повторяется до завершения торможения или прекращения блокирования. Система ABS не отключается.
1.2 Требование технического регламента предъявляемые к антиблокировочной тормозной системе
Требования к антиблокировочной тормозной системе[112]: должны отсутствовать видимые повреждения, ненадежное крепление, отсоединение элементов ABS, с целью мониторинга рабочего состояния ABS устанавливается сигнальная лампа.
Сигнальная лампа должна:
- находиться в рабочем состоянии;
- быть надежно закреплена;
- быть видима при дневном освещении и в темное время суток с рабочего места водителя;
- иметь соответствующую понятную маркировку в виде надписи или пиктограммы;
- включаться при активации ABS после включения зажигания и отключаться не позже, чем когда скорость транспортного средства достигнет 10 кмч.
Транспортные средства, оборудованные ABS, при торможениях в снаряженном состоянии (с учетом массы водителя) с начальной скоростью не менее 40 кмч должны двигаться в пределах коридора движения прямолинейно, без заноса, а их колеса не должны оставлять следов блокирования колес на дорожном покрытии до момента отключения ABS при достижении скорости движения, соответствующей порогу отключения ABS (не более 15 кмч). Функционирование сигнализаторов ABS должно соответствовать ее исправному состоянию.
Рабочую тормозную систему проверяют по показателям эффективности торможения и устойчивости транспортного средства при торможении. Начальная скорость торможения при проверках в дорожных условиях - 40 кмч. Масса транспортного средства при проверках не должна превышать разрешенной полной массы.
Таблица 1.1
Использование показателей эффективности торможения и устойчивости транспортного средства при торможении при проверках на роликовых стендах [112]
Наименование показателя
Рабочая тормозная система
Без ABS, или с ABS, с порогом отключения выше
скорости стенда
С ABS с порогом отключения ниже скорости стенда
Эффекивность торможения
Устой - чивость транс - портного средства при тормо - жении
Эффек - тивность торможения
Устойчивость транспортного средства при тормо - жении
Удельная тормозная сила
+
-
-
-
Относительная разность тормозных сил колес оси
-
+
-
-
Блокирование колес транспортного средства на роликах или автоматическое отключение стенда вследствие проскальзывания колес по роликам
+
Из написанного выше видно, что оценить техническое состояние автомобиля, оснащенного ABS, можно только в дорожных условиях, поэтому в дальнейшем речь пойдет о дорожных испытаниях.
В дорожных условиях при торможении рабочей тормозной системой с начальной скоростью торможения 40 кмч транспортное средство не должно ни одной своей частью выходить из нормативного коридора движения шириной три метра.
Эффективность тормозной системы АТС легковых автомобилей оценивается или по значению установившегося замедления (не менее 5,2 мс при временисрабатывания системы не более 0,6с), или по тормозному пути (не более 15,8м). При этом усилие на орган управления не должно превышать 490Н.
1.3 Требования, предъявляемые правилами ЕЭК ООН к испытаниям и характеристикам рабочей тормозной системы легковых автомобилей
Эффективность, предписанная для тормозных систем, основывается на длине тормозного пути и среднем значении предельного замедления. Эффективность тормозной системы должна определяться путем измерения тормозного пути с учетом начальной скорости транспортного средства иили путем измерения среднего значения замедления в ходе испытания.
Дорога должна иметь поверхность, обеспечивающую хорошие условия сцепления. Транспортное средство испытывается груженым, причем распределение его массы между осями должно соответствовать распределению, указанному изготовителем. В том случае, когда предусматривается несколько вариантов распределения нагрузки между осями, распределение максимальной массы между осями должно быть таким, чтобы нагрузка на каждую ось была пропорциональна максимально допустимой массе для каждой оси.
Таблица 1.2
Условия проведения испытаний рабочей тормозной системы:
f
6,5 - 50 даН
Испытание типа 0 с отсоединенным двигателем
V
s=
dm=
100 кмч
0,1 v +0,0060 v[2](m)
6,43 мс[2]
Испытание типа 0 с подсоединенным двигателем
v
s=
dm=
80%vmaх160кмч
0,1 v +0,0067 v2(m)
5,76 мс[2]
где: v - предписанная скорость при испытании в кмч;
s - тормозной путь в метрах;
dm - среднее значение предельного замедления в мс[2];
f - усилие, прилагаемое к ножному органу управления, в даН;
Vmax - максимальная скорость транспортного средства в кмч.
1.3.1 Общие предписания
Водитель транспортного средства должен предупреждаться специальным визуальным сигналом о любой неисправности системы электропитания или неправильном срабатывании датчика, которые влияют на функциональные и эксплуатационные характеристики системы, предписанные в настоящем приложении, включая неисправности и сбои в работе системы электропитания, внешней цепи регулятора (регуляторов), самого регулятора (регуляторов) и модулятора (модуляторов). Для этой цели должен использоваться желтый предупреждающий сигнал.
Устройство ручного отключения или изменения режима управления антиблокировочной системы не допускается.
1.3.2 Особые предписания, касающиеся механических транспортных средств
При использовании силы сцепления в антиблокировочной системе учитывается фактическое возрастание тормозного пути по сравнению с его минимальной теоретической величиной. Антиблокировочная система считается удовлетворяющей требованиям, если выполняется условие ε 0,75, где ε -реализуемое сцепление.
Коэффициент реализуемого сцепления ε должен измеряться при начальной скорости 50 кмч на дорожном покрытии, имеющем коэффициент сцепления в пределах от не более 0,3, (при отсутствии такого испытательного покрытия, по усмотрению технических служб, могут использоваться шины с предельным износом и более высокий - до 0,4 - коэффициент сцепления, полученные фактические величины, тип шин и характеристики покрытия регистрируются) до приблизительно 0,8 (сухая дорога).
Для устранения влияния перепадов температур в тормозной системе рекомендуется сначала определять величину коэффициента торможения транспортного средства с включенной антиблокировочной системой ZAL, а затем коэффициент сцепления шин с дорогой к.
Процедура испытания для определения коэффициента сцепления (к) и формулы расчета реализуемой силы сцепления (ε) должны соответствовать процедуре и формулам, содержащимся в приложении ЕЭК ООН 13.
Соблюдение условий ε 0,75 проверяется с использованием транспортного средства как в груженом, так и в порожнем состоянии.
Испытание транспортного средства в груженом состоянии на поверхности с высоким коэффициентом сцепления может не проводиться, если предписанное усилие, прилагаемое к органу управления тормозной системы, не позволяет обеспечить полное срабатывание антиблокировочной системы.
1.3.3 Дополнительные проверки
Дополнительные проверки проводятся при отключенном двигателе груженого и порожнего транспортного средства. Колеса, непосредственно управляемые антиблокировочной системой, не должны блокироваться, когда на дорогах с покрытием, имеющим коэффициент сцепления в пределах от не более 0,3 до приблизительно 0,8, при начальной скорости 40 кмч и при высокой начальной скорости 0,8 Vmax=120 кмч, к педали тормозной системы резко прилагается максимальное усилие.
Если происходит переход оси от поверхности с высоким сцеплением (кн) К поверхности с низким сцеплением (kL) при кн =0,5 и kHkL=2 и если при этом к органу управления прилагается максимальное усилие, то блокировки непосредственно управляемых колес не допускается. Скорость движения и момент приведения в действие тормоза рассчитываются таким образом, чтобы при полностью включенной антиблокировочной системе на поверхности с высоким сцеплением переход от одной поверхности к другой происходил в условиях, определенных в предыдущем абзаце.
Если происходит переход транспортного средства от поверхности с низким сцеплением (kL) к поверхности с высоким сцеплением (кн) при кн0,5 и кнкL=2 и если к органу управления прилагается максимальное усилие, то коэффициент замедления транспортного средства должен увеличиваться до соответствующеговысокого значения в течение разумного периода времени, а транспортное средство не должно отклоняться от своей первоначальной траектории. Скорость движения и момент приведения в действие тормоза рассчитываются таким образом, чтобы при полностью включенной антиблокировочной системе на поверхности с низким сцеплением переход от одной поверхности к другой происходил на скорости около 50 кмч.
В случае транспортных средств, оборудованных антиблокировочными системами категории 1 или 2, когда правое и левое колеса транспортного средства находятся на поверхностях с различным коэффициентом сцепления (кн и kL) при кн=0,5 и кнкL=2, блокировки непосредственно управляемых колес не допускается, когда при скорости 50 кмч к органу управления резко прилагается максимальное усилие. Допускается коррекция движения с помощью рулевого управления при условии, что угол поворота рулевого колеса не превышает 120° в течение первых 2 секунд и не превышает 240° в целом. Кроме того, в начале этих испытаний продольное среднее сечение транспортного средства должно проходить через границу между поверхностями с высоким и низким сцеплением, а в ходе испытания ни одна (наружная) часть шин не должна пересекать эту границу.
Однако при проведении испытаний, описанных выше, допускается кратковременная блокировка колес. Кроме того, блокировка колес допускается в том случае, если скорость транспортного средства ниже 15 кмч аналогичным образом, допускается блокировка косвенно управляемых колес при любой скорости, но устойчивость и управляемость транспортного средства при этом не должны нарушаться и транспортное средство не должно откланяться от прямолинейного движения более чем на 15° либо выходить за рамки полосы движения шириной 3,5 м.
1.4 Литературный обзор и состояние изучаемой проблемы
В ряде институтов ведется научная работа по повышению активной безопасности транспортных средств в эксплуатации. Далее представлены работы непосредственно направленные на повышение активной безопасности автомобилей в процессе торможения.
В Волгоградскиом государственном техническом университете основополагающей является докторская диссертация А.А. Ревина, в которой рассмотрены вопросы повышения эффективности, устойчивости и управляемости при торможении автотранспортных средств [89]. Под руководством А.А. Ревина выполнена работа В.В. Котова Разработка диагностических признаков пневматической тормозной системы автомобиля с ABS [49]. В работе приводятся данные применительно к пневматическим тормозным системам, обладающим целым рядом специфических характеристик. Легковые автомобили оснащаются гидравлическими тормозными системами, поэтому научные результаты работы В.В. Котова могут иметь лишь косвенное отношение к исследуемой теме.
Наиболее содержательной и обоснованной является докторская диссертация Д.А. Соцкова [100]. В ней на основе всесторонних экспериментов и глубокого теоретического описания процессов решается задача совершенствования существующих тормозных систем, оборудованных ABS, и создания новых. Тем самым прорабатывается проблема повышения активной безопасности АТС при торможении.
Математические модели, разработанные Соцковым Д.А, учитывают: упругие свойства шины, возникновение в них автоколебаний, инерционные свойства шины и системы клапанов, потери давления в них, гистерезис материала шины и т.д. Докторская диссертация Соцкова Д.А. охватывает вопросы проектирования, основанные на теоретическом моделировании и экспериментальных исследованиях, тормозных систем всех категорий транспортных средств. Широта постановки исследований не ограничивается специальностью Эксплуатация автомобильного транспорта. Предлагаемая работа продолжает направление Д.А.Соцкова только в рамках специальности Эксплуатация автомобильного транспорта.
В Иркутском государственном техническом университете под руководством А.И. Федотова разработовались стенды для диагностирования тормозной системы автомобилей с ABS. В 2009 году в ИрГТУ подготовлена кандидатская диссертация Е.М. Портягина Метод контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS при их диагностировании на роликовых стендах [119,82].
Однако на данный момент существует целый ряд неразрешенных проблем, которые не позволяют стендовым методам найти применение на практике: отсутствие нормативной базы непосредственно ориентированной на стендовое диагностирование ABS, сложность имитации в стендовых условиях множества факторов, оказывающих существенное влияние на результаты испытаний и трудности реализации метода (наличие определенного помещения, дороговизна стенда, сроки и трудоемкость монтажа стенда). Поэтому, на данный момент, стенды для диагностирования ABS целесообразно использовать при исследовании тормозных систем в научных целях и на заводах изготовителях ТС.
В книге Л.В. Гуревича и Р.А. Меломуда [32], рассматриваются модели торможения жесткого и эластичного колеса. Рассмотрение производится в геометрическом пространстве с точки зрения кинетики процесса. Под действием внешних воздействий автомобильное колесо, за счет эластичности шины и упругости сжатого воздуха, деформируется. Возникает прогиб шины, т.е. смещение центра колеса, измеренное по нор мамконтрольной поверхности. При этом длина окружности- шины уменьшается, и деформированное колесо начинает вращаться быстрее, чем жесткое колесо. Реальное эластичное колесо рассматривается как набор концентрических колец, из которых внешнее касается дороги, а внутреннее - жесткого диска. Поскольку связь между кольцами упругая, их взаимные смещения достигают максимума в центре пятна контакта.
В труде А.К. Фрумкина [124] описаны и исследованы первые серийные антиблокировочные тормозные системы. Представлены требования к первым серийным ABS, алгоритмы и принципы их функционирования, конструкции и виды датчиков ABS, схемы первых антиблокировочных тормозных систем и др.
На первом месте среди различных алгоритмов функционирования ABS у А.К. Фрумкина стоит алгоритм, в котором в качестве критерия выдачи управляющего сигнала используется заданная величина проскальзывания. Основной трудностью в реализации данного алгоритма является замер текущей линейной скорости автомобиля. Линейная скорость автомобиля может быть замерена лишь косвенным путем, например, по линейному замедлению автомобиля. Линейное замедление может замеряться специальным прибором - деселерометром, при помощи которого возможна непрерывная регистрация этого параметра. Зная скорость автомобиля в начале торможения и текущее значение величины замедления, можно, интегрируя эту величину и вычитая её из величины начальной скорости, получить значение линейной скорости в каждый момент времени. Операция интегрирования и вычитания производиться в блоке управления. Туда же поступает информация об угловой скорости колеса, и там же проводиться сравнение линейной скорости автомобиля со скоростью тормозящего колеса. А при достижении определенной величины проскальзывания подается соответствующая команда исполнительному механизму (модулятору давления).
Работа А.К. Фрумкина актуальна, поскольку большинство современных ABS работают именно по этому алгоритму.
Широко описаны способы использования бортовых датчиков угловой скорости колес для диагностирования антиблокировочной системы.
Однако данный способ требует параллельного подключения к колесным датчикам диагностирующей аппаратуры, что может негативно повлиять на работу электронного блока управления ABS, также это требует внедрения в антиблокирочную систему, поэтому данный способ только условно можно считать диагностическим.
Еще одним недостатком данного способа является то, что при диагностировании системы с использованием элементов системы, предварительно необходимо убедиться в исправности этих элементов, иначе можно получить неадекватные результаты.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что данный способ скорее применим к диагностированию колесных датчиков (рис 1.8), чем к диагностированию ABS.
1.5 Выводы по главе 1
1. В ходе исследования причин ДТП установлен рост числа из них (до 15%), возникающих вследствие технических неисправностей и отказов систем автомобиля, влияющие на безопасность дорожного движения. Своевременный вывод из эксплуатации АТС с техническими неисправностями систем, влияющих на их активную безопасность, уменьшает риск возникновения ДТП.
2. Анализ конструкций тормозных систем показал, что практически все автомобили оснащены гидравлическими тормозными системами с ABS. Причиной использования гидравлических тормозных систем является их простота и быстродействие.
3. Существует проблема оценки работоспособности тормозной системы, оснащенной ABS, поскольку отсутствуют методика объективного определения нормативных диагностических параметров.
4. В связи с большой сложностью диагностирования, гидравлические ABS контролируются лишь при сертификации, а контроль ABS в условиях эксплуатации, как правило, не проводится, хотя нормативные документы требуют контролировать целый ряд параметров тормозных систем, оборудованных ABS.
5. На данный момент невозможно произвести объективную внешнюю оценку работоспособности ABS, без проведения дорожных испытаний.
6. Разработка методики оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, отвечающим требованиям нормативных документов, является проблемой сегодняшнего дня.
2 Теоритическое исследование и математическое моделирование процесса торможения легкового автомобиля, оборудованного ABS
2.1 Автоколебания и вынужденные колебания в процессе торможения автомобиля
При движении автомобиля могут возникать как поперечные, так и продольные автоколебания колеса, зависящие от упругости шины. Автоколебания возникают при постоянном источнике энергии, например автоколебания, возникающие в системе колодка-барабан при торможении автомобиля. Это высокочастотные колебания, которые, как правило, сопровождаются свистом тормозов. Существенным является то, что автоколебания могут возникать и в системах, работа которых при нормальных условиях происходит без автоколебаний. Так в передней подвеске автомобиля могут возникать поперечные автоколебания - шимми [59]. Шимми возникает у автомобиля на высоких скоростях при износе передней подвески или низком давлении воздуха в шинах. У грузовых автомобилей повышенной проходимости, имеющих систему управления давлением в шинах, для повышения внедорожных свойств, снижают давление в них.
Однако, при выезде на дорогу с твердым покрытием следует немедленно поднять давление до нормативного, так как в противном случае, при появлении шимми, автомобиль теряет устойчивость и управляемость. Автоколебания, описанные выше, являются вредными и их стараются конструктивно устранить.
Автоколебания являются незатухающими колебаниями в нелинейной динамической системе, амплитуда и частота которых в течение длительного промежутка времени могут оставаться постоянными, не зависят в широких пределах от начальных условий и определяются свойствами самой системы. Термин автоколебания был введен А.А. Андроновым [1,2].
Во всякой автоколебательной системе существует источник энергии, за счет которого поддерживаются автоколебания. Чтобы колебания были незатухающими, поступающая в систему энергия должна компенсировать потери энергии в самой системе.
При превышении поступления энергии над потерями за период, амплитуда колебаний возрастает, а при очень малых амплитудах возникает явление самовозбуждения колебаний. При равенстве интенсивностей поступающей энергии и энергии потерь, колебания становятся стационарными.
В автоколебательных системах можно выделить три основных элемента:
1. колебательную систему;
2. источник энергии;
3. устройство, регулирующее поступление энергии в систему.
Автоколебание незатухающие колебания, которые могут существовать в колебательной системе в отсутствие переменного внешнего воздействия, причем амплитуда и период колебаний определяются свойствами самой системы. Этим автоколебания отличаются от вынужденных колебаний, амплитуда и период которых определяются характером внешнего воздействия.
Автоколебания возникают в конечной фазе экстренного торможения автомобиля с работоспособной ABS, либо в течение всего торможения, в случае, если она неработоспособна. В режиме автоколебаний материала шины, колесо устойчиво только в моменты, когда происходит растяжение материала, в остальное время колесо не устойчиво. Поэтому, для минимизации движения в режиме автоколебаний была разработана антиблокировочная тормозная система. ABS позволяет сохранять устойчивость и управляемость колеса в основной фазе торможения, а материал шины работает в режиме вынужденных колебаний.
При автоколебаниях: колебательной системой является материал шины, источником энергии - кинетическая энергия автомобиля, а регулирующим воздействием -- усилие на органе управления тормозной системой.
Вынужденные колебания - это колебания, возникающие в колебательной системе под действием переменной внешней силы.
Вынужденные колебания возникают при внешней периодической силе, которая всегда направлена в сторону движения. Их диффренциальное уравнение:
x + 2 βx + ω02x = f0 cosωt (2.1)
где х-отклонение от положения равновесия, β - коэффициент затухания; ω0-собственная частота колебательной системы; ω - частота вынуждающей силы; f0-начальное значение вынуждающей силы; t - время.
В режиме вынужденных колебаний остаются неизменными колебательная система и источник энергии, а устройством, регулирующим поступление энергии в систему, является антиблокировочная тормозная система. Причем, если частота колебательной системы выше частоты работы ABS, тогда достижение максимальной устойчивости и управляемости невозможно.
Частота колебательной системы изменяется в зависимости от скорости транспортного средства и дорожных условий (асфальтобетонное покрытие, сырой асфальт, снег, лед и др.), поэтому в процессе торможения частота работы ABS тоже должна меняться. В этом выражается адаптивность работы антиблокировочной тормозной системы к изменению скорости АТС и дорожных условий.
Автоколебания возникают под действием постоянной силы, также направленной в сторону движения. Однако в этом случае частота колебаний зависит от свойств самой системы. Их дифференциальное уравнение имеет вид:
x + 2hx + k2х = Fsignx (2.2)
где h, F ,к - постоянные коэффициенты;
к - постоянный коэффициент, величина которого определяется свойствами линейных элементов системы (т.е. параметрами, не зависящими от ее состояния);
Fsignx - нелинейная функция, вид которой определяется свойствами нелинейных элементов системы.
Обычно при значениях амплитуды колебаний, меньших стационарной, поступление энергии в систему превышает потери в ней, вследствие чего амплитуда колебаний возрастает и достигает стационарного значения.
Если система обладает малой добротностью, т.е. имеет ярко выраженный гистерезис, то для поддержания автоколебаний в такой системе, за период должна поступать достаточная энергия, по сравнению с энергией системы. Если за период рассеивается вся накопленная в системе энергия, то такие колебания сильно отличаются по форме от синусоидальных, т.е. система становится апериодической, а колебания называются релаксационными [59]. В разных областях шины образуются как гармонические, так и релаксационные колебания резины.
Отмеченное важное обстоятельство - возможность установления баланса энергии только при определенных значениях амплитуды автоколебаний -обусловлено наличием в системе так называемого нелинейного элемента, свойства которого зависят от состояния системы. Эти, свойства нелинейного элемента приводят к тому, что потери в системе и энергия, поступающая из источника, по-разному зависят от амплитуды колебаний и оказываются равными только при определенных значениях амплитуды, в простейшем случае - при одном определенном её значении. Нелинейным элементом в нашем случае является шина.
2.2 Релаксация и явление гистерезиса в процессе торможения автомобиля
Процесс возвращения к состоянию равновесия макроскопической системы, выведенной из этого состояния, называется релаксацией [123].
Релаксация - необратимый процесс и поэтому, в силу второго закона термодинамики, обязательно сопровождается переходом части энергии системы в тепло, т.е. диссипацией энергии. Установление равновесия обычно происходит в два этапа. На первом этапе равновесие устанавливается лишь в малых частях системы и определяется молекулярными процессами. На втором этапе релаксация определяется макроскопическими характеристиками.
В любом случае, процесс релаксации происходит по закону:
y= y0exp(-tτ) (2.3)
где уо- начальное значение параметра у.
В нашем случае, происходит релаксация материала шины, выходящего из пятна контакта. Таким образом, релаксация в нашем случае описывается затухающими механическими колебаниями. Уравнение затухающих колебаний имеет вид [94]:
x + 2βx + ω02= 0; 2β = rm; ω02=km (2.4)
где: x- замедление материала шины; β- затухание; x- скорость ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Восточно-Казахстанский государственный технический университет имени Д.Серикбаева
Школа инженерии
БОЛАТБЕКОВ ЕРАСЫЛ МҰХТАРҰЛЫ
Исследование работоспособности тормозных механизмов легковых автомобилей
6M071300 - Транспорт, транспортная техника и технологии
магистерская диссертация на соискание степени магистра
Научный руководитель:
Доцент ВАК, к.т.н, профессор Муздыбаев М.С.
___ ___________ 2020 г.
Руководитель ОП:
к.т.н. доцент Мұздыбаева А.С.
___ ___________ 2018 г.
г. Усть-Каменогорск, 2020
Содержание
Введение 5
1 Требование предъявляемые к тормозным системам легковых автомобилей оборудованных ABS 8
1.1 Принцип работы тормозных систем легковых автомобилей, оборудованных ABS 8
1.2 Требование технического регламента предъявляемые к антиблокировочной тормозной системе 11
1.3 Требования, предъявляемые правилами ЕЭК ООН к испытаниям и характеристикам рабочей тормозной системы легковых автомобилей 13
1.3.1. Общие предписания 14
1.3.2. Особые предписания, касающиеся механических транспортных средств 15
1.3.3. Дополнительные проверки 15
1.4. Литературный обзор и состояние изучаемой проблемы 17
1.5. Выводы по главе 1 19
Глава 2. Теоритическое исследование и математическое моделирование процесса торможения легкового автомобиля, оборудованного ABS 21
2.1. Автоколебания и вынужденные колебания в процессе торможения автомобиля 21
2.2. Релаксация и явление гистерезиса в процессе торможения автомобиля 23
2.3. Основы математического моделирования движения колеса по дорожному покрытию 25
2.4. Кинематическая модель вращения колеса с жесткой шиной 27
2.5. Модель деформационного проскальзывания колеса с упругой шиной пот вердому дорожному покрытию 29
2.6. Процесс изменения проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля, оборудованного ABS 31
2.7. Выводы по главе 2 36
Глава 3. Разработка методики оценки работоспособности тормозной системы, оборудованных АБС и аналитическое исследование измерительных средств 38
3.1 Методика оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях 38
3.1.1. Определение геометрических размеров испытательной площадки 43
3.1.2. Определение погрешности средств измерений 44
3.2 Аналитическое исследование датчика для измерения скорости автомобиля 46
3.2 Аналитическое исследование устройство для измерения угловой скорости колес автомобиля 49
3.4 Аналитическое исследование датчика для измерения давления приводе тормозов без разгерметизации 53
3.5. Выводы по главе 3 55
Глава 4. Экспериментальные исследования 57
4.1. Выработка критериев оценки эффективности торможения и устойчивости ТС при дорожных испытаниях 57
4.2. Программно-аппаратный комплекс для оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных АБС 58
4.2.1 Программа обработки экспериментальных данных 61
4.3 Результаты обработки экспериментальных данных, полученных при испытаниях автомобиля Great Wall СС646КМ25 63
4.5. Выводы по главе 4 68
Список использованных источников 69
Обозначение и сокращение
ДТП - дорожно-транспортное происшествие;
ABS -- антиблокировочная тормозная система;
АТС -- автотранспортное средство;
ПР - пластинчатый растр;
ПК - персональный компьютер;
СТО - станция технического обслуживания;
ТО - техническое обслуживания.
Введение
Актуальность исследования.
Порядка 15% ДТП в Казахстане происходит из-за эксплуатации технически неисправных транспортных средств, из которых около 40% составляют автомобили с неисправной тормозной системой. Причем аварии по причине отказа тормозной системы имеют наиболее тяжелые последствия. Обеспечение безопасности дорожного движения является одной из важнейших проблем эксплуатации автомобильного транспорта. Каждый год на дорогах Казахстана погибают более тысяч человек, сотни тысяч получают повреждения и увечья, страна несет многомиллиардные экономические потери.
По данным Комитета по правовой статистике и специальным учетам, количество зарегистрированных ДТП в 2018 году - 11 106, в 2019 - 11 484 (рост на 3,4%), количество раненых в 2018 году - 14 416, в 2019 - 15 324 (рост на 6,3%), количество погибших в 2018 году - 1 463, в 2019 - 1552 (рост на 6,1%).
Только в 2019 году за январь - август 2019 года было зарегистрировано 10,1 тыс. дорожно-транспортных происшествий. В сравнении с соответствующим периодом 2018 года аварийность увеличилась на 4,6%. За восемь месяцев текущего года в ДТП пострадало 14,9 тыс. человек. Из них 13,4 тыс. раненых, среди которых 2,6 тыс. -- несовершеннолетние. Погибло в результате ДТП 1,3 тыс. человек: 959 мужчин и 377 женщин. Общее число погибших несовершеннолетних составило 146 человек.
Больше всего дорожно-транспортных происшествий наблюдается в Алматы (3,1 тысячи), Алматинской (1,5 тысячи) и Жамбылской (794) области.
Одним из путей решения задачи по снижению аварийности дорожного движения является повышение активной безопасности транспортных средств в эксплуатации. Активная безопасность современного колесного транспортного средства в период торможения достигается с помощью автоматизированных систем управления параметрами его движения. Оснащение автомобилей антиблокировочной тормозной системой позволяет улучшить показатели торможения при движении автомобиля.
Антиблокировочная система (ABS) -- система, предотвращающая блокировку колёс транспортного средства при торможении. Основное предназначение системы - сохранение устойчивости и управляемости автомобиля.
ABS не должна допускать блокирования колес в процессе торможения, сохраняя при этом нормированную техническим регламентом эффективность торможения.
Если по какой-либо причине ABS теряет работоспособность, а это не редкость ввиду сложности системы и условий эксплуатации, в экстренной ситуации транспортное средство теряет устойчивость, тем самым усугубляя тяжесть последствий. Поэтому необходимо систематически контролировать техническое состояние тормозной системы, оборудованной ABS, с использованием современных средств диагностики и при обнаружении каких-либо неисправностей проводить соответствующие технические воздействия.
Периодическое диагностирование транспортных средств, оборудованных ABS, требует проведения испытаний ТС [112]. В техническом регламенте о безопасности колесных транспортных средств приведены только некоторые условия проведения испытаний и нормативные параметры рабочей тормозной системы. Методика и средства, при помощи которых можно оценить работоспособность транспортного средства при проведении дорожных испытаний, не регламентированы. На автотранспортных предприятиях испытания АТС не всегда проводятся, ввиду отсутствия методики и алгоритма дорожных испытаний. Решение этих вопросов является проблемой сегодняшнего дня.
Целью диссертационной работы является разработка методики оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS и алгоритма проведения дорожных испытаний, для повышения их активной безопасности в эксплуатации.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе следует решить ряд следующих задач:
1. Разработать модель процесса торможения колеса автомобиля, оборудованного ABS.
2. Исследовать процесс проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля.
3. Создать методику оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях.
4. Сделать аналитические исследования технических средств для измерения скорости автомобиля и угловых скоростей его колес с заданной точностью.
5. Протестировать зарегистрированый программный продукт, позволяющий определять значения скорости колес, скорости автомобиля и усилия на органе управления рабочей тормозной системой в процессе дорожных испытаний. (номер зарегистрированного программного продукта - свидетельство о государственной регистрации № 2012614442 Модуль анализа экспериментальных данных диагностического комплекса для оценки технического состояния рабочей тормозной системы автомобилей, оборудованных антиблокировочной тормозной системой (Приложение 1)).
6. Провести с помощью зарегистрированного программно-аппаратного комплекса оценку работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, находящихся в эксплуатации.
Объектом исследования является рабочая тормозная система легковых автомобилей.
Предметом исследования является процесс экстренного торможения автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях.
Методы исследования базируются на аналитическом исследовании процесса торможения и проведении дорожных испытаний ТС с использованием выбранных в ходе аналитических исследований датчиков скоростей колеса и автомобиля и применения математической обработки экспериментальных данных на базе программного пакета MATLAB.
Научная новизна работы:
1. Разработана модель деформационного проскальзывания колеса с упругой шиной по твердому дорожному покрытию;
2. Проведено моделирование процесса изменения проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля, оборудованного ABS;
3. Разработана методика оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, в дорожных условиях.
4. Разработан алгоритм проведения дорожных испытаний.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Протестировано комплекс диагностической аппаратуры для оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS.
2. Разработаную модель деформационного проскальзывания колеса с упругой шиной по твердому дорожному покрытию и моделирование процесса изменения проскальзывания колеса при экстренном торможении автомобиля, оборудованного ABS можно использовать в других исследовательских работах.
3. Разработанную методику рекомендуется внедрять в автотранспортные предприятия для проведения испытания АТС.
1 Требование предъявляемые к тормозным системам легковых автомобилей оборудованных ABS
3.1 Принцип работы тормозных систем легковых автомобилей, оборудованных ABS
Тормозная система - это совокупность частей транспортного средства, предназначенных для его торможения при воздействии на орган управления тормозной системой. Антиблокировочная тормозная система - это тормозная система транспортного средства с автоматическим регулированием в процессе торможения, степени проскальзывания колес транспортного средства в направлении их вращения [112].
Большинство легковых автомобили оборудованы системами ABS с гидравлическим тормозным приводом. Причиной использования гидравлического тормозного привода на легковых автомобилях является их простота и быстродействие. Особенностью автомобилей с гидроприводом является то, что эти тормозные системы срабатывают гораздо быстрее, чем пневматические, т.к. жидкость по сравнению с воздухом практически не сжимаемое рабочее тело. Одной из особенностей ABS с гидроприводом является недопустимость их разгерметизации. Это создает ряд трудностей при внешнем контроле работоспособности ABS, потому что практически все легковые автомобили при изготовлении не снабжаются датчиками давления в гидроприводе, т.е. ABS представляют собой черный ящик, сведения о котором можно получить лишь по выходным параметрам. Тем более алгоритмы работы ABS каждой фирмы являются её секретом.
При экстренном торможении автомобиля возможна блокировка одного или нескольких колёс. В этом случае весь запас по сцеплению колеса с дорогой используется в продольном направлении. Заблокированное колесо перестает воспринимать боковые силы, удерживающие автомобиль на заданной траектории, и скользит по дорожному покрытию. Автомобиль теряет управляемость, и малейшее боковое усилие приводит его к заносу.
Антиблокировочная система тормозов (ABS, Antilock Brake System) предназначена предотвратить блокировку колес при торможении и сохранить управляемость автомобиля. Антиблокировочная система повышает эффективность торможения, уменьшает длину тормозного пути на сухом и мокром покрытии, обеспечивает лучшую маневренность на скользкой дороге, управляемость при экстренном торможении. В актив системы можно записать меньший и равномерный износ шин.
Вместе с тем, система ABS не лишена недостатка. На рыхлой поверхности (песок, гравий, снег) применение антиблокировочной системы увеличивает тормозной путь. На таком покрытии наименьший тормозной путь обеспечивается как раз при заблокированных колесах. При этом, перед каждым колесом формируется клин из грунта, который и приводит к сокращению тормозного пути. В современных конструкциях ABS этот недостаток почти устранен - система автоматически определяет характер поверхности и для каждой реализует свой алгоритм торможения.
Антиблокировочная система тормозов выпускается с 1978 года. Ведущим производителем антиблокировочной системы является фирма Bosch. С 2010 года компания производит систему ABS 9 поколения, которую отличает наименьший вес и габаритные размеры. Так, гидравлический блок системы весит всего 1,1 кг. Система ABS устанавливается в штатную тормозную систему автомобиля без изменения ее конструкции.
Наиболее эффективной является антиблокировочная система тормозов с индивидуальным регулированием скольжения колеса, т.н. четырехканальная x0078z система. Индивидуальное регулирование позволяет получить оптимальный тормозной момент на каждом колесе в соответствии с дорожными условиями и, как следствие, минимальный тормозной путь.
Конструкция антиблокировочной системы включает датчики частоты вращения колес, датчик давления в тормозной системе, блок управления и гидравлический блок в качестве исполнительного устройства.
Рисунок 1.1 - Схема антиблокировочной системы тормозов ABS
Датчик скорости устанавливается на каждое колесо. Он фиксирует текущее значение частоты вращения колеса и преобразует его в электрический сигнал.
На основании сигналов датчиков блок управления выявляет ситуацию блокирования колеса. В соответствии с установленным программным обеспечением блок формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства - электромагнитные клапаны и электродвигатель насоса обратной подачи гидравлического блока системы.
Гидравлический блок обединяет впускные и выпускные электромагнитные клапаны, аккумуляторы давления, насос обратной подачи с электродвигателем, демпфирующие камеры. В гидравлическом блоке каждому тормозному цилиндру колеса соответствует один впускной и один выпускной клапаны, которые управляют торможением в пределах своего контура.
Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос обратной подачи подключается, когда емкости аккумуляторов давления недостаточно. Он увеличивает скорость сброса давления. Демпфирующие камеры принимают тормозную жидкость от насоса обратной подачи и гасят ее колебания.
В гидравлическом блоке устанавливается два аккумулятора давления и две демпфирующие камеры по числу контуров гидропривода тормозов. Контрольная лампа на панели приборов сигнализирует о неисправности системы.
Принцип работы антиблокировочной системы тормозов
Работа антиблокировочной системы тормозов носит цикличный характер. Цикл работы системы включает три фазы:
1. удержание давления;
2. сброс давления;
3. увеличение давления.
На основании электрических сигналов, поступающих от датчиков угловой скорости, блок управления ABS сравнивает угловые скорости колёс. При возникновении опасности блокирования одного из колёс, блок управления закрывает соответствующий впускной клапан. Выпускной клапан при этом также закрыт. Происходит удержание давления в контуре тормозного цилиндра колеса. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление в тормозном цилиндре колеса не увеличивается.
При продолжающейся блокировке колеса, блок управления открывает соответствующий выпускной клапан. Впускной клапан при этом остается закрытым. Тормозная жидкость перепускается в аккумулятор давления. Происходит сброс давления в контуре, при этом скорость вращения колеса увеличивается. При недостаточной емкости аккумулятора давления, блок управления ABS подключает к работе насос обратной подачи. Насос обратной подачи перекачивает тормозную жидкость в демпфирующую камеру, уменьшая давление в контуре. Водитель при этом ощущает пульсацию педали тормоза.
Как только угловая скорость колеса превысит определённое значение, блок управления закрывает выпускной клапан и открывает впускной. Происходит увеличение давления в контуре тормозного цилиндра колеса.
Цикл работы антиблокировочной системы тормозов повторяется до завершения торможения или прекращения блокирования. Система ABS не отключается.
1.2 Требование технического регламента предъявляемые к антиблокировочной тормозной системе
Требования к антиблокировочной тормозной системе[112]: должны отсутствовать видимые повреждения, ненадежное крепление, отсоединение элементов ABS, с целью мониторинга рабочего состояния ABS устанавливается сигнальная лампа.
Сигнальная лампа должна:
- находиться в рабочем состоянии;
- быть надежно закреплена;
- быть видима при дневном освещении и в темное время суток с рабочего места водителя;
- иметь соответствующую понятную маркировку в виде надписи или пиктограммы;
- включаться при активации ABS после включения зажигания и отключаться не позже, чем когда скорость транспортного средства достигнет 10 кмч.
Транспортные средства, оборудованные ABS, при торможениях в снаряженном состоянии (с учетом массы водителя) с начальной скоростью не менее 40 кмч должны двигаться в пределах коридора движения прямолинейно, без заноса, а их колеса не должны оставлять следов блокирования колес на дорожном покрытии до момента отключения ABS при достижении скорости движения, соответствующей порогу отключения ABS (не более 15 кмч). Функционирование сигнализаторов ABS должно соответствовать ее исправному состоянию.
Рабочую тормозную систему проверяют по показателям эффективности торможения и устойчивости транспортного средства при торможении. Начальная скорость торможения при проверках в дорожных условиях - 40 кмч. Масса транспортного средства при проверках не должна превышать разрешенной полной массы.
Таблица 1.1
Использование показателей эффективности торможения и устойчивости транспортного средства при торможении при проверках на роликовых стендах [112]
Наименование показателя
Рабочая тормозная система
Без ABS, или с ABS, с порогом отключения выше
скорости стенда
С ABS с порогом отключения ниже скорости стенда
Эффекивность торможения
Устой - чивость транс - портного средства при тормо - жении
Эффек - тивность торможения
Устойчивость транспортного средства при тормо - жении
Удельная тормозная сила
+
-
-
-
Относительная разность тормозных сил колес оси
-
+
-
-
Блокирование колес транспортного средства на роликах или автоматическое отключение стенда вследствие проскальзывания колес по роликам
+
Из написанного выше видно, что оценить техническое состояние автомобиля, оснащенного ABS, можно только в дорожных условиях, поэтому в дальнейшем речь пойдет о дорожных испытаниях.
В дорожных условиях при торможении рабочей тормозной системой с начальной скоростью торможения 40 кмч транспортное средство не должно ни одной своей частью выходить из нормативного коридора движения шириной три метра.
Эффективность тормозной системы АТС легковых автомобилей оценивается или по значению установившегося замедления (не менее 5,2 мс при временисрабатывания системы не более 0,6с), или по тормозному пути (не более 15,8м). При этом усилие на орган управления не должно превышать 490Н.
1.3 Требования, предъявляемые правилами ЕЭК ООН к испытаниям и характеристикам рабочей тормозной системы легковых автомобилей
Эффективность, предписанная для тормозных систем, основывается на длине тормозного пути и среднем значении предельного замедления. Эффективность тормозной системы должна определяться путем измерения тормозного пути с учетом начальной скорости транспортного средства иили путем измерения среднего значения замедления в ходе испытания.
Дорога должна иметь поверхность, обеспечивающую хорошие условия сцепления. Транспортное средство испытывается груженым, причем распределение его массы между осями должно соответствовать распределению, указанному изготовителем. В том случае, когда предусматривается несколько вариантов распределения нагрузки между осями, распределение максимальной массы между осями должно быть таким, чтобы нагрузка на каждую ось была пропорциональна максимально допустимой массе для каждой оси.
Таблица 1.2
Условия проведения испытаний рабочей тормозной системы:
f
6,5 - 50 даН
Испытание типа 0 с отсоединенным двигателем
V
s=
dm=
100 кмч
0,1 v +0,0060 v[2](m)
6,43 мс[2]
Испытание типа 0 с подсоединенным двигателем
v
s=
dm=
80%vmaх160кмч
0,1 v +0,0067 v2(m)
5,76 мс[2]
где: v - предписанная скорость при испытании в кмч;
s - тормозной путь в метрах;
dm - среднее значение предельного замедления в мс[2];
f - усилие, прилагаемое к ножному органу управления, в даН;
Vmax - максимальная скорость транспортного средства в кмч.
1.3.1 Общие предписания
Водитель транспортного средства должен предупреждаться специальным визуальным сигналом о любой неисправности системы электропитания или неправильном срабатывании датчика, которые влияют на функциональные и эксплуатационные характеристики системы, предписанные в настоящем приложении, включая неисправности и сбои в работе системы электропитания, внешней цепи регулятора (регуляторов), самого регулятора (регуляторов) и модулятора (модуляторов). Для этой цели должен использоваться желтый предупреждающий сигнал.
Устройство ручного отключения или изменения режима управления антиблокировочной системы не допускается.
1.3.2 Особые предписания, касающиеся механических транспортных средств
При использовании силы сцепления в антиблокировочной системе учитывается фактическое возрастание тормозного пути по сравнению с его минимальной теоретической величиной. Антиблокировочная система считается удовлетворяющей требованиям, если выполняется условие ε 0,75, где ε -реализуемое сцепление.
Коэффициент реализуемого сцепления ε должен измеряться при начальной скорости 50 кмч на дорожном покрытии, имеющем коэффициент сцепления в пределах от не более 0,3, (при отсутствии такого испытательного покрытия, по усмотрению технических служб, могут использоваться шины с предельным износом и более высокий - до 0,4 - коэффициент сцепления, полученные фактические величины, тип шин и характеристики покрытия регистрируются) до приблизительно 0,8 (сухая дорога).
Для устранения влияния перепадов температур в тормозной системе рекомендуется сначала определять величину коэффициента торможения транспортного средства с включенной антиблокировочной системой ZAL, а затем коэффициент сцепления шин с дорогой к.
Процедура испытания для определения коэффициента сцепления (к) и формулы расчета реализуемой силы сцепления (ε) должны соответствовать процедуре и формулам, содержащимся в приложении ЕЭК ООН 13.
Соблюдение условий ε 0,75 проверяется с использованием транспортного средства как в груженом, так и в порожнем состоянии.
Испытание транспортного средства в груженом состоянии на поверхности с высоким коэффициентом сцепления может не проводиться, если предписанное усилие, прилагаемое к органу управления тормозной системы, не позволяет обеспечить полное срабатывание антиблокировочной системы.
1.3.3 Дополнительные проверки
Дополнительные проверки проводятся при отключенном двигателе груженого и порожнего транспортного средства. Колеса, непосредственно управляемые антиблокировочной системой, не должны блокироваться, когда на дорогах с покрытием, имеющим коэффициент сцепления в пределах от не более 0,3 до приблизительно 0,8, при начальной скорости 40 кмч и при высокой начальной скорости 0,8 Vmax=120 кмч, к педали тормозной системы резко прилагается максимальное усилие.
Если происходит переход оси от поверхности с высоким сцеплением (кн) К поверхности с низким сцеплением (kL) при кн =0,5 и kHkL=2 и если при этом к органу управления прилагается максимальное усилие, то блокировки непосредственно управляемых колес не допускается. Скорость движения и момент приведения в действие тормоза рассчитываются таким образом, чтобы при полностью включенной антиблокировочной системе на поверхности с высоким сцеплением переход от одной поверхности к другой происходил в условиях, определенных в предыдущем абзаце.
Если происходит переход транспортного средства от поверхности с низким сцеплением (kL) к поверхности с высоким сцеплением (кн) при кн0,5 и кнкL=2 и если к органу управления прилагается максимальное усилие, то коэффициент замедления транспортного средства должен увеличиваться до соответствующеговысокого значения в течение разумного периода времени, а транспортное средство не должно отклоняться от своей первоначальной траектории. Скорость движения и момент приведения в действие тормоза рассчитываются таким образом, чтобы при полностью включенной антиблокировочной системе на поверхности с низким сцеплением переход от одной поверхности к другой происходил на скорости около 50 кмч.
В случае транспортных средств, оборудованных антиблокировочными системами категории 1 или 2, когда правое и левое колеса транспортного средства находятся на поверхностях с различным коэффициентом сцепления (кн и kL) при кн=0,5 и кнкL=2, блокировки непосредственно управляемых колес не допускается, когда при скорости 50 кмч к органу управления резко прилагается максимальное усилие. Допускается коррекция движения с помощью рулевого управления при условии, что угол поворота рулевого колеса не превышает 120° в течение первых 2 секунд и не превышает 240° в целом. Кроме того, в начале этих испытаний продольное среднее сечение транспортного средства должно проходить через границу между поверхностями с высоким и низким сцеплением, а в ходе испытания ни одна (наружная) часть шин не должна пересекать эту границу.
Однако при проведении испытаний, описанных выше, допускается кратковременная блокировка колес. Кроме того, блокировка колес допускается в том случае, если скорость транспортного средства ниже 15 кмч аналогичным образом, допускается блокировка косвенно управляемых колес при любой скорости, но устойчивость и управляемость транспортного средства при этом не должны нарушаться и транспортное средство не должно откланяться от прямолинейного движения более чем на 15° либо выходить за рамки полосы движения шириной 3,5 м.
1.4 Литературный обзор и состояние изучаемой проблемы
В ряде институтов ведется научная работа по повышению активной безопасности транспортных средств в эксплуатации. Далее представлены работы непосредственно направленные на повышение активной безопасности автомобилей в процессе торможения.
В Волгоградскиом государственном техническом университете основополагающей является докторская диссертация А.А. Ревина, в которой рассмотрены вопросы повышения эффективности, устойчивости и управляемости при торможении автотранспортных средств [89]. Под руководством А.А. Ревина выполнена работа В.В. Котова Разработка диагностических признаков пневматической тормозной системы автомобиля с ABS [49]. В работе приводятся данные применительно к пневматическим тормозным системам, обладающим целым рядом специфических характеристик. Легковые автомобили оснащаются гидравлическими тормозными системами, поэтому научные результаты работы В.В. Котова могут иметь лишь косвенное отношение к исследуемой теме.
Наиболее содержательной и обоснованной является докторская диссертация Д.А. Соцкова [100]. В ней на основе всесторонних экспериментов и глубокого теоретического описания процессов решается задача совершенствования существующих тормозных систем, оборудованных ABS, и создания новых. Тем самым прорабатывается проблема повышения активной безопасности АТС при торможении.
Математические модели, разработанные Соцковым Д.А, учитывают: упругие свойства шины, возникновение в них автоколебаний, инерционные свойства шины и системы клапанов, потери давления в них, гистерезис материала шины и т.д. Докторская диссертация Соцкова Д.А. охватывает вопросы проектирования, основанные на теоретическом моделировании и экспериментальных исследованиях, тормозных систем всех категорий транспортных средств. Широта постановки исследований не ограничивается специальностью Эксплуатация автомобильного транспорта. Предлагаемая работа продолжает направление Д.А.Соцкова только в рамках специальности Эксплуатация автомобильного транспорта.
В Иркутском государственном техническом университете под руководством А.И. Федотова разработовались стенды для диагностирования тормозной системы автомобилей с ABS. В 2009 году в ИрГТУ подготовлена кандидатская диссертация Е.М. Портягина Метод контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS при их диагностировании на роликовых стендах [119,82].
Однако на данный момент существует целый ряд неразрешенных проблем, которые не позволяют стендовым методам найти применение на практике: отсутствие нормативной базы непосредственно ориентированной на стендовое диагностирование ABS, сложность имитации в стендовых условиях множества факторов, оказывающих существенное влияние на результаты испытаний и трудности реализации метода (наличие определенного помещения, дороговизна стенда, сроки и трудоемкость монтажа стенда). Поэтому, на данный момент, стенды для диагностирования ABS целесообразно использовать при исследовании тормозных систем в научных целях и на заводах изготовителях ТС.
В книге Л.В. Гуревича и Р.А. Меломуда [32], рассматриваются модели торможения жесткого и эластичного колеса. Рассмотрение производится в геометрическом пространстве с точки зрения кинетики процесса. Под действием внешних воздействий автомобильное колесо, за счет эластичности шины и упругости сжатого воздуха, деформируется. Возникает прогиб шины, т.е. смещение центра колеса, измеренное по нор мамконтрольной поверхности. При этом длина окружности- шины уменьшается, и деформированное колесо начинает вращаться быстрее, чем жесткое колесо. Реальное эластичное колесо рассматривается как набор концентрических колец, из которых внешнее касается дороги, а внутреннее - жесткого диска. Поскольку связь между кольцами упругая, их взаимные смещения достигают максимума в центре пятна контакта.
В труде А.К. Фрумкина [124] описаны и исследованы первые серийные антиблокировочные тормозные системы. Представлены требования к первым серийным ABS, алгоритмы и принципы их функционирования, конструкции и виды датчиков ABS, схемы первых антиблокировочных тормозных систем и др.
На первом месте среди различных алгоритмов функционирования ABS у А.К. Фрумкина стоит алгоритм, в котором в качестве критерия выдачи управляющего сигнала используется заданная величина проскальзывания. Основной трудностью в реализации данного алгоритма является замер текущей линейной скорости автомобиля. Линейная скорость автомобиля может быть замерена лишь косвенным путем, например, по линейному замедлению автомобиля. Линейное замедление может замеряться специальным прибором - деселерометром, при помощи которого возможна непрерывная регистрация этого параметра. Зная скорость автомобиля в начале торможения и текущее значение величины замедления, можно, интегрируя эту величину и вычитая её из величины начальной скорости, получить значение линейной скорости в каждый момент времени. Операция интегрирования и вычитания производиться в блоке управления. Туда же поступает информация об угловой скорости колеса, и там же проводиться сравнение линейной скорости автомобиля со скоростью тормозящего колеса. А при достижении определенной величины проскальзывания подается соответствующая команда исполнительному механизму (модулятору давления).
Работа А.К. Фрумкина актуальна, поскольку большинство современных ABS работают именно по этому алгоритму.
Широко описаны способы использования бортовых датчиков угловой скорости колес для диагностирования антиблокировочной системы.
Однако данный способ требует параллельного подключения к колесным датчикам диагностирующей аппаратуры, что может негативно повлиять на работу электронного блока управления ABS, также это требует внедрения в антиблокирочную систему, поэтому данный способ только условно можно считать диагностическим.
Еще одним недостатком данного способа является то, что при диагностировании системы с использованием элементов системы, предварительно необходимо убедиться в исправности этих элементов, иначе можно получить неадекватные результаты.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что данный способ скорее применим к диагностированию колесных датчиков (рис 1.8), чем к диагностированию ABS.
1.5 Выводы по главе 1
1. В ходе исследования причин ДТП установлен рост числа из них (до 15%), возникающих вследствие технических неисправностей и отказов систем автомобиля, влияющие на безопасность дорожного движения. Своевременный вывод из эксплуатации АТС с техническими неисправностями систем, влияющих на их активную безопасность, уменьшает риск возникновения ДТП.
2. Анализ конструкций тормозных систем показал, что практически все автомобили оснащены гидравлическими тормозными системами с ABS. Причиной использования гидравлических тормозных систем является их простота и быстродействие.
3. Существует проблема оценки работоспособности тормозной системы, оснащенной ABS, поскольку отсутствуют методика объективного определения нормативных диагностических параметров.
4. В связи с большой сложностью диагностирования, гидравлические ABS контролируются лишь при сертификации, а контроль ABS в условиях эксплуатации, как правило, не проводится, хотя нормативные документы требуют контролировать целый ряд параметров тормозных систем, оборудованных ABS.
5. На данный момент невозможно произвести объективную внешнюю оценку работоспособности ABS, без проведения дорожных испытаний.
6. Разработка методики оценки работоспособности тормозной системы легковых автомобилей, оборудованных ABS, отвечающим требованиям нормативных документов, является проблемой сегодняшнего дня.
2 Теоритическое исследование и математическое моделирование процесса торможения легкового автомобиля, оборудованного ABS
2.1 Автоколебания и вынужденные колебания в процессе торможения автомобиля
При движении автомобиля могут возникать как поперечные, так и продольные автоколебания колеса, зависящие от упругости шины. Автоколебания возникают при постоянном источнике энергии, например автоколебания, возникающие в системе колодка-барабан при торможении автомобиля. Это высокочастотные колебания, которые, как правило, сопровождаются свистом тормозов. Существенным является то, что автоколебания могут возникать и в системах, работа которых при нормальных условиях происходит без автоколебаний. Так в передней подвеске автомобиля могут возникать поперечные автоколебания - шимми [59]. Шимми возникает у автомобиля на высоких скоростях при износе передней подвески или низком давлении воздуха в шинах. У грузовых автомобилей повышенной проходимости, имеющих систему управления давлением в шинах, для повышения внедорожных свойств, снижают давление в них.
Однако, при выезде на дорогу с твердым покрытием следует немедленно поднять давление до нормативного, так как в противном случае, при появлении шимми, автомобиль теряет устойчивость и управляемость. Автоколебания, описанные выше, являются вредными и их стараются конструктивно устранить.
Автоколебания являются незатухающими колебаниями в нелинейной динамической системе, амплитуда и частота которых в течение длительного промежутка времени могут оставаться постоянными, не зависят в широких пределах от начальных условий и определяются свойствами самой системы. Термин автоколебания был введен А.А. Андроновым [1,2].
Во всякой автоколебательной системе существует источник энергии, за счет которого поддерживаются автоколебания. Чтобы колебания были незатухающими, поступающая в систему энергия должна компенсировать потери энергии в самой системе.
При превышении поступления энергии над потерями за период, амплитуда колебаний возрастает, а при очень малых амплитудах возникает явление самовозбуждения колебаний. При равенстве интенсивностей поступающей энергии и энергии потерь, колебания становятся стационарными.
В автоколебательных системах можно выделить три основных элемента:
1. колебательную систему;
2. источник энергии;
3. устройство, регулирующее поступление энергии в систему.
Автоколебание незатухающие колебания, которые могут существовать в колебательной системе в отсутствие переменного внешнего воздействия, причем амплитуда и период колебаний определяются свойствами самой системы. Этим автоколебания отличаются от вынужденных колебаний, амплитуда и период которых определяются характером внешнего воздействия.
Автоколебания возникают в конечной фазе экстренного торможения автомобиля с работоспособной ABS, либо в течение всего торможения, в случае, если она неработоспособна. В режиме автоколебаний материала шины, колесо устойчиво только в моменты, когда происходит растяжение материала, в остальное время колесо не устойчиво. Поэтому, для минимизации движения в режиме автоколебаний была разработана антиблокировочная тормозная система. ABS позволяет сохранять устойчивость и управляемость колеса в основной фазе торможения, а материал шины работает в режиме вынужденных колебаний.
При автоколебаниях: колебательной системой является материал шины, источником энергии - кинетическая энергия автомобиля, а регулирующим воздействием -- усилие на органе управления тормозной системой.
Вынужденные колебания - это колебания, возникающие в колебательной системе под действием переменной внешней силы.
Вынужденные колебания возникают при внешней периодической силе, которая всегда направлена в сторону движения. Их диффренциальное уравнение:
x + 2 βx + ω02x = f0 cosωt (2.1)
где х-отклонение от положения равновесия, β - коэффициент затухания; ω0-собственная частота колебательной системы; ω - частота вынуждающей силы; f0-начальное значение вынуждающей силы; t - время.
В режиме вынужденных колебаний остаются неизменными колебательная система и источник энергии, а устройством, регулирующим поступление энергии в систему, является антиблокировочная тормозная система. Причем, если частота колебательной системы выше частоты работы ABS, тогда достижение максимальной устойчивости и управляемости невозможно.
Частота колебательной системы изменяется в зависимости от скорости транспортного средства и дорожных условий (асфальтобетонное покрытие, сырой асфальт, снег, лед и др.), поэтому в процессе торможения частота работы ABS тоже должна меняться. В этом выражается адаптивность работы антиблокировочной тормозной системы к изменению скорости АТС и дорожных условий.
Автоколебания возникают под действием постоянной силы, также направленной в сторону движения. Однако в этом случае частота колебаний зависит от свойств самой системы. Их дифференциальное уравнение имеет вид:
x + 2hx + k2х = Fsignx (2.2)
где h, F ,к - постоянные коэффициенты;
к - постоянный коэффициент, величина которого определяется свойствами линейных элементов системы (т.е. параметрами, не зависящими от ее состояния);
Fsignx - нелинейная функция, вид которой определяется свойствами нелинейных элементов системы.
Обычно при значениях амплитуды колебаний, меньших стационарной, поступление энергии в систему превышает потери в ней, вследствие чего амплитуда колебаний возрастает и достигает стационарного значения.
Если система обладает малой добротностью, т.е. имеет ярко выраженный гистерезис, то для поддержания автоколебаний в такой системе, за период должна поступать достаточная энергия, по сравнению с энергией системы. Если за период рассеивается вся накопленная в системе энергия, то такие колебания сильно отличаются по форме от синусоидальных, т.е. система становится апериодической, а колебания называются релаксационными [59]. В разных областях шины образуются как гармонические, так и релаксационные колебания резины.
Отмеченное важное обстоятельство - возможность установления баланса энергии только при определенных значениях амплитуды автоколебаний -обусловлено наличием в системе так называемого нелинейного элемента, свойства которого зависят от состояния системы. Эти, свойства нелинейного элемента приводят к тому, что потери в системе и энергия, поступающая из источника, по-разному зависят от амплитуды колебаний и оказываются равными только при определенных значениях амплитуды, в простейшем случае - при одном определенном её значении. Нелинейным элементом в нашем случае является шина.
2.2 Релаксация и явление гистерезиса в процессе торможения автомобиля
Процесс возвращения к состоянию равновесия макроскопической системы, выведенной из этого состояния, называется релаксацией [123].
Релаксация - необратимый процесс и поэтому, в силу второго закона термодинамики, обязательно сопровождается переходом части энергии системы в тепло, т.е. диссипацией энергии. Установление равновесия обычно происходит в два этапа. На первом этапе равновесие устанавливается лишь в малых частях системы и определяется молекулярными процессами. На втором этапе релаксация определяется макроскопическими характеристиками.
В любом случае, процесс релаксации происходит по закону:
y= y0exp(-tτ) (2.3)
где уо- начальное значение параметра у.
В нашем случае, происходит релаксация материала шины, выходящего из пятна контакта. Таким образом, релаксация в нашем случае описывается затухающими механическими колебаниями. Уравнение затухающих колебаний имеет вид [94]:
x + 2βx + ω02= 0; 2β = rm; ω02=km (2.4)
где: x- замедление материала шины; β- затухание; x- скорость ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
