Аппаратурное обеспечение экспериментальных исследований различных стилей торможения на автомобиле с автоматической коробкой передач Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Элементарную силу трения участка ЙБ можно выразить уравнением:

с1Р = ¡л- Р0 • яй1 = ¡л • Р0 • р • с1а • с1р,

где т = 0,1 - коэффициент трения;

Р0 -Г2) -давление, Па.

Момент трения, создаваемый участком дБ, равен:

¿Мтор = 1и-Р0-р2-с1а-с1р

Т%/

>

Рис. 1. Схема к определению момента трения Момент трения всей торцевой поверхности равен:

Я 2л

Мтор =м-р0\\р2^р^а = м-р0-2ж-(к3-г3)/3

г О

Момент трения сателлита об ось определяется по формуле:

М = 2 - F ■ fj-0,5■ d

г

Угловые скорости шестерен полуосей (учитывается только разность радиусов колес):

СО,

2-со

; СО2 = 2 • СО - СОх.

Угловая скорость шестерен полуосей относительно корпуса дифференциала (без учета знаков):

А со,

CD-ф,

CD-CD,

'um " 1 2 '

Относительная угловая скорость сателлитов:

ДбУс = Асоти

Z.

z„

Мощность трения в дифференциале определяется суммированием мощностей трения во всех перечисленных парах трения:

Кдиф = Мшп +мс =2-М2Р ■ + /, • (м;„ор +м1)-гше

Для реальных условий эксплуатации реального автомобиля спрогнозировать соотношение всех источников потерь мощности в дифференциале не представля-

ется возможным. Применение вероятностного подхода также затруднительно (отсутствуют законы распределения). Поэтому расчет той или иной составляющей потерь мощности в дифференциале возможен лишь при назначении упрощенного расчетного режима.

С использованием приведенных зависимостей были оценены потери мощности в дифференциале автомобиля ЗИЛ-130 из-за разности радиусов качения правого и левого колес 10 мм. Это соответствует максимальному допуску на статический радиус шин (476±5 мм).

За расчетный режим приняты следующие параметры.

Полностью груженый автомобиль движется по асфальтированному шоссе со скоростью 70 км/ч. Крутящий момент на корпусе дифференциала с учетом сопротивлений дороги и воздуха равен М=1587 Нм. Угловая частота вращения корпуса дифференциала, соответствующая скорости автомобиля 70 км/ч, составляет со =41 рад/с. Параметры дифференциала: с(шп = 116 мм, /с = 4; а= 22°30'; d = 63°26'; d = 26°34';r = 40 мм; R = 60°мм; г =14 мм;

шп ' с ' шп ' шп ' с '

R =30 мм; d =28 мм.

с ' о

Трение в посадке шестерен полуосей в расточках корпуса дифференциала не учитывалось по причине отсутствия радиальной силы (полуоси полностью разгруженного типа).

Расчет показал, что потери мощности только от одной рассмотренной составляющей равны 50 Вт (~ 1,5% от общих потерь в главной передаче).

Если учитывать остальные составляющие и причины потерь мощности в дифференциале (трение в зацеплении зубьев, движение автомобиля по неровностям и по окружности, разность в износе протектора, разное давление в шинах, разность в полезной нагрузке на правую и левую стороны, установка шин различной размерности), значение КПД дифференциала существенно понизится.

Список литературы

1. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости /

Н.Ф. Бочаров, И.С. Цитович, A.A. Полунгян и др. - М.: Машиностроение, 1983. - 229 с.

2. Конструирование и расчет автомобиля / П.П. Лукин, Г.А. Гаспарянц,

В. Ф. Родионов. - М.: Машиностроение, 1984. - 376 с.

М.Н.Плотников, Д.И.Дик

Курганский государственный университет

АППАРАТУРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗЛИЧНЫХ СТИЛЕЙ ТОРМОЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЕ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ

За 9 месяцев (январь-сентябрь) 2007 года в Российской Федерации произошло 170 482 дорожно-транспортных происшествия, в результате которых погибло 23 615 человек, а 214 824 человека получили ранения.

Безусловно, больший процент пострадавших относится к ДТП с попутными столкновениями и происшествиями по вине водителей, находящихся в состоянии алкогольного опьянения. Постепенно уменьшается процент ДТП из-за эксплуатации технически не исправного транспортного средства. На дорогах страны с каждым годом появляется все больше дорогих автомобилей иностран-

ного производства, немалый процент из которых составляют автомобили с автоматическими коробками переключения передач.

Дорожное движение в настоящее время характеризуется возрастающей с каждым годом интенсивностью и плотностью. В таких условиях столкновения в попутном направлении встречаются все чаще и чаще. Данный вид ДТП обычно не несет тяжелых последствий, но всегда влечет за собой материальные издержки. В связи с этим предупреждение аварийности становится одной их серьезнейших проблем.

С целью изучения и выявления причин попутных столкновений было разработан и создан измерительный комплекс для исследования различных стилей торможения на автомобилях с автоматической коробкой передач.

Структурная схема измерительного комплекса приведена на рисунке 1. В качестве устройства регистрации данных используется ноутбук -Aser. К ноутбуку по интерфейсу USB версии 1.1 подключен внешний модуль аналого-цифрового преобразования (АЦП) L-CARD Е-440 (16 дифференциальных каналов или 32 канала с общей "землей" разрядностью 14 бит; максимальная частота преобразования - 400 кГц; диапазоны входного сигнала - ± 10 В; ± 2,5 В; ± 0,625 В; ± 0,156 В).

коленчатого вала и контактного датчика педали тормоза используются штатные датчики автотранспортного средства. Импульсы от датчиков скорости и оборотов коленчатого вала преобразуются в напряжение с помощью специальных преобразователей, построенных на основе микросхемы LM2907N производства National Semiconductor.

Интенсивность замедления автотранспортного средства измеряется с помощью акселерометра, построенного на основе микросхемы датчика ADXL203 производства Analog Devices (двухосевой прецизионный акселерометр, рассчитанный на ускорение 1,7 д). Акселерометр устанавливается в центре масс автотранспортного средства.

В качестве датчиков углового положения педали акселератора, педали сцепления и педали тормоза, используются датчики положения дроссельной заслонки ДПДЗ 2112-1148200, ТУ 4591-008-07614981-96 производства ООО Автокомплект, Арзамас.

В процессе измерений электропитание измерительного комплекса осуществляется от аккумуляторной батареи ноутбука. АЦП получает питание по интерфейсу USB, измерительные датчики и блок оптической индикации через порт PS/2.

Аналогово-цифровой преобразователв (L-Card Е-440)

Устройство регистрации даннвк (ноутбук Aser)

Датчик положения педали тормоза

Преобразователв частота в напряжение

Преобразователв частота в напряжение

Формирователв с галвваническои развязкой

Датчик акселерометра

Датчик положения педали акселератора

Датчик скорости

Рис. 1. Структурная схема измерительного комплекса

К модулю АЦП по дифференциальной схеме подключаются измерительные датчики и блок оптической индикации. Для подключения используется неэкраниро-ванная витая пара 11ТР пятой категории и экранированная витая пара пятой категории (только для подключения акселерометра).

В процессе проведения измерительный комплекс регистрирует:

- угловое положение педали акселератора;

- угловое положение педали тормоза;

- состояние контактного датчика педали тормоза;

- скорость автотранспортного средства;

- частота вращения коленчатого вала;

- интенсивность замедления автотранспортного средства.

Внешний вид измерительного комплекса приведен на рисунке 2.

В качестве датчиков скорости, частоты вращения

Датчик частоты вращения коленвала

Контактнвш датчик педали тормоза

Рис. 2. Внешний вид измерительного комплекса

Блок измерения интенсивности замедления автотранспортного средства позволяет с высокой точностью измерять динамические и статические ускорения по двум взаимно перпендикулярным осям в диапазоне от - 1,7 до + 1,7 д. Акселерометр позволяет выбирать верхнюю границу диапазона измеряемых ускорений (полоса пропускания выходного фильтра, соответствующая величине затухания 3 дБ) в диапазоне от 1 до 2300 Гц.

Блок построен на основе микросхемы датчика ADXL203 производства Analog Devices.

Среднеквадратическая величина шума rmsNoise, g, соответственно, зависит от используемой полосы пропускания и определяется по формуле:

rmsNoise = [l,l■ 10~4g/^Гц)-(^BW ■ 1,б),

где BW - полоса пропускания, Гц.

На рисунке 3 приведена принципиальная схема акселерометра. Девятипозиционные переключатели SW1 и SW2 предназначены для задания полосы пропускания по каналам X и Y соответственно. Переключатель SW3 переводит микросхему акселерометра в режим самотестирования. Конденсатор С20 и резистор R1 образуют RC фильтр и обеспечивают фильтрацию помех, поступающих по линии питания. Конденсатор С19 располагает-

40

ВЕСТНИК КГУ, 2008. №3

ся максимально близко к выводам микросхемы акселерометра и обеспечения защиты от электромагнитных наводок.

чикам через оптронные развязки. На рисунке 5 приведена принципиальная схема таких развязок.

I

Xout Yout

11 С20 4,7 СВ1 +5 8 земля

сигн земля

аь/х х аь/х y

сигн земля

V.

ripple

= 0,0114 ■ (l - finj232),

О-HQ

вх. СИГНАЛ R1 Юк

ВЫХ. СИГНАЛ

Рис. 3. Принципиальная схема акселерометра

Блоки преобразования частоты в напряжение позволяют преобразовать частоту импульсов, поступающих от датчиков скорости и частоты вращения коленчатого вала, в напряжение в диапазоне от 0 до + 5 В, необходимое для выполнения измерений с помощью АЦП.

Блок построен на основе микросхемы преобразователя LM2907N производства National Semiconductor.

Величина пульсаций выходного напряжения Vnfep(e, В определяется по формуле:

где - частота входного сигнала, Гц.

На рисунке 4 приведена принципиальная схема преобразователя частоты в напряжение. Микросхема таймера N£555 по отрицательному фронту входного сигнала формирует прямоугольный импульс длительностью 5,2 мс, который поступает на микросхему преобразователя 1_М2907^ Микросхема преобразователя формирует выходной сигнал, напряжение которого пропорционально частоте входящих импульсов.

Рис. 5. Принципиальная схема гальванической развязки для преобразователей частоты

Оптронная развязка построена на основе оптрона КР4010 производства Cosmo Electronics. Резистор R1 ограничивает входной ток, протекающий через оптрон. Диод D1 защищает оптрон от подачи напряжения обратной полярности. Резистор R2 является нагрузкой эмми-терного перехода оптрона.

Блок сопряжения контактного датчика педали тормоза формирует сигнал напряжением + 5 В при разомкнутом и напряжением О В при замкнутом контактном датчике педали тормоза, а также обеспечивает обеспечение гальванической развязки измерительного комплекса от бортовой сети автотранспортного средства.

На рисунке 6 приведена принципиальная схема блока. Оптронная развязка построена на основе оптрона 4N32 производства Fairchild Semiconductor. Резистор R1 ограничивает входной ток, протекающий через оптрон. Диод D1 защищает оптрон от подачи напряжения обратной полярности. Конденсатор С1 обеспечивает защиту от дребезга контактов датчика. Резистор R2 является нагрузкой эммитерного перехода оптрона. Компаратор LM393 производства Texas Instruments сравнивает выходной сигнал от оптрона с напряжением равным половине напряжения питания (формируется делителем на резисторах R3 и R4) и формирует соответствующий выходной сигнал. Резистор R5 обеспечивает нагрузку выхода компаратора (компаратор имеет выход с открытым коллектором).

Рис. 4. Принципиальная схема преобразователя частоты в напряжение

Для обеспечения гальванической развязки измерительного комплекса от бортовой сети автотранспортного средства, блоки преобразователей подключаются к дат-