Исследование погрешности измерения угловой скорости вращения колес автомобиля на диагностических стендах с беговыми барабанами с помощью ролика следящей системы Текст научной статьи по специальности «Физика»

Транспорт

Transport

Оригинальная статья / Original article УДК 629.113:62-592

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-166-173

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ НА ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СТЕНДАХ С БЕГОВЫМИ БАРАБАНАМИ С ПОМОЩЬЮ РОЛИКА СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ

© А.С. Потапов1, О.А. Свирбутович2, В.В. Винокуров3

Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Исследовать погрешность измерения угловой скорости в зависимости от скорости автотранспортного средства на стенде с беговыми барабанами. Получить функциональные зависимости погрешности измерения при увеличении скорости вращения колеса. МЕТОДЫ. Проанализированы метрологические параметры системы измерения скорости вращения колес диагностируемого автомобиля на стендах с беговыми барабанами при помощи следящих роликов. Проведены экспериментальные исследования с измерением скорости вращения колес диагностируемого автомобиля на стендах с беговыми барабанами при помощи следящих роликов. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Показана зависимость относительной погрешности измерения угловой скорости колеса автомобиля при помощи ролика следящей системы при увеличении скорости вращения. Получена зависимость фазовой задержки ролика следящей системы. ВЫВОДЫ. Определены возможности снижения относительной погрешности измерения скорости вращения колес на стендах с беговыми барабанами. Указаны перспективные направления в решении задачи повышения точности измерения угловой скорости колес автомобилей на стендах с беговыми барабанами.

Ключевые слова: ролик следящей системы, колесо автомобиля, стенд с беговыми барабанами, погрешность измерения угловой скорости.

Формат цитирования: Потапов А.С., Свирбутович О.А., Винокуров В.В. Исследование погрешности измерения угловой скорости вращения колес автомобиля на диагностических стендах с беговыми барабанами с помощью ролика следящей системы // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 3. С.166-173. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-166-173

STUDY OF THE MEASUREMENT ERROR OF VEHICLE WHEEL ROTATION ANGULAR SPEED ON DIAGNOSTIC TEST BENCHES WITH CHASSIS DYNAMOMETERS BY MEANS OF A FOLLOW SYSTEM ROLLER A.S. Potapov, O.A. Svirbutovich, V.V. Vinokurov

Irkutsk National Research Technical University,

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.

ABSTRACT. The PURPOSE of the article is to study the uncertainty of angular speed measurement depending on the vehicle speed on the roller dynamometer test bench and receive functional dependences of the measurement error u n-der the increased speed of wheel rotation. METHODS. The analysis is given to the metrological parameters of the measurement system of the diagnosed vehicle wheel rotation speed on roller dynamometer test benches equipped with roller followers. Experimental studies are carried out with the measurement of the wheel rotation speed of a diagnosed vehicle on roller dynamometer test benches equipped with roller followers. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. It is shown that there is a dependence of the relative error of vehicle wheel angular speed measurement by means of a follow system roller with the increase in the rotation speed. The dependence of the phase delay of the follow system roller is received. CONCLUSIONS. The possibilities to reduce the relative error of the wheel rotation speed on a roller dynamometer test benches are determined. The promising directions in the solution of tasks of improving the accuracy of vehicle wheel angular speed measurement on roller dynamometer test benches are specified.

1Потапов Антон Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, e-mail: [email protected]

Anton S. Potapov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Automobile Transport Department, e-mail: [email protected]

2Свирбутович Ольга Александровна, кандидат социологических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, e-mail: [email protected]

Olga A. Svirbutovich, Candidate of Sociological Sciences, Associate Professor of the Automobile Transport Department, e-mail: [email protected]

3Винокуров Виктор Викторович, студент, e-mail: [email protected] Viktor V. Vinokurov, Student, e-mail: [email protected]

166

ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 3 2017 ISSN 1814-3520

Il L1J11 1 Транспорт

LhÉÉÉriJ Transport

Keywords: follow system roller, vehicle wheel, roller dynamometer test bench, angular speed measurement error

For citation: Potapov A.S., Svirbutovich O.A., Vinokurov V.V. Study of the measurement error of vehicle wheel rotation angular speed on diagnostic test benches with chassis dynamometers by means of a follow system roller/ Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no 2, pp. 166-173. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-166173

Введение

Контроль технического состояния автотранспортных средств (АТС) в условиях эксплуатации выполняется, как правило, на диагностических стендах с беговыми барабанами [1].

Стенды позволяют устранять негативное влияние на качество обследования АТС внешних факторов, таких как природные явления, погода и т.п. Кроме того, с их помощью можно исследовать системы и агрегаты неподвижного АТС, что принято называть принципом обратимости движения [1].

Методы иссле

На осциллограммах, представленных на рис. 1, показаны изменения угловой скорости шк колеса и сигнала шд от системы измерения этой угловой скорости со следящим роликом на диагностическом стенде с беговыми барабанами [1].

Эти зависимости были получены профессором кафедры «Автомобильный транспорт» ИРНИТУ А.И. Федотовым с помощью математического моделирования. Чтобы проверить его результаты, было принято решение исследовать процессы и подтвердить экспериментально функциональные зависимости, приведенные в работе [1]. Для этого была разработана методика проведения экспериментального исследования, суть которой заключается в сравнении полученных результатов измеренной угловой скорости вращения роликов следящей системы и колес автомобиля.

Экспериментальное исследование проводилось при экстренном затормаживании и последующем растормаживании колеса автомобиля. При этом записывались два сигнала: первый - от индуктивного датчика ролика следящей системы [2],

Однако, как известно, одним из недостатков диагностирования автомобилей на стендах с беговыми барабанами является погрешность измерения угловой скорости колес. Поэтому целью данной работы является исследование погрешности измерения угловой скорости в зависимости от скорости автотранспортного средства на стенде с беговыми барабанами, а также получение функциональной зависимости погрешности измерения при увеличении скорости вращения колеса.

ия и результаты

второй - от штатного индуктивного датчика колеса автомобиля. Сигналы с датчиков поступали через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на персональный компьютер и обрабатывались в среде Zet Lab. После обработки результатов экспериментального исследования были получены осциллограммы зависимости угловой скорости автомобильного колеса от времени (рис. 2-5).

На осциллограмме, представленной на рис. 1, можно увидеть, что при небольшой скорости разгона, около 20 км/ч, и экстренном затормаживании ролик следящей системы практически не запаздывает. При растормаживании и последующем разгоне до 5 км/ч без воздействия на педаль газа наблюдается его незначительное запаздывание - на Atp=0,5 с, при этом разность угловых скоростей, измеренных с помощью штатного датчика и датчика ролика следящей системы, составляет Awp=0,01 с-1.

При дальнейшем увеличении скорости автомобиля можно заметить, что запаздывание вращения ролика увеличивается.

ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 23, No. 3 2017 167

Il L1J11 1 Транспорт

LhÉÉÉriJ Transport

а b

Рис. 1. Осциллограммы изменения угловой скорости колеса шк и сигнала шд от системы измерения этой угловой скорости со следящим роликом на диагностическом стенде с беговыми барабанами при начальной скорости 15,5 км/ч: а - в режиме затормаживания колеса; b - в режиме растормаживания Fig. 1. Waveforms of wheel angular speed шк and signal шд variation from the measurement system of this angular velocity with a roller follower on a diagnostic test bench with chassis dynamometers

under initial speed of 15.5 km/h: а - in the wheel braking mode; b - in the brake release mode

Рис. 2. Осциллограмма измерения угловой скорости колеса автомобиля с помощью штатного колесного датчика и сигнала от системы измерения этой угловой скорости со следящим роликом на диагностическом стенде с беговыми барабанами при начальной скорости затормаживания 19 км/ч и последующем растормаживании и выбеге без воздействия на педаль газа до 5 км/ч: 1 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью штатного колесного датчика автомобиля; 2 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью ролика следящей системы диагностического

стенда с беговыми барабанами Fig. 2. Waveform for measuring the vehicle wheel angular speed by means of a standard wheel sensor and a signal from the measurement system of this angular velocity with a roller follower on the diagnostic test bench with chassis dynamometers under the initial braking speed of 19 km/h and subsequent brake release and overrun without affecting the accelerator pedal up to 5 km/h: 1 - wheel angular velocity measured by means of a standard vehicle wheel sensor; 2 - wheel angular velocity measured by means of the follow system roller _of the diagnostic test bench with chassis dynamometers_

168

ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 3 2017 ISSN 1814-3520

гшш Транспорт

■II 4« Transport

Так, на осциллограмме, представленной на рис. 3, видно, что при разгоне до 27 км/ч и экстренном торможении ролик запаздывает на Д^=0,02 с. При этом разность угловых скоростей, измеренных с помощью штатного датчика и датчиком ролика следящей системы, уже составляет ДШт=0,9 с-1.

При растормаживании следует отметить, что запаздывание Дtр=0,1 с сократилось, а Дшр=3 с-1 выросло.

Сокращение Дtр связано с увеличением начальной скорости затормаживания автомобиля при экспериментальном исследовании.

На осциллограмме, представленной на рис. 4, показатели запаздывания следующие: Дт=0,03 с и Дшт=2 с-1; Д^=0,05 с и Дшр=16 с-1.

На осциллограмме, представленной

на рис. 5, показатели запаздывания также выросли: Дт=0,11 с и Дшт=2 с-1; Д^=0,08 с и Дшр=16 с-1.

Расчитаем относительную

погрешность измерения угловой скорости колеса автомобиля по формуле [3]

А =^^.100%,

где А - относительная погрешность измерения угловой скорости колеса автомобиля; штах - реальная скорость колеса, измеренная с помощью штатного датчика автомобиля, с-1; Аш - разность значений угловых скоростей, измеренных с помощью

штатного датчика и ролика следящей си-

стемы, с

(Ок, 25

20

г. С

-1

15

10

-

2 •

0)fi »1С Г

i LL _ J_

i 1 Ah -Ы и -

Wo i 1 _V -V It fit ir

/• С

te Ч Л» У, \ У> te- te'te- te- te- te

ЬЛиМ te- te- te*

4tr = 0.02 с Aw I =0,9 с1 Atp = 0,lc Асор = Зс|

Рис. 3. Осциллограмма измерения угловой скорости колеса автомобиля с помощью штатного колесного датчика и сигнала от системы измерения этой угловой скорости со следящим роликом на диагностическом стенде с беговыми барабанами при начальной скорости затормаживания 27 км/ч и последующем растормаживании и выбеге без воздействия на педаль газа до 18 км/ч: 1 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью штатного колесного датчика автомобиля; 2 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью ролика следящей системы диагностического

стенда с беговыми барабанами Fig. 3. Waveform for measuring the vehicle wheel angular speed by means of the standard wheel sensor and a signal from the measurement system of this angular velocity with a roller follower on the diagnostic test bench with chassis dynamometers under the initial braking speed of 27 km/h and subsequent brake release

and overrun without affecting the accelerator pedal up to 18 km/h: 1 - wheel angular velocity measured by means of a vehicle standard wheel sensor; 2 - wheel angular velocity measured by means of the follow system roller of the diagnostic test bench with chassis dynamometers

ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 23, No. 3 2017 169

гшш Транспорт

■II 4« Transport

Рис. 4. Осциллограмма измерения угловой скорости колеса автомобиля с помощью штатного колесного датчика и сигнала от системы измерения этой угловой скорости со следящим роликом на диагностическом стенде с беговыми барабанами при начальной скорости затормаживания 40 км/ч и последующем растормаживании и выбеге без воздействия на педаль газа до 28 км/ч: 1 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью штатного колесного датчика автомобиля; 2 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью ролика следящей системы диагностического

стенда с беговыми барабанами Fig. 4. Waveform for measuring the vehicle wheel angular speed by means of the standard wheel sensor and a signal from the measurement system of this angular velocity with a roller follower on the diagnostic test bench with chassis dynamometers under the initial braking speed of 40 km/h and subsequent brake release

and overrun without affecting the accelerator pedal up to 28 km/h: 1 - wheel angular velocity measured by means of a vehicle standard wheel sensor; 2 - wheel angular velocity measured by means of the follow system roller of the diagnostic test bench with chassis dynamometers

Рис. 5. Осциллограмма измерения угловой скорости колеса автомобиля с помощью штатного колесного датчика и сигнала от системы измерения этой угловой скорости со следящим роликом на диагностическом стенде с беговыми барабанами при начальной скорости затормаживания 56 км/ч и последующем растормаживании и выбеге без воздействия на педаль газа до 42 км/ч: 1 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью штатного колесного датчика автомобиля; 2 - угловая скорость колеса, измеренная с помощью ролика следящей системы диагностического

стенда с беговыми барабанами Fig. 5. Waveform for measuring the vehicle wheel angular speed by means of the standard wheel sensor and a signal from the measurement system of this angular velocity with a roller follower on the diagnostic test bench with chassis dynamometers under the initial braking speed of 56 km/h and subsequent brake release

and overrun without affecting the accelerator pedal up to 42 km/h: 1 - wheel angular velocity measured by means of a vehicle standard wheel sensor; 2 - wheel angular velocity measured by means of the follow system roller of the diagnostic test bench with chassis dynamometers

170

ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 3 2017 ISSN 1814-3520

Транспорт

LÛÉMJ ■II чт Transport

Осциллограммы погрешности измерения угловой скорости колеса автомобиля на диагностическом стенде с беговыми барабанами при экстренном затормаживании представлены на рис. 6.

На рис. 7 представлены аналогич-

ные результаты, но уже при растормаживании.

Также были построены осциллограммы изменения времени задержки ролика At от начальной и конечной скорости колеса (рис. 8).

а b

Рис. 6. Осциллограммы изменения погрешности измерения с помощью ролика следящей системы угловой скорости колеса автомобиля от начальной скорости затормаживания: а - погрешность, выраженная как относительная разность значений угловых скоростей шр, измеренных с помощью штатного датчика и ролика следящей системы; b - погрешность,

выраженная в процентах Fig. 6. Variation waveforms of the error of measurement performed by the follow system roller of the vehicle wheel angular speed from the initial braking speed: a - error expressed as a relative difference between the values of angular velocities ыр measured by means of a standard sensor and the follow system roller;

b - error expressed as a percentage

* в и 2я <:

а b

Рис. 7. Осциллограммы изменения погрешности измерения с помощью ролика следящей системы угловой скорости колеса автомобиля, при его растормаживании и последующем выбеге без воздействия на педаль газа: а - погрешность, выраженная как относительная разность значений угловых скоростей шр, измеренных с помощью штатного датчика и ролика следящей системы;

b - погрешность, выраженная в процентах Fig. 7. Variation waveforms of the error of measurement performed by the follow system roller of the vehicle wheel angular velocity under vehicle braking and subsequent overrun without affecting the accelerator pedal; a - error expressed as a relative difference between the values of angular velocities шр measured by means of the standard sensor and the follow system roller; b - error expressed as a percentage

ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 23, No. 3 2017 171

гшш Транспорт

LÛÉMJ ■II 4« Transport

f г , 'г С , - misi"1 ; K'-ojMl

» « o.oiih- o.o)>i - ajai. Я' - 0.54s ¡л

Рис. 8. Осциллограммы изменения времени задержки ролика At от начальной и конечной скорости колеса: а - при затормаживании; b - при растормаживании Fig. 8. Waveforms of roller delay time At variation depending on the initial and final wheel speed:

a - under braking; b - under brake release

Заключение

Итак, на основе проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Существующие системы измерения угловой скорости колес АТС на стендах с беговыми барабанами, имеющие прижимные следящие ролики, удовлетворительно выполняют свои функции только при малых (до 5 км/ч) скоростях [1], что подтверждается экспериментальными исследованиями.

2. Увеличение начальной скорости выше 5 км/ч приводит к большим погрешностям измерения угловой скорости, величина которых может достигать 85% и выше.

3. Наиболее перспективным направлением в решении задачи повышения точности измерения угловой скорости колес АТС на стендах с беговыми барабанами следует считать применение бесконтактных (в том числе лазерных) методов измерений [1].

Библиографический список

1. Федотов А.И., Хамуев А.А. Совершенствование системы измерения скорости вращения колес автомобиля на диагностических стендах с беговыми барабанами // Вестник ИрГТУ. 2014. № 12. С. 63-71.

2. Пат. № 2375218, Российская федерация, МПК В60Т17/22, С011_5/28. Способ динамического диагностирования антипробуксовочных систем автомобилей и устройство для его осуществления / А.И.

Федотов, И.М. Григорьев, А.С. Потапов; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. техн. ун-т. № 2008124862/11; заявл. 17.06.2008; опубл. 10.12.2009.

3. Федотов А.И., Бойко А.В., Потапов А.С. О повторяемости измерений параметров процесса торможения автомобиля на стенде с беговыми барабанами // Вестник ИрГТУ. 2008. № 1. С. 63-71.

References

1. Fedotov A.I., Khamuev A.A. Sovershenstvovanie sistemy izmereniya skorosti vrashcheniya koles avto-mobilya na diagnosticheskikh stendakh s begovymi barabanami [Improving the measuring system of vehicle wheel rotation speed on diagnostic chassis dyno rollers]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2014, no. 12, pp. 63-71. (In Russian)

2. Fedotov A.I., Grigor'ev I.M., Potapov A.S. Sposob dinamicheskogo diagnostirovaniya antipro-buksovochnykh sistem avtomobilei i ustroistvo dlya ego

osushchestvleniya [The method of dynamic diagnosing of the vehicle traction control system and the device for its implementation]. Patent RF, no. 2375218, 2009. 3. Fedotov A.I., Boiko A.V., Potapov A.S. O povtoryae-mosti izmerenii parametrov protsessa tormozheniya avtomobilya na stende s begovymi barabanami [On repeatability of vehicle braking parameter measurement on the chassis dynamometer test bench]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2008, no. 1, pp. 63-71. (In Russian)

172

ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 21, No. 3 2017 ISSN 1814-3520

Il L1J11 1 Транспорт

LhÉÉÉriJ Transport

Критерии авторства

Потапов А.С., Свирбутович О.А., Винокуров В.В. исследовали погрешность измерения угловой скорости в зависимости от скорости автотранспортного средства на стенде с беговыми барабанами, провели обобщение и написали рукопись. Потапов А.С., Свирбутович О.А., Винокуров В.В. имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила 09.01.2017 г.

Authorship criteria

Potapov A.S., Svirbutovich O.A., Vinokurov V.V. have researched the error of angular velocity measurement depending on the vehicle speed on a roller dynamometer test bench, summarized the material and wrote the manuscript. Potapov A.S., Svirbutovich O.A., Vinokurov V.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

The article was received 9 January 2017

ISSN 1814-3520 ВЕСТНИК ИрГТУ Т. 21, № 3 2017 / PROCEEDINGS of ISTU Vol. 23, No. 3 2017 173