CC BY
17
A.V.Sharipov, A.P.Cherepanov Kurgan State University
THE EQUIPMENT EXPERIMENTAL RESEARCH OF INFLUENCE TRANSIENTS PROCESSES THE LOADING DEVICE OF THE POWER ROLLER STAND ON RELIABILITY OF MEASUREMENT OF POWER BRAKE SYSTEM PARAMETERS
Annotation. In article the equipment for research of dynamics of change of parameters of work of asynchronous electric motors and definition of degree of their influence on errors of measurement of power parameters in the course of diagnosing of brake system of the car is described.
Key words: the car, brake system, the power roller stand, diagnosing, the asynchronous electric motor, transients processes.
Ведение
Безопасность дорожного движения обеспечивается нормальным функционированием всех составляющих комплекса «водитель - автомобиль - среда движения». Между тем недостаточная надежность элементов этой системы (низкая дисциплина участников движения, неудовлетворительное техническое состояние автомобилей и дорог) является причиной дорожно-транспортных происшествий [5].
Анализ российской и зарубежной статистики указывает на многократное занижение роли технического состояния как причины аварийности. Это связано в основном с тем, что, когда ДТП вызвано несколькими причинами и среди них имели место грубые нарушения правил дорожного движения (нетрезвое состояние, превышение установленной скорости движения и т.д.), они фиксируются в качестве основной причины ДТП, а техническая неисправность - в качестве сопутствующей. По данным экспертов НИИАТ и МАДИ, число ДТП из-за неудовлетворительного технического состояния составляет 15%. Наибольшее количество (около 40-50%) ДТП по причинам неисправностей автомобилей приходится на тормозные системы автомобиля. Своевременное выявление этих неисправностей должно обеспечиваться диагностированием [3].
Согласно действующим стандартам применяют два основных метода диагностирования тормозных систем -дорожный и стендовый. Большое распространение при диагностировании тормозных систем автомобилей в условиях эксплуатации получили силовые роликовые тормозные стенды. Однако, как показывают проведенные исследования, при всех очевидных достоинствах стендового метода контроля он не совершенен и не обеспечивает достоверности результатов контроля тормозных систем автомобилей в условиях эксплуатации.
На рис. 1 приведён разброс измеренных значений силовых параметров тормозной системы автомобилей при многократной торможении на стендах СТМ-3500 и СТС-3-СП-11 [1].
Из рис. 1 видно, что наибольшее значение приходится на измерение тормозных сил (от минус 40% до плюс 26,9%).
Одной из причин недостоверности результатов диагностики тормозных систем автомобилей на силовых ро-
ликовых стендах может быть использование в задачах управления привода стенда упрощенных линеаризованных вариантов динамических моделей, что приводит на практике к ухудшению качества процессов регулирования координат асинхронного электропривода, применяемого в качестве привода стенда. Однако двигатель как объект автоматического управления представляет собой сложную динамическую структуру, описываемую системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка. Главным недостатком использования упрощенных моделей управления является проявление нестабильности угловой скорости ротора двигателя при изменении нагрузки на валу двигателя [4].
Рис. 1. Разброс измерений силовых параметров тормозной системы
Основным показателем эффективности тормозной системы при испытании на стендах является удельная тормозная сила. Уравнение связи зависимости показателя эффективности торможения автомобиля от приложенных к колесу сил при торможении на стенде можно записать как
Yt = f [rz^x'P ,gk)
(1)
где - нормальная реакция со стороны бегового барабана;
Их - продольная реакция; р - коэффициент сцепления; Gк - нагрузка, приходящаяся на колесо. Продольная реакция выражена полиномом:
Rx = f\Rz,V,Sn,J,M Т ,tc,P,P
(2)
где £ - коэффициент проскальзывания колеса с эластичной шиной;
МТ - тормозной момент;
П - КПД силового привода стенда;
J - инерционность механизмов стенда;
1С - время срабатывания тормозной системы;
р - давление рабочего тела в приводе тормозов;
р - скорость изменения давления рабочего тела.
Коэффициент проскальзывания колеса с эластичной шиной Б на роликах диагностического стенда определяется по формуле:
S = 1
ЫК • Гко
а Б ■ ГБ
(3)
где rK - радиус качения колеса в ведомом режиме;
СОк - угловая скорость колеса;
ГБ - радиус бегового барабана.
СОБ - угловая скорость бегового барабана.
В ходе диагностирования тормозных систем на силовых роликовых стендах предполагается постоянство
угловой скорости вращения роликов ( соБ = const). Однако угловая скорость может изменяться из-за проявления переходных процессов при изменении нагрузки на вал электродвигателя на режимах проверки тормозной системы. На рис. 1 представлен переходный процесс в асинхронном двигателе при резком набросе нагрузки на вал двигателя.
Из рис. 2 видно, что при резком набросе нагрузки на вал электродвигателя (Мс) в результате переходного процесса происходит изменение угловой скорости, а также момента электродвигателя. При использовании в задачах управления асинхронного двигателя упрощенных линеаризованных вариантов динамических моделей переходные процессы не учитываются.
Следовательно, при диагностировании тормозных систем автомобилей на силовых роликовых тормозных стендах, существует вероятность получения недостоверных показателей эффективности тормозной системы из-за того, что в приводе стенда применяют асинхронные двигатели, основываясь лишь на статической характеристике этих двигателей. В действительности же из-за переходных процессов при переменной частоте вращения динамические характеристики могут значительно отличаться от статических, что в конечном итоге влияет на достоверность контроля тормозных систем
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
Для проверки данной гипотезы о влиянии переходных процессов в приводе стенда на результаты измере-
ний силовых параметров был разработан экспериментальный комплекс, позволяющий исследовать динамику изменения режимов работы асинхронных электродвигателей и определить их влияние на погрешность измерения силовых параметров в процессе диагностирования тормозной системы (рис. 3 и 4).
В состав измерительного комплекса входит роликовый тормозной стенд CARTEC BDE-2304 (рис. 4), позволяющий в ходе испытания тормозной системы определять следующие показатели:
- сопротивление качению незаторможенных колес;
- овальность тормозного барабана и тормозного диска;
- тормозная сила на левом и правом колесах;
- разность тормозных сил левого и правого колес.
Измерение угловой скорости колес автомобиля и
роликов тормозного стенда в процессе диагностирования тормозной системы осуществляется с помощью четырёх оптических инкрементальных энкодеров AUTONICS серий E40H. Энкодеры данной серии имеют полый вал, что упрощает их монтаж. Два энкодера были установлены на шпильки вмонтированных непосредственно в вал тормозных роликов, на правую и левую сторону соответственно. При установке энкодеров для определения угловой скорости колеса был заменён оригинальный следящий ролик стенда на модернизированный. Новый следящий ролик выполняет функции стандартного ролика стенда, однако при этом передаёт вращательное движение колеса на вал энкодера (рис. 3).
При изменении углового положения вала относительного его исходного состояния энкодер вырабатывает выходной сигнал, представляющий собой последовательность импульсов прямоугольной формы. Количество импульсов на оборот (разрешающая способность) пропорционально изменению углового положения вала и составляет 2500 импульсов на оборот. Путем обработки сигналов от энкодеров получаем информацию об угловой скорости колёс и барабанов тормозного ролика.
В связи с необходимостью получения более полной картины происходящих процессов при диагностировании тормозной системы автомобиля на роликовых тормозных стендах были установлены и подключены датчики для измерения усилия нажатия на педаль и датчик дав-
Рис. 2. Переходный процесс в асинхронном двигателе при набросе нагрузки
Рис. 3. Схема регистрации данных
"150 &
в)
Рис. 4. Структурная схема и внешний вид измерительного комплекса: а) внешний вид компьютерного стенда; б) энкодеры установленные на тормозной барабан и следящий ролик; в) структурная схема подключения датчиков к стенду
ления в гидравлической системе приводов тормозов. В качестве первого использовался датчик PD-7 тензомет-рического типа, входящий в стандартный комплект стенда CARTEC BDE-2304. Давление жидкости в приводе тормозов измерялось преобразователем давления СДВ-И (рис. 3).
В качестве устройства регистрации данных используется ноутбук ASUS K50IJ. К ноутбуку по интерфейсу USB версии 1.1 подключен внешний модуль аналогово-циф-рового преобразования (АЦП) L-CARD E-440 [2].
Заключение
Разработанное оборудование позволяет исследовать процессы, происходящие в силовой части тормозных стендов, установить закономерности изменения параметров нагрузочного устройства силового роликового стенда при диагностировании тормозных систем, а также определить влияние переходных процессов в нагрузочном устройстве на точность измерения параметров, характеризующих работу тормозной системы автомобиля.
Результаты работы позволят повысить достоверность стендовых методов контроля тормозных систем автомобилей за счёт совершенствования методики измерения силовых параметров при диагностировании на силовых роликовых стендах.
Список литературы
1. Бойко А.В. Совершенствование методов диагностики тормозных
систем автомобилей в условиях эксплуатации на силовых стендах с беговыми барабанами: Дис. ... канд. техн. наук. -Иркутск, 2008. - 217 с.
2. Внешний модуль АЦП/ЦАП на шину USB 1.1. E-440. Техническое
описание и руководство программиста.- М. : Л-Кард, 2003.- 92 с. URL: http://www.kard.ru/download/index.php3?faction =getfile &id=8462&fn=e440doc.exe.
3. Мирошников Л.В. Диагностирование технического состояния
автомобилей на автотранспортных предприятиях. - М.: Транспорт, 1977.- 263 с.
4. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного
тока. - Л.: Энергия, 1980.- 344 с.
5. Филимонов С.В. Основы управления транспортными средствами и
безопасность движения: Учеб. пособие.- Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. - 98 с.
