CC BY
16
УДК 629.113
А. Л. Бородин, В. И. Васильев, А. В. Шарыпов, А. П. Черепанов
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА РЕЖИМАХ СЛУЖЕБНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
A. L. Borodin, V. I. Vasilyev, A. V. Sharypov, A. P. Cherepanov THE DEVELOPMENT OF DIAGNOSING METHODS OF HYDRAULIC BRAKE SYSTEMS OF VEHICLES ON MODES OF SERVICE BRAKING FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION
«KURGAN STATE UNIVERSITY»
Аннотация: Диагностирование гидравлических тормозных систем автотранспортных средств на режимах служебного торможения дает более точную и достоверную информацию. Разработан экспериментальный комплекс, необходимый для проведения диагностирования тормозной системы на различных режимах. Экспериментальные исследования, проведенные с использованием разработанного экспериментального комплекса, подтверждают необходимость разработки методик диагностирования тормозных систем на режимах служебного торможения.
Ключевые слова: режимы испытания тормозной системы; служебное торможение; экстренное торможение; гидравлическая тормозная система.
Abstract: The diagnosis of vehicle hydraulic brake systems for on the service brake mode gives you more precise and reliable information. An experimental complex required for diagnosis of the braking system on different modes is developed . The experimental studies which use the developed experimental complex , confirm the necessity of the development of diagnosing methods of braking systems on modes of service braking.
Key words: braking system test mode; service braking; emergency braking; hydraulic brake system.
Алексей Леонидович Бородин
Aleksey Leonidovich Borodin atas@kgsu.ru
Валерий Иванович Васильев
Valery Ivanovich Vasilyev доктор технических наук, профессор vvipror@kgsu.ru
Александр Владимирович Шарыпов
Aleksander Vladimirovich Sharypov кандидат технических наук, доцент atas@kgsu.ru
Алексей Павлович Черепанов
Aleksey Pavlovich Cherepanov atas@kgsu.ru
Введение. Развитие автомобильного транспорта, существенное увеличение количества автомобилей, а также модернизация и усложнение конструкций автомобилей за последние годы ставит первоочередной задачей поддержание подвижного состава предприятий агропромышленного комплекса в технически исправном состоянии. Полноценное диагностирование систем автотранспортных средств приводит к снижению трудоемкости технического обслуживания и ремонта, прогнозированию сроков службы систем и агрегатов, своевременному устранению неисправностей, повышению коэффициентов технической готовности и выпуска автотранспортных средств на линию.
Гидравлический привод в тормозной системе используется практически во всех легковых автомобилях и некоторых грузовых. В настоящее время в основном используют совмещенный гидравлический привод с вакуумным усилителем, а также новыми электронными вспомогательными тормозными системами. Но, несмотря на это, основную функцию при торможении играет гидравлический привод и его неисправность отражается на действии всех вспомогательных систем. Поэтому необходимо более глубоко исследовать работу элементов тормозной системы на всех режимах работы тормозной системы.
В данной работе рассматривается влияние различных режимов торможения на результаты диагно-
стирования тормозных систем. Приводятся разработки экспериментального комплекса для снятия характеристик тормозной системы с гидравлическим приводом при диагностировании.
Методика. Во время тормозного управления автотранспортным средством водитель в основном использует рабочую тормозную систему. Тормозная система необходима на автомобиле для снижения его скорости, остановки и удерживания на месте. Торможения на рабочих режимах разделяют на экстренные и служебные. Служебные торможения составляют 95 % от всех торможений автомобиля, экстренные - 5 %. Из них экстренных торможений на сухом асфальте - 3,1 % и на скользкой дороге - 9,5 %. Параметрами, позволяющими классифицировать экстренные и служебные торможения являются скорость нажатия на педаль тормоза и давление, создаваемое в гидроприводе[1-3].
В настоящее время в эксплуатации для испытаний тормозных систем автомобилей наибольшее распространение получили силовые роликовые стенды. Основными причинам столь большого распространения силовых роликовых стендов являются: простота конструкции стендов; более низкая стоимость относительно стендов других конструкции; возможность, помимо регламентированных диагностических параметров оценки состояния тормозных систем, определения дополнительных параметров, таких как усилие свободного вращения колес, неравномерность износа (эллипсность) тормозных барабанов и другие.
Проведенные предварительные экспериментальные исследования [4] показали, что значения параметров оценки состояния тормозной системы на режимах служебного торможения существенно отличаются от значений, полученных при экстренном торможении. С целью определения причин возникновения такого разброса измеренных значений, необходимо создание экспериментального комплекса, с помощью которого возможна регистрация дополнительных параметров оценки состояния тормозной системы, а также параметров работы привода стенда в процессе испытаний.
При проведении исследований для создания различных режимов торможения необходимо задавать различные законы изменения скорости и усилия нажатия на педаль тормоза, а также повторять заданные законы с большой точностью. Для этого было разработано автоматизированное устройство для нажатия на тормозную педаль.
Результаты. Регистрации значений параметров тормозной системы на роликовом тормозном стенде САКТЕСВББ-2304 на различных режимах торможения показали существенные отклонения в результатах проверки [4]. На режимах экстренного торможения измеренные значения параметров оценки состояния тормозной систем соответствовали нормативным значениям. Однако при служебных торможениях тормозные силы на правом и левом колесе отличались более чем на 50 %.
Такое различие в работе тормозной системы можно объяснить следующими неисправностями: неравномерностью в работе рабочих тормозных цилиндров, различной жесткостью стяжных пружин, разностью давления в тормозных цилиндрах, неравномерным износом тормозных барабанов, колодок, отличающимся коэффициентом трения между накладками и барабанами и т. д.
При анализе неисправностей тормозного привода был проведен эксперимент, в котором исследовали перемещение тормозных колодок в зависимости от давления в гидроприводе. Для этого на исследуемую ось были установлены тормозные барабаны с отделенными сегментами. Фиксация движения тормозных колодок производилась с помощью индикаторов перемещения часового типа [5]. На главный тормозной цилиндр установлен преобразователь давления СДВ-И, показывающий давление в исследуемом тормозном контуре, плавное нажатие на педаль тормоза осуществлялось с помощью устройства для нажатия на педаль тормоза.
По результатам проведенных экспериментов получены следующие результаты: при плавном повышении давления в диапазоне значений, соответствующих служебному торможению, одна колодка срабатывает значительно раньше остальных, и на этом колесе начинает возрастать тормозная сила, хотя на другом нарастание тормозной силы происходит незначительно, а при достижении давления, соответствующего режиму экстренного торможения, все колодки срабатывают, и оба колеса тормозят одинаково. Причиной этого является большое количество факторов, таких как: различный статический коэффициент трения поршней в рабочих тормозных цилиндрах, различные коэффициенты жесткости стяжных пружин и т. д.
Для регистрации дополнительных параметров оценки состояния тормозной системы и параметров работы привода стенда непосредственно при проведении испытаний на базе тормозного стенда САЯТЕСВББ-2304 и автомобиля ВАЗ 2105 был разработан экспериментальный комплекс (рисунок).
Рисунок - Экспериментальный комплекс для диагностирования гидравлических
тормозных систем автомобиля
Снятие характеристик и фиксация данных эксперимента проводится с помощью следующих устройств: угловые скорости колес автотранспортного средства (АТС) и роликов стенда измеряются с помощью четырёх оптических инкрементальных энкодеров AUTON-ICS серий E40H; усилие нажатия на педаль тормоза датчиком PD-7 тензометрического типа; давление тормозной жидкости в разных точках тормозной системы измеряется с помощью пяти преобразователей давления СДВ-И; угол поворота педали тормоза с помощью датчика положения дроссельной заслонки ДПДЗ 21121148200; в качестве устройства регистрации сигналов используется ноутбук ASUSK50IJ; к ноутбуку по интерфейсу USB версии 1.1 подключены 2 внешних универсальных модуля АЦП/ЦАП L-CARDE14-440. Темп и усилие на орган управления задаёт устройство для нажатия на педаль тормоза [5].
С помощью разработанного экспериментального комплекса возможна регистрация характеристик гидравлического тормозного привода (главного тормозного цилиндра, рабочих тормозных цилиндров), угловой скорости и тормозных моментов колес, скорости и усилия на педали тормоза.
По результатам проведенных экспериментальных исследований было выявлено [6], что при резком нарастании тормозной силы на колесах АТС (режим экстренного торможения), происходит резкое изменение угловой скорости тормозных барабанов стенда, что является одной из причин возникновения погрешности при расчете силовых параметров тормозной силы. При постепенном нарастании тормозной силы (режим служебного торможения) снижения угловой скорости тормозных барабанов не наблюдалось.
Одной из причин нестабильности работы стенда на силовых роликовых стендах является использование в задачах управления приводом стенда упрощенных линеаризованных вариантов динамических моделей, что приводит к ухудшению качества процессов регулирования координат асинхронного электропривода, применяемого в качестве привода стенда. Однако асинхронный электродвигатель как объект автоматического управления представляет собой сложную динамическую структуру, описываемую системой дифференциальных уравнений высокого порядка. Главным недостатком использования упрощенных моделей управления является проявление нестабильности угловой скорости ротора двигателя при изменении нагрузки на валу двигателя [7].
Выводы. Проведенные экспериментальные исследования закономерностей функционирования гидравлических тормозных систем автотранспортных средств, с использованием разработанного экспериментального комплекса, показали, что при испытаниях тормозных систем автотранспортных средств только на режимах экстренного торможения не удается получить точной информации об их состоянии.
Основными причинами возникновения недостоверности при испытаниях тормозных систем является совокупность факторов, включающих в себя как зависимость диагностических параметров тормозных систем при различных режимах торможения от кон -структивных параметров тормозных систем, так и погрешности измерения силовых параметров на силовых роликовых стендах. С целью получения достоверной информации о состоянии гидравлических тормозных систем автотранспортных средств диагностирование необходимо проводить на различных режимах торможения. Также необходима корректировка программного обеспечения с учетом особенностей работы асинхронных двигателей на режимах максимальных нагрузок, что приведет к повышению достоверности получаемой информации о результатах диагностирования. Разработанный комплекс позволяет в ходе проводимых испытаний определять показатели, регламентированные нормативными документами, и ряд показателей, необходимых для проведения научных исследований. В том числе угловые скорости колес автомобиля и роликов стенда, усилие нажатия на педаль тормоза, угловое положение предали тормоза, давление в тормозной системе.
Список литературы
1 Гуревич Л. В., Меламуд В. А. Тормозное управление автомобиля. - М. : Транспорт, 1978. - 152 с.
2 Габитов Н. Ш. Исследования встроенного диагностирования тормозов и системы зажигания на эксплуатационные свойства автомобилей : дис. ... канд. техн. наук: 05.22.10. - М. : Машиностроение, 1980. - 178 с.
3 Васильев В. И., Шарыпов А. В., Осипов Г. В. Обеспечение безопасности автотранспортных средств на режимах торможения при попутном следовании : монография. - Курган : Изд-во Курганского государственного университета, 2006. - 220 с.
4 Бородин А. Л., Шарыпов А. В. Анализ методов и средств диагностирования тормозных систем автомобилей с гидравлическим приводом // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. - Серия «Природа Общество Техника Культура». - Вып. 14.
- Курган : Изд-во Курганского государственного университета, 2012. - С. 57-68.
5 Бородин А. Л., Шарыпов А. В., Черепанов А. П. Разработка экспериментального комплекса для исследования закономерностей функционирования гидравлических тормозных систем // Проблемы исследования систем и средств автомобильного транспорта : материалы всероссийской заочной научно-технической конференции. - Тула, 2014. - Вып. 7.
- С.230-236.
6 Черепанов А. П., Шарыпов А. В. Разработка измерительного комплекса для исследования процессов диагностирования тормозов автомобиля // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. - 2011. - Том 16.
- № 3. - С. 106-110.
7 Трещев И. И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока : учебник - Л. : Энергия, 1980. - 344 с.
