CC BY
53ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
СИСТЕМА ТЕЛЕМЕТРИИ ГОНОЧНОГО АВТОМОБИЛЯ
1 2 Бикбулатов Р.И. , Федоров С.В.
1Бикбулатов Рашид Илдарович - студент;
2Федоров Сергей Владимирович - доцент, кафедра информационных систем и телекоммуникаций, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
г. Москва
Аннотация: в статье рассматривается вопрос измерения температуры тормозных дисков гоночного болида, участвующего в формуле SAE, при помощи термопар и спроектированной платы. Авторами дается обобщенная характеристика метода измерения температуры, его эффективность, а также недостатки. Ключевые слова: BRT-5, термопара, ваналого-цифровой преобразователь, CAN, усилитель, SPI.
Формула SAE, более известная в Европе как Формула Студент - это студенческие инженерные соревнования, изначально организованные Сообществом Автомобильных Инженеров (Society of Automotive Engineers, SAE) и входящие в Серию Студенческих Инженерных соревнований (Collegiate Design Series) SAE. По замыслу соревнований команда студентов университета является инженерной компанией, которая должна разработать, построить, испытать прототип автомобиля формульного класса для рынка непрофессиональных гоночных автомобилей [1].
Команда из МГТУ им. Баумана участвует в формуле студент с 2012 года, на её счету имеется уже 5 болидов, последним из которых является BRT-5
Рис. 1. BRT-5
Характеристика гоночного болида BRT-5 приведены в таблице 1.
Несущая система Гибридная, трубчатая композитная пространственная рама. Материал обвеса: Углепластик
Масса 190кг
Подвеска Независимая двух рычажная
Дифференциал Drexler, повышенного трения
Двигатель Yamaha WR450F (450 смЛ3, 1 цилиндр) c турбокомпрессором Garrett
Мощность 70 л.с.
Блок управления МоТеС М400
Тормозная система Гидравлическая двухконтурная с регулируемым тормозным балансом перед/зад. Передние тормоза: Дисковые, с 4-х поршневыми суппортами AP Racing и перфорированными тормозными дисками собственной разработки. Задние тормоза: Дисковые, с 2-х поршневыми суппортами AP Racing и перфорированными тормозными дисками собственной разработки
Ускорение 0-100 км/ч 3.9 секунды
Целью работы является разработать коммутируемое устройство для измерения температуры тормозных колодок
Объектом исследования является тормозной диск автомобиля класса «Формула студент» BRT-5. Предметом исследования является применение коммутируемого устройства в конструкции тормозного диска совместно с тормозными колодками и оценка его работоспособности. В рамках работы выполнено проектирование самой платы анализа влияния тепловой нагруженности тормозного диска из титанового сплава и экспериментальная проверка его работоспособности.
Самый распространенный на сегодняшний день в автомобилестроении тип тормозного механизма - дисковый тормозной механизм. Главным элементом такого механизма является тормозной диск. Торможение автомобиля осуществляется путём создания тормозного момента за счёт трения элементов тормозного механизма (тормозного диска и накладки тормозных колодок) [2].
Одной из причин отказа тормозной системы является перегрев тормозного механизма. Чем больше прижимное усилие тормозной колодки к диску, тем выше температура тормозного диска и колодок. Тепло от тормозных колодок передаётся суппорту, нагретые поршни которого могут довести тормозную жидкость до кипения, что приводит к «провалу» тормозной педали за счёт потери упругих свойств жидкости [3].
Перегрев тормозных дисков сводит к нулю эффективность торможения, так как тормозные колодки в этом случае идут по тормозному диску, как по маслу.
Для гоночного болида «Формула студент» применяется тормозная система состоящая из компонентов фирмы AP-Racing.
Результаты расчёта тормозного диска методом конечных-элементов зависимый от выбора коэффициента конвекции приведен в статье [2], также там приведены различные термограммы и тепловые нагружения диска (см. рисунок 2).
Рис. 2. Термограмма разогретого тормозного диска
В качестве инструмента оценки измерения температуры тормозного диска используется тепловизор «FLIR А615», который крепится к тормозной колодке болида, (см. рисунок 3) .
Тепловизор отличается высокой температурной чувствительностью, что позволяет получать точные изображения и сведения о малейших температурных изменениях [4].
В ходе исследования и испытаний на формуле студент, для гоночного болида приведенного в статья [2] было выявлено, в процессе работы тормозных механизмов наблюдалось возгорание титановой пыли. В результате проведенных тестов тормозные колодки стерлись полностью.
Поэтому для отслеживания температуры в процессе езды гоночного болида, потребовалось разработать коммутируемое устройства для снятия показаний температуры с тормозной системы для отслеживания и дальнейшего улучшения самой тормозной системы, ее охлаждения и методики расчета проектирования. Также коммутируемое устройство (расширитель) необходим для отслеживания температуры и уровня жидкостей в двигателе, а также любых других элементов, которые требуют сохранять температурный диапазон.
С термопар, которые подключены к деталям болида вырабатываются на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, чтобы увеличить это
Рис. 3. Термопара
напряжение и уменьшить ошибку дальнейшего преобразования необходимо стабильное усиление для последующей обработки, поэтому далее сигнал поступает на усилители, после чего во встроенный АЦП микроконтроллера. Датчики давления, также поступают во встроенный АЦП. Сигналы, полученные АЦП преобразуют напряжение в цифровой формат, после чего преобразованный сигнал передается по CAN шине к блоку управление МоТеС М400, откуда можно будет вывести данные на приборную панель болида, либо просматривать их с компьютера.
На рисунке 5 представлено предполагаемое место для размещения расширителя, т.е. около блока управления для удобства соединения и уменьшения длины проводов.
Рис. 5. Проводка двигателя BRT-5
Все датчики для различных измерений будут подключаться через разъем на плате Х4 (см. приложение), который в свою очередь соединен со встроенным ацп микроконтроллера STM32F303K8.
В ходе проектирования печатной платы были подобраны электронные компоненты для измерения температуры, также подобраны разъемы, на данной момент ведется разработка корпуса и внесение оптимизации кода программы.
На этапе проектирования печатной платы было решено использовать микропроцессор STM32F303K8 на базе ядра Cortex®-M4, который будет получать температуру от усилителей для термопары по встроенному в процессор SPI, а также преобразовывать полученные значения с датчиков давления 12 разрядным АЦП в необходимую единицу измерения и отправлять эти данные через CAN шину в блок управления.
Измерения температур тормозных колодок будет производиться через термопары, т.к. они выдерживают высокие температуры. Для термопар необходимо использовать специальные разъемы PCC-SMP-K, которые крепятся непосредственно к самой печатной плате.
Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2300 °С) в агрессивных средах. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт и требуют стабильного усиления для последующей обработки. К тому же необходимо применять компенсацию напряжения на холодном спае. В качестве преобразователей выбран MAX31855KASA+. Данные выводятся в 14-битном, SPI -совместимом формате. Преобразователи Maxim Integrated MAX31855, допускают показания до 1800 °C и до -270 °C, а также имеют точность термопар ± 2 °C для температур от -200 °C до + 700 °C для термопар типа K.
Рис. 6. Принципиальная схема расширителя Результат проектирования печатной платы
18
M
Рис. 7. Спроектированная печатная плата
На рисунке 7 под цифрой 1 показан переходник для подключения к разъему для термопар, под цифрой 2 показан разъем для подключения термопары к печатной плате
Был написан и протестирован код для измерения температуры тормозных колодок
s □ Watch 1
Name Value Type
centi graded OsOOOOOOOO long
V centigrade4 37 long
s* intern all OnCCCCCOlA long
V internal (ЫХХХЖОШ long
1 V internal? OxOOOOOOIB long
s* interna 14 0*0000001 в long
mypTxMsg о*дххх»во struct < unta...
•v Stdld 5 unsigned mt
Ejrtld 0 unsigned int
IDE 0 unsigned int
/ RTR 0 unsigned int
/ OLC 3 unsigned int
в •ъ Data OxZOOOObQA "" unsigned ch...
V [0] 0 unsigned ch...
V [1] 0 unsigned ch,,.
V [2] 0 unsigned ch...
<* [3] 0 unsigned ch,
V [4] 0 unsigned ch,,.
<* [5] 0 unsigned ch...
V [6] 37 % unsigned ch...
V [7] 0 unsigned ch...
Рис. 8. Измерения температуры и тестирование CAN шины
centigrade*! ,56 long
v* internall OxOOOOOOlA long
s internal 0x0000001В long
v* internal^ 0x0000001В long
V internaM 0x0000001В long
В mypTxMsg 0х200005в0 struct <unta...
Stdld 5 unsigned int
V Extld 0 unsigned int
IDE 0 unsigned int
** RTR 0 unsigned int
* DIC 8 unsigned int
в 'S Data 0х200005С4 "" unsigned ch...
0 |0| 0 unsigned ch...
0 [1] 0 unsigned ch...
» [2) 0 unsigned ch...
0 13) 0 unsigned ch...
* M 0 unsigned ch...
0 (51 0 unsigned ch...
» [6] 56 в' unsigned ch...
Рис. 9. Измерения температуры и тестирование CAN шины
На рисунке 8 и 9 под цифрой 1 показан эксперимент измерения температуры, на 4 термопаре (переменная centУigrade4) подведено тепло, которое составляет 37 градусов по Цельсию, в массиве Date происходит передача по CAN шине, под индексом 6 и 7 записывается старшая и младшая часть значения температуры.
Также отладка измерения показаний велась с помощью программируемого логического CAN-контроллера CANNY 7 [4].
Рис. 11. Измерения температуры и тестирование CAN шины с помощью CANNY
0X005 0X00 0x00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 190826 ................I
0X005 0x57 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 190879 W..............:
0X005 0X00 0x00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 190916 ................I
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 19096В ................!
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 191022 ................I
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 191059 ................\
0X005 0X19 0X0F 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 191120 ................I
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 0X00 191157 ................!
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X30 0X14 0X00 0X00 191209 ____0. . . I
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X30 0X14 0X00 0X00 191264 ____0. . . \
0X005 0X00 0X00 0X00 0X00 0X30 0X14 0X00 0X00 191305 ....0... *
cui: 50 сап:1Н
counters: гх 3178 tx 0
Рис. 12. Окно работы приложения CannyLab
В результате проделанной работы была спроектирована, спаяна и отлажена печатная плата, а также измерены результаты температуры тормозных колодок гоночного болида, протестирована CAN шина, в ходе тестирования которой, она показывала измерения температуры подтверждающие измеренным, без каких-либо искажения, далее будет вестись работа по применению данной платы уже непосредственно к гоночному болиду, для тестирования и измерения температуры тормозных колодок, а также различных датчиков, которые будут подключаться к АЦП, например давления.
Список литературы
1. Википедия свободная энциклопедия, статья "Formula SAE" [https://ru.wikipedia. org/wiki/Formula_SAE].
2. Статья Расчетно-экспериментальная оценка работоспособности тормозного диска из титанового сплава В.П. Еремин1, М.Г. Комарова1, к.т.н. Г.П. Еремин Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего обра-зования «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Москва, Россия.
3. FLIR® Systems, Inc, 2018. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.flir.ru/ (дата обращения: 10.06.18).
4. Описания устройства canny [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://canny.ru/c7/ (дата обращения: 30.11.2017).
5. Описания микронотроллера. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.st.com/en/microcontrollers/stm32i303k8.html/ (дата обращения: 30.12.2017).
6. Reference manual. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/programming_manual/6c/3 a/cb/e7/e4/ea/44/9b/DM00046982.pdf/files/DM00046982.pdf/jcr:content/translations/en. DM00046982.pdf/ (дата обращения: 30.11.2018).
ЭТАПЫ АДАПТАЦИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПО ДАННЫМ ИСТОРИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УВС Кааров Ж.З.
Кааров Жоомарт Зайржанович - инженер, отдел анализа и разработки месторождений УВС, ООО «ГеоЭкоАудит», г. Тюмень
Под адаптацией геолого-технологической модели понимается итерационный вычислительный процесс, приводящий к удовлетворительному соответствию между контрольными показателями реального процесса разработки залежи нефти и показателями построенной модели. В этой статье мы рассмотрим этапы адаптации гидродинамических моделей по данным истории разработки на примере Западно-Лугинецкого месторождения.
На Западно-Лугинецком месторождении выделено два эксплуатационных объектов. Нефтяной объект Ю1, включающий залежи пластов ЮД Ю12, Ю1М и газовый Ю13-4, содержащий залежи одноименных пластов Ю13 и Ю14.
С начала разработки на текущий момент отобрано 987,5 тыс. т нефти, 2718,4 тыс. т жидкости, закачано 2354,2 тыс. м3 воды, накопленная компенсация отбора закачкой составляет 72,6%. Текущий КИН (АВ1) - 0,061 д. ед., накопленный ВНФ - 1,8.
Для каждой скважины на период истории разработки задавались:
- Координаты скважины на сетке;
