Образования белорусско-российский университет удк 629.13 ббк 39.3 в 19 василевский валерий иванович алгоритм бортовой системы мониторинга процесса торможения седельного автопоезда на основе измерения

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» УДК 629.13 ББК 39.3 В 19 ВАСИЛЕВСКИЙ Валерий Иванович АЛГОРИТМ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ СЕДЕЛЬНОГО АВТОПОЕЗДА НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА СИЛОВЫХ ФАКТОРОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины» Могилв 2013 Работа выполнена в Государственном учреждении высшего профессионального образования «Белорусско-Российский университет» Научный руководитель: Ким Валерий Андреевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Техническая эксплуатация автомобилей» ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев Официальные оппоненты: Котиев Георгий Олегович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Колесные машины» Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана, г. Москва Гурский Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» Белорусского национального технического университета, г. Минск Оппонирующая организация: БелНИИТ «Транстехника», г. Минск Защита состоится «30» мая 2013 г. в 1500 на заседании совета по защите диссертаций Д 02.18.01 в ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет» по адресу: 212000, г. Могилв, пр. Мира, 43, телефон ученого секретаря 80296875121, е-mail: [email protected].

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ ВПО «Белорус ско-Российский университет».

Автореферат разослан «25» апреля 2013 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, кандидат технических наук, доцент М. Е. Лустенков ВВЕДЕНИЕ Сложность алгоритмов существующих бортовых систем диагностики тор мозной системы объясняется их источниками информации. Источниками инфор мации систем диагностики являются датчики угловых скоростей вращения колес АТС, которые также используются в современных автоматических системах управления движением АТС (ABS, ESP и др.). Для создания бортовой системы мониторинга процесса торможения седельного автопоезда (БСМТ АТС) в работе предлагается использовать более информативные источники – это тормозные мо менты, фактически реализуемые колесами седельного автопоезда с опорной по верхностью, и силы взаимодействия между его звеньями (силовые факторы).

БСМТ АТС необходима для постоянного мониторинга работы колесных тормозов и синхронности срабатывания тормозов звеньев седельного автопоезда, иденти фикации условий его торможения в наиболее опасном режиме торможения авто поезда – режиме его экстренного торможения. Данная информация необходима для своевременного устранения неисправностей тормозной системы и расследо вания дорожно-транспортных происшествий. Для решения поставленной задачи разработаны методы измерения тормозных моментов и сил взаимодействия меж ду звеньями седельного автопоезда МАЗ. Созданы и испытаны устройства изме рения тормозных моментов для барабанных тормозов и сил взаимодействия меж ду звеньями АТС МАЗ. На основе анализа результатов натурных испытаний ма кетных образцов устройств измерения тормозных моментов и сил взаимодействия между звеньями седельного автопоезда МАЗ создан алгоритм БСМТ АТС. Алго ритм отслеживает блокировку колес, синхронность срабатывания колесных тор мозов, идентифицирует условия торможения на основе анализа силовых факто ров. Алгоритм реализован в макетном образце БСМТ АТС МАЗ. Результаты натурных испытаний макетного образца БСМТ на седельном автопоезде МАЗ подтвердили функциональную способность алгоритма и возможность его прак тической реализации в БСМТ АТС на основе измерения и анализа силовых фак торов. Исследования соответствуют приоритетным направлениям научных иссле дований Республики Беларусь.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Связь работы с крупными научными программами, темами Исследования выполнялись в ГУ ВПО «Белорусско-Российский универси тет» в рамках задания Министерства образования Республики Беларусь (ГБ-3ф, № ГР-2000653, ГБ-027, № ГР 20021603), Министерства транспорта и коммуни каций Республики Беларусь (Х/Д № 1/0156 от 10.04.2003 г.), ГПНИ «Механика» 1.37, ГБ-0619ф и ГБ-068ф, ГБ-091ф в период с 2006 по 2012 гг.

Цель и задачи исследования Цель – разработать и апробировать алгоритм бортовой системы монито ринга процесса торможения магистральной АТС (БСМТ АТС), основанный на измерении и анализе тормозных моментов, реализуемых колесами магистраль ной АТС с опорной поверхностью, и сил взаимодействия между звеньями се дельного автопоезда;

произвести натурные испытания макетного образца БСМТ АТС, реализующего алгоритм мониторинга процесса торможения на се дельном автопоезде МАЗ с целью проверки его функциональной способности.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи исследований:

– сформулировать концепцию создания бортовой системы мониторинга процесса торможения седельного автопоезда (БСМТ АТС), основанную на ана лизе силовых факторов;

– разработать математическую модель ударного нагружения шкворня се дельного автопоезда при запаздывании срабатывания тормозов полуприцепа и программу его моделирования на ПЭВМ с целью оценки его деформаций для создания электронных датчиков измерения сил;

– разработать методы измерения тормозных моментов и сил взаимо действия между звеньями седельного автопоезда;

создать и испытать макетные образцы устройств на седельном автопоезде МАЗ;

– разработать алгоритм бортовой системы мониторинга процесса тормо жения седельного автопоезда МАЗ на основе измерения и анализа тормозных моментов и сил взаимодействия между звеньями автопоезда;

– создать и испытать макетный образец БСМТ АТС МАЗ для проверки функциональной способности его алгоритма.

Объект исследования – седельный автопоезд МАЗ.

Предмет исследования – бортовая система мониторинга процесса тормо жения седельного автопоезда на основе измерения и анализа силовых факторов.

Положения, выносимые на защиту:

– концепция создания бортовой системы мониторинга процесса тормо жения седельного автопоезда, основанной на измерении и анализе силовых факторов;

– математическая модель ударного нагружения шкворня седельного авто поезда при запаздывании срабатывания тормозов полуприцепа и программа ее моделирования на ПЭВМ, позволяющая определить деформации шкворня, не обходимые для проектирования датчиков измерения сил;

– способы измерения тормозных моментов и сил взаимодействия между звеньями седельного автопоезда, макетные образцы устройств измерения тор мозных моментов и сил взаимодействия между звеньями автопоезда МАЗ и ре зультаты их натурных испытаний на седельном автопоезде МАЗ;

– алгоритм макетного образца БСМТ АТС, позволяющий оценить каче ство функционирования и синхронность срабатывания тормозов звеньев авто поезда, идентифицировать условия торможения седельного автопоезда.

Личный вклад соискателя Соискателем совместно с научным руководителем сформулирована кон цепция создания бортовой системы мониторинга процесса торможения седель ного автопоезда на основе анализа силовых факторов. При личном участии со искателя разработан алгоритм БСМТ АТС, созданы и испытаны макетные об разцы источников информации БСМТ АТС: устройство измерения тормозных моментов и устройство измерения сил в сцепке седельного автопоезда МАЗ, электронный блок БСМТ АТС, реализующий алгоритм мониторинга процесса торможения седельного автопоезда. Соискатель выражает благодарность ст. преподавателям кафедры ЭП и АПУ Белорусско-Российского университета Г. В. Бочкареву, В. Н. Шаркову за огромную работу по созданию и испытанию макетных образцов датчиков измерения тормозных моментов и сил в шкворне седельно-сцепного устройства седельного автопоезда МАЗ.

Основными соавторами опубликованных работ по теме диссертации яв ляются: ст. преподаватель Г. В. Бочкарев, канд. техн. наук О. В. Билык, д-р техн. наук В. А. Ким, д-р техн. наук Л. Г. Красневский, канд. техн. наук Н. А. Коваленко, д-р техн. наук И. С. Сазонов, д-р техн. наук А. Т. Скойбеда и др. По результатам совместных исследований опубликовано 10 статей и по лучено 2 патента РБ и 1 патент РФ.

Апробация результатов диссертации Основные положения диссертационной работы и результаты исследова ний докладывались на следующих конференциях:

– Современные технологии, материалы, машины и оборудование : Между нар. науч.-техн. конф. / Могилев. гос. техн. ун-т. – Могилев, 14–16 апр. 2002 г.;

– Современные технологии, материалы, машины и оборудование : Между нар. науч.-техн. конф. / Могилев. гос. техн. ун-т. – Могилев, 18–21 апр. 2002 г.;

– Энергосберегающие технологии и технические средства в сельскохозяй ственном производстве : Междунар. науч.-техн. конф. Могилев, 12–13 июня г.;

– Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии : Между нар. науч.-техн. конф. Могилев, 22–23 апр. 2010 г.;

– Инновация в машиностроении–2012 : Междунар. науч.-техн. конф., по священная 55-летию ОИМ НАН Беларуси. Минск, 17–19 окт. 2012 г.;

– Петербургской технической ярмарке. – СПб., 12–14 марта 2013 г. Экс понат системы управления торможением седельного автопоезда, включающий устройство измерения тормозных моментов и сил в шкворне седельного авто поезда (награжден золотой медалью).

Опубликованность результатов По теме диссертации опубликовано 17 статей (3,1 авторского листа), в том числе 4 статьи, рекомендованные ВАК Республики Беларусь, 10 статей в сборниках научных трудов и в материалах научно-технических конференций.

Получено 2 патента РБ и 1 патент РФ.

Структура и объем диссертации Диссертация содержит 100 страниц основного текста, 97 рисунков и 3 таблицы. Диссертация включает введение, общую характеристику работы, че тыре главы, заключение, список использованных источников из 98 наименова ний, список научных трудов соискателя из 17 наименований и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении изложена актуальность диссертационной работы, направ ленной на создание бортовой системы мониторинга процесса торможения ма гистральной АТС, осуществляющей контроль качества функционирования тормозной системы автопоезда.

Первая глава посвящена анализу существующих методов диагностики тормозов и разработке концепции создания бортовой системы мониторинга процесса торможения магистральной АТС и формулировке задач исследований, основанных на анализе результатов фундаментальных исследований П. А. Амельченко, Ю. Б. Беленького, Н. В. Богдана, В.П. Бойкова, В. В. Гусько ва, А. И. Гришкевича, Д. А. Дубовика, Г. О. Котиева, В. А. Кима, М. С. Льяно ва, Г. И. Мамити, Я. Н. Нефедьева, А. Т. Скойбеды, И. С. Сазонова, В. П. Тара сика, А. А. Полунгяна, А. А. Ревина, О. С. Руктешеля, А. К. Фрумкина, Schafer Thomas, C. Howard, H. Wilkins, G. Gory, C. Tangy, W. Limpert, H. Leiber, Kink Wenner и многих других ученых. Концепция создания БСМТ АТС основана на использовании информации о силовых факторах. Схема размещения источни ков информации БСМТ АТС – датчиков измерения тормозных моментов на каждом колесе АТС и сил в сцепном устройстве автопоезда представлена на рисунке 1.

1 – тягач;

2 – полуприцеп;

ДМ датчик измерения фактически реализуемых колесом тормозных моментов;

ДС датчик измерения сил в шкворне седельно-сцепного устройства в четырех направлениях Рисунок 1 – Схема размещения датчиков измерения тормозных моментов и сил в тягово-сцепном устройстве седельного автопоезда Вторая глава посвящена теоретическому исследованию ударного нагру жения шкворня седельно-сцепного устройства АТС МАЗ, возникающего при запаздывании срабатывания тормозов полуприцепа. В результате исследования были определены расчетные силы, действующие на шкворень АТС МАЗ, кото рые были использованы для проектирования датчиков измерения сил в сцепке АТС МАЗ. Установлено, что при ударном нагружении шкворня АТС МАЗ при определенных начальных углах между продольными осями тягача и автопоезда возникает опасность складывания звеньев автопоезда. При запаздывании сраба тывания тормозов полуприцепа при торможении автопоезда на криволинейной траектории наибольшие боковые реакции возникают у колес передней оси тя гача МАЗ. Процесс ударного нагружения шкворня АТС МАЗ условно разбивал ся на четыре этапа. Первый этап характеризуется высокой скоростью нарастания ударной силы на шкворень. Второй этап формированием моментов в тормоз ных механизмах полуприцепа. Третий этап соответствует переходному процессу, в котором формируемый момент превышает момент, который реализуется коле сами, вследствие чего происходит скольжение контактов колес тягача относи тельно опорной поверхности, т.е. блокировка колес, приводящая к снижению ко эффициентов сцеплений колес с опорной поверхностью. Четвертый этап харак теризуется полным нарушением кинематической связи колес с опорной поверх ностью, а реализуемый колесами тормозной момент стабилизируется на некото ром определенном значении («юз» колес). При значениях коэффициента сцеп ления cц = 0,7...0,8 величина тормозного момента близка к формируемому тормозному моменту. Условие, исключающее складывание звеньев автопоезда, определяется постоянством разности курсовых углов продольных осей тягача и полуприцепа: 2 1 const, где 1, 2 курсовые углы тягача и полуприцепа.

Установлено, что модуль силы, направленный вдоль продольной оси тя гача, при начальной скорости торможения V = 60 км/ч может создать модули боковых реакций колес передней оси тягача МАЗ, превышающие более чем в 3,5 раза силы сцепления колес по условиям их сцепления с опорной поверхно стью. Следствием возникновения значительных боковых реакций колес являет ся складывание звеньев автопоезда.

Расчеты проводились при следующих исходных данных: коэффициент сцепления колес сц = 0,7, угол между продольными осями тягача и полуприце па = 3°, время запаздывания срабатывания тормозов полуприцепа t = 0,2 с, полная масса груженого полуприцепа G = 25700,0 кг, материал пальца кон струкционная сталь, предел текучести т = 620 МПа, предел прочности при рас тяжении в = 723 МПа, модуль Юнга Е = 2,1·105 МПа, коэффициент Пуассона µ = 0,28, модуль сдвига G = 7,9·104 МПа. Результаты моделирования показали (рисунок 2), что наибольшее напряжение наблюдается в области галтели шкворня, а его максимальная деформация превышала 0,058 мм. Проф. В. А. Кимом уста новлено, что процесс скольжения пятна контакта характеризуется отрицатель ным знаком производных от тормозных моментов. Данная закономерность мо жет быть использована в САБ АТС, а для разработки алгоритма мониторинга процесса торможения седельного автопоезда, необходимы признаки, отличаю щие его служебное торможение от экстренного. Способы идентификации экс тренного торможения от служебного торможения автопоезда разработаны на основе анализа вторых и первых производных от тормозных моментов по вре мени. Для создания алгоритма бортовой системы мониторинга процесса тор можения седельного автопоезда был проведен анализ результатов натурных ис пытаний макетных образцов устройств измерения тормозного момента и сил взаимодействия между звеньями автопоезда МАЗ.

а) б) Рисунок 2 – Интенсивность напряжений (а) и поля деформаций шкворня седельно-сцепного устройства при его ударном нагружении (б) В третьей главе изложены методы измерения тормозных моментов и сил взаимодействия между звеньями седельного автопоезда МАЗ. Разработаны спо собы включения электронных датчиков в штат ные конструкции тормозных механизмов и в кон струкции шкворня седельно-сцепного устройства АТС МАЗ. Созданы и испытаны макетные образ цы устройств измерения тормозных моментов.

Проведены стендовые испытания устройств измерения тормозных моментов и сил в сцепке.

Установлено, что выходные электрические сиг налы от датчиков измерения моментов и сил про порциональны тормозным моментам и силам в сцепке. При проектировании датчиков сил и мо ментов были использованы известные индукционные преобразователи с фер римагнитными сердечниками. Общая структурная схема способа измерения тормозного момента представлена на рисунке 3 (ОУ опорное устройство эле мента тормоза (опорная пластина барабанного тормоза, суппорт тормозных ко лодок дискового тормоза и т. д.), УВТМ – устройство, воспринимающее факти чески реализуемый колесом тормозной момент, ЭИУ электронно-измери тельное устройство). На рисунке 4 представлен монтаж электронного датчика в штатной конструкции барабанного тормоза МАЗ–544018-320-030.

а) б) 1 – оси колодок тормоза с электронным датчиком;

2 – нагрузочный рычаг;

3 – динамометр сжатия;

4 – домкрат;

5 – манометр давления воздуха в приводе тормоза Рисунок 4 – Монтаж электронных датчиков в поворотных осях колодок барабанного тормоза автомобиля МАЗ–544018-320-030 (а) и приспособления для тарировки (б) На рисунке 5 представлены поворотные оси колодок барабанного тормоза автомобиля МАЗ–544018-320-030, включающие электронные датчики измере ния сил. На рисунке 6 представлен график изменения тормозного момента ба рабанного тормоза в зависимости от изменения давления в пневмоприводе тор моза автомобиля МАЗ–544018-320-030.

Рисунок 5 – Поворотные оси колодок Рисунок 6 – Изменение тормозного тормоза, включающие электрон- момента от давления в пневмопри ные датчики МАЗ-544018-320-030 воде автомобиля МАЗ-544018-320- На рисунке 6 отмечена рабочая зона датчика, в которой изменение тор мозного момента в зависимости от давления в пневмоприводе автомобиля МАЗ-544018-320-030 имеет линейный характер. Устройство измерения сил в сцепке АТС МАЗ предусматривает измерение сил в двух продольных и в двух поперечных направлениях относительно продольной оси тягача. Датчики изме рения сил в сцепке базируется на остове тягача для определения составляющих сил, направленных вдоль продольной и поперечных осей тягача. Базирование датчика на тягаче позволяет определение равнодействующей силы в сцепке ав топоезда. На рисунке 7, а представлен шкворень седельно-сцепного устройства, выполненный с фланцем его крепления к полуприцепу, включающий электрон ный датчик измерения сил в сцепке в двух продольных и в двух поперечных направлениях. На рисунке 7, б представлен монтаж шкворня на полуприцепе МТМ 9330. Статическая тарировка датчика измерения сил в шкворне произво дилась с помощью специально разработанного устройства. График изменения выходного напряжения от электронного датчика представлен на рисунке 8.

Рисунок 7 – Шкворень сцепного устройства Рисунок 8 – Изменение выход с датчиком сил, монтаж шкворня в ного напряжения от электрон сцепном устройстве седельного авто- ного датчика шкворня в зави поезда МАЗ-64229+МТМ 9330 симости от прикладываемой силы Для снижения концентрации напряжений в переходных галтелях шкворня поверхность крепления пальца в гнезде полуприцепа выполнена с конусностью (конусность не более 1:10). При этом величина локальных напряжений снижа ется на 12,6 %, а минимальный коэффициент запаса по пределу текучести мате риала повышается на 3,2 %. Анализ результатов стендовых испытаний устройств измерения тормозного момента и сил в сцепке показал, что электри ческие сигналы от датчиков пропорциональны тормозным моментам и силам в шкворне. Дрейф опорных сигналов не превышал 0,1 %.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма БСМТ АТС путем проведения натурных испытаний устройств измерения тормозных моментов и сил взаимодействия между звеньями на седельном автопоезде МАЗ и анализу полученных результатов. В качестве объектов испытаний были использованы седельный автопоезд МАЗ-64229+МТМ 9330 (рисунок 9, а) и автомобиль-тягач МАЗ-544018-320-030 (рисунок 9, б). На рисунке 10 представлены измеритель ная аппаратура и макетный образец БСМТ АТС, высокочастотный блок пита ния (20 кГц) датчиков измерения моментов и сил взаимодействия между звень ями автопоезда.

Методика испытаний предусматривала торможение АТС с различными начальными скоростями по разным опорным поверхностям и по различным траекториям. Также были апробированы варианты экстренного торможения с отключенными тормозами полуприцепа для оценки эффекта «наезда» полупри цепа на тягач.

а) б) Рисунок 9 – Объекты испытаний: автопоезд МАЗ-64229 + МТМ и тягач МАЗ-544018-320- а) б) в) Рисунок 10 – Измерительная аппаратура в кабине тягача (а), макетный образец бортовой системы диагностики (б), генератор питания датчиков (в) На рисунке 11 представлена осциллограмма записи изменения тормозно го момента на переднем колесе тягача МАЗ-544018-320-030 при торможении по мокрому асфальту. Анализ результатов измерений тормозных моментов при экстренном торможении АТС показал, что существует регулярная закономер ность изменения тормозного момента. Изменение происходит таким образом, что блокировка тормозящего колеса отмечается спадом тормозного момента.

Данная идентификация блокировки колес при торможении не зависит от усло вий сцепления колес и может быть использована в алгоритме БСМТ АТС для оценки качества функционирования тормозов. Бортовая система мониторинга осуществляет оценку работы тормоза при экстренном торможении седельного автопоезда по блокировке колес АТС.

Рисунок 11 – Осциллограмма изменения тормозного момента на колесе передней оси тягача МАЗ–544018-320-030 при экстренном торможении (мокрый асфальт, начальная скорость торможения 30 км/ч) Идентификация блокировки колес при экстренном торможении осу ществляется по отслеживанию следующих условий (см. рисунок 11):

d 2M i dM i 0.

0;

dt 2 dt Отсутствие этих условий означает служебное торможение АТС (рисунок 12).

В процессе анализа блокировок колес производится сравнение отрезков време ни блокировок колес. При ti tТ, где tТ время срабатывания тормозного привода (по паспорту завода-изготовителя), алгоритм фиксирует неисправность i-го тормоза.

Рисунок 12 – Осциллограмма изменения тормозного момента на колесе передней оси тягача МАЗ–544018-320-030 при служебном торможении (мокрый асфальт, начальная скорость торможения 30 км/ч) Алгоритм диагностики процесса торможения магистральной АТС иден тифицирует условие торможения «микст» ( -split). Условие «микст» возникает при различной разности коэффициентов сцепления по бортам автомобиля (раз ность до 30 %). Условие «микст» идентифицируется по условию М iб, лТ, П М iб,пТ, П,, 100 % 30 %, М iб, лТ, П М iб,пТ, П,, М iб лТ, П, М iбпТ, П – суммарные тормозные моменты по бортам тя,, где,, гача и полуприцепа.

Скольжение контактов колес тягача при запаздывании тормозов полу прицепа сопровождалось возникновением отрицательных производных сил в сцепке:

dFx/, y dFx, y 0.

0;

dt dt Опасные значения разворачивающих моментов, действующих на тягач и полуприцеп при испытаниях, идентифицировались появлением световой инди кации на блоке БСМТ АТС.

Устройство измерения сил в сцепном устройстве базируется на платфор ме тягового устройства тягача автопоезда, что позволяет определить направле ние равнодействующей силы в сцепке. Критерием опасного запаздывания тор мозов полуприцепа является условие Fx2 R Fy GT сц min, где GT вес тягача;

сц min минимальный коэффициент сцепления ко леса с дорогой, сц min = 0,3.

При выполнении этого условия БСМТ АТС информирует о возможной угрозе складывания звеньев автопоезда АТС при экстренном торможении се дельного автопоезда. Данный критерий диагностики включен в алгоритм ма кетного образца БСМТ АТС.

Пороговые значения времени быстродействия тормозов устанавливаются заводом-изготовителем. На рисунке 13 представлены осциллограммы записи изменения сил взаимодействия в тягово-сцепном устройстве седельного авто поезда МАЗ-64229 + МТМ 9330. Анализ осциллограмм изменения сил в сцеп ном устройстве показал, что при прямолинейном движении автопоезда боковые силы в сцепке отсутствуют (см. рисунок 13, а). Следовательно, признаком пря молинейного движения автопоезда может служить отсутствие боковых сил в сцепке. Данный признак может быть использован в алгоритме БСМТ АТС. При экстренном торможении седельного автопоезда с отключенными тормозами полуприцепа наблюдалась значительная скорость нарастания продольной силы в сцепном устройстве. Такое нарастание является результатом ударного воз действия полуприцепа на тягач («наезд» полуприцепа на тягач). Торможение АТС по криволинейной траектории всегда сопровождалось возникновением боковых сил в сцепке автопоезда.

а – изменение поперечной силы в сцепке при прямолинейном торможении автопоезда;

б – изменение продольной силы в сцепке при экстренном прямолинейном торможении автопоезда с отключенными тормозами полуприцепа;

в – изменение продольной и поперечной силы в сцепке при торможении АТС по криволинейной траектории Рисунок 13 – Осциллограммы записи изменений сил в сцепке АТС МАЗ при его торможении Причем идентифицировать торможение АТС по криволинейной траектории можно путем расчета угла между продольными осями тягача и полуприцепа:

Fy, arctg Fx где Fy, Fx – составляющие сил в сцепке автопоезда вдоль продольной оси и в направлении, перпендикулярном к ней. Знаки сил указывают ориентацию направления действия равнодействующей силы R.

На рисунке 14 представлена осциллограмма записи тормозного момента на колесе при экстренном торможении тягача МАЗ-544018-320-030 с включен ной антиблокировочной системой (АБС).

Рисунок 14 – Осциллограмма записи изменения тормозных моментов на колесе тягача МАЗ-544018-320-030 при экстренном торможении с АБС (мокрый гравий, начальная скорость торможения 15 км/ч) Характерным признаком работы АБС тягача МАЗ-544018-320-030 явля ется возникновение нескольких экстремумов тормозных моментов (точки А2, А3, А4 на рисунке 14), указывающих на работу АБС при блокировке тормозя щего колеса. В результате разблокировки колеса, осуществляемой АБС, проис ходит спад тормозного момента (точки спада тормозного момента В1, В2, В3 на рисунке 14).

Из осциллограммы, представленной на рисунке 14, следует, что с помо щью устройства измерения тормозных моментов можно произвести оценку ка чества функционирования алгоритма любой АБС. Однако данная задача не входила в настоящие исследования.

Алгоритм бортовой системы мониторинга процесса торможения маги стральной АТС (БСМТ АТС) представлен на рисунке 15.

Рисунок 15 – Алгоритм бортовой системы мониторинга процесса торможения седельного автопоезда (БСМТ АТС) Алгоритм БСМТ АТС осуществляет:

– оценку качества функционирования тормоза по его блокировке колес, которая идентифицируется равенством нулю второй и первой производных от тормозных моментов;

– оценку синхронности срабатывания тормозов путем сравнения отрезков времени блокировки колес АТС, которые не должны превышать заданного по рогового значения, равного времени срабатывания тормозного привода;

– оценку синхронности срабатывания звеньев автопоезда путем сравне ния сил в сцепке с заведомо заданным пороговым значением, равного силе сцепления колес тягача с опорной поверхностью при минимальном значении коэффициента сцепления ( min 0,2);

– идентификацию разворачивающих моментов и условий сцепления ко лес по бортам тягача и полуприцепа путем определения моментов, разворачи вающих тягача и полуприцеп;

идентификацию относительного положения звеньев автопоезда в про цессе торможения путем расчета угла между продольными осями тягача и по луприцепа на основе измерения составляющих сил в сцепке.

– идентификацию условия торможения «микст» ( -split), вызывающего возникновение значительных разворачивающих моментов звеньев автопоезда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные научные результаты диссертации 1. Разработан алгоритм оценки качества функционирования колесных тормозов, идентифицирующий блокировку колес при экстренном торможении автопоезда на основе равенства нулю первой и второй производных от тормоз ных моментов. Экспериментальные исследования подтвердили, что отсутствие указанных признаков блокировки характеризует неисправность колесного тор моза [1–3, 7, 9–11, 13–16].

2. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что оценку синхронности срабатывания колесных тормозов автопоезда можно осу ществить путем сравнения отрезков времени при которых достигается блоки ровка колес в заданном пороговом значении времени. Значение заданного по рогового времени не должно превышать 0,25 с (время срабатывания пневмо привода,0,2 с) [1, 2, 4, 5, 9, 10, 14–16].

3. Результатами теоретических и экспериментальных исследований дока зано, что идентификацию «наезда» полуприцепа на тягач можно осуществить путем сравнения модуля силы в сцепке с заданным пороговым ее значением.

Пороговое значение силы в сцепке не должно превышать силу сцепления колес тягача с опорной поверхностью при коэффициенте сцепления сц min 0,2. Сила сцепления для тягача МАЗ при заданном коэффициенте сцепления составляет 1,2 Кн. [3, 6, 7, 8, 10–12, 15–17].

4. Установлено, что идентификацию условия «микст» ( -split) можно от слеживать по отрицательным знакам производных тормозных моментов и сил в сцепке. Отношение разности тормозных моментов по бортам звеньев автопоезда к суммарному тормозному моменту не должно превышать 30 %, что соответ ствует торможению звеньев автопоезда по условию «микст» [2, 3, 6–8, 11, 13, 14].

5. Разработан алгоритм идентификации относительного положения звень ев автопоезда при торможении, который основан на расчете угла между про дольными осями тягача и полуприцепа с помощью данных измерения состав ляющих сил в сцепном устройстве автопоезда. Анализ сравнения угла между продольными осями тягача и полуприцепа в конце торможения по криволиней ной траектории радиусом 130 м с начальной скорости торможения по сухому асфальту 40 км/ч (угол составил 120 ) с расчетным углом показал, что погреш ность расчета не превысила 4 % [3, 14].

6. Для мониторинга процесса торможения седельного автопоезда МАЗ разработаны устройства измерения тормозных моментов и сил взаимодействия между звеньями автопоезда, выдающие электрические сигналы, пропорцио нальные тормозным моментам и силам в сцепке. Устройства обладают свой ствами нормированных измерительных устройств. Установлено, что дрейф опорных выходных электрических сигналов от электронных датчиков устройств измерения не превышал 0,1 % [11, 12, 15–17].

Новизна технических решений подтверждена 2 патентами Республики Беларусь (пат. 9589 РБ, С1 МПК (2006) B 60 T 8/00, В 60 Т 8/52 от 11.08.04 г., пат. 15383 РБ, МПК F16D 55/00 от 30.10.12 г. и 1 патентом Российской Федера ции (пат. 2299140 РФ, МКИ6 B 60 T С 1 от 20.05.07 г.).

Ожидаемый экономический эффект от использования результатов иссле дований составит 450 000 белорус. р. на один седельный автопоезд за счет эко номии затрат на проведение его беговых испытаний, проводимых после каждой замены или ремонта элементов тормозной системы (акт Министерства транс порта и коммуникаций Республики Беларусь). Устройства измерения тормоз ных моментов и сил взаимодействия между звеньями автопоезда могут быть использованы при создании и доводке новых тормозных механизмов (2 акта филиала завода МАЗ Могилевского завода «Трансмаш»).

Рекомендации по практическому использованию результатов 1. Устройства измерения сил в шкворне и тормозных моментов седельно го автопоезда МАЗ рекомендуются к использованию для оценки эффективно сти новых тормозных механизмов при проведении их натурных испытаний (два акта по результатам исследований переданы филиалу завода МАЗ Могилевско го завода «Трансмаш»).

2. Макетного образца бортовой системы мониторинга процессом тормо жения седельного автопоезда могут быть рекомендованы при создании пер спективных бортовых систем мониторинга торможением автопоездов (акт по результатам исследований передан Министерству транспорта и коммуникации Республики Беларусь).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В научных изданиях, рекомендованных ВАК 1. Мельников, А. С. Алгоритм системы активной безопасности двухко лесной мобильной машины / А. С. Мельников, И. С. Сазонов, В. А. Ким, О. В.

Билык, В. И. Василевский // Вестн. Белорус.-Рос. ун-та. 2012. – № 4. – С. 40–50.

2. Василевский, В. И. Концепция создания бортовой системы диагности ки тормозов магистральной АТС / В. И. Василевский // Вестн. Белорус.-Рос.

ун-та. 2013. – № 1. – С. 1117.

3. Василевский, В. И. Алгоритм бортовой диагностики тормозов маги стральной АТС / В. И. Василевский // Вестн. Белорус.-Рос. ун-та. 2013. – № 1.

– С. 510.

4. Василевский, В. И. Структуры управления тормозами АТС с АБС и оценка их эксплуатационных качеств / В. И. Василевский // Вестн. МГТУ.

2003. – № 1. – С. 3133.

5. Сазонов, И. С. Управление движением колесных машин на основе из мерения и анализа силовых факторов / И. С. Сазонов, В. А. Ким, П. А. Амель ченко, Д. А. Дубовик, В. И. Василевский // Механика машин, механизмов и ма териалов. 2012. № 3. С. 177188.

Статьи и доклады в сборниках научных трудов и в материалах научно-технических конференций 6. Сазонов, И. С. Диссипация кинетической энергии мобильной машины при ее торможении / И. С. Сазонов, Н. А. Коваленко, В. А. Ким, Е. А. Моисеев, В. И. Василевский // Теория и практика машиностроения. 2004. № 3.

С. 1014.

7. Ким, В. А. Особенности экстренного торможения седельного автопо езда / В. А. Ким, И. С. Сазонов, А. Т. Скойбеда, В. Д. Рогожин, О. В. Билык, В. И. Василевский, Ю. С. Романович // Теория и практика машиностроения.

2004. № 3. С. 5155.

8. Ким, В. А. Силовые взаимодействия звеньев магистральной АТС при его торможении / В. А. Ким, Н. А. Коваленко, В. И. Василевский // Современ ные технологии, материалы, машины и оборудование : материалы Междунар.

науч.-техн. конф., Могилев, 16–17 мая 2002 г. – Могилев : МГТУ, 2002. – С. 320.

9. Василевский, В. И. Перспективы создания оборудования для ком плексной диагностики тормозной системы магистральных АТС / В. И. Василев ский, В. А. Ким, Н. А. Коваленко // Современные технологии, материалы, ма шины и оборудование : материалы Междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 16–17 мая 2002 г. – Могилев : МГТУ, 2002. – С. 305–306.

10. Василевский, В. И. Возможности синхронизации тормозных момен тов на осях магистральных АТС / В. И. Василевский, В. А. Ким, Г. А. Колосов, Н. А. Коваленко // Современные технологии, материалы, машины и оборудова ние : материалы Междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 16–17 мая 2002 г. – Могилев : МГТУ, 2002. – С. 60–64.

11. Билык, О. В. Измерение сил в контакте колес автотранспортных средств с опорной поверхностью / О. В. Билык, В. И. Василевский, А. А. Метто, Е. А. Моисеев // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии :

материалы Междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 20–21 апр. 2006 г. : в 2 ч. – Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2006. – Ч. 2. – С. 8–10.

Разделы в монографиях 12. Василевский, В. И. Схемотехническая реализация электронного дат чика измерения тормозного момента / В. И. Василевский // Динамика колесных машин / И. С. Сазонов [и др.] ;

под ред. И. С. Сазонова. – Могилев, 2006. – Под раздел 9.5. – С. 373–388.

13. Василевский, В. И. Моделирование процесса торможения седельного ав топоезда / В. И. Василевский // Динамика колесных машин / И. С. Сазонов [и др.] ;

под ред. И. С. Сазонова. – Могилев, 2006. – Подраздел 10.2. – С. 411–415.

14. Василевский, В. И. Уравнение движения автопоезда в обобщенных координатах / В. И. Василевский // Динамика колесных машин / И. С. Сазонов [и др.] ;

под ред. И. С. Сазонова. – Могилев, 2006. – Пункт 8.9.1 – С. 311–319.

Патенты 15. Пат. 2299140 РФ, МПК6 B 60 T 8/52, B 60 T 8/1763. Способ регули рования торможением автопоезда / И. С. Сазонов, А. Т. Скойбеда, В. И. Васи левский, Г. В. Бочкарев, В. В. Корсаков, Н. А. Коваленко, В. А. Ким, И. И. Цы ганков, Л. Г. Красневский, В. В. Сикорский, В. Д. Рогожин ;

заявитель и патен тообладатель Белорус.-Рос. ун-т. – № 2005132206/11 ;

заявл. 18.10.05 ;

опубл.

20.05.07 // БИ / Федеральная служба по интеллектуальной собственности. – 2007. – Бюл. № 14. – 5 с.

16. Пат. 9589 Респ. Беларусь, МПК7 B 60 T 8/00, B 60 T 8/52. Способ регулирования торможением автопоезда / И. С. Сазонов, В. А. Ким, А. Т. Ской беда, В. И. Василевский, Г. В. Бочкарев, В. В. Корсаков, Н. А. Коваленко, И. И.

Цыганков, Л. Г. Красневский, В. В. Сикорский, В. Д. Рогожин ;

заявитель и па тентообладатель Белорус.-Рос. ун-т – № а20041020 ;

заявл. 11.08.04;

опубл.

19.04.07 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2007. – Бюл. № 4. – 4 с.

17. Пат. 15383 Респ. Беларусь, МПК7 G 01 B 7/14, G 01 B 7/24, G L 7/12. Устройство для измерения деформации шкворня тягово-сцепного устройства седельного автопоезда / В. А. Ким, Г. В. Бочкарев, И. С. Сазонов, Г. С. Леневский, А. Т. Скойбеда, Н. Г. Мальцев, В. В. Корсаков, Н. Ф. Пекарь, В. И. Василевский ;

заявитель и патентообладатель Белорус.-Рос. ун-т – № а20071463 ;

заявл. 21.10.05, опубл. 30.10.12 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2012. – Бюл. № 5. – 4 с.

РЭЗЮМЭ Васілеўскі Валерый Іванавіч Алгарытм бартавой сістэмы маніторынгу працэсу тармажэння седлавага аўтацягніка на аснове вымярэння і аналізу сілавых фактараў Ключавыя словы: крыніцы першаснай інфармацыі, крытэрыі ацэнкі якасці функцыянавання тармазоў, ідэнтыфікацыя якасці функцыянавання тармазоў, знакі вытворных момантаў, тармазныя моманты, сінхроннасць работы тармазоў, магістральная АТС.

Аб’ект даследавання – седлавы аўтацягнік МАЗ (магістральны АТС МАЗ).

Мэтай працы з’яўляецца стварэнне алгарытму бартавой сістэмы маніторынгу працэсу тармажэння магістральнай АТС (БСМТ АТС) на аснове вымярэння тармазных момантаў, фактычна рэалізаваных коламі з апорнай паверхняй дарогі, і сіл узаемадзеяння паміж звенамі аўтацягніка, які ажыццяўляе:

– ацэнку якасці функцыянавання тармазоў шляхам адсочвання блакіровак колаў АТС пры тармажэнні;

– кантроль сінхроннасці дзейнічання тармазоў АТС шляхам параўнання адрэзкаў часу блакіровак колаў АТС пры тармажэнні;

– спазненне дзейнічання тармазнога прывада паўпрычэпа шляхам параўнання сіл у счэпцы з парогавай, заведама зададзенай сілай, устаноўленай зыходзячы з мінімальнай сілы счаплення колаў цягача;

– маніторынг узнікнення небяспечных момантаў, якія разварочваюць цягач і паўпрычэп, шляхам аналізу вынікаў разліку рознасці момантаў па бартах цягача і паўпрычэпа;

– маніторынг становішча звнаў аўтацягніка ў працэсе тармажэння шляхам разліку вуглоў паміж падоўжнымі восямі цягача і паўпрычэпа, заснаваных на выніках вымярэння састаўляючых сіл у счэпцы АТС;

– маніторынг умоў працэсу тармажэння шляхам аналізу рознасці момантаў па бартах цягача і паўпрычэпа.

РEЗЮМЕ Василевский Валерий Иванович Алгоритм бортовой системы мониторинга процесса торможения седельного автопоезда на основе измерения и анализа силовых факторов Ключевые слова: источники первичной информации, критерии оценки качества функционирования тормозов, идентификация качества функциониро вания тормозов, знаки производных моментов, тормозные моменты, синхрон ность срабатывания тормозов, магистральная АТС.

Объект исследования – седельный автопоезд МАЗ (магистральный АТС МАЗ).

Целью работы является создание алгоритма бортовой системы монито ринга процесса торможения магистральной АТС (БСМТ АТС) на основе изме рения тормозных моментов, фактически реализуемых колесами с опорной по верхностью дороги, и сил взаимодействия между звеньями автопоезда, осу ществляющего:

– оценку качества функционирования тормозов путем отслеживания бло кировок тормозящих колес АТС;

– контроль синхронности срабатывания тормозов АТС путем сравнения отрезков времени блокировок тормозящих колес АТС;

– запаздывание срабатывания тормозного привода полуприцепа путем сравнения сил в сцепке с пороговой, заранее заданной силой, установленной исходя из минимальной силы сцепления колес тягача;

– мониторинг возникновения опасных моментов, разворачивающих тягач и полуприцеп путем анализа результатов расчета разности моментов по бортам тягача и полуприцепа;

– мониторинг положения звеньев автопоезда в процессе торможения пу тем расчета углов между продольными осями тягача и полуприцепа, основан ных на результатах измерения составляющих сил в сцепке АТС;

– мониторинг условий процесса торможения путем анализа разности мо ментов по бортам тягача и полуприцепа.

SUMMARY Vasilevsky Valery Ivanovich Algorithm design of the braking monitoring on-board system of the linehaul train Keywords: sources of the raw information, criteria of quality estimation of op eration of brakes, quality identification of operation of brakes, signs of derivative moments, breaking torques, synchronism of operation of brakes, linehaul train.

Test subject – MAZ road train (MAZ linehaul train).

The aim of the work is algorithm design of the braking monitoring on-board system of the linehaul train based on braking torque measuring, implemented practi cally by the wheels - and - road bearing surface and interacting forces between the road train parts. The system:

– estimates the quality of operation of the brakes by tracing the locking of the braking wheels of the vehicle;

– monitors synchronism of operation of brakes of the vehicle by comparing time of blocking of the braking wheels of the vehicle;

– monitors braking lag of the semi-trailer by comparing forces in the coupling to the threshold one, given beforehand, which is chosen according to the minimal traction force of the wheels of the tractive vehicle;

– monitors occurrence of dangerous situations of veering both the tractive unit and the semi-trailer by analyzing the results of calculation the difference of moments on the sides of the tractive unit and the semi-trailer;

– monitors the position of the units of the articulated lorry while braking by calculating the angles between longitudinal axes of the tractive unit and the semi trailer, based on measurement data of components of force in the coupling of the ve hicle;

– monitors the conditions of braking by analyzing the difference of moments on the sides of the tractive unit and the semi-trailer.

ВАСИЛЕВСКИЙ Валерий Иванович АЛГОРИТМ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ СЕДЕЛЬНОГО АВТОПОЕЗДА НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА СИЛОВЫХ ФАКТОРОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины» Подписано в печать 18.04.2013. Формат 6084/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ № 316.

Издатель и полиграфическое исполнение Государственное учреждение высшего профессионального образования «Белорусско-Российский университет» ЛИ № 02330/0548519 от 16.06.2009.

Пр. Мира, 43, 212000, Могилев.