ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.04.2020
Просмотров: 423
Скачиваний: 4
Лист
Изм.
Лист
N
документа
Подпись
Дата
ВВЕДЕНИЕ
Практически с момента своего создания автомобили стали представлять потенциальную опасность для окружающих и участников движения. Поскольку полностью избежать дорожно-транспортных происшествий пока не представляется возможным, автомобиль необходимо совершенствовать в направлении снижения вероятности аварии и минимизации ее последствий. Для этого иностранные производители автомобилей массово применяют различные способы пассивной и активной и безопасности автомобиля.
Пассивная безопасность — конструктивные мероприятия, направленные на сведение к минимуму вероятности ранений человека при дорожно-транспортном происшествии (особая конструкция кузова, применение ремней безопасности, надувных подушек безопасности, сиденья с активными подголовниками, передний бампер, поглощающий часть кинетической энергии при столкновении и т.д.)
Активная безопасность автомобиля — комплекс его свойств, снижающих возможность возникновения дорожно-транспортных происшествий. Ее уровень определяется такими параметрами, как безотказность узлов, агрегатов и систем автомобиля, компоновка автомобиля (переднемоторная, имеющая два варианта: заднеприводную (классическую) и переднеприводную, компоновка с центральным расположением двигателя, заднемоторная компоновка), тормозные свойства (для улучшения которых на современных автомобилях используется антиблокировочная система тормозов (АБС)), тяговые свойства (тяговая динамика) автомобиля (для контроля оптимальных значений которых применяется противопробуксовочная система (ПБС)), устойчивость автомобиля (поперечная при прямолинейном движении (курсовая устойчивость), поперечная при криволинейном движении, продольная), управляемость автомобиля (основная характеристика – поворачиваемость), информативность, комфортабельность.
Автомобильные конструкторы всего вира давно осознали один непреложный факт - сделать автомобиль максимально безопасным и обеспечить безопасность движения на автомобильном транспорте при всевозрастающих среднетехнических скоростях могут только автоматизированные электронные системы управления, быстродействие которых и реакция на изменение дорожной ситуации несоизмеримо выше реакции водителя.
Системы автоматического управления создаются для того, чтобы автоматически, без непосредственного участия человека поддерживать необходимый режим работы различных обслуживаемых этими автоматами объектов. Системы автоматического управления самостоятельно, без вмешательства извне либо поддерживают постоянной, либо изменяют по заранее заданному закону одну или несколько физических величин, характеризующих процессы, происходящие в обслуживаемых объектах, или же сами определяют в зависимости от ряда условий нужный или оптимальный закон управления объектом.
Целью дипломного проекта является модернизация одной из систем активной безопасности - системы автоматического регулирования сцепления колёс автомобиля-иномарки с дорожным покрытием. Данная система призвана не допустить пробуксовки колеса при интенсивном разгоне, обеспечивая устойчивость и управляемость транспортного средства независимо от состояния внешней среды, состояния и квалификации водителя.
1 АНАЛИЗ САР СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ_ИНОМАРКИ С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ
1.1 Современные массовые средства активной безопасности
а) Тормозные системы
Самая важная система для обеспечения безопасности водителя и пассажиров. Непрерывно совершенствуется. Двадцать лет назад появились первые варианты антиблокировочной системы тормозов или АБС (Antilock Brakes System, ABS), обеспечивающие эффективное и надёжное торможение в экстренных ситуациях. ABS предотвращает колёса от блокировки во время торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, электронные датчики определяют, какое колесо теряет сцепление, и уменьшают давление тормозных колодок на это колесо.
б) Противобуксовочная система ПБС
Данная система, называемая также системой предотвращения пробуксовки (проскальзывания) колес, устраняет проскальзывание колес при начале движения, ускорении и движении по дороге с низким коэффициентом сцепления. Перераспределяет крутящий момент двигателя между ведущими колёсами таким образом, чтобы увеличить нагрузку на тот диск, у которого в данный момент выше сцепление с дорогой. Система притормаживает вращение колеса, которое проскальзывает (буксует). Благодаря этому существенно повышается устойчивость автомашины и улучшается сцепление колес с дорогой. Особенно эффективно работает на полноприводных моделях.
Регулирование сцеплением колёс с дорожным покрытием осуществляется с помощью электронного блока с замкнутой обратной связью, объединяемого с блоком управления ABS для совместного использования компонентов антиблокировочной системы.
в) Противозаносная или система динамической устойчивости (Dynamic Stability Control)
В случае возникновения рассогласования между действительной траекторией и заданной водителем через угол поворота управляемых колес корректирует траекторию движения. При прохождении крутых поворотов на большой скорости на мокрой, обледенелой или заснеженной дороге, когда начинается скольжение передних колёс, система самостоятельно сбрасывает газ и подтормаживает задние колёса, удерживая тем самым автомобиль от сноса в кювет. Если возникает при крутом повороте руля проскальзывание задних колёс, система подтормаживает передние колёса и стабилизирует автомобиль. Особенно эффективна на полноприводных моделях. Если антиблокировочные и противобуксовочные системы улучшают только продольную динамику автомобиля, то система динамической стабилизации автомобиля, используя функциональные возможности АБС и ПБС, контролирует уже не только продольную, но и поперечную динамику автомобиля. При этом автомобиль необходимо оснастить дополнительными датчиками: угла поворота рулевого колеса, дающего информацию о задаваемой водителем траектории движения; скорости вращения автомобиля вокруг его вертикальной оси; поперечного ускорения автомобиля.
1.2 Анализ существующих ПБС
В основе построения ПБС лежит теория сцепления колеса (протектора) с покрытием дороги. Ведущее колесо может находиться в одном из трех состояний: в тяговом режиме, в тормозном режиме и в свободном качении, когда к колесу не прикладываются ни крутящий, ни тормозной моменты. Последний случай - это движение автомобиля накатом.
Рисунок 1 - Схема качения ведущего колеса. G - нагрузка на колесо; PN - нормальная реакция; r - радиус качения; с - угловое ускорение; J - момент инерции
Линейная скорость колеса на радиусе качения Vк совпадает со скоростью автомобиля Vа только при движении накатом. При торможении Vк всегда меньше скорости автомобиля и находится в интервале от 0 до Vа, а в тяговом режиме она всегда больше скорости автомобиля и лежит в пределах от Vа до максимальной скорости колеса Vк.max. Последняя зависит от максимальной частоты вращения двигателя, передаточных чисел трансмиссии и радиуса колеса. Для описания вращения колеса в тяговом режиме пользуются понятием коэффициента буксования (или просто буксования) колеса Sб.
Возможные значения этого коэффициента находятся в интервале от 0 до 1. Так, Sб = 0 при свободном качении колеса, а Sб = 1 - когда автомобиль еще не тронулся (Va=0), но колесо уже вращается (буксует).
Если к колесу приложить крутящий момент Мк, то в пятне контакта колеса с покрытием дороги возникает сила тяги Рт (ее еще называют полной окружной силой колеса), совпадающая с направлением движения.
На колесо также может действовать боковая сила, например, центробежная сила инерции при движении на повороте или сила ветра. Тогда в пятне контакта шина/дорога возникает боковая реакция Ps, направленная против действия боковой силы. Когда боковая сила, приложенная к ведущей оси автомобиля, превышает сумму сил Ps обоих колес, то возникает их боковое скольжение.
Коэффициент сцепления шины с дорогой φ в тяговом режиме является величиной переменной. Он определяется состоянием поверхности дороги, применяемыми шинами и коэффициентом буксования колеса. Эта зависимость изображается графически в координатах «коэффициент сцепления - коэффициент буксования» для различных дорожных покрытий.
Коэффициенты сцепления в тяговом режиме и в тормозном режиме похожи, но это не одно и то же, особенно при направленном рисунке протектора шины.
В тяговом режиме пятно контакта шины с дорогой состоит из двух участков: покоя в передней части пятна и буксования в задней части. На участке покоя элементы протектора неподвижны относительно покрытия дороги: здесь между шиной и дорогой действует сила трения покоя. А вот на участке буксования элементы протектора перемещаются относительно опорной поверхности - там уже действует сила трения скольжения. Причем соотношение размеров участков зависит от коэффициента буксования колеса Sб.
При небольшом буксовании благодаря эластичности шины все пятно контакта занимает участок покоя. При дальнейшем росте Sб сначала появляется небольшой участок буксования, который постепенно увеличивается и вскоре занимает всю длину пятна контакта. И, наконец, при Sб=1 коэффициент сцепления становится равным коэффициенту трения скольжения резины по опорной поверхности. Сказанное объясняет форму графика коэффициента сцепления: подъем на начальном участке, достижение максимального значения и дальнейшее небольшое снижение.
Рисунок 2 - Зависимость коэффициента сцепления шины с дорогой от коэффициента буксования колеса. φх - коэффициент сцепления в продольном направлении. φy - коэффициент сцепления в поперечном направлении.
Но вернемся к силе тяги Рт. Так как коэффициент сцепления в продольном направлении имеет максимум, который достигается при коэффициенте буксования Sб.м, то и сила тяги имеет соответствующее максимальное значение Pт.max.
Приложим к колесу небольшой крутящий момент Мк. Возникает соответствующая небольшая сила тяги Рт, и колесо начнет вращаться с постоянной скоростью при небольшом буксовании. При увеличении Мк будут увеличиваться Рт и Sб. Это стабильное состояние колеса, когда прирост подводимого Мк компенсируется приростом Рт при увеличении Sб. Так будет продолжаться до тех пор, пока с ростом Мк сила тяги не достигнет максимального значения. Дальнейший прирост подводимого крутящего момента уже не будет сопровождаться ростом силы тяги, а значит, колесо начнет раскручиваться с ускорением (Sб будет быстро расти). Причем теперь увеличение Sб сопровождается уменьшением Рт и увеличением ускорения. Это нестабильное состояние колеса, и процесс закончится раскруткой колеса до скорости Vк.max при соответствующем ему Sб, близким к единице.
При этом не только сила тяги Рт станет меньше Рт.max, но будет интенсивно изнашиваться шина, и резко (в несколько раз) уменьшится сила боковой реакции Ps, которая противодействует возникновению бокового скольжения колеса.
А это значит, что, если при движении автомобиля в повороте (при наличии боковой силы) ведущие колеса попадут с покрытия с высоким сцеплением на покрытие с низким сцеплением, то возникнет буксование колес. Оно будет сопровождаться боковым скольжением ведущей оси автомобиля с возможными печальными последствиями. Поэтому желательно оборудовать автомобиль таким устройством, которое при избыточном крутящем моменте будет автоматически ограничивать буксование колес для поддержания их в оптимальной области - вблизи максимального значения коэффициента сцепления в продольном направлении. Эту функцию обеспечивает ПБС.
Рассмотрим работу ведущего моста автомобиля. Крутящий момент двигателя через сцепление, коробку перемены передач и главную передачу поступает на дифференциал. Обозначим этот момент Mк. Симметричный дифференциал распределяет подводимый момент поровну между первым и вторым колесами.