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 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 тому подобное).

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 мира 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

Под активной безопасностью автомобиля понимается комплекс его свойств, снижающих возможность возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Ввиду того что отечественные автомобили пока не оснащены системами активной безопасности, примем к рассмотрению системы, внедряемые в автомобили иностранного производства.

Классификация современных массовых средств активной безопасности автомобиля представлена на рисунке 1. /1/

Рисунок 1 - Классификация современных массовых средств активной

безопасности автомобиля

Средства активной безопасности автомобиля включают три основные системы:

а) антиблокировочная система АБС - обеспечивает эффективное и надёжное торможение в экстренных ситуациях, предотвращая колёса от блокировки во время торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, электронные датчики определяют, какое колесо теряет угловую скорость настолько, что наступает угроза блокировки, и система уменьшает давление тормозных колодок на это колесо.

б) Противобуксовочная система ПБС, 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.

в) Система динамической устойчивости - в случае возникновения рассогласования между действительной траекторией и заданной водителем через угол поворота управляемых колес корректирует траекторию движения, сбрасывая газ и подтормаживая задние или передние колёса, тем самым, стабилизируя автомобиль. Система контролирует продольную и поперечную динамику автомобиля.

Объектом модернизации дипломного проектирования является противобуксовочная система, так как её основной функцией является регулирование сцепления колес автомобиля с дорожным покрытием.

1.2 Анализ существующих противобуксовочных систем

1.2.1 Теория сцепления колеса с покрытием дороги. В основе построения ПБС лежит теория сцепления колеса 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. /2/

Рассмотрим физическую основу качения колеса (рисунок 2).

---

G - нагрузка на колесо; P_N - нормальная реакция; r - радиус качения;

с - угловое ускорение

Рисунок 2 - Схема качения ведущего колеса

Линейная скорость колеса V_к на радиусе качения совпадает со скоростью автомобиля V_а только при движении накатом. При торможении V_к всегда меньше скорости автомобиля и находится в интервале от 0 до V_а, а в тяговом режиме она всегда больше скорости автомобиля и лежит в пределах от V_а до максимальной скорости колеса V_к.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 S_б.

Возможные значения этого коэффициента находятся в интервале от 0 до 1. Так, S_б равен 0 при свободном качении колеса, а S_б равен 1 - когда автомобиль еще не тронулся (Va=0), но колесо уже вращается (буксует).

Если к колесу приложить крутящий момент М_к, то в пятне контакта колеса с дорогой возникает сила тяги Р_т, совпадающая с направлением движения.

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» (рисунок 3).

φ - коэффициент сцепления; S_б - коэффициент буксования

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента сцепления колеса с дорогой от

коэффициента буксования колеса

Так как коэффициент сцепления в продольном направлении имеет максимум, который достигается при коэффициенте буксования S_б.м, то и сила тяги имеет соответствующее максимальное значение P_т.max.

Рассмотрим работу ведущего моста автомобиля (рисунок 4). Крутящий момент двигателя через сцепление, коробку перемены передач и главную передачу поступает на дифференциал. Обозначим этот момент M_к.

Рисунок 4 - Управление ведущим мостом автомобиля

Дифференциал (набор шестерен) пропорционально распределяет крутящий момент между ведущими колёсами, а также автоматически компенсирует разницу в их скорости вращения.

При нормально работающем (незаблокированном) дифференциале и одина-

ковом коэффициенте сцепления правого и левого колес с дорогой тяговые усилия на них обоих всегда одинаковы. На каждое из них приходится по 50 % крутящего момента, поступающего на вход дифференциала. Это означает, что то из ведущих колес, которое по условиям сцепления может реализовать меньшее тяговое усилие, одновременно (в силу равенства крутящих моментов) ограничивает и тягу противоположного колеса, тогда как блокировка дифференциала при несовпадении условий сцепления правых и левых колес устраняет эту равнораспределенность.

На дорогах с перепадом коэффициента сцепления по ширине проезжей части может возникнуть буксование одного из колес, иными словами, выравнивающий эффект дифференциала в этом случае оборачивается уменьшением реализуемого тягового усилия. Каждое из колес может передавать при этом усилие не больше допускаемого по условиям сцепления на скользкой стороне покрытия.

---

Предположим, что первое ведущее колесо находится на покрытии с низким коэффициентом сцепления φ₁, а второе колесо - на покрытии с высоким φ₂. При трогании, то есть при увеличении M_к, на колесах возникнут силы тяги P_т1 и Р_т2, которые благодаря симметрии дифференциала равны между собой. Тогда сила тяги автомобиля Р_к равна 2Р_т1 и увеличивается с увеличением M_к.

После достижения максимальной силы тяги Р_т.max1 первое колесо начинает буксовать. Сила тяги автомобиля несколько уменьшается и перестает зависеть от М_к. При этом Р_к меньше 2Р_т.max1.

Таково обычное поведение автомобиля, не оборудованного блокировкой дифференциала.

Для устранения выравнивающего эффекта дифференциала применяют его блокировку, которая также обеспечивает и улучшение тяговых свойств, проистекающее из того, что при односторонней скользкости покрытия колесо, имеющее больший коэффициент сцепления с дорогой, может реализовать и большее тяговое усилие. При этом используются два вида блокировки дифференциала - механическая и электронная. В настоящее время на иномарках большое распространение получила электронная блокировка дифференциала в силу того, что она лишена не-

которых недостатков механической блокировки:

• небольшая точность;

• в переднем ведущем мосту механическая блокировка дифференциала практически неприменима: перепад тяговых усилий на противоположных колесах слишком сильно понизил бы комфортность управления автомобилем;

• обычные механизмы блокировки дифференциала в общем случае непригодны для автомобилей с АБС, которая, регулируя процесс торможения, оказалось бы под их существенным влиянием.

Воздействуем на тормозной диск первого колеса силой Р_B1, которая создает тормозной момент M_т1. Он противодействует крутящему моменту, в результате возникает реактивный момент, и, следовательно, крутящий момент уменьшается.

Ко второму колесу будет подводиться точно такой же уменьшенный крутящий момент, и сила тяги автомобиля увеличится на величину дополнительной сила тяги.

В данном примере проявила себя основная функция ПБС - электронное блокирование дифференциала.

Подводя итог, делаем вывод, что противобуксовочная функция может быть реализована одним из трех способов:

• только управлением тормозами ведущих колес;

• только уменьшением крутящего момента двигателя путем замедления подачи сигнала, закрытия дроссельной заслонки (подачи газа), перекрывания одного или нескольких каналов подачи топлива;

• одновременным управлением тормозами и двигателем (система управления тяговыми усилиями - при пробуксовке вначале притормаживает соответствующее колесо, передавая крутящий момент на другое, имеющее лучшее сцепление с дорогой; если этого недостаточно, подключается электронное управление дроссельной заслонкой).

---

Смотрите также файлы

• СПИСОК.doc

• 20%.doc

• Каля-маля.doc

• 6.doc

• 5.doc