 |
Обоснование направления исследований.
|
|
|
|
Современное состояние вопроса.
Наше время характеризуется стремительным развитием производительных сил общества. Этот процесс, имея поистине глобальные масштабы, сопровождается, в том числе, интенсивным развитием транспорта.
Среди транспортных средств современности ведущее место занимает автомобиль. Отличаясь высокими скоростями движения, комфортабельностью, проходимостью и технологичностью в условиях массового производства, автомобиль стал наиболее распространенным видом транспорта.
Влияние автомобиля на жизнь общества велико. Помимо выполнения своей прямой (транспортной) функции, он в значительной мере определяет структуру промышленности, изменяет профессиональную ориентацию в обществе, в определенной степени формирует психологию людей, обыденное восприятие мира, нравы.
Однако, такое широкое проникновение автомобиля в жизнь имеет и побочные стороны, решение которых обуславливается тенденциями в развитии автомобильной отрасли:
1. Повышение безопасности. Автомобиль является объектом повышенной опасности, что определяет развитие различных систем безопасности. Широкое распространение получили системы активной безопасности, в том числе антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости. Значительно повышается защищенность водителя и пассажиров с применением средств пассивной безопасности.
2. Повышение топливной экономичности. Расход топлива в значительной степени зависит от конструкции двигателя и коробки передач. Экономичность двигателя обеспечивается применением системы непосредственного впрыска, системы впрыска Common Rail. Экономия топлива достигается также за счет снижения массы автомобиля путем применения прочных сталей, легких металлов и пластиков.
|
|
|
3. Повышение экологической безопасности. Автомобиль является источником загрязнения окружающей среды, что стимулирует непрерывное повышение его экологической безопасности. Современные экологические нормы Евро-5, которыми автопроизводители руководствуются с 2005 года, предполагают снижение вредных выбросов и уровня шума за счет изменений в выпускной системе, применения системы управления двигателем.
4. Повышение комфортности. Охватывает широкий круг вопросов и связано со стремлением автопроизводителей создавать автомобили, наиболее полно отвечающие индивидуальным запросам потребителей. Вошло в практику применение автоматической коробки передач, рулевого управления с усилителем, системы климат-контроля.
Перспективным направлением в решении современных проблем и тенденций в данной области является использование в конструкции систем управления автомобилем ультразвуковых, шаговых или линейных двигателей, принцип работы которых основывается на электромагнитных и пьезоэлектрических свойствах материалов. Одним из самых важных преимуществ данных типов двигателей является то, что для любой скорости вращения возможен прямой привод. В конструктивном отношении значительно упрощается привод и в ряде случаев существенно возрастает КПД.
Обоснование направления исследований.
Исключая весьма важные аспекты воздействия автомобиля на окружающую среду, следует остановиться на важнейшей проблеме — обеспечении безопасности движения на дорогах.
Безопасность движения зависит от многих факторов и является комплексной проблемой. Многообразие мероприятий, направленных на решение данной проблемы разделяют на два вида – направленные на повышение активной безопасности дорожного движения и направленные на повышение пассивной безопасности дорожного движения.
|
|
|
Под пассивной безопасностью понимается совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля и дороги, направленных на снижение тяжести аварии. К комплексу средств по обеспечению пассивной безопасности можно отнести:
§ ремни и подушки безопасности;
§ подголовники сидений, защищающие от серьезных травм шею пассажира при столкновении;
§ энергопоглощающие элементы передней и задней частей автомобиля, сминающиеся при ударе (бамперы);
§ сминаемые или мягкие элементы передней панели;
§ травмобезопасную рулевую колонку;
§ травмобезопасный педальный узел (при столкновении педали отделяются от мест крепления и уменьшают риск повреждения ног водителя);
§ безопасные стекла, которые при разрушении рассыпаются на множество неострых осколков и триплексные стекла;
§ увод двигателя и других агрегатов под днище автомобиля для предотвращения их проникновения в салон при аварии;
§ дорожное строительство (прокладка дорог с раздельными потоками движения и пересечениями на разных уровнях, использование материалов покрытий с высокими сцепными свойствами);
§ организация движения (введение одностороннего движения, дальнейшее распространение светофоров, указателей, информационных табло);
§ применение энергопоглощающих заграждений, дорожных противоударных демпфирующих систем и т.д.
Под активной безопасностью дорожного движения понимается совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств (преимущественно автомобилей), направленных на предотвращение и снижение вероятности аварийной ситуации на дороге.
Активная безопасность определяется: способностью водителя оценить дорожную ситуацию и выбрать безопасный режим движения; возможностью транспортного средства реализовать желаемый безопасный режим движения. Первое зависит от квалификации водителя, второе — от уровня эксплуатационных характеристик транспортного средства, таких как управляемость, устойчивость, тормозная эффективность.
Управляемость — одно из важнейших свойств системы управления и объекта, описывающее возможность перевести систему из одного состояния в другое. Управляемость автомобиля — это способность транспортного средства изменять или сохранять заданное водителем направление движения при минимальных затратах физической энергии. Исследование системы управления на управляемость является одним из важных шагов в синтезе управляющих контроллеров.
|
|
|
Устойчивость – способность автомобиля сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающим его занос и опрокидывание в различных дорожных условиях при высоких скоростях движения.
Тормозная эффективность – качество работы тормозных систем автомобиля в определенных условиях.
Данные характеристики автомобиля целиком и полностью обеспечиваются системами управления автомобилем. Среди данных систем первостепенную важность имеют:
§ рулевая система — система управления направлением движения транспортных средств с помощью рулевого колеса. Состоит из механизмов, преобразующих положение (угол поворота) руля в пропорциональное изменение положения колёс или аналогичных управляющих направлением движения элементов;
§ тормозная система — предназначена для снижения скорости движения или остановки транспортного средства. Она также позволяет удерживать транспортное средство от самопроизвольного движения во время покоя;
§ антиблокировочная система — система, предотвращающая блокировку колёс транспортного средства при торможении. Основное предназначение системы — сохранение устойчивости и управляемости автомобиля;
§ антипробуксовочная система — электрогидравлическая система автомобиля, предназначенная для предотвращения потери сцепления колес с дорогой посредством контроля за буксованием ведущих колёс;
§ система курсовой устойчивости — активная система безопасности автомобиля, позволяющая предотвратить занос посредством управления компьютером момента силы колеса (одновременно одного или нескольких);
§ система распределения тормозных усилий, система экстренного торможения, электронная блокировка дифференциала и т.д.
Системой принято называть совокупность элементов конструкции (агрегатов, узлов), объединенных общим функциональным назначением.
|
|
|
Структурно, автомобильные системы управления можно разделить на орган управления, приводное устройство и исполнительное устройство.
Исполнительное устройство — устройство системы управления, воздействующее непосредственно на процесс в соответствии с получаемой командной информацией.
В технике исполнительные устройства представляют собой преобразователи, превращающие входной сигнал (электрический, оптический, механический, пневматический и др.) в выходной сигнал (обычно в движение), воздействующий на объект.
Устройства такого типа включают: электрические и электромагнитные двигатели, пневматические или гидравлические приводы, электростатические двигатели, релейные устройства, электроактивные полимеры, соленоидные приводы, звуковые, ультразвуковые и сегнетоэлектрические двигатели.
Следует отметить, что в автомобильной промышленности продолжительное время в качестве исполнительных устройств преобладали такие классические типы, как механические устройства с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом.
Развитие электроники позволяет говорить о возможности в будущем перейти на электроуправление поворотом колес автомобиля (система Steer by wire). В таких системах будет отсутствовать механическая связь между рулевым колесом и управляемыми колесами, каждое колесо будет поворачиваться индивидуальным электродвигателем по сигналу электронного блока управления. При воздействии водителя на орган управления автомобилем генерируется электрический сигнал, который наряду с сигналами других датчиков анализируется блоком управления. В таких системах традиционное рулевое колесо становится необязательным и может быть заменено, например, джойстиком.
Массовое применение АБС на автомобилях позволило встроить в тормозное управление такие подсистемы как: противобуксовочную систему (ASR – 1986 год) и систему курсовой устойчивости (ESP – 1995 год). Система ASR помогает управлять водителю при трогании автомобиля на дороге с низким коэффициентом сцепления корректируя работу двигателя, а система ESP предотвращает занос автомобиля при маневрировании, уменьшая подачу топлива в цилиндры ДВС и создавая стабилизирующий момент подтормаживанием одного или нескольких колёс автомобиля.
Согласно статистическим данным в 2000 году 50 % легковых автомобилей, выпускаемых в Европе, были оборудованы АБС, а в 2007 году уже более 50 % автомобилей, оборудованы и АБС и ESP.
Ещё более эффективным торможение сделала система EBD (Electronic Brakeforce Distribution) – система распределения тормозных усилий. Она включена в АБС и работая совместно с ней, на основе сигналов от колёсных датчиков определяет, какие колёса могут обеспечить максимально эффективное торможение, повышая при этом давление в соответствующей магистрали тормозного управления. Дополнив тормозное управление датчиками положения рулевого колеса конструкторы получили систему контроля процессом торможения при движении автомобиля по криволинейной траектории (Cornering Brake Control), позволяющую перераспределить тормозное усилие на наиболее нагруженные колёса.
|
|
|
В настоящее время Bosch завершает экспериментальную проверку электромеханического тормозного управления Elektromechanische Bremse (ЕМВ), в которой нет гидравлических узлов. Тормозные силы в ЕМВ создаются с помощью электромеханических исполнительных устройств.
Более высокий комфорт обеспечивает также электрический стояночный тормоз (ЕОВ), тормозной механизм которого приводится в действие посредством электромотора и тросовых тяг.
Современное распознавание перечисленных полуинтеллектуальных систем условий работы колеса автомобиля и быстрая обработка исполнительными механизмами тормозного управления управляющих сигналов микропроцессора является оптимальным условием обеспечения безопасности движения.
Современное и будущее автомобильных систем управления представляет собой сложную мехатронную систему, в которую входят сенсорные и электронные устройства, программное обеспечение и исполнительные механизмы. Причём в дальнейшем всё большее значение будет иметь программное обеспечение, которое может самостоятельно разрабатывать сценарии в различных ситуациях и немедленно их осуществлять. При внедрении таких систем на автомобиле за водителем остается функция задания начала и интенсивности осуществляемого процесса.
Не менее важной областью развития автомобильных систем управления, на сегодняшний день, является совершенствование исполнительных механизмов. С увеличением интенсивности дорожного движения, ростом скоростей, требованиями к безопасности дорожного движения важнейшим показателем становится быстродействие исполнительных механизмов.
Над проблемой создания исполнительных устройств автомобильных систем управления в России на протяжении многих лет работает ряд организаций и ВУЗов, в числе которых ЗИЛ, КамАЗ, НАМИ, МАМИ, МАДИ и др.
Конкретные результаты этих работ нашли отражение в публикациях таких исследователей, как: М.П. Малиновский, Г.П. Кранцов, Д.А. Соцков, А.И. Швеев, И.А. Мурог, Н.В. Чернышев, П.Н. Малюгин, Ф.К. Дьяков.
Активно в этом направлении работают зарубежные фирмы, такие как «Bosch», «WABCO», «BREMBO» и др.
Несмотря на наличие исследований в этой области, принципиально не раскрытой остается проблема использования исполнительных механизмов, обладающих колоссальным быстродействием и точностью в работе.
Современное состояние вопроса побуждает к глубоким исследованиям в данной области и к разработке новых принципов работы исполнительных механизмов автомобильных систем управления, в том числе с использованием перспективных двигателей привода автомобильных систем управления.
Заключение.
За первый год обучения (2015-2016) был выполнен, согласно индивидуальному плану, весь объем научной и учебно-методической работы.
Научная работа:
1. Проведен анализ современного состояния вопроса по теме исследования. Определены и обоснованы основные направления исследования, методы решения задач, общая методика проведения НИР.
2. Проведен обзор литературы по выбранной теме диссертации. Просмотрены и изучены диссертации аналогичной тематики и авторефераты, опубликованные ранее, текущие публикации, монографии, статьи.
3. Собран статистический материал для выполнения расчетной части диссертации.
4. В настоящее время подготавливается экспериментальная база для проведения предварительных испытаний систем управления.
Результатом проделанной научной работы является написанная предварительно первая глава диссертации. Определен базис к написанию второй главы диссертации.
Учебно-методическая работа:
1. В течение периода обучения в полном объеме выполнена учебная нагрузка по дисциплинам «Иностранный язык» и «Философия науки». Сданы кандидатские экзамены по данным дисциплинам с оценкой «отлично».
2. Проведена кураторская работа со студентами группы 151-131.
3. В полном объеме пройдена педагогическая практика (216 часов).
|
|
|
