Теоретические основы виртуально-физического моделирования в реальном времени процесса торможения колеса автомобиля

Диссертация

Автор: Зотов, Вячеслав Михайлович

Название: Теоретические основы виртуально-физического моделирования в реальном времени процесса торможения колеса автомобиля

Справка: Зотов, Вячеслав Михайлович. Теоретические основы виртуально-физического моделирования в реальном времени процесса торможения колеса автомобиля : диссертация кандидата технических наук : 05.05.03 / Зотов Вячеслав Михайлович; [Место защиты: Волгогр. гос. техн. ун-т] - Волгоград, 2009 - Количество страниц: 183 с. ил. Волгоград, 2009 183 c. :

Объем: 183 стр.

Информация: Волгоград, 2009

43 Влияние вида математического описания тормозной системы колеса на решение уравнений модели процесса торможения
44 Прогнозирование погрешности численного решения математической модели в режиме реального времени
45 Выводы
ГЛАВА 5 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА, ИМЕЮЩИЕ ПРИБЛИЖЁННОЕ АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
51 Математическая модель служебного торможения автомобильного колеса и её аналитическое решение
52 Аналитическое решение математической модели экстренного торможения колеса методом последовательных приближений
53 Аналитическое решение математической модели экстренного торможения колеса с функцией связи 4>(S) линейного вида
54 Математическая модель торможения колеса с функцией связи ф(7)
55 Выводы

Введение:

Актуальность темы исследования. На современном этапе развития науки, техники и информационных технологий автоматизированные системы управления колёсным транспортным средством являются наиболее перспективным направлением в повышении эффективности перевозок и обеспечении безопасности транспорта, перевозимого груза, водителя, пассажиров и окружающей среды [14, 20, 105, 120]. Перспективность автоматизированных систем управления заключается, в частности, в возможности создания устройств, способных в режиме реального времени оптимизировать процесс торможения, то есть при сохранении устойчивости и управляемости транспорта сделать тормозной путь наименьшим. Это относится как к авто- и железнодорожному транспорту, так и к аэротранспорту в период взлёта и посадки [37, 71, 72, 73].
Впервые автоматизированные системы управления были разработаны и применены в 40-х годах для палубной и сухопутной авиации. Это -антиблокировочные системы (АБС), встроенные в тормозную систему колеса самолета, с целью недопущения блокировки колёс и потери устойчивости и управляемости самолёта при его посадке. В 50-х годах наработки по автоматизации системы управления, полученные в авиастроении, стали использоваться на железнодорожном транспорте, а в конце 60-х начале 70-х годов - в автотранспорте [14, 111]. Исследования показали, что антиблокировочные системы, во-первых, сохраняют устойчивость и управляемость транспорта при движении по дорогам с поперечной неравномерностью коэффициента сцепления, во-вторых, сокращают тормозной путь на 10-20% и, как следствие, уменьшают число ДТП на 7 % при движении на скользких поверхностях, в-третьих, снижают материальный ущерб на 14 %, а износ шин на 6 - 10 % [34, 111, 135].
Несмотря на то, что антиблокировочные системы для колёсного транспортного средства разрабатываются и внедряются уже более 50 лет, производство их является чрезвычайно трудоёмкой задачей. Это связано, во-первых, с тем, что испытание, доводка и адаптация антиблокировочных систем осуществляется для каждого конкретного вида транспортного средства на различных типах поверхностей дорожного покрытия. Во-вторых, подобные испытания сопряжены со значительным риском для здоровья испытателя, так как они проводятся в самых неблагоприятных дорожных условиях и на опасных скоростных режимах [35, 107]. И, в-третьих, они обладают высокой себестоимостью (4-7% от стоимости автотранспортного средства) из-за необходимости проведения испытаний на специальном наборе тестовых, чрезвычайно дорогостоящих покрытий, которыми располагают лишь автополигоны [99, 100, 101].
Перечисленные обстоятельства приводят к необходимости перехода от натурных испытаний АБС к моделированию процесса тормолсения колеса в режиме реального времени и выработки на его основе алгоритма управления АБС. Всё это обуславливает актуальность выбранной темы диссертационного исследования.
Научная проблема и тема исследования. Использование в полной мере преимуществ антиблокировочных систем возможно лишь при исследовании их адаптаций к конструкции автомобиля, что достигается за счёт предварительного анализа рабочих процессов, возникающих при торможении автомобиля. Наличие математических моделей, более или менее адекватно описывающих эти процессы, позволяет оптимизировать процесс торможения в целом [9, 76, 86, 112].
Базой для математической моделирования движения автомобиля и отдельных его частей служат теоретические работы Жуковского Н.Е., Чудакова Е.А., Бухарина Н.А., Певзнера. Я.М. и других. Их исследования были продолжены Антоновым Д.А., Катанаевым Н.Т., Литвиновым А.С., Фаробиным Я.Е., Хачатуровым А.А., Смирновым Г.А., Илларионовым В.А., Пчелиным И.К., Косолаповым Г.М., Кузнецовым Н.Г., Ревиным А.А и другими. Существенный вклад в моделирование рабочих процессов элементов автомобиля внесли также такие зарубежные исследователи как D. Ellis, F. Barwell, Z. Kutni, H. Leiber, M. Mitschke, J. Ludemann, I. Petersen, T. Johansen, P. Wieghner и другие [8, 14, 37,
Введение
63, 75, 78, 79, 80, 83, 111, 112, 114, 128, 130, 137, 140].
Для исследования основных эксплуатационных свойств автомобиля в режиме торможения - устойчивости, управляемости и длины тормозного пути -необходимо математически отразить, по возможности, реальную картину протекания рабочих процессов в системе «Автомобиль - Водитель - Дорога» (А-В-Д). Математическая модель, учитывающая все без исключения детали процесса, является чрезмерно сложной, превышающей возможности существующего математического аппарата. Поэтому при формулировке расчётной задачи важная роль принадлежит различного рода упрощениям, характер которых, в свою очередь, определяется видом торможения, техническими характеристиками автомобиля, состоянием дорожного покрытия и так далее. Сложную динамическую систему целесообразнее представить в виде отдельных формализованных блоков (модулей), математическое описание которых должно соответствовать их физическим прототипам и тем процессам, которые они реализуют [9, 76, 86, 112]. Так в системе «А-В-Д» можно выделить модули наивысшего приоритета. Таковыми в подсистеме «Автомобиль» являются модули «Колесо» и «Тормозная система»; в подсистеме «Водитель» - модуль «Блок действия», преобразующий поступающую информацию в действие на тормозную педаль по определённому закону; в подсистеме «Дорога» - модуль «Тип поверхности» [110, 113]. Существующие математические модели, объединяющие модули наивысшего приоритета, с удовлетворительной степенью адекватности описывают один из режимов процесса торможения. С другой стороны, даже на современных быстродействующих ЭВМ с применением языков высокого уровня, время машинного счёта таких моделей сравнимо или даже превосходит время протекания описываемого ими реального процесса [39, 74, 79]. Это связано, в первую очередь, тем, что данный вид движения описывается нелинейной системой дифференциальных уравнений, не имеющих решения в квадратурах. Решение их осуществляется численными методами с высокой степенью дискретизации шага интегрирования. Ещё одной характерной особенностью существующих математических моделей является то, что они описывают один из режимов торможения [48, 74, 136, 137]. В типичной ситуации торможение многопланово, поэтому необходима такая математическая модель, которая применима к различным режимам торможения, даёт возможность перехода из одного режима в другой и имеет время решения значительно меньше времени протекания, описываемого ею процесса с сохранением ему адекватности.
В связи с вышесказанным, целью диссертационного исследования является повышение быстродействия микропроцессоров блоков управления антиблокировочных систем (АБС) автомобиля, а также управляющих ЭВМ в составе комплексных моделирующих установок при лабораторных испытаниях АБС.
Объектом исследования является процесс затормаживания колеса автомобиля, оснащённого АБС.
Предметом исследования являются математические модели и алгоритмы их численного решения, описывающие процесс торможения колеса автомобиля в режиме реального времени.
Методами исследования являются методы математического анализа функциональных зависимостей, методы решения дифференциальных уравнений, методы численного эксперимента.
Адекватность математической модели реальному процессу определяется с помощью интегральных соотношений, вытекающих из законов сохранения энергии, импульса и момента импульса тел, участвующих в процессе торможения, а так же соответствием, в пределах погрешности вычислений и измерений, результатов вычислительного и натурного экспериментов.
Методологической и теоретической основой исследования служат основные законы динамики твёрдого тела, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса, методы вычислительной математики, элементы системного анализа, структурно-функциональный подход. Теоретической базой послужили фундаментальные труды отечественных и зарубежных авторов посвященные исследованию процесса торможения колёсного транспортного средства, а также проблемам математического моделирования механических систем и быстро динамических процессов.
Основными источниками получения информации по теории автомобиля, процессам торможения колеса и существующим методам моделирования быстро динамических систем явились учебные пособия, монографии и ГОСТы, статьи научных журналов, материалы международных, российских и региональных конференций, авторефераты диссертаций, Интернет и другие.
Диссертационная работа выполнена на основе теоретических и экспериментальных разработок проведённых автором совместно с рабочей группой кафедры ТЭРА ВолгГТУ под руководством доктора технических наук, профессора А.А. Ревина и кандидата технических наук, доцента Н.М. Зотова.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложения.

Скачивание файла!

Для скачивания файла вам нужно ввести
E-Mail: 1277
Пароль: 1277
Скачать файл.