Бронированный автомобиль полной массой 6т и колесной формулой 4х4 с разработкой коробки передач (НИРС)

Посмотреть архив целиком

Введение



Целью работы является создание математической модели автомобиля со стандартной ступенчатой трансмиссией, в которой изменение передаточного отношения осуществляется при помощи переключения передач в КП и бесступенчатой трансмиссией, в которой КП заменена вариатором, обеспечивающим тот же диапазон трансмиссии, а также определение топливной экономичности каждого из вариантов автомобиля по заранее известному циклу движения. Для расчетов взят автомобиль полной массой 12 тонн и с колесной формулой 4х4. Цикл движения взят по ГОСТ 20306 – 90 для испытания грузовых автомобилей и автопоездов полной массой свыше 3,5 тонн и междугородных автобусов.

Математическая модель и принцип

ее работы


Прямолинейное движение автомобиля можно описать следующими зависимостями:

где – горизонтальная реакция опорной поверхности;

коэффициент сцепления для несвязного грунта и для связного грунта;

скольжение в пятне контакта;

сила сопротивления воздуха;

момент сопротивления качению;

J – приведенный момент инерции автомобиля;

радиус качения колеса.

Описание модели автомобиля со ступенчатой трансмиссией


Схема, моделирующая прямолинейное движение автомобиля в программном комплексе Simulink представлена ниже (рис. 1). Схема состоит из двух основных частей, связанных между собой, причем в первой части вычисляется скорость автомобиля, а во второй части угловая скорость колеса. Кроме того, в систему включено три подсистемы:

  • подсистема переключения передач (рис. 2);

  • подсистема определения режима движения с заданием скорости движения и пути, на котором необходимо набрать и поддерживать заданную скорость (рис. 3);

  • подсистема определения мгновенного и путевого расхода топлива (рис. 4).

Двигатель, взятый для моделирования (дизельный, ЯМЗ7601, максимальная мощность двигателя – 230кВт, максимальный крутящий момент – 1300 Нм) задается при помощи объекта Lookup Table 2-D, так как при использовании данного элемента можно полностью задать зависимость крутящего момента двигателя, как на полных, так и на частичных характеристиках. Входными параметрами для определения крутящего момента двигателя является частота его вращения, вычисляемая в зависимости от частоты вращения колес автомобиля и передаточных чисел трансмиссии и подача топлива h,вычисляемая в блоке управления режимом движения. Далее, вычисленный момент умножается на передаточное число трансмиссии, вычисленное в блоке управления трансмиссией, и складывается с моментами сопротивления движению, после чего вычисляется угловая скорость вращения колеса. Угловая скорость вращения колеса является исходными данными для определения передачи, которую следует включить в коробке передач для обеспечения оп-

Рис. 1. Моделирование прямолинейного движения автомобиля в Simulink.

Рис. 2. Подсистема переключения передач.

Рис. 3. Подсистема управления режимом движения.


Рис. 4. Подсистема определения путевого и мгновенного расхода топлива.


тимальных тягово-скоростных и топливно-экономических характеристик.

Моменты сопротивления движению формируются в зависимости от текущего значения угловой скорости колеса и скорости автомобиля. Коэффициент сцепления формируется в зависимости от текущего значения скольжения в пятне контакта колеса. В системе предусмотрено задание типа грунта (связный или несвязный), на котором происходит моделирование движения автомобиля. задание происходит установкой элемента Manual Switch в соответствующее положение.

Для предотвращения разгона автомобиля до скорости, превышающей 92 км/ч, предусмотрена принудительная остановка процесса, реализуемая элементом Stop Simulation V_a. Принудительная остановка процесса необходима для предотвращения появления ошибки при попытке превышения максимально возможной скорости автомобиля. При отсутствии данного элемента, моделируется разгон до скорости, превышающей 92 км/ч, силы сопротивления становятся выше движущих сил и решатель начинает измельчать шаг вычисления, чтобы добиться более точных значений и разогнать автомобиль, что является невозможным и программа зависает.

Элемент Stop Simulation S_a предусмотрен для прерывания работы программы после выполнения цикла, заданного условием. Принцип работы элемента основан на сравнении текущего пройденного пути и пути, при котором прекращается контрольный замер расхода топлива (в данном случае этот путь равен 4000м). Работа программы прекращается, когда текущий путь становится больше пути, указанного в элементе Constant 2.

Рассмотрим работу трех дополнительных подсистем управления: системы переключения передач, системы управления режимом движения и системы определения расхода топлива.

Входным параметром для блока переключения передач является текущая частота вращения двигателя, которая получается путем умножения текущей частоты вращения колеса на передаточное число трансмиссии. При превышении предела, задаваемого в элементе Constant 5, неравенство перестает выполняться и происходит активация триггера, который увеличивает текущее значение, выдаваемое системой на единицу.

Рис. 5. Триггер управления переключением передач.

Сигнал от подсистемы управления идет на элемент Multiport switch и подает управляющий сигнал о включении соответствующей передачи в КП. Выходным значением элемента Multiport switch является передаточное отношение соответствующей передачи коробки передач, которое далее умножается на передаточные отношения раздаточной коробки, главной передачи и колесного редуктора и подается на выход блока переключения передач. Таким образом, выходным значением блока переключения передач является текущее передаточное отношение трансмиссии.

Задержка во времени при переключении передач формируется во втором каскаде блока Triggerred Subsystem, которая формируется элементом Switch и в данном случае составляет 1 секунду.

Входным параметром для блока управления режимом движения является текущая скорость автомобиля. Так как по ГОСТ20306–90 скорость движения автомобиля задается в зависимости от расстояния, пройденного автомобилем, то на входе блока управления режимом движения стоит элемент Integrator, который подает на вход элемента Lookup Table путь, пройденный автомобилем. Выходом этого элемента является скорость, до которой необходимо разогнаться, либо которую нужно поддерживать на данном участке пути. Раздел испытаний топливной экономичности грузовых автомобилей и автопоездов полной массой свыше 3,5 тонн и междугородных автобусов ГОСТ20306–90 не предусматривает времени либо пути, отпущенного для набора необходимой скорости, поэтому режим движения задается кусочно-линейной функцией. Это сделано для уменьшения времени разгона и торможения до минимума.

Требуемая скорость движения поступает в две разные ветви управления. В первой ветви вырабатывается сигнал управления педалью тормоза и педалью газа (чтобы педаль тормоза нажималась только во время торможения, а педаль газа во время разгона и поддержания заданной скорости). Во второй ветви вырабатывается сигнал управления степенью нажатия на педаль тормоза и педаль газа.

Рассмотрим каждую из двух ветвей отдельно. В первой ветви из требуемой скорости автомобиля вычитается текущая и задается интервал нечувствительности для тормозной системы (в данном случае это ±1 км/ч). Интервал нечувствительности необходим для поддержания требуемой скорости с использованием только педали газа. Далее, управляющий сигнал поступает на элементы Switch и Switch 1, которые управляют включением системы подачи топлива в двигатель либо тормозной системы соответственно. При поступлении на управляющий вход элемента Switch любого неотрицательного сигнала, включается цепь управления системой подачи топлива и на выходе блока управления режимом движения появляется ненулевой сигнал управления подачей топлива. Элемент Switch 1 в это время подает в цепь управления нажатием на педаль тормоза сигнал, соответствующий выключенному состоянию тормозной системы. При появлении отрицательного сигнала в первой ветви, элемент Switch выключает подачу топлива (на вход управления подачей топлива в двигатель подается сигнал 0), а элемент Switch 1 включает цепь управления тормозной системой.

На входе второй ветви также происходит сравнение требуемой и текущей скоростей движения и, в зависимости от результата, вырабатывается либо сигнал управления подачей топлива, либо сигнал управления тормозной системой. Ввиду сложности реализации зоны нечувствительности и нестабильности ее работы, этот сигнал корректируется первой ветвью управления. После сравнения скоростей движения, сигнал подается в элемент Saturation, который пропускает значения в интервале от –1 до +1, а при превышении допустимого уровня сигнала подает на выход –1 или +1 соответственно. Элемент Saturation необходим для ограничения сигнала управления подачей топлива и педали тормоза (дальше пола педаль вдавить нельзя, к сожалению). Далее сигнал сглаживается элементом PID-controller, который обеспечивает плавный выход на асимптоту, которой является требуемая скорость движения.

Выходом блока управления режимом движения является сигнал управления подачей топлива, лежащий в пределах от 0 до +1, и тормозной момент, который далее суммируется с движущим моментом и моментами сил сопротивления.

Входными данными для блока определения расхода топлива являются крутящий момент двигателя и текущие обороты двигателя, которые поступают на элемент Lookup Table 2-D, в котором записана зависимость потребления топлива от текущей мощности двигателя. Выходом данного элемента является мгновенный удельный расход топлива . Для получения общего расхода топлива мгновенный удельный расход топлива умножается на мощность (кВт). Далее, сигнал поступает на элемент Switch 1, управляющим входом которого является сигнал управления подачей топлива. Данный элемент переключает двигатель из состояния работы под нагрузкой при ненулевом значении сигнала управления подачей топлива в состояние работы на холостых оборотах, когда управляющий сигнал принимает значение 0. Четвертым входом блока определения расхода топлива является текущая скорость автомобиля (км/ч), которая необходима для определения мгновенного расхода топлива.


Случайные файлы

Файл
169491.rtf
169939.rtf
176485.rtf
12707.rtf
184798.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.