Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства




Скачать 48.34 Kb.
PDF просмотр
НазваниеСистема мониторинга ходовой части авто- транспортного средства
Дата конвертации06.04.2013
Размер48.34 Kb.
ТипДокументы
Система мониторинга ходовой части авто-
транспортного средства
А.Ю. Ефремов, н.с., А.С. Кудряшов, аспирант, С.В. Сталянский, аспирант,
andre@ipu.ru , ИПУ РАН, Москва
Аннотация
От состояния ходовой части зависит устойчивость автомобиля на доро-
ге,  его  маневренность  и  контроль,  что  соответственно  обеспечивает  безо-
пасность  движения.  Технические  неисправности  ходовой  части  автотранс-
портного  средства  являются  причиной  15-20%  происшествий  на  автомо-
бильных  дорогах,  приводящих  к  серьёзным  последствиям,  включая  гибель
людей. В работе рассматриваются принципы организации процесса диагно-
стики  ходовой  части  автомобиля  на  основе  анализа  тренда  параметров
математической  модели.  С  этой  целью  автомобиль  оснащается  двумя
трехосевыми  акселерометрами,  информация  от  которых  записывается  в
энергонезависимую  память  цифрового  регистратора.  Параметры  матема-
тической  модели  определяются  методами  параметрической  идентифика-
ции.
Abstract
Stability of the car depends From condition of the sought-after part on road,
his(its) maneuverability and checking that accordingly provides safety of the mo-
tion. The Technical faults of the sought-after part автотранспортного facility are
a reason 15-20% event on car road, bring about serious consequence, including
ruin  of  the  people.  In  work  are  considered  principles  to  organizations  of  the
process of the diagnostics of the sought-after part of car on base of the analysis
тренда parameter to mathematical model. For this purpose car is equipped two
three  axis’s  accelerometers,  information  from  which  is  written  in  nonvolatile
memory of the digital recorder. The Parameters to mathematical model are de-
fined by methods to parametric identification.
Введение
Ходовая  часть  автотранспортного  средства    наиболее  подвержена  из-
носу,  так  как    ходовая  часть  постоянно  испытывает  переменные  нагрузки,
достигающие в ряде случаев значительных величин. От состояния ходовой
зависит устойчивость автомобиля на дороге, его маневренность и контроль,
что  соответственно  обеспечивает  безопасность  движения.  Поэтому  ходо-
1

вая часть всегда должна находиться в исправном состоянии.  В этой связи
требуется постоянный контроль над состоянием ходовой части автомобиля.
При соблюдении условий профессионального подхода рекомендуется про-
водить регулярное обследование и диагностику ходовой не реже чем 1 раз
при пробеге 10 - 15 тысяч км.
Дорожно-транспортные происшествия в значительной мере зависят и от
уровня  технической  службы  на  автомобильном  транспорте.  Установлено,
что 15-20% происшествий на автомобильных дорогах являются следствием
технических неисправностей подвижного состава. Поэтому особое значение
приобретает в настоящее время организация механизированного контроля
технического состояния автомобилей, базирующегося на научной основе.
На  современных  предприятиях  технического  обслуживания  и  ремонта
автомобилей диагностика подвески  производится на специальных стендах
имитирующих  движение  автомобиля  по  неровной  дороге  (автомобиль  на-
ходится  на  платформе,  совершающей  возвратно-поступательные  движе-
ния).  В соответствии с существующей в настоящее время технологией тех-
нического  обслуживания  автомобилей    диагностика  подвески  проводится
либо  в  соответствии    с  регламентом  технического  обслуживания,  либо  ко-
гда    в  подвеске  возникает  стук,  движение  машины  по  дороге  становится
неустойчивым.  В  первом  случае  проводятся  излишние  работы  по  диагно-
стике, в случае исправной подвески, а во втором имеет место эксплуатации
какое-то время транспорта с неисправной подвеской.
Постановка задачи
Альтернативой  традиционного  подхода  является техническое  обслужи-
вание  на  основе  постоянных  измерений  параметров  состояния,  с  после-
дующим планированием и организацией технического обслуживания машин
крупных автотранспортных  предприятиях на основе прогнозирования оста-
точного ресурса ходовой части автомобиля [1]. Такой подход дает возмож-
ность  полнее  использовать ресурс механизма,  а  также повысить  их  безот-
казность и долговечность. Однако трудности, связанные с измерением зна-
чений  параметров  состояния  и  обработкой  результатов  измерений  не  по-
зволяют  применить  такой  подход  для  определения  остаточного  ресурса
элементов    подвески  автотранспортного  средства.  Вследствие  большого
разнообразия ресурсов различных элементов подвески  пришлось бы часто
останавливать  автотранспортные  средства  для  диагностирования,  профи-
лактики  отказов  и  замены  элементов  при  самой  разнообразной  периодич-
ности  обслуживания,  что  экономически  нецелесообразно.  С  учетом    этих
обстоятельств на практике применяют прогнозирование остаточного ресур-
са по среднестатистическому изменению параметров состояния. При сред-
нестатистическом  методе  прогнозирования,  заранее  рассчитанные  допус-
каемые в эксплуатации значения контролируемых параметров автомобилей
вносят  в  технологические  карты  на  диагностирование.  Эти  значения  явля-
ются  основанием  при  решении  вопроса  о  дальнейшей  эксплуатации  авто-
мобиля.
Таким  образом,  автоматизация  процесса  измерений  параметров  со-
стояния  позволит  перейти  к  обслуживанию  АС  на  основе  прогнозирования
2


остаточного  ресурса  ходовой  части  автомобиля  по  текущему  его  состоя-
нию.
Организация системы
Информация    о    текущем    состоянии  конкретного колесного  автотранс-
портного средства получается в процессе его эксплуатации  путем монито-
ринга  ходовой  части.  С  этой  целью  на  автотранспортном  средстве    уста-
навливается бортовая система сбора данных, структура которой представ-
лена на рисунке 1. Система является многоканальной автоматизированной
системы сбора информации.
рис. 1  Мобильная часть системы
В состав системы входит:
− два трехосевых  акселерометра, устанавливаемых вблизи точек кре-
пления подвески к кузову;
− два  трехканальных  масштабирующих  усилителя  обеспечивающие
согласование 
выходного 
акселерометра 
с 
входом 
аналого-
цифрового преобразователя;
− шестиканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
− Wi-Fi адаптер для беспроводной связи;
− GPS приемник  для регистрации географических координат от нави-
гационной системы GPS ;
− цифровой регистратор сигнала  на флеш-диске;
Цифровой  регистратор  сигнала  параметров  движения  автомобиля
предназначен  для  сбора,  обработки  и  накопления  информации,  поступаю-
щей от акселерометров  и приемника GPS. Таким образам осуществляется
регистрация  шести  векторов  ускорений  с  фиксацией  географических  коор-
динат  текущего  положения  и  скорости  транспортного  средства,  текущего
календарного  времени.  Накопленная  информация  храниться  в  энергонеза-
висимом  запоминающем  устройстве  (Flash-память  SD-карты).
Считыва-
ние информации из накопителей осуществляется по беспроводной сети Wi-
Fi    стандарта  IEEE  802.11g , что  позволяет  автоматически  осуществлять
считывание  данных  с    автотранспортных  средств,  находящихся  в  гараже
или на открытой стоянке.
Информация,  полученная  в  процессе  эксплуатации  автотранспортного
средства,  поступает  в  стационарный    центр  обработки  данных  с  целью
оценки  текущего  состояния  и  прогнозирования  остаточного  ресурса.  Функ-
циональная схема стационарной части системы приведена  на рисунке 2. В
состав стационарной системы входят следующий функциональные блоки:
3




− блоки  математических  моделей  включающих динамическую  модель
подвески автомобиля, модель рулевого управления, модель тормоз-
ной системы;
− блок параметрической идентификации;
− блок  подбора  эмпирических  формул  описывающих  модели  измене-
ния ресурсного и диагностических параметров;
− блок прогнозирования остаточного ресурса с использованием линей-
ной, квадратичной или экспоненциальной экстраполяции.
рис. 2  Стационарная часть системы
Математическая модель динамики автотранспортного средства
Автомобиль представляет собой сложную динамическую систему, вклю-
чающую большое количество масс, соединённых различного рода упругими
связями.  При движении  все  массы  автомобиля  совершают  интенсивные
линейные  и  угловые  колебания  в  различных  плоскостях.  Возбуждение  ко-
лебаний происходит в результате взаимодействия автомобиля с дорогой, а
также из-за неравномерности работы двигателя и агрегатов,  трансмиссий.
Основу  математической  модели  системы  составляют  уравнения  Лагранжа
2-го  рода  в  обобщенных  координатах:
   T
Π

d


 Φ  
λ A
m




dx q
q
q

v
vm


q

m
m
m
1
(1)

s A q   0,m  ;v
,s


,d
1

vm
m
v
1
где и П – соответственно кинетическая и потенциальная энергия системы;
Ф – диссипативная  функция  Рэлея;– обобщенные  координаты; – обоб-
щенные  силы;
– неопределенные  множители  Лагранжа;
– коэф-
4

фициенты уравнений неголономных связей; – число обобщенных коорди-
нат; – число неголономных связей. Для получения системы дифференци-
альных уравнений, описывающих движение масс  автомобиля как динами-
ческой системы необходимо произвести дифференцирование по обобщен-
ным  координатам,  подставить  полученные  производные  в  уравнения  Ла-
гранжа и выполнить соответствующие преобразования [2].
Модель  учитывает  инерционные  свойства  кузова,  дисков  колес  упру-
гость рессор, упругость шин и позволяет определить параметры продольно-
го и вертикального поступательного движения, а также угловые перемеще-
ния кузова относительно центра масс в вертикальной плоскости.
К подвеске автомобиля  относят все узлы и детали, соединяющие мосты
автомобиля  с  кузовом.  В  них  различают  три  группы  элементов:  направ-
ляющие 
устройства; 
упругие 
элементы; 
гасящие 
устройства.
Направляющие  устройства определяют  закон,  по  которому  происходит  пе-
ремещение  колес  относительно  рамы,  и  обеспечивают  передачу  усилий
между 
мостами 
и 
рамой 
(кузовом) 
автомобиля.
Упругие  элементы  предназначены  для  преобразования  энергии  толчков  и
ударов,  возникающих  на  неровностях  дороги,  в  потенциальную  энергию
упругих  элементов.  Математически  автомобиль  представлен  как  упруго-
массовая  система  в  виде  подрессоренного  твердого  тела,  имеющего  за-
данную  массу  и  момент  инерции.  Перемещение  и  скорость  автомобиля
имеют  по  шесть  компонент  отражающих    линейные  и  угловые  составляю-
щие. Массы элементов, имеющихся в автомобиле, делятся на две группы:
подрессоренные и неподрессоренные.  К подрессоренным массам относят-
ся  элементы  автомобиля,  вес  которых  передается  на  упругие  устройства
подвески,  к  неподрессоренным    относятся  элементы,    вес  которых  не  вос-
принимается упругими устройствами подвески автомобиля (колеса, мосты).
Массы элементов, связывающих подрессоренные и неподрессоренные час-
ти  (упругие  элементы,  рычаги  направляющего  устройства,  амортизаторы,
тяги рулевого привода), относят частично к подрессоренным и неподрессо-
ренным массам. Неподрессоренная масса каждого моста - рассматривает-
ся отдельно и считается сосредоточенной. Основными упругими элемента-
ми в модели являются рессоры подвесок и шины, принимается, что все эти
элементы  расположены  в  плоскостях  колес,  а  их  упругие  свойства  оцени-
ваются  приведенными  характеристиками. Ограничения    динамической  мо-
дели - все колеса имеют независимую подвеску и массу равную нулю,  ав-
томобиль  не  подвержен  деформациям,  возникающим,  при  переезде  через
препятствия  (ход  подвесок  не  смещается  относительно  центра  масс),    ра-
диус колес равен нулю (колесо стягивается в точку на конце пружины под-
вески) рис.3, где:
M – подрессоренная масса транспортного средства (масса кузова);
Y I – момент инерции подрессоренной массы вокруг оси 0;
М1, M2 – подрессоренные массы переднего и заднего мостов;
W1, W2 – функции изменения  жесткости рессор переднего и заднего
мостов;
g1, g2 – вертикальные  перемещения  подрессоренных  масс  перед-
него  и  заднего мостов;
g – вертикальное  перемещение  центра  масс подрессоренной мас-
сы;
5


p – высоты микропрофиля дороги в местах контакта переднего и зад-
него колес с дорожным покрытием;
L1, L2 – коэффициенты нормальной жесткости передней и задней по-
крышек;
L3, L4 – коэффициенты  гашения  механической  энергии  амортизато-
ров  переднего и заднего мостов;
s – база транспортного средства;
a, b – расстояния между центром масс подрессоренной массы транс-
портного средства и неподрессоренных масс передней и задней подвески.
рис. 3  Трехмассовая динамическая модель подвески
Система 
дифференциальных 
уравнений, 
описывающая 
упруго-
массовую модель автомобиля, характеризуется наличием степенных нели-
нейностей  и  параметров,  значения  которых  определяются  профилем  до-
рожного  покрытия  под колесом.    Моделируется  отрыв  колес  от  грунта,  ка-
чения  колеса  с  эластичной  шиной  по  неровным  и  ровным  поверхностям,
увода колеса при торможении  и вертикальные ограничения хода подвесок.
Учет большого числа конструктивных параметров в упруго-массовой моде-
ли  позволяет  использовать  данную  модель  как  диагностическую  модель
ходовой части автотранспортного средства.
6

Математическая модель рулевого управления
В основу  математической модели рулевого управления положены рас-
четные  схемы  и  дифференциальные  уравнения движения  неуправляемых
колес и элементов трансмиссии, а также управляемых колес вместе с руле-
вым управлением  автомобиля [2,3].  В модели учитывается наличие зазора
в рулевом механизме, упругость тяг рулевого привода, сухое и вязкое тре-
ние в элементах рулевого управления, инерционность подвижных деталей.
Математическая модель тормозной  системы
Учитывает взаимодействие колеса автомобиля с опорной поверхностью
по отношению к силам, действующим на колесо в различных режимах дви-
жения  автомобиля  в  зависимости от  состояния  дорожного  покрытия  (мок-
рая или сухая поверхность, поверхность, покрытая снегом) [4].  На основа-
нии  работы  [5]  моделируется    колебания    масс    транспортного    средства
при  его  экстренном  торможении.
Функционирование системы
Техническое  состояние  подвески  оценивается  по  величине  затухания
колебаний  при  совершении  маневров  или  преодоления  неровностей  до-
рожного  покрытия.  Затухание  свободных  колебаний  автомобиля  происхо-
дит  вследствие трения в амортизаторах, рессорах, шинах и шарнирах ры-
чагов  подвески.  Трение  в  рессорах  и  шарнирах  является  постоянным  и
принято  считать    не  зависящим    от  скорости  относительных  перемещений
кузова и колес автомобиля, в то время как  трение в гидравлических амор-
тизаторах,  затухание колебаний в шинах пропорциональны скорости коле-
баний. Величина затухания колебаний подвески в целом может быть опре-
делена  путем  анализа  свободных  колебаний  автомобиля    в  процессе  его
штатной  эксплуатации.  Для  получения  наиболее  точной  диагностической
информации,  при  каждом  выезде  на  линию автотранспортное  средство
должно  проходить  тестовый  участок  дороги,    включающий  преодоление
неровностей для идентификации параметров математической модели под-
вески  автомобиля:  разгон,  торможение,  повороты.  Для  определения  пара-
метров математической модели тормозной системы используется горизон-
тальный участок дороги с ровным, сухим покрытием при скорости в начале
торможения  40  км/ч.  Транспортные  средства  испытывают  путем  однократ-
ного  воздействия  на  орган  управления  рабочей  тормозной  системой.  При
этом тормозной путь должен быть  не более 12,2 метра, а установившееся
замедление не менее 6,8 м/с.
По информации, поступающей с акселерометров, зарегистрированной в
бортовой  системе  при  прохождении тестового  участка  выполняется  пара-
метрическая идентификации модели, на основании анализа изменения па-
раметров  которой  производится    оценка  текущего  ресурса  ходовой  части
автомобиля.
Результаты  экспериментальных    исследований  показывают,  что  возни-
кающие  при  движении  автомобиля  колебания,  вызванные  неровностями
7

дороги,  могут  быть  связаны  с    эксплуатационно-технических  свойств  авто-
мобиля  [6].  Экспериментально  установлено,  что  ускорения  элементов  ав-
томобиля при его движении находятся в широком диапазоне частот (более
500  Гц).  Весь  спектр  частот  ускорений  хорошо  делится  на  два диапазона:
низкочастотный  (0...  25  Гц)  и  высокочастотный  (свыше  25  Гц).  Дополни-
тельной  информацией  служит  различие  частот  собственных  колебаний
масс автомобиля: кузова 1—3 Гц; колес 7—12 Гц. С высокой частотой пре-
имущественно  колеблются  неподрессоренные  массы,  а  с  низкой—
подрессоренные  массы. Частоты  колебания  остальных  масс,  не  относя-
щихся к подвеске автомобиля значительно более высокие
В процессе диагностики элементов подвески и рулевого управления из-
менение сигналов  во  времени исследуется методами вейвлет (wavelet)
анализа, а  также строится корреляционная зависимость низкочастотных  и
высокочастотных колебаний.
Заключение
Рассмотренная  система  мониторинга  ходовой  части  колесного  авто-
транспортного  средства,  позволяет  получать  информацию  о его  техниче-
ском состоянии    в  реальном  времени,  тем  самым  предотвращая аварий-
ные ситуации, что имеет большое значение для эксплуатации, прежде все-
го общественного транспорта.
Литература
1.
РД 26.260.004-91 Методические указания. Прогнозирование остаточно-
го  ресурса  оборудования  по  изменению  параметров  его  технического
состояния при эксплуатации.
2.
А.А.  Хачатуров  Динамика  системы  шина - дорога - автомобиль - води-
тель. - М.: Машиностроение, 1976. – 536 с.
3.
С.В. Иванников, Г.Л. Родионов, А.С. Сидоренко. О построении матема-
тической модели  движения  автомобиля.  Электронный  журнал «Труды
МАИ» №18, 2005.
4.
Г.А. Смирнов  Теория  движения  колесных  машин. - М.:  Машинострое-
ние, 1990. – 353 с.
5.
О.  Прентковский,  Р.  Печелюнас.    Динамика  транспортного  средства  в
момент    экстренного  торможения.  Сборник  докладов  Международная
научная конференция  «RelStat. Надёжность и статистика на транспор-
те и в связи». Вильнюс, 2004, стр.407-413.
6.
Р.В. Ротенберг  Подвеска  автомобиля:  Колебания  и  плавность  хода. -
М.: Машиностроение, 1972, – 390 с.
8

Document Outline

  • Аннотация
  • Abstract 
  • Введение
  • Постановка задачи
  • Организация системы
  • Математическая модель динамики автотранспортного средства
  • Математическая модель рулевого управления
  • Математическая модель тормозной  системы 
  • Функционирование системы 
  • Заключение 
  • Литература


Похожие:

Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconСистема электронного мониторинга комплексного проекта модернизации образования
Работа на сайте электронного мониторинга и размещение данных на закрытой части сайта не вызывает трудностей у пользователей, т к...
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconСистема тревожной сигнализации транспортного средства (стстс)
КОмПлект поставки   5
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconСистема тревожной сигнализации транспортного средства (стстс)
Комплект поставки   5
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconРуководство по эксплуатации система тревожной сигнализации транспортного средства стстс  
Комплект поставки   6
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconРуководство по Эксплуатации Система тревожной сигнализации транспортного средства стстс  
Назначение scher-khan logicar    3
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconРуководство по эксплУаТации Система тревожной сигнализации транспортного средства (стстс) 
НазНачение scher-khan magicar 3   5
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconРуководство по эксплУаТации Система тревожной сигнализации транспортного средства (стстс) 
Назначение scher-khan magicar 5   3
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconРуководство по эксплуатации импульс 0,6 сек. 
Система тревожной сигнализации транспортного средства (стстс) выполнить два шага: 
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства icon30 апреля – последний срок уплаты транспортного налога!
У владельцев авто осталось несколько дней до последнего дня уплаты транспортного налога. После 30 апреля налогоплательщикам вдобавок...
Система мониторинга ходовой части авто- транспортного средства iconСтрахование от несчастных случаев водителя транспортного средства  
Страхование ОТ несчастных случаев водителя транспортного средства по правилам nr. 43-02-03 
Разместите кнопку на своём сайте:
kak.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kak.znate.ru 2012
обратиться к администрации
KakZnate
Главная страница