Автореферат (Автоматизация управления муфтами блокировки дифференциалов в трансмиссии многоосной колёсной машины), страница 2

Вопросамипроходимости колёсных машин занимались научные школы МГТУ, МАМИ,МАДИ, НАМИ, Академии БТВ, 21-й НИИ АТ и др. Выявлены преимуществаи недостатки различных подходов реализации управления подводимымкрутящим моментом.Проанализированы работы, описывающиетеоретические исследования движения многоосных колёсных машин такихавторов как А.С. Антонов, П.В. Аксёнов, Я.С. Агейкин, А.Ю. Барыкин, С.В.Бахмутов, Б.Н.

Белоусов, Н.Ф. Бочаров, В.Ф. Васильченков, В.В. Ванцевич,А.Т. Скобейда. Сделан вывод о существенном увеличении суммарной тяговойсилы многоосных колёсных машин при использовании блокированных связейпри движении в сложных дорожных условиях. Отмечена необходимостьсоздания автоматических систем распределения мощности в резкоменяющихся дорожных условиях. Сделан вывод о несущественном влиянииблокировок межколёсных дифференциалов на проходимость колёсных машинс колёсной формулой 8х8, в отличие от блокировки межосевых имежтележечного дифференциалов.Исследованием процессов включения кулачковых муфт занималисьтакие отечественные учёные как В.С.

Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский,Д.Н. Решетов и др. Ими были сформулированы критерии работоспособностизубчатых муфт, определены предельные напряжения смятия при различныхусловиях включения. В данной главе сделан обзор различных конструкцийкулачковых сцепных муфт (Рис. 2), применяемых для блокировкидифференциалов трансмиссии.

Сделан патентный поиск специальныхустройств, обеспечивающих безударное и надёжное включение кулачковыхмуфт (Рис. 3).4Рис. 2. Кулачковая муфтаРассмотрены различные работы зарубежных авторов, посвящённыемоделированию процессов включения зубчатых и кулачковых муфт.Отмечено отсутствие подобных исследований в российских источниках.Приведены существующие разработки систем активного управлениятрансмиссиями колёсных машин, используемые за рубежом. Выявленыпроблемы использования кулачковых муфт для блокировки дифференциалов,заключающиеся в невозможности включения муфты во время движения,ненадёжном включении муфты, ударном характере взаимодействия кулачковпри большой разности угловых скоростей соединяемых элементовтрансмиссии.Выполненный в первой главе анализ состояния вопроса позволилсформулировать задачи диссертационной работы.Во второй главе описана разработка математической модели процессавключения кулачковой муфты (Рис.

3). Разработанная математическая модельучитывает геометрические особенности кулачка муфты, что позволяет путёмчисленного эксперимента определить условия, при которых происходитзадержка включения муфты и режимы отсутствия включения.Проведены численные эксперименты процесса включения кулачковоймуфты. Рассмотрены различные этапы взаимодействия кулачковой муфты(Рис. 4). Получена область надёжного включения для рассматриваемой муфты(Рис. 5).5Рис. 3. Имитационная математическая модель испытания кулачковой муфтыРис. 4. Этапы процесса включения кулачковой муфты6Рис.

5. Область надёжного включения кулачковой муфтыСформулированы проблемы, возникающие при включении кулачковыхмуфт, которые подтвердили выводы, полученные при анализе состояниявопроса. Отмечено влияние формы кулачка и зазора между кулачкамиполумуфт во включённом состоянии на надёжность включения.В третьей главе описан предложенный закон управления процессомвключения кулачковой муфты, в основе которого лежит определениевзаимного положения кулачков полумуфт.

Система управления процессомвключения состоит из двух датчиков скорости, число зубьев которыхсовпадает с числом кулачков муфты, исполнительного устройства иустройства управления (Рис. 6). Взаимное угловое положение зубчатых дисковдатчиков скорости должно быть таким, чтобы во включенном состоянии привращении муфты сигналы с датчиков были синхронизированы.Рис.

6. Система управления процессом включения кулачковой муфты7Если время срабатывания исполнительного привода до момента заходазубьев в зацепление равно пр , а время между импульсами датчиков равно∆имп (Рис. 7), то предполагаемый угол рассогласования муфт равен (при 1 >2 ): р = 1 ∆имп . Предполагаемое время синхронизации до положения «зубнапротив впадины» равно:рсхр =.1 − 2Тогда, если привод муфты задействовать в тот момент, когда уголрассогласования р станет таким, что схр станет равным пр (пр = схр ), товключение муфты произойдёт без этапов взаимодействия по торцам и фаскам.Рис.

7. Сигналы датчиков скорости системы управления включениямуфтыВ данной главе продемонстрированы результаты численногоэксперимента с использованием математической модели включения муфты,разработанной в первой главе, подтверждена эффективность разработанногозакона включения.Отработка и проверка работоспособности предложенного законауправления включением муфты проводилась на макете стенда, выполненногопо технологии быстрого прототипирования – 3-D печати из пластика ABS(Рис. 8).

На данном стенде подтверждена возможность созданияразработанной системы управления и работоспособность предложенногоалгоритма.В третьей главе содержится описание электромеханического стендадля испытания кулачковой муфты блокировки дифференциала колёсноймашины на основе конструкции ведущего моста современного грузовогоавтомобиля (Рис.9).8Рис.8. Масштабный стенд для испытания закона управления кулачковоймуфтойВращение полумуфт с различной скоростью обеспечено двумяасинхронными электродвигателями с частотными преобразователями.Дополнительно были установлены датчики скорости на корпусдифференциала и полуось ведущего моста. Включение муфты блокировкидифференциала обеспечивается пневмоприводом.Рис.9. Электромеханический стенд испытания кулачковой муфтыПоказаны результаты натурных испытаний разработанного алгоритмауправления кулачковой муфты и сделаны выводы о работоспособностиприведённого закона.

Сделан сравнительный анализ процесса включениямуфты с использованием разработанного алгоритма и без него (Рис.10)В результате применения предложенного закона управления муфтойблокировки на действующей конструкции ведущего моста грузовогоавтомобиля среднее время включения муфты уменьшилось с 0,3 с до 0,05 с,повысилась вероятность надёжного включения муфты.

Погрешностьчисленного эксперимента имитационной модели кулачковой муфты сэкспериментом по времени включения составила от 15% до 20%.912а)12б)Рис.10.Угловые скорости вращения полумуфт в момент включения: а) сиспользованием разработанного закона включения муфты; б) безиспользования закона включения муфтыВ четвёртой главе описывается предложенный метод определениязакона управления муфтами блокировки дифференциалов многоосныхколёсных машин с использованием известной математической моделикриволинейного движения автомобиля (Рис.11).Закон управления муфтами блокировки дифференциалов втрансмиссии многоосных колёсных машин включает в себя определениеусловий включения муфт блокировки дифференциалов по относительнойразности угловых скоростей блокируемых элементов трансмиссии и условийвыключения муфт блокировки дифференциалов по критериям сохраненияповорачиваемости и управляемости колёсной машины.Условия включения блокировки дифференциала, основанные напредложенном законе, выглядят следующим образом:1.

Превышение разности угловых скоростей выходных валовдифференциалов величины ∆д (р ) + ∆р ( ), где ∆д (р ) − разность10угловых скоростей выходных валов дифференциала для текущего углаповорота управляемых колёс при движении по твёрдому опорномуоснованию; ∆р ( ) − разность угловых скоростей выходных валовдифференциалов для текущей скорости движения при относительной разностидиаметров качения колёс в 5 %.Рис.11. Математическая модель криволинейного движения колёсноймашины 8х8Рис.12.

Область включения блокировки для межтележечногодифференциала2. Разность угловых скоростей выходных валов не выходит запределы области допустимых значений для надёжного включения кулачковоймуфты: ∆д < ∆доп .113. Соблюдена следующая последовательность включения муфтблокировок дифференциалов (Рис.13): 1) межтележечный; 2) задниймежосевой; 3) передний межосевой; 4) все задние межколёсные; 5) всепередние межколёсные.Предлагаемая последовательность включения муфт блокировокдифференциалов обусловлена следующими положениями:Рис.13. Последовательность включения блокировок дифференциалов1.

В первую очередь на проходимость многоосной КМ оказываютвлияние различные условия по сцеплению с опорной поверхностью подколёсами передних и задних осей. Вместе с тем различие условий посцеплению между колёсами одной оси или колёсами одной тележкиоказывают вторичное влияние на обеспечение подвижности многоосной КМ.2. Межосевые и межколёсные дифференциалы управляемых осейследует блокировать в последнюю очередь, поскольку блокировкадифференциалов управляемых осей негативно сказывается на управляемостимногоосных КМ.Критерием выключения муфт блокировки дифференциалов являетсясохранение управляемости и поворачиваемости КМ. Условия выключенияблокировки дифференциалов, основанные на предложенном законе, выглядятследующим образом:1) входные параметры системы управления (скорость движения иугол поворота рулевого колеса) вышли из области сохранения блокированнойсвязи для каждого дифференциала трансмиссии;2) принудительное отключение водителем режима автоматическогоуправления муфтами блокировок дифференциала.В работе предложен следующий алгоритм получения областейсохранения и выключения блокированных связей:121.

ОпределениефактическогорадиусаповоротаКМсдифференциальной трансмиссией по твёрдой опорной поверхности прификсированном угле поворота управляемых колёс и скорости движения путёмматематического моделирования (Рис.14).2. Определениескоростидвижениявовсехвариантахблокированной трансмиссии, при которой наблюдается увеличение радиусаповорота на 10% по сравнению криволинейным движением сдифференциальной трансмиссией при том же фиксированном значении углаповорота управляемых колёс по твёрдой опорной поверхности. Скоростьдвижения определяется путём математического моделирования движения КМпо опорным поверхностям с различными условиями сцепления.3.

Численный эксперимент проводится для различных угловповорота управляемых колёс, тем самым формируются области сохраненияблокировки для каждого сочетания блокированных связей в трансмиссии(Рис.15).Разработанный метод определения закона управления муфтамиблокировок дифференциалов описывается алгоритмом, представленным наРис.15.Рис.15. Получение областей сохранения блокированных связей втрансмиссииНа основе разработанного метода был получен закон выключениямуфт блокировок дифференциалов для колёсной машины 8х8 (Рис.17): приполностью блокированной трансмиссии выключаются сначала муфтыблокировки межколёсных дифференциалов при превышении скорости в10 км/ч, при превышении скорости 40 км/ч или увеличения угла поворотауправляемых колёс более 15-и градусов выключаются муфты блокировки всехдифференциалов.В данной главе показана разработка математической модели системыуправления муфтами блокировки дифференциалов на основе средыразработки конечных автоматов и систем управления Stateflow в Matlab/13Simulink (Рис.18).

Приведены результаты численного эксперимента движенияколёсной машины 8х8 по опорному основанию типа «Микст» синтегрированнойсистемойуправлениямуфтамиблокировкидифференциалов. Подтверждено увеличение средней скорости прохожденияучастка маршрута при использовании системы управления муфтамиблокировки дифференциалов.Рис.17. Закон выключения блокировок дифференциалов для колёсноймашины 8х8Основные результаты работы:1. Разработана математическая модель процесса включения ивыключения зубчатой муфты с учётом последовательного взаимодействия повсем участкам поверхности зуба.2.Разработан закон управления включением кулачковой муфтыблокировки дифференциалов, отличительной особенностью которогоявляется учёт взаимного положения кулачков полумуфт, что обеспечиваетнадёжное и быстрое включение муфты, а также учёт допустимой областивозможности включения муфты, определяемой разностью угловых скоростейполумуфт.3.