Проблемы эффективности действия электронных систем контроля устойчивости автомобилей, оснащенных шипованными шинами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы эффективности действия электронных систем контроля устойчивости автомобилей, оснащенных шипованными шинами

Фомичев Владимир Александрович

Аспирант кафедры «Автомобили» МАДИ

Электронные системы повышения активной безопасности, уже давно используются на легковых и коммерческих автомобилях. Использование некоторых из них предписаны регламентом [1], а некоторые устанавливаются в качестве опций.

Несмотря на массовость применения электронных систем повышения активной безопасности у них есть ряд проблем. Все они испытываются и настраиваются только на одном типе пневматических шин. Как правило, это летние или всесезонные шины, которыми автомобиль оснащается изготовителем. В российской федерации, в зимний период, большое распространение получили шипованные шины, однако работа шипованной шины в значительной степени отличается от работы нешипованной, что сказывается на эффективности работы систем повышения активной безопасности, таких как АБС (антиблокировочная система) и ЭКУ (электронная система контроля устойчивости (В мире, в настоящее время, наибольшее распространение получила аббревиатура ESP - Electronic Stability Program.)). Особую актуальность эта проблема приобретает на скользких и обледенелых поверхностях.

В прошлом сезоне группа исследователей кафедры «Автомобили» МАДИ под руководством Кристального С.Р. строили испытательный комплекс и испытывали эффективность действия антиблокировочной системы на льду на автомобиле оборудованном шиповаными шинами. Нами так же была получина - S диаграмма для шипованной шины на льду и других поверхностях (рис. 3). Подробнее с этими работами можно ознакомиться в работе [8]. По результатам испытаний была доказана возможность снижения эффективности действия АБС на автомобилях, оборудованных шипованными шинами.

Опыт предыдущих работ позволяет выдвинуть предположение о том, что и эффективность действия ESP может быть так же снижена. Электронная система курсовой устойчивости ESP использует те же тормозные механизмы, что и АБС, и по тому же принципу затормаживает колёса и поддерживает их скольжение.

Принцип действия ESP заключается в затормаживании отдельных колёс для сохранения или возвращения автомобилю устойчивости и управляемости при движении (рис. 1).

А

Б

Рис. 1. Движение автомобиля: А - без системы ESP; Б - с системой ESP

Затормаживание отдельных колёс происходит в узком диапазоне скольжений (S), при котором обеспечивается высокое значение продольного и поперечного коэффициентов сцепления (. Зависимости продольного и поперечного ) коэффициентов сцепления от относительного скольжения (S) иллюстрируются так называемой ц - S диаграммой.

Рис. 2. График зависимости боковой и продольной реакций от продольного (по результатам Дика А.Б. и Pacejka Н.В.) [7]

На рис. 2 представлены ц - S диаграммы в зависимости от скольжения и угла увода пневматической шины, построенные Диком А. Б. и Pacejka Н.В.[7] для летних шин на твёрдом покрытии с высоким коэффициентом сцепления. Максимум - S диаграммы развивается в районе скольжения 10%, именно это скольжение и поддерживает ESP в своей работе, при этом значение остаётся на достаточно высокой величине.

Рис. 3. - S диаграмма шипованных и нешипованных шины на льду [8]

При движении же на льду, при оснащении автомобиля шипованными шинами - S диаграмма имеет иной вид, где максимум диаграммы развивается при больших скольжениях, нежели у летней шины на твёрдых покрытиях (рис. 3). Это связано с тем, что для шины лёд является твёрдой поверхностью, а для шипа противоскольжения деформирующимся грунтом, а на деформирующихся грунтах максимум - S диаграммы развивается при 100%ном скольжении колеса (S). Сложение этих двух факторов и приводит к смещению максимума в сторону больших скольжений. Подробнее об этом описано в работе [6]. При этом ESP поддерживает скольжение характерное для летней шины, таким образом, мы получим недотормаживание и, как следствие, недостаточную эффективность действия системы в некоторых дорожных условиях. Причем эта неэффективность будет проявляться в наиболее опасных условиях движения: на обледенелых дорогах.

Очевидно, что и - S диаграмма будет иметь свои особенности при движении автомобиля по льду на шипованных шинах. На рис.4 показана работа шипованной шины с уводом. Как мы видим шипы противоскольжения эффективно работают, как в продольном, так и в поперечном направлениях и можно предположить, что и максимум - S уйдёт в сторону больших углов увода, по тем же причинам, что и максимум - S диаграммы.

А Б

Рис. 4. Работа шипов противоскольжении: А - прямолинейное движение. Б - движение с уводом

В настоящее время - S диаграмма на льду, при движении на шипованных шинах не известна. Для её определения нами был создан испытательный комплекс на базе автомобиля - шинного тестера Nissan Teana. Подробно построение автомобиля - шинного тестера описано в работе[8]. На автомобиль было установлено следующее оборудование:

- выносные датчики частоты вращения колес BDG 6360 BALUFF (Германия) для определения окружной скорости колес [2];

- датчик усилия нажатия на тормозную педаль CPFTA фирмы CORRSYS-DATRON (Германия) [3];

- система обработки данных DAS-3 фирмы фирмы CORRSYS-DATRON (Германия) [4];

- блок распределения питания Small 12V Power Distributor Box фирмы CORRSYS-DATRON (Германия) [5];

- датчик ускорений и угловых скоростей Tri-Axial Navigational Sensor (TANS) фирмы CORRSYS-DATRON (KISTLER), Германия;

- измерительное рулевое колесо MSW/S Measurement Steering Wheel фирмы CORRSYS-DATRON (KISTLER), Германия;

- 2 регистратора данных VBOX3i Single Antenna фирмы Racelogic, Великобритания и CDS-GPS CLOGMA фирмы CORRSYS-DATRON (KISTLER), Германия, для построения траекторий.

Схема размещения измерительного и регистрирующего оборудования изображена на рис. 5.

Рис. 5. Схема размещения измерительной и регистрирующего аппаратуры: 1 - GPS logger; 2 - GPS VBOX; 3 - выносной датчик угловой скорости колеса; 4 - блок динамометрического руля; 5 -- компактная мобильная система сбора и обработки данных DAS-3; 6 - блок GPS logger; 7 - блок GPS VBOX; 8 - шестикоординатный датчик ускорений; 9 - блок управления и отображения системы DAS-3; 10 - блок управления и отображения GPS VBOX; 11 - динамометрический руль; 12 - блок управления и отображения датчика усилия нажатия на педаль тормоза; 13 - датчик усилия нажатия на педаль тормоза; 14 - прикуриватель; 15 - блок распределения питания Small 12V Power Distributor Box; 16 - аккумуляторная батарея

Мы надеемся с помощью этого измерительного комплекса получить вид - S диаграммы шипованной и нешипованной шины на льду. Так же планируется провести исследование эффективности действия системы ESP на автомобиле, оснащенном различными типами шин, в том числе шипованными, на обледенелых дорогах в условиях полигона. Сложность этой части работы заключается так же в том, что на сегодняшней день не существует общепризнанной методики оценки эффективности действия ESP. Однако, некоторые аспекты экспериментальной оценки эффективности действия систем динамической стабилизации АТС рассмотрены в работе [9].

Список литературы

устойчивость автомобиль шипованный шина

1. Правила ЕЭК ООН № 13-09. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств категорий M, N и O в отношении торможения. - Введены 1996-06-28. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 112 с.

2. Руководство пользователя «Выносной датчик угловой скорости колеса BALLUFF BDG 6360». - S. l., 2001.

3. Инструкция по установке датчика усилия на педали CPFTA CORRSYS-DATRON. - S. l., 2004.

4. Руководство пользователя «Компактная мобильная система сбора и обработки данных CORRSYS-DATRON DAS-3». - S. l., 2008.

5. Руководство пользователя «Small 12V Power Distribution Box». - Электрон. дан. - М., 2008. - Режим доступа: http://www.corrsys-datron.com/Support/Data_Sheets/Datasheets-Access/cds-d_DIST-BOX_e.pdf, свободный. - Загл. с экрана.

6. Кристальный, С.Р. Проблемы функционирования АБС на автомобилях, оснащённых шипованными шинами / С.Р. Кристальный, Н.В. Попов, и др. // Автомобильная промышленность. - 2012. - № 8. - С. 20-22.

7. Дик А.Б. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук - 1988/ - 29 C.

8. Кристальный, С.Р. Принцип создания шинного тестера на базе серийного легкового автомобиля / С.Р. Кристальный, Н.В. Попов, и др. // Журнал автомобильных инженеров. - 2013. - № 5 (82). - С. 38-45.

9. Иванов А.М. Экспериментальная проверка методов оценки эффективности систем динамической стабилизации АТС / А.М. Иванов, А.А. Ревин, Э.Н. никульников, Е.В. Балакина, А.А. Барашков, С.А. Лосев, С.С Шадрин, Ю.Н. Козлов // Автомобильная промышленность. - 2009. - №7. - С. 31-33.

Размещено на Allbest.ru